[发明专利]一种用湍流方程丰富火焰模拟细节的方法

摘要

本发明涉及一种用湍流方程丰富火焰模拟细节的方法，（1）采用基于网格的欧拉方法，使用CUDA加速求解Navier-Stokes方程，得到火焰的速度场、密度场和温度场；（2）采用粒子方法简化标准k-e湍流方程，并利用CUDA加速求解得到粒子的湍动能和能量耗散率；（3）生成窄带随机纹理场，进而求旋度得到速度场，然后根据粒子的位置在随机速度场中采样，得到粒子所在处的速度；（4）合成粒子的扰动速度，然后利用该速度以高斯衰减的权重扰动粒子邻域内的网格节点处的速度，驱动密度场和温度场的运动；（5）利用CUDA和OpenGL的缓冲区映射，直接渲染CUDA计算出来的数据场，得到火焰面片。

主权项

一种用湍流方程丰富火焰模拟细节的方法，是通过求解湍流方程得到湍动能，再结合随机速度场，对火焰的速度场进行扰动，得到具有高频湍流特征的速度场，然后驱动火焰的密度场运动，得到具有湍流细节的火焰。该方法的特征在如下步骤： （1）使用CUDA加速求解Navier‑Stokes方程，得到火焰的速度场、密度场和温度场，从而得到火焰的主体形态； （2）使用粒子方法对标准k‑e湍流方程进行简化，然后使用第（1）步求得的速度场驱动粒子运动，并利用CUDA加速求解简化后的方程，到粒子的湍动能和能量耗散率； （3）生成具有窄带特征的随机纹理场，再由窄带随机纹理场生成随机速度场，根据粒子位置采样得到粒子所在处的速度； （4）根据第（2）步得到的采样速度和第（1）步中的湍动能合成粒子的扰动速度，在该粒子的邻域内以高斯衰减的权重扰动粒子邻域内的网格节点处的速度，使网格节点的速度有了更多的高频细节特征，然后以该速度驱动火焰密度场、温度场的运动； （5）对粒子进行分组，从前往后分别绘制每一组粒子，并利用CUDA和OpenGL的缓冲区映射，加速渲染，得到具有湍流细节的火焰面片。