流體仿真在火災(zāi)場景模擬中的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、流體仿真一直以來都是計算機(jī)圖形學(xué)研究的熱點(diǎn)問題，它的足跡遍布虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲動漫、影視娛樂等諸多方面。在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，煙霧、火焰等自然現(xiàn)象的模擬是計算機(jī)圖形學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。火焰和煙霧同自然界中的大多數(shù)無規(guī)則景物一樣，外形是隨機(jī)變化的。它們看起來簡單，實(shí)際上它們的形態(tài)展示和運(yùn)動方程都非常復(fù)雜，很難用常規(guī)的建模方法和模擬算法來實(shí)現(xiàn)。但也正因?yàn)槿绱?，在計算機(jī)上真實(shí)的再現(xiàn)火焰和煙霧的模擬效果，一直都是計算機(jī)圖形學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)最具有挑戰(zhàn)性和

2、趣味性的工作之一。
　　本文首先對流體仿真的理論和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入的研究與分析，然后設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一個火災(zāi)場景模擬系統(tǒng)。本文的創(chuàng)新之處在于：提出了一種基于Navier-Stokes（本文中簡寫為N-S）方程與GPU計算的火焰模擬方法、對煙霧的繪制方法進(jìn)行改進(jìn)，本文的主要內(nèi)容有：
　　1、針對于火焰的物理屬性與運(yùn)動特征，在充分考慮火焰模擬的真實(shí)感與實(shí)時性的情況下，提出了一種基于N-S方程與GPU計算的火焰模擬方法。該方法采用Ma

3、cCormack方法求解N-S方程的對流項(xiàng)，采用基于GPU的Jacobi迭代法求解N-S方程的壓力項(xiàng)，最后運(yùn)用基于光線投射算法的體繪制方法對火焰進(jìn)行渲染，并在GPU上實(shí)現(xiàn)。該方法在保證火焰真實(shí)感的情況下，能夠達(dá)到較好的實(shí)時性。
　　2、結(jié)合本文的實(shí)際情況，對火焰的物理模型方程進(jìn)行求解。求解的主要過程有：采用MacCormack方法實(shí)現(xiàn)N-S方程的對流項(xiàng)的求解、采用基于GPU的Jacobi迭代法實(shí)現(xiàn)N-S方程的壓力項(xiàng)的求解。