基于N-S方程的水流三維可視化研究.pdf

1、隨著計算機圖形學和計算機硬件的發(fā)展，對自然景觀的動態(tài)模擬引起了人們的普遍關注，尤其是自然水流現象的動態(tài)模擬，目前成為了國際上研究的熱門課題之一。本課題是王快-西大洋兩庫連通跨流域調水工程動態(tài)可視化模擬的一部分，也是最關鍵的部分。通過建立基于流體動力學 N-S淺水波方程的自適應仿真模型，為王快～西大洋調水工程的決策、施工提供直觀的三維實景平臺，為建立更高層次的水量調度系統(tǒng)動力學模型提供技術支持。
　　對于采用物理模型的動態(tài)水流的模擬

2、，國內廣泛應用數學函數構造法求解，該法得到的水波僅適于做靜態(tài)水波圖像。本文從水流運動規(guī)律的淺水波方程Navier-Stokes方程入手，用復合有限差分法、有限體積法中的Roe-MUSCL方法分別求解該方程，最后將求得的數值解用OpenGL進行動態(tài)可視化后處理，經過這樣處理后的水波不僅能得到靜態(tài)水波圖像，且能動態(tài)顯示各個時刻不同的波形。
　　要得到逼真的水流動畫，其中一個關鍵性的方面在于要模擬出水流在各個時刻的形態(tài)。本論文用干擾模型

3、來控制水波的產生和模擬各種類型的波，從而能夠逼真地繪制出水流動畫。在本文的水流模型中,水表面看作一個高度場，水流整體可以按微元的觀點看成由一系列豎直水柱拼接而成。在對水流畫面的生成中，利用OpenGL這一繪圖工具將算得的每個時間步的數據可視化，從而可以看到水流的運動形態(tài)畫面。最后，文中對一些常見的水流現象進行了模擬，包括滴水漣漪、雨中水池水面、傾斜水躍等水流現象。
　　本論文的第一部分介紹水流模擬課題方面的現狀及人們所采用的方法；