物体表面水滴运动的实时动画仿真方法

胡中天,

(浙江科技学院 信息与电子工程学院,杭州 310023)

0 概述

三维场景的真实感与实时绘制一直是相关研究领域的热点问题。在实际应用中为增强雨天的真实感,通常在场景中加入实时模拟的降雨效果。现有方法多采用基于粒子系统[1-2]或图像后处理[3]的模拟方法,这些方法能够较好地模拟雨点的真实物理运动,但模拟出的雨滴无法与场景中的物体产生真实的交互。为解决流体与物体的交互问题,提出了各种流体模拟方法,现有方法主要有3种:基于欧拉的网格法[4],基于拉格朗日的粒子法[5]以及混合法[6],这些方法本质上都基于纳维-斯托克斯方程。但由于忽略了水滴对物体表面的黏附力、水滴自身的表面张力等因素,导致了这些方法更适用于大规模水体模拟。同时,随着当下三维模型精度的提高,无论采用以上哪种方法进行三维物体表面水滴运动的模拟都需要遍历大量模型顶点数据,开销较大。因此,仍需深入研究如何精确高效地实现水滴规模的流体模拟。

文献[7]提出一种玻璃板上基于格点的水滴运动启发式模拟方法,物理仿真时考虑了水滴的黏附力与表面张力,得到了较真实的模拟结果。文献[8]在仿真计算中还引入了接触角模型以模拟水滴在斜面上的运动状态。但以上方法只适用于平面上的水滴运动。

文献[9]基于显示曲面法模拟了水滴的固液交互现象。文献[10]通过为泪滴运动尾迹建立独立三维网格的形式模拟了流泪动画。……