收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于物理模型的流体动画研究

秦培煜  
【摘要】: 在计算机动画领域中,20世纪80年代起就开始了对流体运动的模拟研究,但是目前流体运动动画模拟仍然是重要的并且具有挑战性的研究方向之一。近年来,自然景物的模拟一直是计算机图形学中最具挑战性的问题之一。关于山、水、云、烟、火焰等自然景物的模拟,在计算机游戏、影视、广告等各种领域中有着广泛的用途。作为自然景物模拟的重要内容,对烟雾、水波、火焰等现象的模拟正日益引起人们的关注。 真实感和实时性是计算机图形学追求的两个目标。以基于物理模型的计算机流体动画作为研究目标,包括基于物理模型的烟雾动画、基于物理模型的水波动画和基于物理模型的火焰动画,并试图在相同的硬件软件条件下,在模拟的真实感和速度之间达到一个平衡。 改进了烟雾运动模拟所用的物理模型,由此改进的物理模型,进而提出了一种基于物理模型的烟雾动画制作方法。对烟雾动画的物理模型的改进包括两个方面:简化了速度场方程组和添加了浓度场方程。综合这两者来表示对烟雾运动物理模型的改进。一方面,简化了烟雾动画的速度场方程组。前人在制作烟雾动画时,一般采用完整的Navier-Stokes方程组,但流体的粘性效果在气体动画特别是粗网格和低速运动情况下可以忽略,故本文采用的物理模型是非粘性不可压欧拉方程。与完整的Navier-Stokes方程相比,非粘性不可压欧拉方程忽略了扩散项,因而可以简化数值模拟计算。另一方面,添加了浓度场方程。我们在Navier-Stokes方程组表示速度场的基础上,如果要真实的再现烟雾模拟结果,光有速度场还不够,还需要计算机图形学中的真实感绘制算法。这里,我们没有采用计算机图形学中的真实感绘制算法,而是用浓度场方程来绘制烟雾模拟结果。 提出了一种改进的基于物理模型的水波动画算法。用二维浅水波方程来表示水波运动的物理模型,在此基础上提出了一种求解此物理模型的数值算法。和以往的方法不同的是,本文既没有去特意构造具体的波形函数,也没有去求解复杂的Navier-Stokes方程组,而是基于二维浅水波方程模型,采用隐式半拉格朗日积分方法进行求解,在保证稳定性的同时,可以允许大时间步长。二维浅水波方程保证了真实感,而此数值算法保证了效率。 提出了一种改进的基于物理模型的火焰动画算法。我们制作火焰动画选用的物理模型是完整的Navier-Stokes方程组,针对完整的Navier-Stokes方程组,我们提出了一种数值求解算法,将其分解成外力、对流、扩散和投影分别计算,每一步都稳定,所以整个求解过程也稳定,这样,就可以用大时间步长来计算。Navier-Stokes方程组保证了真实感,而此求解算法保证了效率。这同样也是为了在真实感和效率之间寻求一个良好的平衡点。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 钟子云;基于定时循环事件的动画技术[J];计算机应用;2003年S2期
2 段宏伟;;基于Visual basic6.0的动画技术[J];赤峰学院学报(自然科学版);2007年01期
3 蔡友;;浅谈传统文化与中国式动画造型[J];湖南大众传媒职业技术学院学报;2008年01期
4 郝然;;浅谈动画技术对于动画艺术发展的影响[J];企业家天地下半月刊(理论版);2008年04期
5 赵晓雷;;VC++中动画的应用[J];科技信息(学术研究);2008年26期
6 陈莹峰;赵丛林;丛芳君;;略论我国动画节展的合理规划与发展[J];东南传播;2009年02期
7 闫明;;信息时代背景下对动画概念的研究[J];价值工程;2011年10期
8 段云港;;视觉艺术的再延伸——动画技术在现代影视中的应用[J];大众文艺;2011年09期
9 袁萍萍;;国内动画剧本创作初探[J];长春理工大学学报;2011年08期
10 刘昕;;气象影视片头动画技术发展研究[J];计算机光盘软件与应用;2012年17期
11 马曌;杜振东;;我国当下动画新思潮中独立动画发展的初探[J];电子制作;2013年08期
12 张全伙,骆炎民;微机动画技术及应用[J];华侨大学学报(自然科学版);1997年02期
13 葛敏芳,胡利军;多媒体气象服务终端中的音频及动画技术[J];浙江气象科技;1998年02期
14 王婧;张科;;浅析定格动画的艺术魅力[J];艺术科技;2014年03期
