基于Navier-Stokes方程的烟雾湍流效果模拟课件

1、基于Navier-Stokes方程的烟雾湍流效果模拟目录1.绪论2.主要工作3.小波噪声4.烟雾湍流5.实验结果6.总结与展望2研究背景电影、游戏3研究背景Navier-Stokes方程4平流项压力项扩散项外力项不可压缩条件研究背景历史发展根据解法有限元法（FEM）有限差分法（FDM）有限体积法（FVM）模拟类型网格法（grid/mesh）粒子法（SPH）5研究背景效果好，但效率十分低下6高分辨率大规模粒子研究背景效率较高，但是效果较差7低分辨率小规模粒子研究背景矛盾比较网格比粒子效果好粒子通常比网格效率高效果效率VS8研究背景结合网格和粒子优点9研究现状湍流模型雷诺兹平均数（Reynolds

2、 averaging）湍流粘度应力张量（turbulent stress tensor）10研究现状湍流模拟难点噪声的选取湍流模型与能量谱湍流模拟的类型柏林噪声？其它噪声？11目录1.绪论2.主要工作3.小波噪声4.烟雾湍流5.实验结果6.总结与展望12主要工作实现小波噪声模拟湍流合成烟雾湍流13目录1.绪论2.主要工作3.小波噪声4.烟雾湍流5.实验结果6.总结与展望14柏林噪声缺点只包含在2的N次方周围的频带每个频带包含了较宽的频率范围带宽限制不是非常严格Nyquist极限低频（细节）高频（锯齿）小波噪声严格带宽受限15 小波噪声频谱示意图 柏林噪声 频谱示意图小波噪声生成随机噪声下采样图

3、像上采样图像生成小波噪声下采样上采样减去=16目录1.绪论2.主要工作3.小波噪声4.烟雾湍流5.实验结果6.总结与展望17湍流的特性螺旋性： 流体的不可压缩条件 时间相干性：频谱分布： 空间分布：18湍流 模型两方程模型粘度扩散项生成项耗散项K表示湍流势能表示的湍流结构的耗散19纽带湍流 模型两方程模型粘度扩散项生成项耗散项K表示湍流势能表示的湍流结构的耗散20粘度扩散项简化的湍流 模型粘度扩散项生成项耗散项21空间分布K表示湍流势能表示的湍流结构的耗散湍流能量频谱湍流能量的流动能量区间：能量行为过分地依赖于流动的几何性质惯性子区间：能量前向散射，与时间无关，稳定扩散区间：分子间粘度影响，毫

4、米数量级以下22湍流能量频谱柯尔莫戈洛夫（Kolmogorov）定律波形数常数耗散值频谱分布23合成湍流湍流速度场纹理24流场的组合流程图25流场的组合 时间相干性26目录1.绪论2.主要工作3.小波噪声4.烟雾湍流5.实验结果6.总结与展望27实验结果32*32*32网格 + 湍流粒子效果图28实验结果32*32*32 普通网格方法 求解N-S方程三维烟雾29实验结果64*64*64 普通网格方法 求解N-S方程三维烟雾30实验结果对比三种烟雾不同条件下帧率对比最大帧率最小帧率平均帧率总帧数总耗时32*32*32湍流粒子4257.335740100886ms32*32*32网格14510.4

5、661058101088ms64*64*64网格201.203127105598ms31实验结果对比32目录1.绪论2.主要工作3.小波噪声4.烟雾湍流5.实验结果6.总结与展望33总结与展望解决的问题实现了小波噪声实现的烟雾细节上的湍流效果提高了烟雾实现的效率一定程度上缓解了效果与效率之间的矛盾把网格方法和粒子方法结合了起来展望使用GPU或者CPU并行计算和加速结构使用体绘制技术34谢谢各位老师！Make Presentation much more fun实验结果运行环境硬件环境CPUIntel(R) Core(TM) i3-2100 CPU 3.10GHz 3.10GHz内存2.00GB

6、GPUNVIDIA GeForce GTS 450软件环境操作系统Window7 64 bit编译器Microsoft Visual Studio 2008开发库OpenGL 3.0， GLSL36烟雾湍流绘制烟雾湍流 37烟雾湍流的绘制后处理方法 38实验结果128*128*128扁平化小波噪声效果图39小波噪声上采样下采样B样条曲线（B-spline curves）B样条基础方程可改善的实验结果对比141实验结果不同网格分辨率下烟雾湍流运行情况 粒子数 帧率分辨率1000200030004000500080001000064*64*32264*64*163232*32*32865332*32*1612108653332*32