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1、计算机与现代化2010年第2期JISUANJIYUXIANDAIHUA总第174期文章编号:10062475(2010)02008004基于网格的流体界面追踪方法分析与改进谢安兵,汪继文(安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,安徽合肥230039)摘要:对于流体运动,需要去求解其自由表面,才能将其与周围的环境分开,目前许多人都对界面追踪进行了相关研究,并提出了许多方法,其中早期的主要有PIC法、MAC法和VOF法等。LevelSet方法可以有效地实现动态的界面,并且对计算机图形学的研究起到关键的作用,但是LevelS
2、et方法对界面的尖角部分会有较强的抹平效应。ParticleLevelSet方法是在LevelSet方法的基础上,在界面附近引入示踪粒子,从而可以弥补这一缺陷。本文分别介绍这几种方法,并提出一些改进与几种方法的综合应用。关键词:LevelSet;ParticleLevelSet;界面追踪中图分类号:TP393文献标识码:Ado:i10.3969/.jissn.10062475.2010.02.022AnalysisandImprovementofFluidFronttracingMethodBasedonGridX
3、IEAnbing,WANGJiwen(MinistryofEducationKeyLaboratoryofIntelligentComputing&SignalProcessing,AnhuiUniv,Hefei230039,China)Abstract:Forfluidmovement,weneedtosolvethefreesurfacewhichcanbeseparatedwiththeirsurroundingenvironment,manypeoplecarryoutsomestudiesontheinterfac
4、etracking,andputforwardmanymethods,whicharemainlyPICmethod,MACmethodandVOFmethodearly.LevelSetmethodisveryeffectiveforrepresentingdynamicsurfacesandiscrucialtorecentresearchwithincomputergraphics.However,itsmearsoutthesharpinterface.ParticleLevelSetmethodisputforward
5、baseontheLevelSetmethod,thenplacessomeparticlesnearthesurface,soitcanremedythisdefault.Thepaperintroducesthesemethodsrespectively,thenputsforwardsomeimprovementsandtheapplicationofthesemethodscombinedtogether.Keywords:LevelSet;ParticleLevelSet;fronttracing面的尖角部分产生抹圆效
6、应。2002年DouglasAright0引言提出了ParticleLevelSet方法,该方法能够弥补Level[5]在计算机动画模拟领域中,流体这种不规则物体Set方法的缺陷。的模拟越来越成为计算机图形学中最具挑战性的研1基于网格的几种方法介绍究方向之一,它们的模拟在计算机游戏、影视、广告、数值计算网格可分为不随流体运动而改变形状视景仿真等各种领域得到了越来越广泛的应用。对的欧拉网格和随流体运动改变形状的拉格朗日网格于流体运动,需要去求解其自由表面,才能将其与周两类。欧拉网格划分较简单,但在用于具有自由表面围的环境分开,
7、自由界面位置的精确与否直接影响主流体运动数值计算中需要对自由表面位置进行适时场各物理量计算结果的精度。目前许多人都对界面追踪;拉格朗日网格虽然无需进行自由表面追踪,但追踪进行了相关研究,并提出了许多基于网格的方[1]需要在计算过程中随时调整计算网格,以适应流体自法,其中早期的有PIC(ParticleInCell)法、MAC[2]由表面形状,额外增加了计算量,并且在流体变形剧(MarkerAndCell)法和VOF(VolumeOfFluid)[3][4]烈处还会出现网格失效现象。下面介绍几种基于网法等。1988年Os
8、her等人提出LevelSet方法,格的流体界面追踪的方法。在许多复杂的界面追踪问题中得到成功,这方面似乎1.1ParticleinCell方法成为当前界面追踪的主流方向,但是这种方法会对界[1]PIC法是Harlow提出的一种用欧拉矩形网格收稿日
