形状可控的烟雾动画

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1、万方数据形状可控的烟雾动画论文作者签名：指导教师签名：论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席：委员1：委员2：委员3：委员4：委员5：⑧答辩日期：二零一四年六月万方数据Shape-ControllableSmokeAnimation⑧Author’Ssignature：Supervisor’Ssignature：ExtemalReviewers：ExaminingCommitteChairperson：‘

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9、ne2014万方数据浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位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。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，也不包含为获得浙江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己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：拗改签字日期：矽fY年‘月b日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位

10、论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：期羞聊躲虬签字日期：～l，中年￡月-p日签字日期：厶l【P年6月k日万方数据浙江大学博士学位论文摘要烟雾控制一直是流体仿真领域的重要分支之一。可控的烟雾动画在影视特效和广告中的应用也越来越广泛。这种利用计算机仿真技术来制作动画特效的方式不仅解开了现实对艺术家或导演的束缚，让他们能够发挥天马行空的想象力，而且也为影视等娱乐产业节省了大量的拍摄成本，同时还能减少或者避免让演员暴露在某些危险场景中

11、的可能性。因为这些重要的应用价值，烟雾控制也吸引了大量研究者的关注和投入。通过详细地分析国内外的研究现状，本文对烟雾控制的几个关键问题进行了深入的探讨，并提供了系统的解决方案。具体来讲，本文的贡献包括以下几个方面：·烟雾控制既包含路径控制又包含形状控制，为了能给动画师带来更多的便利，我们提出了一种统一的控制框架。该算法在同样的计算框架下既能实现路径控制，又能实现形状控制，还能实现两者结合的混合控制。为了实现这种统一的控制方式，我们把表示目标路径的空间曲线和表示目标形状的几何模型转化为对应的有向距离场，并基于这种有向距离场设计了三种控制力：路径控制力

12、、边界控制力、以及基于中轴点云的形状控制力。路径控制力能让烟雾沿着目标的路径运动。边界控制力能将烟雾限制在指定的区域内运动。形状控制力则能驱使烟雾形成各种各样的目标形状。同时，为了提高形状控制的精度，我们还提出了一种自适应的散度调整策略，能够去除仿真中多余的烟雾，从而使得结果形状上的细节特征更加清晰。另外，我们还设计了一种混合涡旋粒子，能够根据所处的空间位置自适应地增强烟雾的湍流细节。实验也证明了我们的算法要优于有的形状控制算法和路径控制算法，以及通过简单修改将两者结合起来的混合算法。·在制作可控的烟雾动厕时，常常需要反复调试各种参数，以得到满意的

13、效果。因此，一个快速有效的计算框架会给动画师带来很大的便利，节省动画设计的时间。为此，我们提出了一种新颖的、针对可控烟雾动画的计算框架。在万方数据浙江大学博士学位论文摘要该框架下，我们采用基于离散正弦变换(DST)的泊松方程求解算法取代传统的PCG求解，并改进了现有的涡旋粒子算法，使其在增强湍流细节的同时，还能完成流体方程中对流项的求解。实验表明，我们的算法框架能得到与传统框架十分相似的结果，同时将计算速度提高了20倍以上。·针对形状和路径可控烟雾动画提出了一种过程式的湍流细节合成算法。为了在增强湍流细节的同时，避免对烟雾的控制效果造成不利的影响，

14、我们设计了一种新颖的、随时间和空间变化的合成参数。该合成参数由涡旋速度和控制力共同计算得到，可以有效地控制过程式生成的湍流行为。使用合成参数后，仿真结果在得到丰富的湍流细节的同时，能很好的保持控制效果不受到大尺度的噪声带来的不利影响。通过和其它经典的过程式合成算法的比较，证明了该算法的有效性和可控性。关键词：烟雾动画控制算法形状控制路径控制混合控制计算框架离散正弦变换湍流过程式合成Ⅱ万方数据浙江大学博士学位论文AbstractSmokecontrolanimationhasalwaysbeenoneimportantbranchinthefield

15、offluidsimulation，andcontrollablesmokeanimationhasbeenmoreand