在計算機圖形學領域,人們逐漸利用計算機來再現(xiàn)周圍的真實世界,自然現(xiàn)象的建模和渲染是近幾十年來計算機虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真的一個重要研究領域,基于物理模型的流體模擬近年來成為這個領域的一個研究熱點,構建類似流體流動的模型是非常重要且具有挑戰(zhàn)性的問題,一個好的解決方法能夠在其他相關的領域中起到極大地促進作用。云作為戶外場景的重要元素,它是一種非常復雜的自然現(xiàn)象,是大氣流動的形象化,其形狀不規(guī)則且運動復雜、具有隨機性,三維云的模擬已經(jīng)成為計算機圖形學中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。對云的模擬,研究人員主要針對在它的靜態(tài)和動態(tài)方面,目前已對靜態(tài)云的真實感模擬進行了大量的研究,但對于動態(tài)云的模擬相對還比較少。然而,動態(tài)云的快速模擬技術在計算機游戲動畫、影視廣告等許多領域都具有重要的應用價值,在三維虛擬場景的漫游和飛行模擬中,實時的動態(tài)云的模擬變得越來越重要。本文首先對目前關于云的相關研究與成果進行綜述,對基于物理模型的流體模擬方法進行分析,然后對描述流體現(xiàn)象的Navier-Stokes方程的求解作了詳細討論,以半拉格朗日法和有限差分法作為核心思想對Navier-Stokes方程進行求解,利用GPU強大的運算... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

奧列格拍攝影的奇特云彩圖1一2埃坦幸運拍得的心形云彩圖案由此，我們也可以認識到，云在當時的環(huán)境條件下隨著時間不斷地變化可

方程組對云的運動建模，并計算云中各點的光亮度，使用GPU(General一Pu印ose computationonGPus)技術，利用圖形顯卡處理器的快速并行等特點，很大程度提高了云模擬的實時性，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及視線方向上大氣粒子引起的衰減效應;2005年，劉峰[26]提出了一種將分形布朗運動和基于流體相結(jié)合的方法對云的運動建模，并采用GPu加速繪制了動態(tài)云場景，但該方法只限于二維動態(tài)云場景的模擬;2007年，劉世光[27]通過在稀疏的網(wǎng)格上對Navier-stokes方程組進行求解，以建立云的宏觀運動，但這時云的運動比較粗糙

位置(通常為網(wǎng)格單元的中心)，交錯網(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。針對基于三維場景下的流體的模擬，求解區(qū)域為三維的，對區(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】：
期刊論文
[1]云的模擬技術綜述[J]. 吳晶,徐曉剛,陳新來,茆明.  計算機應用研究. 2009(04)
[2]基于計算機視覺和粒子系統(tǒng)的三維云模擬[J]. 龔琳,王善斌,顧大權.  中國體視學與圖像分析. 2008(01)
[3]三維云的建模和繪制[J]. 龔琳,顧大權,袁媛.  計算機應用與軟件. 2007(02)
[4]三維云場景的模擬[J]. 龔琳,顧大權,范茵,徐四林.  解放軍理工大學學報(自然科學版). 2006(05)
[5]體云的光照模型及其算法實現(xiàn)[J]. 胡香,游雄,武玉國.  測繪科學技術學報. 2006(03)
[6]基于分形幾何的動態(tài)云模擬[J]. 石賤弟,姜昱明.  計算機仿真. 2006(04)
[7]基于物理的流體模擬動畫綜述[J]. 柳有權,劉學慧,朱紅斌,吳恩華.  計算機輔助設計與圖形學學報. 2005(12)
[8]虛擬現(xiàn)實中粒子系統(tǒng)的設計與應用[J]. 吳繼承,江南.  計算機仿真. 2004(11)
[9]圖形處理器用于通用計算的技術、現(xiàn)狀及其挑戰(zhàn)[J]. 吳恩華.  軟件學報. 2004(10)
[10]基于中點偏移算法的云的模型設計[J]. 阮鯤,范茵,李匯軍,朱曉林.  解放軍理工大學學報(自然科學版). 2003(01)

博士論文
[1]基于物理的流體動畫建模技術研究[D]. 應龍.國防科學技術大學 2009
[2]大氣現(xiàn)象的真實感建模及繪制技術研究[D]. 劉世光.浙江大學 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 2010
[2]基于N-S方程的復雜流體效果模擬[D]. 李翼飛.天津大學 2009
[3]基于粒子系統(tǒng)的動態(tài)云的實時模擬[D]. 許函.華中科技大學 2009
[4]基于分形的自然場景模擬[D]. 沙嬋娟.貴州師范大學 2009
[5]在GPU上實現(xiàn)的基于物理的流體模擬[D]. 李偉偉.吉林大學 2009
[6]重力熱管流動與傳熱特性的數(shù)值模擬[D]. 曹麗召.中國石油大學 2009
[7]基于物理的流體動畫研究[D]. 譚捷.上海交通大學 2009
[8]基于流體模型和GPU的云的實時仿真[D]. 高宏俊.大連理工大學 2007
[9]基于GPU的三維流體實時模擬[D]. 陳軼.吉林大學 2007
[10]GPU加速的云的生成和動態(tài)模擬[D]. 劉峰.浙江大學 2005



本文編號：2991133