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现实世界中的流体现象十分丰富,要在计算机图形所构建的虚拟现实环境中对这些现象进行仿真,一直是计算机图形学领域一个十分具有挑战的研究课题。富有真实感的流体仿真技术能够在影视制作、动画设计、计算机游戏开发、装潢设计、园林设计、城市规划等诸多领域发挥巨大的作用。在此类研究早期,主要通过构造的方法对一些简单的流体现象进行仿真。近年来随着图形硬件性能的提高以及人们对图形真实感的追求,该领域学者开始陆续提出基于物理的流体仿真算法,从而可以用计算机生成更为逼真多样的流体效果。由于流体的丰富特性,这些算法并不能通用于各种流体现象,随着应用背景的不同以及仿真环境的改变,这些算法被不断地改进和完善。
壁泉是一种富有观赏性的水体造景艺术,它通过水体流经建筑物表面来达到独特的景观效果,这在园林和建筑设计中经常可以看到。壁泉不同于喷泉、瀑布等剧烈的水体运动,其低缓连续的水体与建筑表面的交互是构成壁泉特征必不可少的元素,用模拟喷泉和瀑布等已有的方法来表现壁泉很难达到良好的效果。本文以壁泉现象为仿真对象,在对已有图形学流体仿真算法进行深入研究的基础上,提出了一种可以用于壁泉实时仿真的算法思想——单层粒子投影思想,在此思想的基础上,借鉴M(u)ller在其SPH流体仿真算法中提出的光滑核函数和对称化公式,设计出了一种基于SPH方法的壁泉实时仿真算法,并对该算法进行了仿真演示。仿真结果表明,该算法绘制出的壁泉效果具有物理真实感,同时能够满足实时性的要求,达到了理想的绘制帧率。这一算法可以为壁泉等景观水体在虚拟现实环境中的绘制和交互提供一条有效的解决思路。