飘雪场景 物理模型 LBM 风场建模 D3Q7晶格模型 三维雪花模型.doc

飘雪场景论文：D3Q7晶格离散三维脉动风场中的飘雪模拟

【中文摘要】自然景观中飘雪的模拟,可以大大提高虚拟场景的逼真效果。雪花形态的不规则性、运动的无规律性以及受环境因素影响大的特点,使其建模方式和运动描述都非常困难。真实感的飘雪模拟是要让雪花粒子真正的浸入到风场中。为此,本文着重从以下几方面进行研究和探讨。首先,分析现有关于空气动力学的文献,确定自然界中脉动风的特征,用D3Q7晶格模型改进风场的建模方法。用LBM建立风场模型时,人们对风的随机运动的描述只是简单的在风粒子的运动方程中引入一个或几个外力来模拟风粒子运动的随机性,与风的运动轨迹相差较大。而D3Q7晶格模型可以更好的描述粒子各个方向运动的随机性,从而更逼真的模拟风的运动,进一步对浸入风场中雪粒子进行受力分析,以模拟出真实度更为逼真的飘雪场景。其次,对雪粒子进行受力分析,给出其沿网格线的运动方式。通过计算得出来的雪粒子的位置和三维空间的网格点不一定完全对应,采用概率分析的方法进行处理,保证了雪花粒子的平均位置随预期速度流变化的同时,沿着晶格线运动。既模拟了雪花飘动的随机性,又保证了雪花粒子的飘动在宏观上是准确的。再次,采用分形画线的方法,构造出三维的雪花。以往的飘雪场景中构造的雪花模型都是二维...
【英文摘要】The simulation of snow in the natural landscape could greatly enhance the realistic effect of the virtual scene. The features, such as the irregular shape of snowflakes, the uncertain movement of the snow and the interaction with the environmental factors, determined that the approach of snow modeling and the description of the snow movement were very complicated. The premise of simulating the realistic falling snow scene is to make the snow particles immersed into the wind field. Therefore, this paper focu...
【关键词】飘雪场景 物理模型 LBM 风场建模 D3Q7晶格模型 三维雪花模型
【英文关键词】Falling snow scene Physical Model LBM Wind-Field Modeling Lattice of D3Q7 Model of three-dimensional snowflake
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【目录】D3Q7晶格离散三维脉动风场中的飘雪模拟

摘要

5-7

Abstract

7-8

第1章 绪论

11-19

1.1 研究背景及意义

11-13

1.2 飘雪场景模拟的难点

13

1.3 风场中飘雪场景模拟的研究现状

13-17

1.3.1 风场建模的研究现状

14-15

1.3.2 飘雪模拟的研究现状

15-16

1.3.3 物理建模方法的研究现状

16-17

1.4 研究内容

17-18

1.5 文章结构

18-19

第2章 风场中飘雪场景的特点及风场建模的关键问题分析

19-27

2.1 飘雪特点的分析

19-20

2.2 脉动风的特征分析

20-23

2.2.1 脉动风速的定义及其特征

21

2.2.2 湍流强度的定义及其决定因素

21-23

2.2.3 地貌、地形对风特性的影响

23

2.3 模拟风场两种途径优缺点的剖析

23-25

2.4 本章小结

25-27

第3章 风场的建模方法及D3Q7 晶格模型的提出

27-37

3.1 离散二维风场的建模方法及相关参数求解

27-31

3.2 D3Q7 晶格建立三维风场模型

31-34

3.2.1 D3Q7 晶格模型的提出

31-32

3.2.2 D3Q7 晶格模型相关参数的求解

32-33

3.2.3 风粒子的加入

33-34

3.3 边界条件的设置

34-35

3.4 本章小结

35-37

第4章 雪粒子在风场作用下的运动分析及雪花造型

37-47

4.1 雪粒子在风场中的运动模拟

37-41

4.1.1 雪粒子在风场中的受力分析

37-38

4.1.2 基于概率方法对雪粒子的运动处理

38-40

4.1.3 基于连续插值对雪粒子的运动处理

40-41

4.2 雪粒子的造型

41-43

4.3 利用温度控制雪花大小和密度

43-46

4.3.1 温度对雪花大小的影响

44-45

4.3.2 温度对雪花密度的影响

45-46

4.4 本章小结

46-47

第5章 脉动风场中飘雪场景模拟系统的设计与实现

47-63

5.1 动风场中飘雪场景模拟系统实验平台的搭建

47-49

5.1.1 开发工具的简介

47-49

5.1.2 创建一个空白的OpenGL 框架

49

5.2 脉动风场中飘雪场景模拟系统的功能设计

49-50

5.3 脉动风场中飘雪场景模拟系统的功能实现

50-58

5.3.1 三维雪粒子的绘制及其属性

50-53

5.3.2 雪粒子的产生区域

53-55

5.3.3 雪粒子的产生

55

5.3.4 雪粒子的运动和消失

55-56

5.3.5 场景的绘制

56-58

5.4 实验结果与分析

58-62

5.4.1 飘雪模拟系统的效率分析

58-59

5.4.2 飘雪模拟系统的效果图

59-62

5.5 本章小结

62-63

结论

63-65

参考文献

65-69

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

69-70

致谢

70-71

作者简介

71