不规则物体模拟——基于物理的烟雾、纹理模拟

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虚拟各种自然现象是计算机图形学的一个重要探索领域,特别是对不规则物体的模拟十分困难。在科技高速发展的今天,随着计算机性能的提高,从而使计算机对世界的模拟达到了新的境界。 计算机流体模拟的方法大致分为三种:粒子系统方法、数学物理方法和纹理技术方法;其中比较成熟的是数学物理方法。 流体模拟作为计算机模拟的重要一项,是逼真展现世界的不可或缺的一部分。它的应用无所不在,是很多模拟的基础,如升腾的烟,飘动的云,弥漫的薄雾,潺潺的河流,奔腾的大海…都是以它为基础的,甚至可以说,它的潜在应用无穷无尽。 在这里,我们将讨论一种快速、稳定的流体模拟方法。包括对流体动力学和相关的数学模型的介绍,以及在CPU上的实现过程。通过对理想流体模型的模拟,进而再拓展出对更多不同类型的应用的模拟技术。 本文算法的主要贡献和创新点在于如下工作: (1)在求解纳维——斯托克斯流体运动方程组时,实现了流体的实时流动。求解过程中采用半拉格朗日方法求解对流项,结合雅可比迭代求解压力泊松方程和扩散项以获得相对稳定的格式,从而满足比较大的时间步长。另外,为了能灵活地处理复杂边界,我们引入了修正因子。 (2)在处理后期结果时,我们引入了“涡流限制”和克里格插值方法,使得结果更加自然。
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