【摘 要】
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粘弹性流体现象广泛存在于日常生活、计算机游戏动画和工业生产中。随着计算机图形学的不断发展,对粘弹性流体的模拟已经成为虚拟现实领域的研究热点。传统的方法是通过求解控
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粘弹性流体现象广泛存在于日常生活、计算机游戏动画和工业生产中。随着计算机图形学的不断发展,对粘弹性流体的模拟已经成为虚拟现实领域的研究热点。传统的方法是通过求解控制方程中的粘弹力应力项或是采用弹簧等复杂模型模拟粘弹性效果,计算过程较复杂导致模拟速度缓慢。本文针对粘弹性流体模拟实时性问题展开研究,主要研究内容如下。首先,构建SPH方法模拟粘弹性流体运动框架。分析总结基于无网格的SPH方法模拟流体的优势和不足,提出构建基于SPH方法模拟粘弹性流体框架方案。采用流体控制方程Navier-Stokes方程组建立流体物理模型,并对基本方程进行求解计算流体粒子的加速度、速度和位置。提出链表搜索法搜索相互作用的邻近粒子。其次,改进形状约束算法并与SPH方法结合约束流体粒子运动。将所有粒子划分作用区域,形成多个独立的微团,然后利用旋转矩阵和平移矢量使每个微团在运动过程中保持其原有形状。通过对速度进行线性插值更新粒子的最终速度和位置,并对计算过程中的参数合理取值。再次,模拟融合、断裂等粘弹性流体运动场景。计算受力阈值用来判断是否更新粒子的参考位置,检测到与障碍物碰撞时及时更新粒子的速度矢量。设置虚粒子并用碰撞反射法解决边界处理问题,同时对人工粘度及物理粘度进行数值优化。用Marching Cubes算法渲染流体,产生真实的粘弹性流体表面效果。最后,在VS和OpenGL平台下构建了粘弹性流体运动场景的三维建模系统。对本文方法进行了实验设计和结果分析。实验实现了粘弹体的形变运动和实际生活中的复杂场景。
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