15 高凤燕;郭玉真;;功能性动画的概念界定与应用分析[J];数字技术与应用;2013年12期
16 王翔;;浅谈3D动画技术在会展业中的应用[J];艺术科技;2014年02期
17 陈文娟;;计算机高级动画技术综述(上)[J];电视字幕(特技与动画);2006年01期
18 陈文娟;;计算机高级动画技术综述(下)[J];电视字幕(特技与动画);2006年02期
19 路盛章;张启忠;;动画的本质与动画创作者的素养[J];电视字幕(特技与动画);2007年03期
20 黄浩锋;王犹建;;人文·艺术·技术:动画实验班人才培养模式[J];江西理工大学学报;2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 王珏;;动画在新媒体传播中的视觉表征作用研究[A];中国传媒大学第六届全国新闻学与传播学博士生学术研讨会论文集[C];2012年
2 邓卫斌;;CG技术再创动画新艺术[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(二)[C];2007年
3 李文奎;陈健;;基于计算机平面动画技术的篮球战术教学软件的研制[A];第八届全国体育科学大会论文摘要汇编(二)[C];2007年
4 许佳奕;黄晟盛;金小刚;张军;;群组动画在影视特技中的应用研究[A];中国计算机图形学进展2008--第七届中国计算机图形学大会论文集[C];2008年
5 冷昶;徐小惠;武仲科;;基于手绘输入和运动库的3D人物建模及实时动画[A];第七届和谐人机环境联合学术会议(HHME2011)论文集【oral】[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 袁洁玲;探源动画之“魅”[D];华东师范大学;2008年
2 曹亚丽;动画影像理论研究[D];武汉理工大学;2007年
3 吴献;基于物理模型的实时水波动画[D];中国科学技术大学;2009年
4 卢涤非;一种基于样例的三维动画生成方法[D];浙江大学;2007年
5 孟志刚;蚁群觅食仿真和动画的研究[D];中南大学;2011年
6 秦培煜;基于物理模型的流体动画研究[D];华中科技大学;2010年
7 周川;布料动画关键技术研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨硕;实验性动画的创作研究[D];西安美术学院;2011年
2 李思潇;机遇与困境:中国独立动画人生态与作品新型推广方式探析[D];复旦大学;2012年
3 王涛;动画中画面蒙太奇探讨和研究[D];西安工程大学;2011年
4 王冬;现代定格动画表现语言变化与发展的研究[D];广州大学;2013年
5 罗湘来;动画叙事研究[D];湘潭大学;2008年
6 李爱荣;视觉文化时代动画的育人价值探究[D];华东师范大学;2011年
7 田苏娜;动画的灵动[D];江西师范大学;2007年
8 顾超;论动画伦理:概念、关系与价值[D];南京师范大学;2011年
9 徐丹;“数字动画广告”对于动画教育课程设置的思考[D];南京师范大学;2011年
10 刘帅;中国互联网动画研究[D];北京服装学院;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报实习记者 关雯;动画无国界 笔下显辉煌——国产动画电影的创作之路[N];中国电影报;2005年
2 中国传媒大学 高雅莉;民族精神的动画表达[N];中国教育报;2006年
3 许晓艳;天乐:“独脚”闯出河南动画新天地[N];经济视点报;2007年
4 本报记者 韩为卿;从中原走出的“独脚”动画[N];中国新闻出版报;2007年
5 刘瑜;一位深圳动画人的现实之路[N];深圳商报;2008年
6 姚春生;动画从业人员仅2万 动画绘制员成为稀缺职业[N];就业时报;2008年
7 中国电影资料馆副研究员 李镇;寻找一位被遗忘的动画大师[N];中国艺术报;2012年
8 李晶;若森的动画王国[N];经济观察报;2012年
9 商报记者 许姗姗;河南省店进军动画影视[N];中国图书商报;2007年
10 商报记者 崔嵬王晓莹;迪生:将动画应用技术引入企业[N];北京商报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978