【摘要】：自然場(chǎng)景的真實(shí)感模擬,一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。其中災(zāi)難場(chǎng)景的仿真技術(shù),在減災(zāi)防災(zāi)、影視特效制作等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價(jià)值。山體滑坡災(zāi)害現(xiàn)象,由于其對(duì)坡地附近地區(qū)的道路交通及人民生命財(cái)產(chǎn)有著嚴(yán)重危害效果,各國(guó)政府對(duì)此日益重視并采取措施加以防范。但至今在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域,尚無(wú)對(duì)此災(zāi)害現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模和繪制的研究工作。為克服這一缺陷,本文針對(duì)山體滑坡現(xiàn)象的特點(diǎn),提出了一種基于物質(zhì)點(diǎn)方法(Material Point Method,簡(jiǎn)稱(chēng):MPM)來(lái)模擬山體滑坡災(zāi)害現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)過(guò)程。由于MPM擅長(zhǎng)于對(duì)連續(xù)彈塑性材質(zhì)的模擬,為了模擬山體滑坡現(xiàn)象中連續(xù)土介質(zhì)顆粒流,我們?cè)谀M框架中引入了物質(zhì)點(diǎn)方法(MPM)作為計(jì)算基礎(chǔ)。為真實(shí)感地模擬土石介質(zhì)的破碎、內(nèi)摩擦以及流動(dòng)等動(dòng)力學(xué)特性,我們?cè)谏襟w滑坡的屈服面模型中引入土力學(xué)中的修正劍橋模型,通過(guò)將變形梯度投影到屈服面上,實(shí)現(xiàn)了變形梯度的塑性部分以及彈性部分的分離,并簡(jiǎn)化了修正劍橋模型的硬軟化計(jì)算參數(shù),從而能較為逼真地模擬山體滑坡中土石固體流的運(yùn)動(dòng)演化。為模擬山體滑坡現(xiàn)象中土石材質(zhì)之間的相互作用,我們引入了一種基于水平集(Level Set)的雙向流固耦合方法加以模擬。為提高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的模擬效率,我們將水平集中的符號(hào)距離場(chǎng)(SDFs)計(jì)算在MPM框架下通過(guò)GPU并行化計(jì)算處理,提高了碰撞檢測(cè)的效率,從而加速了大規(guī)模復(fù)雜的山體滑坡動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的模擬。在此基礎(chǔ)上,我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)山體滑坡災(zāi)害場(chǎng)景的模擬生成系統(tǒng),能較為真實(shí)地模擬山體滑坡景象發(fā)生時(shí)山石滾落、土石崩塌、土石流的流動(dòng)及吞沒(méi)公路和車(chē)輛并最終堆積成型的動(dòng)態(tài)過(guò)程。文中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及效率分析對(duì)比證明了本文方法的有效性及其應(yīng)用潛力。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：P642.22;TP391.41
【圖文】：

種常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，是指斜坡上的巖土在重力或者靜動(dòng)而產(chǎn)生的災(zāi)難性地質(zhì)現(xiàn)象。山體滑坡包含廣泛的坡、泥石流、土流等。山體滑坡能夠發(fā)生在各種各樣的征，從山脈到海岸懸崖，甚至能夠發(fā)生在水下，形成海主要驅(qū)動(dòng)力，但影響邊坡穩(wěn)定性的其他因素也會(huì)導(dǎo)致許多現(xiàn)象情況下，滑坡是由某一特定事件引起的，如的斜坡等，但是確定滑坡的原因往往是十分困難的。逡逑成因逡逑

在受力體的每一點(diǎn)，至少有三個(gè)平面，稱(chēng)為主平面，其法向量稱(chēng)為主方向，逡逑其中對(duì)應(yīng)的應(yīng)力向量垂直于該平面，即與法向量平行或方向相同，且無(wú)法向剪切逡逑應(yīng)力。而垂直于這些主平面的三個(gè)應(yīng)力稱(chēng)為主應(yīng)力，如圖２．２所示。圖２．２中與逡逑空間對(duì)角線垂直的平面稱(chēng)為ｎ平面（偏應(yīng)力平面）。逡逑１３逡逑

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