探索泥石流现象的真实感建模与绘制

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1、浙江大学计算机科学与技术硕士学位论文泥石流现象的真实感建模与绘制姓名：杨志亮申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：彭群生;王章野20080501浙江大学硕士学位论文摘要泥石流是介于流水与滑坡之间的一种地质作用，它经常发生在峡谷地区和地震火山多发区，在暴雨期具有群发性，是一种世界范围的能给人类带来巨大生命、财产损失的自然灾害现象。由于泥石流具有爆发突然，而且来势凶猛的特点，对其进行场景拍摄相当困难，因此对泥石流现象的真实感建模与绘制工作是非常必要的，其研究成果可应用于防灾救灾、影视特技、数字娱乐以及

2、科普教育等方面。本文第1章介绍了泥石流灾害现象给人类带来的巨大灾难，回顾了地质学界对泥石流的研究历史和现状，以及计算机图形学界在相关技术方面的研究进展，并简述了本文工作的主要研究内容。本文第2章介绍了基于物理的流体模拟的理论基础，对常用的流体模拟方法进行了描述，特别是SPH(SmoothedParticleHydrod)rnarnics平滑粒子流体动力学)方法，为接下来本文对泥石流现象的模拟打下了技术基础。本文第3章针对泥石流的运动特性，提出了一种基于粒子的新的固液两相流模型对泥石流的运动进行建模。首先分析

3、了泥石流的构成及运动特性，并采用改进的SPH方法结合刚体模型来模拟泥石流中液相浆体和固相颗粒的运动，然后基于粒子模型实现了固液两相问的相互作用，并采用GPGPU技术加速了计算的过程。本文第4章讨论了泥石流现象的真实感绘制。在对泥石流实施绘制时，对其液相浆体部分采用隐式表面定义，在保证绘制效果的同时，大大加快了其表面提取的速度：对固相颗粒则进行了精细的造型并依据其运动模型进行绘制。为了增强场景的真实感，本文考虑并模拟了泥石流与场景的交互作用，着重展现了泥石流冲毁、淹没房屋的效果。另外，通过推广第3章的固液两相

4、流模型，本文还实现了洪水、山体滑坡等单相流自然灾害的动态模拟。在论文的最后，作者对全文的研究工作进行了总结，并提出了进一步的研究方向和任务。关键词：自然灾害模拟，泥石流，真实感建模与绘制，基于物理的流体模拟，平滑粒子流体动力学，固液两相流，通用图形处理器，洪水，山体滑坡浙江大学硕士学位论文AbstractDebrisflowiSakindofgeologicalactionbetweenwaterflowandlandslide．Itfrequentlyoccursinmountainareasafterh

5、eavyrain(othercausesmaybeearthquake，theeruptionofvolcano．themeltingiceandsnow,etc)．Itcanbreakoutw／thlitterwarningandrushdown丽廿lfastspeed，SOthatthecapturingofdebrisflowisverydifficult．TherealisticsimulationCanvividlyshow血edynamicprocessofdebrisflowandiShelp

6、fulforthelocalpeopletOsin-rive．ItCanalSObeappliedin也eareassuchasdisasterrescueforgovernments，specialeffectsinmovies，di西talentertainment,andpopularscienceeducation,etc．TIliSpaperiSorganizedasfollows．Chapter1introducesthe删chazardscausedbydebrisflow,reviewspr

7、eviousrelatedworkintheareaofgeologyandcomputergraphics，andbrieflydescribesthemainresearchworkofthispaper．Chapter2introducesthetheorybasisofphysics-basedfluidsimulation，especiallytheSPH(SmoothedParticleHydrodynamics)method．田：1iSchapteristhebaseofthefollowin

8、gsimulationofdebrisflOW．Chapter3proposesanewunifiedparticle-basedsolid．1iquidtwo-phaseflowmodelaccordingtothemotioncharacteristicsofdebrisflow．WbfirstusetheSPHmethodtosimulatethemovementofliquidphase，adoptthe