【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机虚拟现实应用中关于触觉交互的流体仿真技术，特别是涉及一种SPH多相流触觉交互研究的方法。
技术介绍
在计算机图形学领域中，对基于物理的流体控制与交互的研究在游戏动画、数字娱乐、虚拟仿真等领域具有较强的应用价值。在虚拟现实教育和游戏中，常常需要在流体交互时进行搅拌，如游戏中的炼金，炼药动作。在基于物理的流体动画制作中，基于触觉设备的流体交互模拟也是一个研究热点。
触觉交互设备的发展与成熟，让流体控制与交互能够在虚拟场景交互的过程中得到真实的力反馈效果。触觉交互设备不仅可以控制选择的对象在三维场景中移动，还能够让用户通过设备来感受真实的触觉力，因此被广泛应用于虚拟现实领域如手术模拟[1]、3D雕刻[2]、虚拟场景搭建[3]等方面。在虚拟现实教育和游戏中，常常需要对于虚拟的流体进行交互。相对于单相流，对多相流的交互在实现上的困难在于触觉交互要能够让用户分辨出各种流体性质的不同，并且在加入了混溶的物理模拟方案后仍能有很好的实时性。
Cirio等人[4，5]使用使用HAPTIONVirtuose6D35-45实现了基于SPH方法的固体、液体及固/液混合态的物体的交互力反馈。Menelas等人[6]采用该设备实现了非稳态流中的力的模拟。Yang等人[7]通过NovintFalcon控制球形刚体在流体中运动，可以实现水流中的反馈力的计算；该设备为三自由度输入，在实际应用中的局限性较大。Pier等人[8]对SPH方法在流体交互中的计算进行了并行化加速，提升了运行效率。相对于前人实时计算反馈力的策略，Dob...
【技术保护点】
一种SPH多相流触觉交互研究的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、实现SPH混合流模拟，具体包括以下处理：将各相流体混合后得到的混合流体模拟求解的问题转化为每个时间步长对于SPH粒子的各相流体积分数αk和混合速度um的求解：∂αk∂t=αk▿·um-▿·(αkumk)-(um·▿)αk---(1)]]>∂um∂t=-▿pmρm+g+▿·Tmρm+▿·TDmρm+fhapticρm-(um·▿)um---(2)]]>其中，pm为混合流体的压强，ρm为混合流体的密度，g为重力加速度，t为模拟的时间步长，为混合流体的粘性力，为混合流体中的各相流体之间由于漂移速度导致的动量变化，umk为混合流体中的各相流体的漂移速度，k为流体的相数,表示混合速度与梯度算子相乘，表示梯度算子，表示...
【技术特征摘要】
1.一种SPH多相流触觉交互研究的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、实现SPH混合流模拟，具体包括以下处理：
将各相流体混合后得到的混合流体模拟求解的问题转化为每个时间步长对于SPH
粒子的各相流体积分数αk和混合速度um的求解：
∂ α k ∂ t = α k ▿ · u m - ▿ · ( α k u m k ) - ( u m · ▿ ) α k - - - ( 1 ) ]]> ∂ u m ∂ t = - ▿ p m ρ m + g + ▿ · T m ρ m + ▿ · T D m ρ m + f h a p t i c ρ m - ( u m · ▿ ) u m - - - ( 2 ) ]]>其中，pm为混合流体的压强，ρm为混合流体的密度，g为重力加速度，t为模拟的时
间步长，为混合流体的粘性力，为混合流体中的各相流体之间由于漂移速度
导致的动量变化，umk为混合流体中的各相流体的漂移速度，k为流体的相数,表示
混合速度与梯度算子相乘，表示梯度算子，表示混合流体压强的梯度；其中umk需
要满足以下方程组：
Σ k α k u m k = 0 - - - ( 3 ) u m k = - σ d i f ( ▿ α k α k - Σ k ′ ▿ α k ′ ρ k ′ ρ m ) - - - ( 4 ) ]]>公式(3)表示混合流体中每一点对应的各相流体漂移速度之和为零；公式(4)则是该
漂移速度的求解公式；其中，σdif为各相流体的扩散系数，k'为其他相流体，表示
体积分数的梯度，表示其他相流体的静态密度，在本发明中扩散系数取0.1有较好的效
果。
压力项的计算方式为：
▿ p m = Σ j m j ρ j ( p m i + p m j ) 2 ▿ W ( x i j , h ) ]]>其中，为混合流体中刚体粒子i的压强，刚体粒子j的压强；
对各相流之间由于漂移速度导致的混合流体的动量变化的计算公式为：
▿ · T D m = - Σ j m j ρ j Σ k [ ρ k α k j u m k j u m k j + α k i u m k i u m ...
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