基于物理模型的烟雾实时模拟

本文提出了一种基于物理模型的烟雾的实时数值模拟方法.真实感和实时性是计算机图形学追求的两个目标.传统的动画技术生成的物体运动是虚拟的,并不能完全反映物体的真实运动.与传统的动画技术相比,基于物理的动画更能表现运动的真实性.在用非粘性不可压欧拉方程表示烟雾的物理模型的基础上,利用破开算子法将其分解成外力项、对流项和投影项分别进行求解,每一步都稳定,因而整个求解也就稳定.求解过程的稳定性保证了模拟可以用大时间步长,也就保证了模拟的实时性.与传统的方法相比,能同时满足计算机图形学的真实感和实时性要求.     

MacCormack方法优化烟雾模拟中Navier-Stokes方程对流项的求解

烟雾作为大规模虚拟战场和复杂环境仿真中的重要组成部分,对其进行模拟具有重要的意义.针对基于物理方法烟雾模拟中Navier-Stokes方程求解复杂、影响实时性的问题,提出用MacCormack求解Navier-Stokes方程对流项的方法.首先利用前向对流算子求解前向烟雾速度,然后利用后向对流算子求解后向烟雾速度,最后通过误差评估来修正已经计算的前向对流速度,得到下一时刻的烟雾速度.该方法简化了进退误差补偿修正方法对直接影响烟雾模拟实时性和真实性的对流项的求解步骤,从而减少计算时间.实验结果表明,采用文中方法模拟出的效果比较真实,且使基于物理方法的烟雾模拟达到了实时性的要求.     

基于OSG的实时烟雾模拟的研究与应用

为了模拟出具有实时性和真实感的烟雾效果,分析了传统烟雾的模拟方法,提出了一种基于OSG平台下的实时烟雾模拟方法。该方法采用流体力学纳维-斯托克斯方程组作为基本物理模型,通过添加漩涡约束力来达到真实性的要求。由于NS方程求解的复杂性和CPU计算的限制性,在方程解算上,提出一种基于GPU的采用半拉格朗日方法、雅克比迭代法等稳定的求解方法,并结合体绘制技术来实现实时烟雾的模拟。实验结果表明,该方法能快速模拟出实时、逼真的烟雾效果。     

基于物理模型的火苗动画

本文提出了一种基于物理模型的火苗数值模拟方法。真实感和实时性是计算机图形学追求的两个目标。传统的动画技术生成的物体运动是虚拟的，并不能完全反映物体的真实运动。与传统的动画技术相比，基于物理的动画更能表现运动的真实性。本文在用非粘性不可压欧拉方程表示火苗物理模型的基础上，利用破开算予法将其分解成外力项、对流项和投影项分别进行求解，每一步都稳定，因而整个求解也就稳定。求解过程的稳定性保证了模拟可以用大时间步长，也就保证了模拟的实时性。与传统的方法相比，能同时满足计算机图形学的真实感和实时性要求。     

烟雾模拟中Navier-Stokes方程的优化求解方法

针对基于物理方法烟雾模拟中Navier-Stokes方程求解复杂,影响实时性的问题,引入无量纲化处理方法来简化方程形式,减少计算量,提高求解速度。并通过引入MacCormack求解Navier-Stokes方程对流项,实现降低用半拉格朗日方法求解对流项过程中由于时间耗散而导致小尺度细节丢失的问题。实验结果表明,采用文中方法模拟出的效果比较真实,且使基于物理方法的烟雾模拟达到了实时性的要求。     

三维烟雾的实时模拟

提出了一种基于流体力学方程并采取欧拉法实时模拟三维真实感烟雾的算法。通过Navier-Stokes方程建立烟雾流场的物理模型,以保证视觉的真实感。为了保证运算的实时性,烟雾流场划分为三维网格空间,并将烟雾速度场的分布定义于每个立方网格单元的中心点;通过线性插值获取整幅图像中每个像素的烟雾浓度。将烟雾模拟技术用于图像的显示特技中,以产生图像消散成烟雾的视觉效果,得到了比较满意的模拟效果。     

一种烟雾实时模拟的新方法

介绍了一种基于流体力学方程的多尺度流体模型,通过Helmholtz-Hodge算子将模型分解为对流、扩散、外力、投影等项分别进行求解,每一步都稳定,因而整个求解也就稳定。同时利用“涡流限制”的技术提高模拟的真实性。与传统方法相比,该方法能实时高效地模拟具有真实感的二维烟雾效果。     

风环境下烟雾的实时模拟

在复杂环境仿真中,烟雾的模拟具有重要的意义.提出一种基于流体力学方程的烟雾模拟方法,并实现了脉动风与烟雾的交互,使烟雾的形态和运动更加逼真自然.采用简化的Von Karman模型建立风场,并引入特征正交分解技术(POD)和快速傅立叶变换技术(FFT)简化其建立过程.利用非粘性不可压缩的N-S(Navier-Stokes)方程描述烟雾运动,并将风场的作用加入到N-S方程中,利用破开算子法和MacCormack法简化N-S方程的求解过程,减少计算量,并保证求解过程在大的时间步长上的稳定性.同时,引入了"漩涡限制",将数值求解过程中的插值耗散补充回流场,增强烟雾的真实性.实验证明,利用本文的方法能够实时高效的模拟出自然逼真三维烟雾效果.     

基于物理模型的水波动画

近年来，自然景物的模拟一直是计算机图形学中最具挑战性的问题之一。关于山、水、云、烟、火焰等自然景物的模拟，在计算机游戏、影视、广告等各种领域中有着广泛的用途。作为自然景物模拟的重要内容，对流水、波浪的模拟正日益引起人们的关注。本文基于二维浅水波方程模型，给出了一种实现水波动画的数值模拟方法。和以往的方法不同的是，本文既没有去特意构造具体的波形函数，也没有去求解复杂的Navier-Stokes方程，而是基于二维浅水波方程模型，采用隐式半拉格朗日积分方法进行求解，在保证稳定性的同时，可以允许大时间步长。实践证明，用该算法模拟水波，效果比较真实，而且在普通的PC平台上即可满足一般动画的实时需求。     

基于物理的烟雾动画设计与实现

在计算机图象学的算法研究中,烟雾、水流和火焰等流体的模拟是一个即困难又吸引人的问题.结合计算流体力学和计算机图形学,实现了烟雾的模拟动画.本文给出烟雾的物理模型方程,并采用N-S方程和半拉格朗日方法来求解烟雾的物理模型方程,从而得到烟雾的密度场数据.最后用体绘制方法实现了三维密度场转换成屏幕上的图像.