流體仿真作為計算機(jī)圖形學(xué)研究的熱點問題,常常用于火焰、煙霧等自然現(xiàn)象的模擬仿真。礦井火災(zāi)一直是煤礦危害最大的災(zāi)害之一,不僅帶來巨大的財產(chǎn)損失,還會導(dǎo)致重大的人員傷亡。運用流體仿真技術(shù)進(jìn)行礦井火災(zāi)的模擬有著重大的現(xiàn)實意義,也具有一定的挑戰(zhàn)性。本文首先對流體仿真的理論知識和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究分析,然后基于Unreal Engine 4平臺設(shè)計并實現(xiàn)了礦井火災(zāi)模擬的研究。本文的主要內(nèi)容有:為了使得最終的火焰仿真效果更具真實感,通過分析火焰的物理屬性,本文采用N-S方程與密度方程相結(jié)合的火焰模擬方法,并建立了相應(yīng)的火焰模型。對建立的火焰模型進(jìn)行數(shù)值解算得到火焰仿真的速度場和密度場,采用修正的Mac Cormack方法求解N-S方程的平流項,采用基于V循環(huán)的多重網(wǎng)格法進(jìn)行壓力項的求解。在外力項的求解過程中,添加了漩渦力,利用UE4所見即所得的優(yōu)點,將漩渦抑制力的強(qiáng)度參數(shù)通過編寫代碼,使其在藍(lán)圖中可視化,仿真過程中可以實時的修改參數(shù)值,增強(qiáng)了仿真的交互性。在UE4平臺上實現(xiàn)火焰仿真,提出一種光線投射算法與UE4相結(jié)合的渲染方法,把物理解算所得到的速度場和密度場結(jié)果進(jìn)行紋理映射,通過采樣密度值,進(jìn)行... 

【文章來源】：山東科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１基于粒子系統(tǒng)的具體步驟??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｓｔｅｐｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｙｓｔｅｍ??

流項、擴(kuò)散項、外力項和投影項，其中求解投射項Ｉ７＿Ｓ＝Ｆ２ｐ的求解，其實就??是對壓力泊松方程的求解，本文中把投影項的求解過程改變?yōu)閴毫椀那蠼狻??速度場的具體求解步驟如圖３．１所示：??外力作用?平流作用?擴(kuò)散作用?壓力作用??？?ｕｌ?？?ｕｌ?？?ｕｌ??圖３．１火焰模擬速度場的求解步驟??Ｆｉｇ３．１?Ｔｈｅ?ｓｏｌｖｉｎｇ?ｓｔｅｐｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｆｉｅｌｄ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｌａｍｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??圖中的％為初始化速度場，Ｗ是外力作用影響之后的速度場，Ｗ是平流作??用對速度的影響之后更新的速度場，ｇ是網(wǎng)格之間產(chǎn)生物質(zhì)交換，擴(kuò)散作用影??響之后的速度場，￥是壓力項求解之后，得到一個無散度的速度場，即流體運??動的速度。??２０??

ＵＰＲＯＰＥＲＴＹ（ＥｄｉｔＡｎｙｗｈｅｒｅ，?ＢｌｕｅｐｒｉｎｔＲｅａｄＷｒｉｔｅ，?Ｃａｔｅｇｏｒｙ?＝?Ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ）??ｆｌｏａｔ?Ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ?Ｓｔｒｅｎｇｔｈ；??改變此值火焰繪制情況，如圖３．２所示：??Ｈｉｍ??Ｕ１Ｉ９Ｉ９??Ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ?Ｓｔｒｅｎｇｔｈ＝０?Ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ?Ｓｔｒｅｎｇｔｈ＝５?Ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ?Ｓｔｒｅｎｇｔｈ＝ｌ?１??圖３．２不同漩渦抑制力的火焰仿真情況??Ｆｉｇ３．２?Ｆｌａｍｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｖｏｒｔｅｘ?ｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇ?ｆｏｒｃｅｓ??通過上圖可知漩渦抑制力的強(qiáng)度越大，火焰的細(xì)節(jié)表現(xiàn)越好，漩渦效果越明顯。??３．２．２平流項求解??平流項為：＝?－即火焰和煙霧模擬時的速度場，速度場是??火焰模擬中最重要的一部分，平流項的作用是使流體沿著速度方向傳送密度、??溫度、壓強(qiáng)等物理量。平流項的求解通常采用Ｓｔａｍ提出的半拉格朗日法｜５５１，此??方法是拉格朗日法和歐拉方法的結(jié)合，用逆向追蹤和隱式枳分來求解，從每個??網(wǎng)格單元逆向追蹤速度場

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3234553