一种基于视频重建与欧拉模型耦合的流体仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视频重建与欧拉模型耦合的流体仿真方法，其步骤为：1）根据输入视频，重建出流体每一帧的三维密度场；2）使用欧拉法求解N‑S方程，更新流体的速度场和密度场；3）把重建出的相邻两帧的密度场作为先验信息，并用欧拉法的结果作校正，重建出流体的三维速度场；4）使用重建出的密度场和速度场指导欧拉流体仿真，产生新的动画效果。本发明专利技术能够较高精度地重建出流体的密度场和速度场，紧密耦合重建数据与流体几何模型，获得了更逼近真实情况的流体动画效果，并可以添加可控的流体细节。

A fluid simulation method based on the coupling of video reconstruction and Eulerian model

The invention discloses a fluid coupling simulation method and Euler model based on video reconstruction, which comprises the following steps: 1) according to the input video, reconstruct the 3D fluid density field of each frame; 2) using Euler method to solve the N S equation, update the fluid velocity and density fields; 3) the density of adjacent field the reconstructed two frames as a priori information, and the results are corrected by Euler method, the reconstructed 3D velocity field of the fluid; 4) used to reconstruct the density field and velocity field guide Euler fluid simulation, generate new animation. The invention can accurately reconstruct the density of fluid field and velocity field, tightly coupled data reconstruction and fluid geometry model, obtained more close to the real situation of fluid animation, and can add controllable fluid details.

【技术实现步骤摘要】
一种基于视频重建与欧拉模型耦合的流体仿真方法
本专利技术属于计算机图形学领域，具体地说是一种基于视频重建与欧拉模型紧密耦合的流体仿真方法，其包括基于视频的密度场重建，三维速度场重建和欧拉流体模拟方法等。
技术介绍
近几十年来，由于流体在自然场景中无处不在以及有多种有趣的细节，如涡流和飞溅，流体仿真在计算机图形学中得到了相当广泛的重视。对这一课题的研究也得到了广泛的应用，包括电影特效和计算机游戏。特别是在最近几年，虚拟现实技术的火热为流体仿真带来了更广泛的应用前景，同时，在真实感方面也带来了更高的要求。基于物理的流量模拟主要提供了两种类型的方法：拉格朗日方法和欧拉方法。这两种方法都有各自的优点和缺点，由于欧拉方法在固定网格上近似地插值空间导数比较方便，所以得到了大量的研究者的关注。然而，为了获得更好的结果，随着分辨率的增加，时间消耗非常巨大。此外，由于适当的初始值与严格的边界条件难以设定，有时很难实现一个特定场景下的效果。另一方面，作为流体仿真的逆问题，视频重建的目的是获取流体在现实世界中的状态及其物理性质，如速度和密度。随着数据采集硬件的快速发展，可以很方便的获取视频数据。然而，由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视频重建与欧拉模型耦合的流体仿真方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a)基于单方向视频的流体密度场重建i)使用最小二乘匹配方法重建密度场首先把密度场的重建转化成为一个线性系统，描述为：Bd＝p其中B是一个稀疏矩阵，代表体积渲染操作，d代表密度场，p表示输入图像；然后选择Box基函数来构造稀疏矩阵B，最后用共轭梯度法计算一个最小二乘解：d＝(B

【技术特征摘要】
1.一种基于视频重建与欧拉模型耦合的流体仿真方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a)基于单方向视频的流体密度场重建i)使用最小二乘匹配方法重建密度场首先把密度场的重建转化成为一个线性系统，描述为：Bd＝p其中B是一个稀疏矩阵，代表体积渲染操作，d代表密度场，p表示输入图像；然后选择Box基函数来构造稀疏矩阵B，最后用共轭梯度法计算一个最小二乘解：d＝(BTB)-1BTpBT代表矩阵B的转置；ii)使用期望最大化算法改善密度场首先，通过一个简单的矩阵乘法p＝Bd渲染出各个方向上的图像；然后通过以下步骤：形态学膨胀操作，高斯模糊，形态学腐蚀操作，来得到改善的图像；最后基于改善的图像，再次使用i)中的最小二乘匹配方法重建密度场；重复以上操作，直到系统收敛或到达最大迭代次数，迭代停止，得到最终的密度场；b)使用欧拉法求解N-S方程使用时间分裂法求解不可压缩无黏N-S方程：其中，u表示流体的速度，p是密度，p代表压力，f代表外力；首先，使用半拉格朗日法或FLIP法求解平流项，再加上外力项得到中间速度；然后，通过多网格预处理共轭梯度算法求得压强；最后，由中间速度和压强得到无散的速度场；得到了无散速度场之后，用下式平流输送密度和温度：其中，代表流体的密度或温度，从而得到流体的密度场和温度场；c)重建速度场将速度场的重建看成一个最优化问题，表示为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长波，李凤豫，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31