基于流体N-S方程的烟雾仿真技术研究

摘要

自然现象的仿真一直是虚拟现实领域最重要的研究内容之一，也是计算机图形学中重要的研究课题。其中烟雾的仿真，在大规模战场、火灾安全评估、影视效果等方面起到至关重要的作用，尤其是在大规模战场仿真中，烟雾的逼真度和实时性尤其重要。
　　本文采用不可压缩的Navier-Stokes方程作为烟雾仿真的基本物理计算模型，从理论上使烟雾仿真的真实性得到了有效保障。本文首先依据Navier-Stokes方程导出烟雾仿真计算模型，并用平流算法和投影算法求出计算模型的数值解；然后把数值解转化为体数据，以体绘制算法结合OpenGL纹理技术对烟雾进行可视化仿真；最后给出了烟雾仿真的五组典型实验，并对结果进行分析。
　　本文对于直接运用体绘制算法对烟雾进行可视化渲染的过程中速度慢、实时性差的问题，给出了一种基于OpenGL的纹理映射渲染优化方法；另外，当烟雾仿真中带有障碍物时，给出了边界条件的计算方法。通过对烟雾仿真实验结果进行分析可知，本文的烟雾仿真方法能够真实的对烟雾进行仿真，并且大大的提高了烟雾仿真的逼真度和实时性。

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 烟雾仿真算法模型

1.3 烟雾仿真的研究现状

1.4 相关工作和论文结构

第二章 流体N-S方程的推导

2.1 流体

2.2 Navier-Stokes方程

2.3 Navier-Stokes方程的推导

2.4 烟雾仿真物理模型

第三章 烟雾仿真方程的数值求解

3.1 方程的分解

3.2 分解欧拉方程

3.3 边界条件

3.4 求解速度场和密度场的编程实现

第四章 体绘制算法

4.1 体绘制简介

4.2 体绘制算法

4.3 光线投射算法的实现

第五章 烟雾仿真的实现

5.1 OpenGL简介

5.2 烟雾仿真实验

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况