烟雾模拟的细节增强方法研究

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基于物理的流体模拟一直是计算机图形学中的热门研究领域之一。其中,烟雾模拟因其重要的应用价值,更是成为了人们研究的重点。它广泛应用在游戏引擎、影视特效、灾难场景的模拟等诸多方面。烟雾模拟的一个关键是表现丰富的烟雾细节,使模拟更具有真实感。本文将主要对烟雾模拟的细节增强方法展开研究。首先,本文提出了一种基于二尺度网格的烟雾细节增强方法。设计了一种自适应的非均匀网格划分机制。该机制不仅可以添加较丰富的细节,而且减少了均匀划分网格所导致的较大计算代价。该方法先在粗网格中模拟,然后将部分需要处理的粗网格划分为精网格,再对精网格添加漩涡限制力来增强细节,最后将精网格的速度场采样到粗网格中得到最终的速度场。在计算精网格漩涡限制力添加湍流细节时,考虑了螺旋性与能量级联。考虑螺旋性可以避免漩涡力参数设置过大导致的失真及飞散现象。此外,考虑能量级联使模拟结果更加符合物理规律。实验表明,该方法可以得到较好的结果。其次,基于小波变换,首次提出了在小波域对速度场进行处理来添加湍流细节的方法。该方法先在粗网格中模拟,然后对粗网格的速度进行插值得到精网格速度,再对其进行小波变换得到小波域。受到基于小波变换的图像融合方法启发,本方法在小波域对粗精网格的速度场进行融合以提高插值的效果。在小波域的高频部分添加高频方向的漩涡限制力以提高烟雾的细节。最后对小波域进行逆变换得到最终的速度场。通过与其他几种方法的比较,可以看出本方法在增加了细节的同时提高了模拟的速度。
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