三維圖形引擎中流體類(lèi)似物的仿真方法研究.pdf

1、三維圖形引擎中對(duì)流體類(lèi)似物的仿真方法一直是國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)及相關(guān)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。多年來(lái)，大量研究學(xué)者對(duì)這類(lèi)仿真問(wèn)題在運(yùn)動(dòng)建模、行為建模、繪制方法等方面，不斷提出新的解決辦法，也使得這類(lèi)仿真方法在大量的軍事態(tài)勢(shì)、模擬訓(xùn)練、災(zāi)難應(yīng)急、城市仿真、展覽展示等等應(yīng)用中推廣開(kāi)來(lái)。
　　為滿足各類(lèi)三維圖形應(yīng)用和仿真的需求，本文以納維-斯托克斯流體動(dòng)力學(xué)體系為理論基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)時(shí)群體行為仿真、快速粒子動(dòng)力學(xué)模擬和基于空氣動(dòng)力學(xué)的大規(guī)模云場(chǎng)模擬等幾個(gè)關(guān)鍵

2、技術(shù)進(jìn)行了深入研究。本文取得的創(chuàng)新研究成果包括：
　　(1)針對(duì)大規(guī)模群體行為的細(xì)節(jié)層次問(wèn)題，提出了群體的漸進(jìn)層次框架，將流體動(dòng)力學(xué)和自主智能代理混合建模，并實(shí)現(xiàn)了兩種技術(shù)之間的平滑過(guò)渡?；跉W拉形式的 Navier-Stokes方程和連續(xù)性方程，解決了群體行為的仿真約束、路徑規(guī)劃、動(dòng)力學(xué)模擬等問(wèn)題。提出了混合GLOD和Impostors的高效繪制，在不同的觀察距離上使用多種精度的角色模型表達(dá)方式，有效地降低了大規(guī)模群體的實(shí)時(shí)繪制

3、多邊形數(shù)。
　　(2)對(duì)基于Navier-Stokes方程的光滑粒子動(dòng)力學(xué)方程作一系列的理論推導(dǎo)，對(duì)密度和力場(chǎng)的計(jì)算給出了詳細(xì)的數(shù)值分析；特別在光滑核函數(shù)的選擇上，達(dá)到緊支撐、歸一化等仿真要求。提出了基于空間哈希的快速鄰域查詢方法，極大的提高了數(shù)萬(wàn)個(gè)粒子數(shù)量級(jí)的鄰域查詢效率，并且無(wú)需維護(hù)全局空間信息。實(shí)現(xiàn)了基于頂點(diǎn)變形的快速表面重建，采用基于預(yù)設(shè)表面幾何的頂點(diǎn)變形法提取流體表面，該方法比傳統(tǒng)的Marching Cube方法計(jì)算速度

4、提高數(shù)倍。
　　(3)提出了一種基于空氣動(dòng)力學(xué)原理改進(jìn)的三維云場(chǎng)模擬方法，考慮大氣運(yùn)動(dòng)條件下云的特性，建立云場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)模型。提出了基于基礎(chǔ)紋理的云粒子近景繪制、基于正八邊形環(huán)Impostor的云場(chǎng)遠(yuǎn)景繪制方法，提高大范圍云層的渲染速度，達(dá)到降低面片數(shù)、加速繪制的目標(biāo)。提出了基于大氣散射原理的簡(jiǎn)化云場(chǎng)光照模型，僅計(jì)算單一散射光照模型對(duì)單個(gè)粒子的散射作用，在基本達(dá)到云場(chǎng)外觀著色效果的前提下，大大減少了云粒子的光照計(jì)算量。對(duì)云場(chǎng)模擬在實(shí)