一种动态障碍物影响下流体的仿真方法

摘要

本发明是基于物理的方式来模拟动态障碍物影响下流体行为的仿真技术。通过在GPU上依次计算流体动力学方程（Navier-Stokes方程）中的平流项、外力项和压力项，更新流体的速度、压力等物理量，完成流体的仿真计算。在对压力项进行计算时，考虑流体与障碍物之间的相互影响，依据障碍物的拉格朗日运动方程和流体的不可压缩条件建立流体与障碍物之间的耦合线性方程，通过求解此线性方程更新压力项。由于流体的仿真计算是在GPU中实现的，而障碍物的模拟是在CPU中执行的，为了实现流体与障碍物的耦合，本发明在仿真过程中对动态障碍物执行体素化过程，将其映射到流体的仿真网格上，通过CPU与GPU相结合完成流体压力的计算。

主权项

一种动态障碍物影响下流体的仿真方法，其特征在于，该方法包括步骤：步骤1， 初始化流体的物理量，存储在3D纹理当中；步骤2， 半拉格朗日方法平流计算流体的中间速度场；步骤3， 体素化所有动态障碍物，得到3D障碍物纹理和3D边界位置纹理；步骤4， 根据3D障碍物纹理，计算边界法线，保存在3D法线纹理中；步骤5， 读取3D障碍物纹理，记录障碍物边界在纹理中的索引位置；步骤6， 根据障碍物边界在纹理中的索引位置，提取相应的边界位置和边界法线保存到相应的位置列表和法线列表中；步骤7， 根据障碍物运动方程和流体的不可压缩条件，建立流体与障碍物之间的耦合线性方程；步骤8， CPU与GPU相结合，求解耦合线性方程，计算流体的压力场；步骤9， 根据压力场的梯度，投影流体的中间速度场到其无散度场上，得到流体的最终速度场。