泥石流来势凶猛、破坏力强,给人类带来巨大的灾难,由于爆发具有突然性和不可预测性,其场景拍摄比较困难,泥石流运动仿真能够展示泥石流的发展及成灾过程,因此,对泥石流运动仿真的研究具有重要意义。泥石流运动可以看作是液相浆体和固相物体的耦合运动,传统的基于几何的建模方法无法表现泥石流表面丰富的细节,本文基于物理的方法,以拉格朗日视角下的纳维斯托克方程(Navier-Stokes Equation,N-S)为起点,基于光滑粒子动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)对泥石流运动建模,具体内容如下:(1)基于SPH方法对液相浆体运动进行模拟,得出一个拉格朗日流体模拟的基本框架。对影响算法精度和效率的邻居粒子搜索算法、光滑核函数进行分析和研究,采用蛙跳算法(Leap-Frog)进行时间步长积分,更新浆体粒子的位置和速度。采用Marching Cubes算法提取密度场的等值面,构造流体表面三角形,通过渲染建立具有真实感效果的泥石流浆体表面。(2)扩展SPH方法模拟浆体和动态物体的交互。将泥石流运动场景中的物体视为刚体,根据高斯积分规则对三角形网格表示的刚体进行表面粒子采样,使用统一的SPH方法对流体粒子和表面粒子进行受力分析。在处理浆体与静态物体交互时,改进碰撞检测算法,通过筛选浆体表面粒子,提高了碰撞检测的效率。(3)为了兼顾真实感与效率,采用基于Voronoi图的碎片生成方法,预先将物体模型进行几何分割,将分割后的碎片视为刚体,赋予刚体的属性,进行刚体动力学模拟,高效的实现了房屋被冲毁的效果。(4)采用Unity3d引擎中的粒子系统模拟了下雨效果,并增加泥石流运动过程的光照、反射、折射等效果,增强了泥石流运动仿真的真实感。