泥石流來勢兇猛、破壞力強,給人類帶來巨大的災難,由于爆發(fā)具有突然性和不可預測性,其場景拍攝比較困難,泥石流運動仿真能夠展示泥石流的發(fā)展及成災過程,因此,對泥石流運動仿真的研究具有重要意義。泥石流運動可以看作是液相漿體和固相物體的耦合運動,傳統(tǒng)的基于幾何的建模方法無法表現(xiàn)泥石流表面豐富的細節(jié),本文基于物理的方法,以拉格朗日視角下的納維斯托克方程(Navier-Stokes Equation,N-S)為起點,基于光滑粒子動力學方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)對泥石流運動建模,具體內(nèi)容如下:(1)基于SPH方法對液相漿體運動進行模擬,得出一個拉格朗日流體模擬的基本框架。對影響算法精度和效率的鄰居粒子搜索算法、光滑核函數(shù)進行分析和研究,采用蛙跳算法(Leap-Frog)進行時間步長積分,更新漿體粒子的位置和速度。采用Marching Cubes算法提取密度場的等值面,構(gòu)造流體表面三角形,通過渲染建立具有真實感效果的泥石流漿體表面。(2)擴展SPH方法模擬漿體和動態(tài)物體的交互。將泥石流運動場景中的物體視為剛體,根據(jù)高斯積分規(guī)則對三角形網(wǎng)格表示的剛體進...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 泥石流運動的相關(guān)工作
        1.2.1 泥石流的運動模型及數(shù)值模擬的研究
        1.2.2 泥石流運動可視化的研究
    1.3 流體模擬的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 流體模擬的非物理方法
        1.3.2 流體模擬的物理方法
        1.3.3 流體模擬的SPH方法
    1.4 流固耦合的研究現(xiàn)狀
2 基于SPH方法的流體模擬
    2.1 N-S方程
    2.2 SPH方法的基本方程
    2.3 光滑核函數(shù)
        2.3.1 光滑核函數(shù)的性質(zhì)
        2.3.2 光滑核函數(shù)的形式
    2.4 鄰近粒子搜索算法
    2.5 時間步長積分
    2.6 本章小結(jié)
3 流固耦合碰撞檢測與處理
    3.1 碰撞檢測
    3.2 碰撞處理
        3.2.1 液相漿體的運動
        3.2.2 固相物體的運動
    3.3 本章小結(jié)
4 泥石流運動建模
    4.1 場景建模
    4.2 剛體表面粒子采樣
        4.2.1 剛體表面粒子采樣
        4.2.2 采樣粒子優(yōu)化處理
    4.3 泥石流運動建模
        4.3.1 漿體粒子與靜態(tài)物體交互
        4.3.2 液相漿體與動態(tài)物體的交互
    4.4 粒子受力分析與狀態(tài)更新
        4.4.1 液相漿體粒子受力分析與狀態(tài)更新
        4.4.2 固相粒子受力分析
        4.4.3 固相物體狀態(tài)更新
    4.5 碰撞檢測算法的改進
    4.6 實驗結(jié)果與分析
    4.7 本章小結(jié)
5 泥石流運動的真實感模擬
    5.1 MarchingCubes算法
        5.1.1 MarchingCubes算法簡介
        5.1.2 MarchingCubes算法的實現(xiàn)
    5.2 泥石流漿體與場景交互的真實感繪制
        5.2.1 泥石流液相漿體與靜態(tài)物體交互的真實感繪制
        5.2.2 泥石流與動態(tài)物體交互的真實感繪制
    5.3 Unity3d平臺上泥石流場景建模
        5.3.1 基于Voronoi分解的破碎仿真
        5.3.2 泥石流運動過程中其他場景的建模
        5.3.3 泥石流大規(guī)模遠景建模
    5.4 算法整體實現(xiàn)流程
    5.5 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
攻讀學位期間參加的科研項目及發(fā)表的學術(shù)論文
致謝
參考文獻



本文編號：3857520