隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展,流體的模擬仿真被廣泛地應(yīng)用于工程計(jì)算、游戲及電影特效中.逼真的流體仿真需要對(duì)流體的物理特性進(jìn)行建模,基于物理的流體仿真是仿真領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的研究?jī)?nèi)容之一.基于光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SPH)的流體仿真方法是目前最為常用的流體仿真無網(wǎng)格法,其粒子特性特別適合處理流體的建模問題,同時(shí)能夠魯棒穩(wěn)定地解決流體仿真中的計(jì)算問題.但是,SPH方法無法實(shí)現(xiàn)精確的表面張力計(jì)算,無法獲得逼真的流體仿真效果.SPH表面計(jì)算中的數(shù)值不穩(wěn)定問題,引起的表面張力不真實(shí)、自由表面處粒子聚集、細(xì)節(jié)斷裂等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響流體自由表面處仿真的視覺效果.為解決該問題,提出一種面向SPH流體的快速逼真流體表面張力仿真方法.首先快速精確找到流體表面粒子,精準(zhǔn)計(jì)算其表面粒子法向量,其次通過構(gòu)建水平集網(wǎng)格用于邊界處密度修正以更加準(zhǔn)確地處理邊界處的計(jì)算,最后提出近表面粒子間作用力模型以計(jì)算流體表面張力.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能實(shí)現(xiàn)逼真的流體表面張力仿真效果.

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圖１流體粒子表面檢測(cè)結(jié)果表１表面粒子檢測(cè)用時(shí)對(duì)比３．２．２水平集網(wǎng)格構(gòu)建

圖２本文方法計(jì)算模式

內(nèi)部為正，在流體外部為負(fù)，在自由表面處為０（因?yàn)椋洌危疲危剑埃纯焖俦砻鎻埩τ?jì)算與密度修正自由表面的存在意味著ＳＰＨ插值精度應(yīng)當(dāng)保持到接近流體域邊界處．當(dāng)實(shí)現(xiàn)ＳＰＨ插值計(jì)算，如壓力梯度、速度散度時(shí)，接近流體表面處被以與流體內(nèi)部同樣的方式所處理．然而表面處的計(jì)算常常被人們所忽視，....

圖３近表面粒子４．１近表面粒子間作用力模型

平集網(wǎng)格，以區(qū)分流體內(nèi)外區(qū)域的網(wǎng)格頂點(diǎn)．本文通過ＳＰＨ密度求和方式得到流體密度，所以對(duì)于擁有非完整核半徑的流體粒子，由于鄰域粒子的缺失，其計(jì)算所得密度將偏�。ㄟ^前述構(gòu)建的水平集網(wǎng)格，可對(duì)粒子密度進(jìn)行修正，詳見４．３節(jié)．實(shí)際情況下，不是所有的粒子密度計(jì)算都是錯(cuò)誤的，只有靠近表面的....

圖４Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ模型近似圖

）之間的流體粒子所示．所以，密度修正只需對(duì)近表面粒子操作，以減少密度修正計(jì)算量，提高計(jì)算效率．為了實(shí)現(xiàn)快速、有效的表面張力，本文提出了一種近表面粒子間作用力，詳見４．１節(jié)．為了更好地模擬流體的表面微觀特性，還需加入近表面最小化表面積項(xiàng)保證流體表面積最小化，詳見４．２節(jié)．最后，通過....

本文編號(hào)：4048257