摘要
基于物理的流体真实感模拟是计算机图形学研究的难点之一，随着计算机软硬件的不断发展，流体模拟被广泛应用在电影、动画、游戏等娱乐行业。在流体力学和流体工程传统领域，如航空、航天、船舶、水利等方面，也得到了越来越多人们的关注和应用。目前，针对流体模拟方面的方法大多是面向单一流体模拟，缺少统一的方法实现不同的流体模拟以及细节优化。因此，本文提出基于SPH的统一流体模拟及细节优化研究来实现不同流体的实时模拟、控制和优化。 首先，针对现有流体模拟方法缺乏通用性，提出基于SPH(SmoothedParticleHydrodynamics,光滑流体动力学)的统一流体模拟方法。该方法先将所需要模拟的流体目标转化成粒子，之后通过约束流体密度的核函数，来驱动粒子形成所需要的流体形状，让流体模拟方法不再局限于单一的流体模拟。同时，提出了基于哈希表的邻域粒子搜索算法以减少流体模拟中邻域粒子搜索对流体模拟效率的影响，来提高流体整体模拟效率。 其次，针对流体模拟中的细节问题，在MC(MarchingCubes)算法对粒子表面重建的基础上，提出了压缩波(即声波)算法，实现不同流体的细节优化。该方法主要步骤为通过波动方程求得更新粒子密度，并根据流体的边界层将粒子空间划分不同的范围，得到外部粒子，最终使用更新粒子密度替换外部粒子密度。与其他方法相比，该方法实现起来更加简单，且实验效果较逼真自然。 最后，为了进一步验证所提方法在实际应用场景中的有效性，本文设计并实现了基于SPH的统一流体模拟及细节优化原型系统。原型系统的实现结果表明本文提出的统一流体模拟和细节优化等方法可以实现多种流体实时运动效果，且计算开销小，有较好的实际应用价值。
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