大规模流体场景的真实感与实时模拟

摘要：

目的 基于物理的流体动画模拟是计算机图形学领域中的研究热点,针对实际应用中仍难以实现大规模流体场景的真实感与实时模拟,提出了基于shallow water方程的物理模拟方法.方法 首先,给出shallow water方程的稳定欧拉数值求解方法,解决模拟过程中存在的毛刺、陡坡水滴斑点等数值求解的不稳定性问题;其次,提出刚体和粒子系统与流体高度场的稳定耦合模型,实现双向固流耦合和流体表面细节的真实感模拟;最后,设计高度场的多精度网格算法以及粒子的隔点采样方法,加速大规模流体的物理模拟计算.结果 实验结果表明,本文方法解决了传统欧拉方法求解shallow water方程的流体模拟过程中存在的不稳定和计算复杂等问题,在300×300网格分辨率和2.2×104粒子数的规模下,达到了20帧/s的实时模拟速度.结论 本文算法具有良好的高效性和稳定性,适用于电子游戏和视景仿真等实时应用领域中的大规模流体场景的真实感模拟.

关键词：shallow water方程、流体物理模拟、欧拉方法、真实感、实时模拟

所属期刊栏目：21

分类号：TP391.9(计算技术、计算机技术)

资助基金：国家自然科学基金项目61502168;河北省自然科学基金项目F2016502069National Natural Science Foundation of China61502168;Natural Science Foundation of Hebei Province,ChinaF2016502069

在线出版日期：2016-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：913-922