在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域,人們逐漸利用計(jì)算機(jī)來(lái)再現(xiàn)周圍的真實(shí)世界,自然現(xiàn)象的建模和渲染是近幾十年來(lái)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的一個(gè)重要研究領(lǐng)域,基于物理模型的流體模擬近年來(lái)成為這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),構(gòu)建類似流體流動(dòng)的模型是非常重要且具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題,一個(gè)好的解決方法能夠在其他相關(guān)的領(lǐng)域中起到極大地促進(jìn)作用。云作為戶外場(chǎng)景的重要元素,它是一種非常復(fù)雜的自然現(xiàn)象,是大氣流動(dòng)的形象化,其形狀不規(guī)則且運(yùn)動(dòng)復(fù)雜、具有隨機(jī)性,三維云的模擬已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一。對(duì)云的模擬,研究人員主要針對(duì)在它的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)方面,目前已對(duì)靜態(tài)云的真實(shí)感模擬進(jìn)行了大量的研究,但對(duì)于動(dòng)態(tài)云的模擬相對(duì)還比較少。然而,動(dòng)態(tài)云的快速模擬技術(shù)在計(jì)算機(jī)游戲動(dòng)畫、影視廣告等許多領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用價(jià)值,在三維虛擬場(chǎng)景的漫游和飛行模擬中,實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)云的模擬變得越來(lái)越重要。本文首先對(duì)目前關(guān)于云的相關(guān)研究與成果進(jìn)行綜述,對(duì)基于物理模型的流體模擬方法進(jìn)行分析,然后對(duì)描述流體現(xiàn)象的Navier-Stokes方程的求解作了詳細(xì)討論,以半拉格朗日法和有限差分法作為核心思想對(duì)Navier-Stokes方程進(jìn)行求解,利用GPU強(qiáng)大的運(yùn)算... 

【文章來(lái)源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

奧列格拍攝影的奇特云彩圖1一2埃坦幸運(yùn)拍得的心形云彩圖案由此，我們也可以認(rèn)識(shí)到，云在當(dāng)時(shí)的環(huán)境條件下隨著時(shí)間不斷地變化可

方程組對(duì)云的運(yùn)動(dòng)建模，并計(jì)算云中各點(diǎn)的光亮度，使用GPU(General一Pu印ose computationonGPus)技術(shù)，利用圖形顯卡處理器的快速并行等特點(diǎn)，很大程度提高了云模擬的實(shí)時(shí)性，如圖1一3所示;2004年，Miyazaki[25]等提出了一種稱為 svss(shadowviershces)的快速繪制云的方法，可以一次性地求得太陽(yáng)及視線方向上大氣粒子引起的衰減效應(yīng);2005年，劉峰[26]提出了一種將分形布朗運(yùn)動(dòng)和基于流體相結(jié)合的方法對(duì)云的運(yùn)動(dòng)建模，并采用GPu加速繪制了動(dòng)態(tài)云場(chǎng)景，但該方法只限于二維動(dòng)態(tài)云場(chǎng)景的模擬;2007年，劉世光[27]通過(guò)在稀疏的網(wǎng)格上對(duì)Navier-stokes方程組進(jìn)行求解，以建立云的宏觀運(yùn)動(dòng)，但這時(shí)云的運(yùn)動(dòng)比較粗糙

位置(通常為網(wǎng)格單元的中心)，交錯(cuò)網(wǎng)格的速度分布在單元表面的中心，其余物理量分布在單元的中心。針對(duì)基于三維場(chǎng)景下的流體的模擬，求解區(qū)域?yàn)槿S的，對(duì)區(qū)域的離散，如圖3一1所示。，，，汁·· :... 遙...:...一 一一嗯一 一一一一一一一一一一一一一一 lllllll，‘， ，幾下一 ]]]///必 必 ...‘ ...;...二 二 二，，今二 二_~2一 ~~~~~、4。 -----...祖 祖祖祖祖祖祖祖祖祖祖祖祖滬 .......一 一一夕飛一一l、， ;;;;;ZZZ，，卜 卜 :...}__加 加戶 戶 戶幾 幾幾弓一 一一一一一一一一一一一一一一 !!!!!!!二三沂一!!!二飛一 }}}/// ...奮 奮 :...， ...’:間 間 間產(chǎn) 產(chǎn).---·一尹~~~~~悶戶

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]云的模擬技術(shù)綜述[J]. 吳晶,徐曉剛,陳新來(lái),茆明.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究. 2009(04)
[2]基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)和粒子系統(tǒng)的三維云模擬[J]. 龔琳,王善斌,顧大權(quán).  中國(guó)體視學(xué)與圖像分析. 2008(01)
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[4]三維云場(chǎng)景的模擬[J]. 龔琳,顧大權(quán),范茵,徐四林.  解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2006(05)
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[6]基于分形幾何的動(dòng)態(tài)云模擬[J]. 石賤弟,姜昱明.  計(jì)算機(jī)仿真. 2006(04)
[7]基于物理的流體模擬動(dòng)畫綜述[J]. 柳有權(quán),劉學(xué)慧,朱紅斌,吳恩華.  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2005(12)
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[9]圖形處理器用于通用計(jì)算的技術(shù)、現(xiàn)狀及其挑戰(zhàn)[J]. 吳恩華.  軟件學(xué)報(bào). 2004(10)
[10]基于中點(diǎn)偏移算法的云的模型設(shè)計(jì)[J]. 阮鯤,范茵,李匯軍,朱曉林.  解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2003(01)

博士論文
[1]基于物理的流體動(dòng)畫建模技術(shù)研究[D]. 應(yīng)龍.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[2]大氣現(xiàn)象的真實(shí)感建模及繪制技術(shù)研究[D]. 劉世光.浙江大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于粒子系統(tǒng)三維云的模擬仿真[D]. 徐慧玲.武漢理工大學(xué) 2010
[2]基于N-S方程的復(fù)雜流體效果模擬[D]. 李翼飛.天津大學(xué) 2009
[3]基于粒子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)云的實(shí)時(shí)模擬[D]. 許函.華中科技大學(xué) 2009
[4]基于分形的自然場(chǎng)景模擬[D]. 沙嬋娟.貴州師范大學(xué) 2009
[5]在GPU上實(shí)現(xiàn)的基于物理的流體模擬[D]. 李偉偉.吉林大學(xué) 2009
[6]重力熱管流動(dòng)與傳熱特性的數(shù)值模擬[D]. 曹麗召.中國(guó)石油大學(xué) 2009
[7]基于物理的流體動(dòng)畫研究[D]. 譚捷.上海交通大學(xué) 2009
[8]基于流體模型和GPU的云的實(shí)時(shí)仿真[D]. 高宏俊.大連理工大學(xué) 2007
[9]基于GPU的三維流體實(shí)時(shí)模擬[D]. 陳軼.吉林大學(xué) 2007
[10]GPU加速的云的生成和動(dòng)態(tài)模擬[D]. 劉峰.浙江大學(xué) 2005



本文編號(hào)：2991133