基于物理模型的云模拟.pdf

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1、分类号——UDC学密级武多凄理歹大穿、位论文但论又题目基王堑墨搓型鲍垂搓垫英文题目￡!盟亟Si蛩出!堑iQ壁旦签曼亟Q坠Ph盥i鱼丞丝Q亟壁!研究生姓名至出兰姓名堑盘坌职称塾撞学位亟±指导教师单位名称盐簋扭銎鲎墨垫盔堂隆邮编430063申请学位级别巫±学科专业名称盐簋扭盘鲎鱼垫盔论文提交日期2011．4论文答辩日期2011．52011年5月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果

2、，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：星蛎兰日期：w『I、上、髟学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库

3、使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)导师(签名)：，日期wm譬．“榭份武汉理工大学硕士学位论文摘要在计算机图形学领域，人们逐渐利用计算机来再现周围的真实世界，自然现象的建模和渲染是近几十年来计算机虚拟现实与系统仿真的一个重要研究领域，基于物理模型的流体模拟近年来成为这个领域的一个研究热点，构建类似流体流动的模型是非常重要且具有挑战性的问题，一个好的解决方法能够在其他相关的领域中起到极大地促进作用。云作为户外场景的重要元素，它是一种非常复杂的自然现象，是大气流动的形

4、象化，其形状不规则且运动复杂、具有随机性，三维云的模拟已经成为计算机图形学中最具挑战性的问题之一。对云的模拟，研究人员主要针对在它的静态和动态方面，目前已对静态云的真实感模拟进行了大量的研究，但对于动态云的模拟相对还比较少。然而，动态云的快速模拟技术在计算机游戏动画、影视广告等许多领域都具有重要的应用价值，在三维虚拟场景的漫游和飞行模拟中，实时的动态云的模拟变得越来越重要。本文首先对目前关于云的相关研究与成果进行综述，对基于物理模型的流体模拟方法进行分析，然后对描述流体现象的Navier-Stokes方程的求

5、解作了详细讨论，以半拉格朗日法和有限差分法作为核心思想对Navier-Stokes方程进行求解，利用GPU强大的运算能力、并行性与可编程性来加速计算Navier-Stokes方程，根据积云的物理特点，提出一种新的动态积云实时模拟算法，使用基于物理模型的流体动力学方法对积云进行建模，并引入粒子系统思想，使本文的模拟方法既具有基于物理模拟方法逼真的优点，又有粒子系统方法简单的优点，最终生成实时、逼真的动态积云模拟效果。关键词：物理模型，动态云，Navier-Stokes方程，GPU武汉理工大学硕士学位论文Abst

6、ractInComputerGraphicsarea,peoplegraduallyreproducetherealworldaroundUSinthecomputers．Thereforethesimulationandrenderingofthenaturalphenomenonisbecomingmoreandmoreimportantinrecentdecades，whilethefluidsimulationbasedonphysicalmodelsisbecomingahotreseagchtop

7、ic．Buildingasimilarmodalofthefluidflowisaveryimportantandchallengingquestion,agoodsolutioncanplayapositiveandsignificantroleinotherrelatedfields．CloudasanimportantelementofoutdoorSCenesisaverycomplexnaturalphenomena,whichistheatmosphericflowvisualizationwim

8、theirregularshape，complexandrandomlymovement．Asaresult,thethree—dimensionalsimulationofthecloudhasbecomethemostchallengingproblemincomputergraphicsfield．Atpresent,嬲forthestaticanddynamicresearchonthecl