[发明专利]一种基于网格和粒子耦合的流体表面细节保护方法

摘要

本发明涉及一种基于网格和粒子耦合的流体表面细节保护方法：(1)求解纳维‑斯特克斯方程(Navier‑Stokes，N‑S)采用网格方法，构成主体流体的仿真模型；(2)改进LBM‑VOF方法，并利用改进的VOF‑LBM耦合算法追踪流体的表面；(3)在异常表面网格位置生成粒子，然后通过粒子方法对粒子进行演化；(4)设计网格和粒子的耦合算法，将网格流体和粒子流体集成到同一个场景中，以此保证整个流场的物理守恒以及网格和粒子之间进行合理的物理信息传递；(5)最后利用屏幕空间方法进行真实感渲染，依次通过绘制球体，并计算每个像素点的深度值，进行深度滤波，根据深度值和像素点的位置信息求法向量，以及光照渲染，在GPU上实现一个逼真和实时的流体渲染。

主权项

1.一种基于网格和粒子耦合的流体表面细节保护方法，其特征在于，步骤包括：/n(1)采用格子莫尔兹曼方程LBM(Lattice Boltzmann Method，LBM)求解纳维-斯特克斯方程(Navier-Stokes，N-S)，LBM的碰撞模型采用线性Bhatnagar-Gross-Krook(BGK)碰撞模型，同时采用n维离散空间的m个速度多维离散网格模型(DnQm模型)，构成主体流体的仿真模型，然后经过演化得到每个网格的物理信息；/n(2)根据步骤(1)得到的每个网格的物理信息，利用改进的LBM-VOF耦合算法追踪流体表面，并重构流体表面网格的分布函数，得到主体流体的表面以及表面新的分布函数，并标记流体表面网格中异常表面网格位置；/n(3)在步骤(2)获得异常表面网格位置后，首先对异常表面网格进行处理，即在该异常表面网格位置生成粒子代替原异常表面网格，同时粒子具备原异常表面网格的物理信息，然后通过Smooth Particle Hydrodynamics(SPH)方法对粒子进行演化，得到粒子新的物理信息；/n(4)根据步骤(1)所得网格的物理信息和步骤(3)所得粒子的物理信息设计耦合算法，将网格流体和粒子流体集成到同一个场景中，并利用耦合算法将粒子流体转换为网格流体，并重新计算网格的物理信息，物理信息包括质量、速度、位置，保证整个流场的物理守恒以及网格和粒子之间进行合理的物理信息传递，并得到网格新的物理信息；/n(5)将步骤(3)得到的粒子新的物理信息和步骤(4)网格新的物理信息，利用屏幕空间方法，依次通过绘制球体，并计算每个像素点的深度值，进行深度滤波，根据深度值和像素点的位置信息求法向量，以及光照渲染，在GPU上实现一个逼真和实时的流体渲染。/n