實時流體模擬與控制方法.pdf

1、隨著計算機圖形學(xué)的不斷發(fā)展，流體模擬越來越多的出現(xiàn)在影視特效、廣告宣傳以及視頻游戲中，絢麗多彩的流體動畫不僅能夠提升畫面的生動性，同時能夠極大增強虛擬場景的真實感。但是目前制作流體特效的方法都非常耗時，很難應(yīng)用在實時系統(tǒng)中。在本文中，我們提出了一系列方法實現(xiàn)了實時大規(guī)模流體模擬、控制和渲染。
　　首先本文實現(xiàn)了一套基于粒子方法的實時流體模擬框架。采用一種基于位置積分方法，約束每個粒子的鄰域粒子密度，使整個模擬空間的流體保持不可壓縮

2、特性。另外通過引入自適應(yīng)的排斥力使粒子分布均勻，引入旋度補償力減少數(shù)值模擬的精度損失。該方法允許設(shè)置較大的時間步長，并保持模擬的穩(wěn)定性，借助GPU的并行計算能力，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)較大規(guī)模的實時流體模擬。
　　其次本文提出了一種針對粒子法流體模擬的控制方法。該方法首先將目標模型體素化成控制粒子，之后通過約束控制粒子影響半徑內(nèi)的流體密度，驅(qū)動流體自動匹配控制粒子形狀。為了防止目標模型變化速度過快而使流體失去控制，在控制粒子和流體粒子之間

3、添加了一個自適應(yīng)的彈簧約束，能夠?qū)⒘黧w重新拉回控制區(qū)域。我們還引入了一個速度約束用來調(diào)節(jié)控制流體的剛性程度。該流體控制方法所形成的控制力與流體粒子之間作用力形式一致，因此既能在較強控制力的情況下保持模擬的穩(wěn)定性又能夠保持大量流體細節(jié)不被破壞。
　　最后本文提出了一種實時流體表面渲染方法。該方法基于光線投射技術(shù)只提取最靠近相機的流體表面，并通過粒子濺射方法得到的深度圖避免空白區(qū)域的計算，最后結(jié)合主成分分析技術(shù)得到高質(zhì)量的表面渲染結(jié)果