基于格子涡(VIC)方法的烟雾仿真研究  

Smoke Simulation Based on VIC Method

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作  者:姚亮[1] 陈国栋[1] 

机构地区:[1]福州大学物理与信息工程学院,福建福州350116

出  处:《贵州大学学报(自然科学版)》2016年第1期70-74,共5页Journal of Guizhou University:Natural Sciences

基  金:国家自然科学基金(61471124);福建省自然科学基金(2013J05090)

摘  要:烟雾仿真一直是计算机图形学研究的难点,基于欧拉法的烟雾仿真存在严重的数值耗散的问题,导致仿真的细节表现不尽如人意,基于纯拉格朗日的方法计算量大实时性难以保证。为了达到较好的效果并且控制计算量提高计算速度,本文使用基于格子涡(VIC)的方法对烟雾进行仿真。在欧拉框架下计算速度场,然后在拉格朗日框架下追踪涡粒子沿迹线的运动。在欧拉框架下使用FFT(快速Fourier变换)快速求解Poisson方程,得到涡量输运方程中从涡量到速度的转换,加快计算速度。对于粘性扩散项中的粒子涡量交换,本文使用粒子强度交换法(PSE)来求解方程。最终实现了对烟雾的仿真,细节效果保留较好,实时性可以接受,验证了该方法的有效性。Fluid simulation is always a key problem for computer graphics research. Simulations using Eulerian view discretization can suffer from unwanted numerical diffusion, with fewer visual details. In order to achieve better effect and decrease computational complexity and improve computing speed, the method used in the study was based on VIC simulation of smoke. In the Eulerian framework velocity field was calculated, and then trace the route of vortex particles was traced along the path line. In the Eulerian framework, FFT was used to speed up the process of solving Poisson equation, convert vorticity to velocity in the vorticity transport equation, speed up the calculation. For the viscous term, considering the particle vorticity exchange, the PSE was used to solve the equation. Finally the smoke simulation was realized, details of the effect was better retained. Real-time perform- ance is satisfactory, verifying the effectiveness of the method.

关 键 词:涡量输运方程 格子涡(VIC)方法 快速Fourier变换(FFT) 粒子强度交换(PSE) 

分 类 号:TP391.41[自动化与计算机技术—计算机应用技术]

 

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