一种SPH与动态表面网格相结合的流体仿真方法

摘要

本发明涉及一种SPH与动态表面网格相结合的流体仿真方法。该方法使显式表面追踪用粒子系统采样的流体，并在仿真过程中自动处理自交和拓扑变化，维护三角形网格的质量；该方法提出了新的基于显式表面的自适应重采样方法。SPH仿真不易展现出很细很薄的特征，尤其是在粒子分辨率不足的情况下，甚至还会形成不自然的空洞。在传统SPH基础上如果想体现出更好的细节，可以增大粒子的分辨率，但是增大分辨率会相应地增加时间和空间上的计算代价，本发明基于显式表面的自适应重采样方法既可以模仿出非常精微的流体表面细节从而提升仿真的效果，同时又可以提高仿真的效率和速度。

主权项

1.一种SPH与动态表面网格相结合的流体仿真方法，其步骤包括：1）根据脚本在3D空间中对初始流体物质进行采样以生成粒子系统，计算由粒子定义的隐式函数并由等值面生成初始三角形网格表示流体的外表面形态，后续的流体运动仿真过程的计算分为粒子管线和表面管线两部分；2）对于粒子管线，首先进行初始粒子设置以表示流体所处的初始状态，然后根据SPH方法计算粒子所受压强力、粘滞力和表面张力，并移动粒子，其中表面张力由显式表面上的信息所提供；然后对移动后的粒子系统重新计算隐函数并得到其等值面3）对于表面管线，首先初始化流体的显式表面，该显式表面为具有闭合流形性质的三角形网格，然后从粒子系统得到显式表面上每一个顶点的插值速度，并相应地移动顶点至新位置；4）将步骤3）所得的运动后的网格表面投影到步骤2）重新计算后的等值面上，在此过程中保证显式表面仍具有闭合流形性质且无明显的相交，同时处理有可能产生的拓扑变化事件，然后根据表面及两级距离场对流体进行重采样，从而完成当前时间步之内的流体仿真的所有计算，之后进入下一时间步的迭代，重复执行上述步骤2）-4）；5）当仿真时间满足一定条件或者仿真状态满足一定条件时，整个流体仿真过程结束。