基于物理的雾凇生长模拟算法

论文摘要

随着计算机硬件设备和图形学技术的不断优化和发展,自然景物的真实感模拟得到了很大程度上的进步。目前尽管对树木、草地、海洋等自然景物的模拟技术已经取得了非常真实的效果,并已广泛应用于游戏、动画、林学研究、园林规划等领域,但对于雾凇这一独特自然景观的真实感模拟却鲜有人涉及。因此,本文选取雾凇生长动态过程进行真实感动态模拟。雾凇是冬季比较常见的一种自然景观,具有很高的观赏价值,同时在特定的生长条件下,雾凇也会转化为破坏力巨大的自然灾害,危害人们的生命、财产安全。本文通过观察自然界中两种主要雾凇(软凇和硬凇),提出了一种基于物理的雾凇生长动态模拟算法,算法主要模拟雾凇在不同风速、温度等生长环境下的形态和生长方向。首先,在模型的三角面片上进行生长点的选取,并引入柏林噪声来模拟风场,以生长点的坐标为参数计算每个生长点对应的风速和风向,同时对噪声函数进行平滑化处理以增强自然真实的效果;其次,利用基于流体力学和热力学原理建立的覆冰模型,计算每个生长点对应的雾凇单次生长长度;最后,结合扩散限制凝聚方法,以每个雾凇生长点为凝聚核,模拟风对雾滴粒子凝聚产生的影响下的软凇形态;利用分节的方法,通过对风环境中雾凇生长模型的每一节进行受力分析,计算每一节的生长终点,最后依次连接每一节的生长终点得到硬凇的形态。实验结果表明:本文算法能够真实、有效地模拟自然界中的软凇和硬凇生长过程,特别是对于雾凇生长结果细节的展示,在游戏动画、虚拟现实、自然灾害防御等领域具有一定的科学研究价值和实际应用价值。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究动态

1.2.1 晶体凝结模拟

1.2.2 风场模拟

1.3 主要研究内容和方法

1.4 论文组织结构

2 雾凇模拟结果界面设计与实现

2.1 目标需求

2.2 功能需求

2.3 界面设计与功能实现

2.4 本章小结

3 雾凇模拟算法

3.1 基于过程的雾凇模拟算法

3.2 基于物理的雾凇模拟算法流程

3.3 雾凇的生长点生成

3.4 雾凇的生长长度确定

3.5 风场模拟

3.6 软凇模拟

3.6.1 软凇的生长方向确定

3.6.2 软凇的形态模拟

3.7 硬凇模拟

3.7.1 硬凇的每节长度确定

3.7.2 硬凇的形态模拟

3.8 穿刺处理

3.9 本章小结

4 实验结果

4.1 实验结果展示

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

个人简介

导师简介

获得成果目录清单

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李晔

导师: 杨猛

关键词: 物理方法,软凇,硬凇,生长模拟

来源: 北京林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 数学,物理学

单位: 北京林业大学

分类号: O242;O552.6

DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.000264

总页数: 49

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基于物理的雾凇生长模拟算法

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