浅谈基于lbm的曲面流动效果的实时模拟研究

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1、天津大学硕士学位论文基于LBM的曲面流动效果的实时模拟研究姓名：母瀚文申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：孙济洲20090501中文摘要近年来，随着计算机技术的快速发展，计算机图形学越米越成为一个热门学科，而各种流体模拟一直是计算机图形学领域的一个热门研究课题。在计算流体力学领域里，与流体相关的内容很多，已有的研究专题主要有：云彩与烟雾、火焰与爆炸、波浪与气泡等。流体模拟的方法主要是基于物理原理，包括欧拉法和拉格朗日法。近年来，LBM方法得到了迅速发展，该方法具有简单、并行、高效的特点。本文以LBM方法为基础，对曲而流动效果的实时模拟进行研究。整个算法包括曲面无结构三角网格模型

2、建模、无结构LBM方法、曲面模犁映射为平面模型、边界条件和质量力五部分。在对曲面建模过程中，采用无结构网格对曲面建模，并结合LBM中的D2Q9模型对网格进行仞始化和计算。本文使用的LBM方法是一种专门应用于无结构网格上的改进方法，这种方法中对一个网格节点的计算与其1-ring网格节点有关，并且通过引入记忆函数，使计算效率大为提高。曲面模型映射为平面模型就是通过三角网格参数化保持网格形状基本不变，在这个过程中还要将各网格节点的速度向量进行映射，并修正映射后的各种数据。此外，本文还采用平衡法处理边界条件，并考虑重力这一重要的质量力。实验表明，对于大部分的曲面无结构三角网格模型，此算法能够实时、

3、准确的模拟曲面上的流动效果。关键词：曲面流动模拟无结构LBM三角网格参数化边界条件重力ABSTRACTInrecentyears，withtherapiddevelopmentofcomputertechnology,computergraphicshasincreasinglybecomeahottopic，andvarietiesoffluidsimulationshavealwaysbeenhotresearchtopicsincomputergraphics．Incomputationalfluiddynamics，therearemanyresearchcontents，such

4、aSclouds，smoke，fire，explosions，wavesandbubbles．Methodsoffluidsimulationarebasedmainlyonthephysicalprinciples，includingtheEulermethodandtheLagrangianmethod．Inrecentyears，LBM，whichissimple，parallelandefficient，hasbeendevelopedrapidly．Inthispaper．basedonLBM．wefocusonresearchofflowsimulationoncurvedsu

5、rface．Thewholealgorithmconsistsoffiveaspects，includingsurfacemodelingwithunstructuredtriangularmeshes，unstructuredLBM，mappingthesurfacetotheplane，boundaryconditionsandbodyforces．Intheprocessofsurfacemodeling，unstructuredmeshesaleusedformodeling，anddataofmeshesisinitializedandcalculatedcombinedwith

6、theD2Q9modelofLBM．·TheLBMmethodinthispaperisimprovedforapplyingtechnicallytounstructuredmeshes，inwhichthecalculationinameshpointneedsits1-ringneighborhood．Amemoryfunctionisintroducedtoenhancethecomputationalefficiency．Flatteningsurfacemodeljustmeanspreservingshapebasicallythroughtheparameterizatio

7、noftriangularmeshes．Inthisprocess，velocityvectorsofeverymeshpointneedtobemapped；aftermapping，datashouldbeamended．Inaddition，theequilibriummethodisusedtodealwithboundaryconditionsandthegravityasanimportantbodyforc