动态复杂环境下真实感流体运动模拟技术研究与实现

摘要

包括流体模拟在内的虚拟现实技术现在已近被广泛地应用于现实生活中许多领域，特别在影视特效，视频游戏，动画制作中运用尤其广泛。流体模拟作为虚拟现实技术的一个重要分支，模拟了现实生活中随处可见的流体，无论是翻滚的波浪，飞溅的水花还是奔腾的瀑布等等都是流体不同的表现形式，都属于流体模拟的范围。本文研究虚拟现实模拟领域中，动态复杂环境下真实感流体运动模拟技术研究的若干核心和困难问题，核心研究内容主要包括4个方面。
　　第一，基于数值模拟的流体动画模拟。
　　SPH法作为一种基于拉格朗日的无网格法，把流体看成是大量运动粒子的集合，每一个粒子都包含有压力，位置，速度，密度等属性。这些具有自身材料特质的粒子，在外力和内力的协同作用下，按照流体运动的质量守恒和动量守恒的规律进行运动。
　　第二，基于碰撞检测的流体与三角网格的交互。
　　使用一种基于碰撞检测的流体边界控制，不同于基于粒子表现的流体模拟边界控制中把与流体交互的边界粒子化后归属于流体模拟过程中的一部分的方法，基于碰撞检测的流体与三角网格物体的交互降低了交互物体模拟和流体模拟的耦合性，使之更独立，更加符合现实世界，使边界形状更加多样，也使边界条件更加灵活，更重要的是使边界的改变不再影响流体模拟条件，流体通过碰撞检测自动感知边界产生变化。
　　第三，通过区域约束条件和风力场改变流体运动方式。
　　区域约束条件实现了，当流体在模拟过程中接近约束区域时，不会穿透约束区域，约束区域还可能给流体提供额外的作用力，改变流体运动。
　　风力场模拟的是现实生活中的风的作用力。“无风不起浪”这说明要模拟现实生活中水面荡起的浪花，层层的涟漪，就要在模拟空间中添加风力的作用。
　　第四，基于流体模拟的编辑器的实现.
　　可视化编辑器子系统提供了可视化的流体与刚体的运动模拟和相应物理动画内容的创作平台。通过可视化界面为用户提供了高效、易用的流体与刚体运动模拟和物理动画内容创作的集成环境。可视化编辑器子系统可提供给艺术家们一系列精心设计的工具，操作直观，简单，易于上手。

目录

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目录

第一章 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 论文的工作内容

第二章 相关技术基础

2.1 流体模拟方法种类

2.2 基于物理的流体模拟介绍

2.3 光滑粒子流体动力学

2.4 Navier-Stokes方程

2.5 本章小结

第三章 整体系统概述

3.1 需求目的

3.2 用户特点

3.3 整体系统功能概述

3.4 系统用例图

3.5 本章小结

第四章 物体模拟子系统

4.1 物体模拟子系统功能概述

4.2 术语介绍

4.3 物体模拟子系统用例图

4.4 物体模拟子系统介绍

4.5 流体模拟子系统

4.6 本章小结

第五章 碰撞检测子系统

5.1 碰撞检测子系统功能概述

5.2 基于碰撞检测的流体边界控制优势

5.3 碰撞检测子系统介绍

5.4 流体与复杂模型体的碰撞检测

5.5三角网格体虚拟表面粒子构建

5.6流体粒子与三角网格体的碰撞检测

5.7 本章小结

第六章 可视化编辑器子系统

6.1 可视化编辑器子系统功能概述

6.2 可视化编辑器子系统用例图

6.3 重点功能介绍

6.4 本章小结

第七章 系统测试

7.1 测试环境说明

7.2 功能测试项目

7.3 本章小结

第八章 总结和展望

8.1 论文工作总结

8.2 未来的研究工作

致谢

参考文献