1、3D流體仿真技術(shù)提供了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中讓人驚嘆的視覺效果。因此,隨著人們對于視覺效果的要求越來越高,3D流體仿真逐漸成為了研究者們所關(guān)注的焦點(diǎn)。無論是電影特效、三維動(dòng)畫還是視頻游戲,都可以看到3D流體仿真的蹤跡。同時(shí),3D流體仿真也是模擬多種自然現(xiàn)象的基礎(chǔ)。這些因素決定了3D流體仿真不只是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn),也將成為未來計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的重要方向。
　　本文首先對于3D流體仿真的相關(guān)理論和技術(shù)進(jìn)行了深入地研究和分析,包括仿真的物理基

2、礎(chǔ)、流體與動(dòng)態(tài)障礙物的耦合以及渲染算法的研究,然后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于GPU的3D流體仿真系統(tǒng)。本文的創(chuàng)新之處在于提出了改進(jìn)的流體仿真算法、改進(jìn)的體素化方法以及改進(jìn)的光線投射算法,并且在本文的實(shí)現(xiàn)中將這些創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了應(yīng)用。本文的主要內(nèi)容為:
　　1.本文使用了Navier-Stokes方程作為流體仿真的物理基礎(chǔ),根據(jù)該方程得到了流體仿真算法。然后,結(jié)合本文的具體情況,對流體仿真算法進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)的主要內(nèi)容包括使用MacCormack

3、方法求解平流項(xiàng)、在GPU上使用Jacobi迭代法求解壓力項(xiàng)以及一種平流與修正相結(jié)合的方法更新水平集,通過使用改進(jìn)的流體仿真算法可以獲得更精確的結(jié)果。
　　2.在流體仿真的過程中,加入了動(dòng)態(tài)障礙物對于流體的影響,流體與動(dòng)態(tài)障礙物的耦合是本文的關(guān)鍵。由于在耦合過程中需要使用邊界信息和邊界的法向信息,因此本文提出了一種改進(jìn)的體素化方法,通過這種方法可以獲得耦合所需要的信息,從而實(shí)現(xiàn)雙向耦合的過程。對于耦合過程本文進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并且取得了明

4、顯的效果。
　　3.在仿真過程結(jié)束后,需要將結(jié)果渲染出來。本文兼顧效果和效率這兩個(gè)方面,采用了光線投射算法的思想。并結(jié)合本文的具體情況,對于光線投射算法進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)的主要內(nèi)容包括光線行進(jìn)距離修正、裁剪以及一種控制透明度的方法,通過使用改進(jìn)的光線投射算法可以獲得正確的結(jié)果。
　　最后,以本文之前的研究內(nèi)容作為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了基于GPU的3D流體仿真系統(tǒng),并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析。然后,本文對于目前的成果進(jìn)行了總結(jié),并對以后的工作