基于弱空气粒子及Lennard-Jones势的分层云流体模拟方法技术

一种基于弱空气粒子及Lennard

【技术实现步骤摘要】
基于弱空气粒子及Lennard
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Jones势的分层云流体模拟方法


[0001]本专利技术属于计算机图形模拟领域，涉及云流体模拟方法。

技术介绍

[0002]云在物理上是大气中的小水滴的集合，被认为是户外场景可视化中应模拟的重要组成部分之一，例如：飞行模拟器和视频游戏。在这样的应用中，云不是唯一的渲染对象，结合真实感和实时渲染仍然是虚拟现实领域的一个热门研究课题。
[0003]现有的方法来生成云的精确动画可以分为物理方法和程序方法。基于物理的方法，例如依赖物理规则来模拟云的宏观行为，然而，这些方法需要很高的计算成本。另一方面，程序方法(如减少计算时间)，但云形状的控制通常是通过反复尝试来进行的。云可以表示为流体形态。因此，模拟云流体动力学最常用的方法是求解Navier
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Stokes方程，该方程专门用于在宏观尺度上描述流体运动。尽管求解这些偏微分方程可以生成真实的云动画，但模拟不可压缩流体粒子所需的时间步长仍然不适合实时应用。同时对于云模拟的过程中，通过只会采集风速数据与温度数据对云模拟运动的影响而忽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弱空气粒子及Lennard
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Jones势的云流体模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将空间按照高度进行分层，收集每一个分层对应的不同高度的气象数据对云流体运动产生影响的数据；步骤2：分析不同的气象数据；步骤3：对于每一个分层数据，采用Lennard
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Jones势来计算气体粒子间的相互作用力，Lennard
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Jones势会根据气体粒子间的距离来计算气体粒子间所受不同力的影响，以改善Navier
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Stokese方程原有的流体粒子计算，并可借助GPU加速运算，加速流体粒子计算速度；步骤4：由于对空间进行了高度的分层，以导入不同高度的气象数据，针对粒子在进入不同分层时由于受到大气压力不同而引起的运动变化，可以引入弱空气粒子概念，并采用两相流的概念，对粒子运动变化进行计算；步骤5：采用屏幕空间粒子渲染技术SSF，加速其渲染速率。2.如权利要求1所述的一种基于弱空气粒子及Lennard
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Jones势的云流体模拟方法，其特征在于：步骤1所述的气象数据包括：温度、风速、大气压力、湿度。3.如权利要求1所述的一种基于弱空气粒子及Lennard
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Jones势的云流体模拟方法，其特征在于：所述步骤2中，各类型数据对于云形成集变化的影响具体如下：(2.1)由于温度数据会对热力场产生很大的影响也对Lennard
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Jones势中对于分子间作用力有很大影响，而热力场会给云流体的运动稳定性的维护及修正具有意义，需要对每一个分层的温度数据进行热力场的构建，同时还需要生成热力学变量，来计算出温度对于云流体运动施加的作用力；(2.2)风场数据包括风速及风向，风速会影响云流体的运动速度，风向则会对云流体的运动方向产生影响，不同高度的风速及风向都是不相同的，所以需要针对每一个分层数据中产生的风场数据构建成相关的场，来对云流体数据施加相关的速度变化；(2.3)湿度数据会对云流体的密度改变施加影响，再通过密度方程进行计算时产生作用，所以需要对每个分层数据进行不同的处理，不同高度下的湿度数据都不是相同的。4.如权利要求1所述的一种基于弱空气粒子及Lennard
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Jones势的云流体模拟方法，其特征在于：所述步骤3中，基于粒子间距离的Lennard
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Jones势计算过程如下：其中α与β分别是引力项与斥力项，它们是常数项，分别是12与6，r
ij
则是分子间距离；σ则是当分子间最小分离距离，其中分子间的势能为0；∈表示分子间的势能的强度大小；(3.1)两个粒子间的相互作用力，可以通过分子间距离进行求得，具体计算公式如下：由于粒子所受到的作用力来自于其周围划分的光滑核半径内所有粒子的作用力，所以需要计算其周围所有粒子贡献的作用力，公式如下：F
i
＝∑
i
f(r
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦绪佳，李景秋，郑红波，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：