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基于粒子系统的沉淀模拟

作　者: 朱赫伟
导　师: 王文永
学　校: 东北师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 粒子系统 力场网格 沉淀 纳维-斯托克斯公式(Navier-Stokes Equation) 流体
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着计算机图形的发展,计算机图形学已经成为快速、高质量实现事物模拟的坚实理论基础。用计算机生进行真实感图形模拟一直是计算机图形学中的研究重点,而对不规则物体与现象的真实感模拟更是其中的研究重点。目前,粒子系统已经成为公认的模拟不规则物体的最成功方法之一,其优点在于直观、高效、技术成熟稳定。真实感图形模拟的基础在于建立模型,因而模糊物体的模拟一直是图形学的难点之一。特别是对一些自然现象的模拟,如火焰、水流、雨、雪等,这类自然现象由于其本身特点具有随机性、模糊性,因而很难用常规的物理建模和几何建模方法实现。然而这些现象在真实感图形模拟中又是不可缺少的重要元素,因而不规则事物模拟一直是真实感图形模拟的研究热点之一。尽管困难重重,但在国内国外学者的努力探索下,取得了相当的成果。本次研究是采用粒子系统对沉淀现象进行模拟,研究重点是对液体中产生化学反应生成沉淀现象的模拟。一方面考虑到反应发生在液体中,液体的运动将对细小的沉淀粒子产生明显的作用,基于著名公式纳维-斯托克斯公式(Navier-Stokes Equation)求解流体的运动现象成为的研究重点之一。通过研究目前已有的沉淀模型,分析其优点与不足,并在其基础上提出一种新的沉淀模型(GFS)模型。该模型不但细致分析沉淀现象中粒子的受力情况,还添加了仪器模型与水面效果,达到真实的模拟效果。不规则物体的模拟一直是真实感图形模拟的研究难点之一,要模拟沉淀现象就更有挑战性了。用纳维-斯托克斯公式(Navier-Stokes Equation)可以真实的模拟液体的运动规律,确保了模拟的精度。这种方法简单直观,可以大大减少对于沉淀粒子计算的复杂度,确保计算的速度,对不规则事物进行模拟具有重要的科学意义和研究价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
引言  8-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 研究背景和研究内容  9-11
    1.1.1 研究背景  9-10
    1.1.2 研究内容  10-11
  1.2 应用价值与理论价值  11-12
    1.2.1 应用价值  11
    1.2.2 理论价值  11-12
  1.3 论文结构与预期成果  12-13
    1.3.1 论文结构  12
    1.3.2 预期成果  12-13
第二章 理论基础  13-19
  2.1 理论基础  13-14
    2.1.1 图形学理论基础  13-14
    2.1.2 计算机图形学应用及其发展  14
  2.2 真实感图形显示  14-15
  2.3 不规则物体模拟  15-18
    2.3.1 粒子系统理论  16-17
    2.3.2 基于数学物理模型的模拟方法  17-18
    2.3.3 基于纹理技术的模拟方法  18
  2.4 计算流体力学  18-19
第三章 沉淀模拟建模  19-34
  3.1 模拟的实验过程  19-20
    3.1.1 实验器材  19
    3.1.2 实验步骤  19
    3.1.3 化学原理  19-20
  3.2 粒子的运动算法解析  20-24
    3.2.1 连续性方程  20-22
    3.2.2 动量方程  22-23
    3.2.3 粘性流动的纳维—斯托克斯方程  23-24
    3.2.4 无粘性流动的欧拉（Euler）方程  24
  3.3 粒子系统设计  24-32
    3.3.1 沉淀现象理论  24-25
    3.3.2 现有的沉淀模型  25-26
    3.3.3 新沉淀模型的提出  26-28
    3.3.4 属性分析  28
    3.3.5 粒子的产生  28-30
    3.3.6 粒子的运动控制  30-31
    3.3.7 具体模型参数化  31-32
  3.4 沉淀模拟流程  32-34
第四章 沉淀模拟的实现  34-40
  4.1 编码设计实现  34
    4.1.1 开发工具  34
  4.2 初高中实验效果演示系统  34-35
  4.3 粒子系统引擎实现  35-40
    4.3.1 粒子定义  35
    4.3.2 粒子纹理定义  35-36
    4.3.3 粒子与场景初始化  36-37
    4.3.4 粒子与场景绘制  37-40
第五章 实验效果对比与分析  40-47
  5.1 效果评价  40-41
  5.2 具体改进  41-45
  5.3 对比分析  45-47
第六章 总结和展望  47-50
  6.1 总结  47-48
  6.2 展望  48-50
参考文献  50-52
致谢  52

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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