雪崩是一種冬天積雪山坡區(qū)域常見的自然災(zāi)難景象,其危害是會對人們生命財(cái)產(chǎn)和冬季運(yùn)動造成危險(xiǎn)、阻斷交通。雪崩災(zāi)難景象的真實(shí)感建模與繪制技術(shù)在災(zāi)難預(yù)防和救助、計(jì)算機(jī)動畫和影視特效制作、游戲開發(fā)等領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值,但現(xiàn)有雪場景模擬方法不能有效地模擬雪崩動態(tài)景象的物理特征及其變化。為此,本文基于位置動力學(xué)（PBD）框架對雪崩場景真實(shí)感建模與繪制方法進(jìn)行了改進(jìn)實(shí)現(xiàn)。該方法綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、地質(zhì)學(xué)和力學(xué)等多學(xué)科的知識對動態(tài)雪崩場景的發(fā)生、運(yùn)動及淹沒效果進(jìn)行了物理建模,并采用了GPU加速技術(shù),提高了模擬的效率;首次通過引入賓漢體本構(gòu)模型,改進(jìn)了內(nèi)力約束模型以及外力模型,從而能夠真實(shí)地繪制出不同條件下大規(guī)模雪崩動態(tài)場景。本文第二章介紹雪崩模擬的理論基礎(chǔ)。對雪崩發(fā)生的成因及基于位置動力學(xué)的可變形連續(xù)材質(zhì)模擬框架進(jìn)行了描述;針對雪崩特點(diǎn)引入了特定的本構(gòu)模型;并闡述引入賓漢體本構(gòu)模型對雪粒子流中內(nèi)力約束模型以及外力模型的改進(jìn),介紹了雪崩動態(tài)過程的模擬流程。本文第三章介紹雪崩動態(tài)景象的物理建模。采用了雪材質(zhì)粘塑性模型以模擬雪流的動力學(xué)特性及堆積效果;引入雪材質(zhì)摩擦力模型實(shí)現(xiàn)雪流穩(wěn)定時(shí)的堆積效應(yīng);采用水平... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

體繪制技術(shù)示意圖

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第2章雪崩模擬的理論基礎(chǔ)16該算法框架的模擬計(jì)算流程。2.1雪崩現(xiàn)象簡介由于積雪的凝聚力以及摩擦力無法抗拒所受重力等外力因素時(shí)，便會產(chǎn)生滑動，引起大量的積雪崩塌，這種自然現(xiàn)象稱為雪崩，雪崩被定義為一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害。通常雪崩發(fā)生在坡度為25度至50度的山坡上,坡度更小的山坡不容易產(chǎn)生雪崩，同樣若坡度過高，難以形成足夠厚度積雪，也無法產(chǎn)生雪崩。積雪比較松軟，在外界作用下，雪水等滲入下層雪層，降低了下方雪層的抗剪強(qiáng)度以及粘性、凝聚力等，形成多個(gè)雪層，如果某雪層的部分受力平衡打破，開始下滑，在多米諾骨牌效應(yīng)下造成雪層大量積雪下滑。造成下滑的原因較多，從一般角度分析受力原因是造成如果此時(shí)由于聲音、震動甚至重力等原因使得雪層之間本身力的平衡被打破，造成滑動發(fā)生。圖2-1山坡上雪崩產(chǎn)生的示意圖如圖2-1所示為山坡上雪崩產(chǎn)生的示意圖。雪崩發(fā)生時(shí)山坡上積雪可分為多個(gè)雪層，當(dāng)雪層間抗剪強(qiáng)度、粘性、凝聚力聚力等降低，受力平衡被破壞后，表層雪將發(fā)生坍塌，從而產(chǎn)生雪崩流動。2.1.1雪崩研究的不同視角分類雪崩具有發(fā)生時(shí)間地點(diǎn)不可預(yù)測、發(fā)生形式多樣以及成因復(fù)雜等特點(diǎn)，通常無法使用一個(gè)統(tǒng)一的物理模型進(jìn)行建模。通常相關(guān)研究從微觀和宏觀的兩個(gè)角度

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第3章雪崩動態(tài)景象的物理建模32粘性表現(xiàn)為作用在相鄰粒子之間徑向的粘附力。這些力會在每個(gè)時(shí)間步長開始時(shí)更新粒子速度，然后再更新其預(yù)測位置并進(jìn)行校正。粘性約束算法見算法2表，對速度進(jìn)行修正時(shí)，首先計(jì)算粒子朝向粒子運(yùn)動的速度，以及粒子與粒子的相對距離，并與設(shè)置參考粒子距離參數(shù)計(jì)算比值，若距離小于參考距離，則繼續(xù)計(jì)算。設(shè)為投影速度差，當(dāng)徑向速度差為正時(shí)，可通過乘以通過公式（3-9）計(jì)算得到的有效粘度′以及0至1之間的剛度系數(shù)，即可得到更新后的速度。算法2粘性約束算法1:for所有鄰域粒子：2:計(jì)算←3:ifq<14:v←()//計(jì)算內(nèi)向徑向速度5:if>06:←(1)(′)7:←/28:←/29:endfor3.1.2雪流彈塑性模型雪材質(zhì)通常使用彈塑性模型進(jìn)行建模，通常情況下，雪材質(zhì)可以抵御重力等作用不發(fā)生形變，而當(dāng)施加的力過大而使受力超過屈服應(yīng)力時(shí)，雪出現(xiàn)壓縮或形變等塑性形變現(xiàn)象，因此采用具有屈服應(yīng)力條件的彈塑性模型對其進(jìn)行建模非常合適。圖3-1彈塑性模型發(fā)生彈塑性形變示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大規(guī)模雪場景的實(shí)時(shí)繪制[J]. 單宇翔,王章野,楊春燕,彭群生.  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2013(08)
[2]自然雪景的構(gòu)造和繪制[J]. 陳彥云,孫漢秋,郭百寧,吳恩華.  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2003(01)

碩士論文
[1]雪場景的建模和實(shí)時(shí)繪制研究[D]. 單宇翔.浙江大學(xué) 2013



本文編號：2973058