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真实感固流交互动画的统一物质点法模拟
引用本文:邵绪强,郑凯玄,徐伟峰,赵文清. 真实感固流交互动画的统一物质点法模拟[J]. 图学学报, 2019, 40(3): 497. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019030497
作者姓名:邵绪强  郑凯玄  徐伟峰  赵文清
作者单位:华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定,071003;华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定,071003;华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定,071003;华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定,071003
基金项目:河北省自然科学基金项目(F2016502069);国家自然科学基金项目(61502168);北京市自然科学基金项目(4182018);中央高校基本科研业 务费专项资金(2018MS068)
摘    要:固流交互模拟是基于物理的流体模拟技术的重要研究内容,其中如何解决非穿透 和滑移接触是难点。为此,提出一种真实感固流交互动画的统一物质点法模拟方法。首先,给 出一种基于物质点法的快速微可压缩流体模拟方法,并在统一背景欧拉网格上对固体和流体动 量方程进行求解;其次,检测固流接触区域并在其上构建局部多重背景网格,给出一种动量守 恒保持的速度修正方法对固体和流体各自网格结点进行速度修正,从而实现固流交互的非穿透 和滑移接触效果模拟。实验结果表明,该方法可以模拟稳定、真实的固流交互动画,适用于计 算机图形学和虚拟现实领域中的真实感模拟应用。

关 键 词:物质点法  固流交互  流体模拟  物理模拟

Unified Material Point Method for Realistic Simulation of Fluid-Solid Interaction
SHAO Xu-qiang,ZHENG Kai-xuan,XU Wei-feng,ZHAO Wen-qing. Unified Material Point Method for Realistic Simulation of Fluid-Solid Interaction[J]. Journal of Graphics, 2019, 40(3): 497. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019030497
Authors:SHAO Xu-qiang  ZHENG Kai-xuan  XU Wei-feng  ZHAO Wen-qing
Affiliation:School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University, Baoding Hebei 071003, China
Abstract:The simulation of fluid-solid interaction is an important research topic of physically based simulation technology. It is particularly difficult to solve the problems of non-penetration and slip contact at the interface . This paper puts forward a unified material point method (MPM) for realistic simulation of fluid-solid interaction animation. First, we propose an MPM-based method for simulating weakly compressible fluid, and solve the momentum equation of fluid and solid on the unified background grid. Second, we construct multiple background grids in fluid-solid contact regions, and propose a momentum-conserving velocity-position correction scheme to prevent the penetration artifacts and simulate slip contact. The results demonstrate that the proposed method produces stable and realistic fluid-solid coupling animations which can be applied to computer graphics and virtual reality.
Keywords:material point method  fluid-solid coupling  fluid simulation  physically based simulation  
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