基于SPH方法的快速逼真流体表面张力仿真

摘要

cqvip:随着计算机仿真技术的发展,流体的模拟仿真被广泛地应用于工程计算、游戏及电影特效中.逼真的流体仿真需要对流体的物理特性进行建模,基于物理的流体仿真是仿真领域最具挑战的研究内容之一.基于光滑粒子流体动力学(SPH)的流体仿真方法是目前最为常用的流体仿真无网格法,其粒子特性特别适合处理流体的建模问题,同时能够鲁棒稳定地解决流体仿真中的计算问题.但是,SPH方法无法实现精确的表面张力计算,无法获得逼真的流体仿真效果.SPH表面计算中的数值不稳定问题,引起的表面张力不真实、自由表面处粒子聚集、细节断裂等现象,严重影响流体自由表面处仿真的视觉效果.为解决该问题,提出一种面向SPH流体的快速逼真流体表面张力仿真方法.首先快速精确找到流体表面粒子,精准计算其表面粒子法向量,其次通过构建水平集网格用于边界处密度修正以更加准确地处理边界处的计算,最后提出近表面粒子间作用力模型以计算流体表面张力.实验结果表明该方法能实现逼真的流体表面张力仿真效果.