对称区域边界处理方法及基于表面粒子提取的表面张力计算

摘要

流固边界处理一直是流体模拟的研究重点,边界力法和虚粒子法是研究流固边界的常用方法。边界力法通过对铺设在边界上的粒子施加排斥力防止粒子穿透,但边界力的计算限制了模拟速度。虚粒子法在边界处生成虚粒子,随着粒子数的增加所需的虚粒子数也随之增加,导致计算速度下降,且会出现流体与边界分离的现象。为此,提出一种对称区域边界处理方法,在保证逼真度的前提下满足实时性要求,随着粒子数的增加,其耗时增长也明显比其他传统方法慢,更适合对复杂场景的模拟,同时避免了边界处流体与边界分离的现象。CSF方法是处理表面张力常用的方法,可将表面张力看作体积力进行计算,大大减弱了表面形状对曲率计算的影响,而事实上曲率的计算只与表面的形状有关。为此,对CSF方法进行了改进,提出了一种基于表面粒子提取的表面张力计算方法,减小了传统CSF方法计算曲率的误差,提高了计算速度。模拟仿真的效果验证了该方法的有效性。