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基于泥石流发生影像经常缺失,因而对其进行虚拟重现具有现实意义的情况,本文对泥石流的形态与运动规律进行分析,根据结果使用强大的三维软件maya作为平台对泥石流进行模拟,并提出了三种模拟方案,获得了较好的视觉模拟效果。
本文的研究重点及主要成果有:
1.借助实例研究分析maya的流体动力学算子,其中包括了Navier-Stokes方程的力学原理以及推到过程,以及该方程如何在流体容器网格中产生作用。并研究了maya内置的mel语言如何使用,如何方便控制粒子和粒子替代物。
2.研究如何应用粒子和Mel表达式结合模拟真实的泥石流运动,在第一个试验中通过对SPH粒子的碰撞属性设置来模拟流体中的粒子和杂质,由第一层SPH粒子代表泥石流中的流体部分,第二层SPH粒子使用粒子替代功能模拟体积较小的刚体如杂质和包裹物等,周围较大刚体如障碍物和大体积的石块、木材等的运动效果可以借助布料模拟系统来实现,由此可以实现对复杂的泥石流视觉效果的模拟。
3.研究能显著影响流体效果的主要属性并研究了流体表面纹理的控制方法。由于maya的流体动力学可以方便的对流体的运动借助各种场来进行控制,并能快速高效的赋予流体表面各种纹理贴图和材质,并纹理贴图可以跟随密度、温度、炽热度、燃料等属性来进行运动和改变,所以第二个实验借助流体特效来模拟泥石流效果,并借助密度、内热等属性控制流体的发射和运动,使用贴图纹理来赋予流体表面细节,最终实现了对泥石流的模拟。
4.提出并实现了一种将粒子、刚体和流体组合模拟方法,兼具粒子的可控性、流体的表现性以及刚体的碰撞特性。根据粒子模拟和流体模拟的现状,在前述的模拟案例上尝试将粒子与流体组合的方式来模拟泥石流效果:使用粒子表达式以及流体场等来模拟包裹物运动的动态,使用流体材质表现泥石流的质感,并通过流体容器作为连接点实现了粒子和流体,刚体和流体,刚体和粒子的交互,让流体驱动粒子和刚体随其一起运动,并且能使三者之间互相影响互相作用,基本实现了既保持了粒子灵活性性和可操控性以及流体体积材质的细腻效果,又保证了模拟碰撞的精确性和真实性。