基于物理模型的烟雾动画模拟

本文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。文章首先给出了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,从而得到了烟雾的三维密度场数据,最后用体绘制方法中的光线投射法实现了动画模拟。     

实时稳定的二维烟雾模拟

烟雾模拟是计算机动画模拟的重要组成部分.在模拟过程中保证实时性和稳定性是烟雾动画模拟的一个重要方面.该文的目的是在计算机上模拟出真实感的烟雾.文中采用无粘不可压欧拉方程作为烟雾的基本物理模型,对这种简化的流体方程求解可以加快计算的速度,使模拟的速度加快.数值上,引入了CIP方法的一种改进形式USCIP方法来求解N-S方程的对流项,该方法是无条件稳定的.求解方法的稳定实现了大时间步长模拟,保证了模拟实时性和稳定性,最后模拟得到二维的烟雾效果.实验证明本方法能实时稳定地模拟出具有真实感的二维烟雾效果.     

真实感火焰模拟

针对火焰的计算机模拟难以实现真实感和实时性的问题,提出一种基于物理模型与图形处理器(GPU)通用计算相结合的火焰模拟方法.该方法首先采用半拉格朗日法求解流体方程,运用基于3D纹理的体绘制对火焰进行三维渲染.然后,根据光照和密度场将光谱转换成颜色分布来模拟火焰颜色,并在GPU上加速实现,使得真实感和实时性之间达到了平衡.     

基于物理模型的烟雾模拟

在分析研究流体物理特性算法基础上,提出一种新的烟雾模拟实现方法。该方法基于物理模型的求解简化方程模拟烟雾的动态变化过程。模型中采用了非粘性欧拉方程,通常它比其他用粘性Navier-Stoke方程建模的更适合用来对气体进行建模并且减少计算量。实验验证该模型还可以正确处理烟雾与移动的物体之间的相互作用。     

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。     

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.     

基于物理模型的实时卡通烟雾模拟算法

提出一种流体力学模型结合粒子系统的卡通烟雾实时模拟算法。通过Navier-Stokes方程建立烟雾流体场的物理模型,以保证运动轨迹真实感。为粒子属性引入浓度函数和作用半径,从而只需少量粒子就可快速获得浓度场分布。为了实现卡通化效果,使用代表动画师个人风格的卡通图元在不同浓度区域进行纹理贴图。试验结果证明,该算法高效快速,能实时生成自然生动的卡通烟雾效果。     

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。     

基于粒子系统烟雾的模拟

传统基于粒子系统烟雾的模拟无法模拟烟雾的扩散行为,而且需要大量粒子,因此满足不了虚拟战场逼真度和实时性的需要.提出一种基于粒子系统理论和离散浓度场相结合来模拟烟雾的算法.在粒子的属性中加人浓度属性,利用三维扩散方程的有限差分建立浓度场,浓度场的变化由浓度场内空间粒子的位置和扩散方程决定,通过浓度场的变化使粒子分裂来模拟烟雾的扩散,通过粒子的运动反映风场的作用.与传统的粒子系统相比,增加了对烟雾扩散的描述,大大降低粒子的数量,该算法保证了生成烟雾的逼真效果,满足了虚拟战场实时性需要.     

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.