基于PPPM算法的烟雾模拟的研究与应用

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流体模拟是指结合物理方程和计算机图形学的方法来模拟烟雾、水流、波浪等常见的自然现象。其中,烟雾的模拟一直是计算机图形学领域中的重点和难点。近年来,随着影视特效、电子游戏等对烟雾模拟真实感要求的提高,基于物理的烟雾模拟技术取得了很大的进展,并被广泛地应用于各个领域中。但是由于该方法计算量巨大,因此模拟出的烟雾实时性较差。为了提高烟雾模拟的效率,本文基于PPPM算法对可以展现丰富流体细节且数值扩散很小的拉格朗日涡方法进行改进,并利用CUDA技术实现了烟雾模拟在GPU上的并行计算。本文引入更为快速准确的多重网格方法来替代迭代法求解泊松方程,并使用基于CUDA的空间散列算法来加快最近相邻粒子的并行搜索,同时利用纹理及共享内存等对程序进行优化。为了适应烟雾粒子在空间中无序分布的特点,本文采用一种改进的体绘制方法来对烟雾进行绘制。目前该烟雾模拟程序已经移植到商业建模与动画软件的插件中。
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