基于N-S方程的实时火焰模拟

【摘要】在日常生活中,燃烧的火焰、天上的白云、升腾的烟雾、流动的河水、无边无际的大海等等都是无规则的流体。它们没有固定的外观,而且没有固定的运动方式,因此使用计算机模拟这些流体的运动一直是计算机图形学的一大难题。近些年来越来越多的计算机科研工作者开始研究如何使用计算机来模拟这些流体的运动并提出了各种不同的模拟方法。最近随着计算机科技和计算机的软硬件发展迅速,计算机的运算速度逐渐加快。因此使用计算机进行流体模拟得到的结果也越来越好。由于使用计算机来对流体进行模拟可以达到预期的效果而且所需求的成本较低,避免了拍摄真实物体所产生的一些不可靠因素,所以,现在在一些电影、广告、动画、游戏等一些行业都开始使用计算机模拟来代替真实流体。本文就是采用数学物理模型方法来实现火焰的模拟。本文火焰模拟的实验使用不可压缩的Navier-Stokes方程作为数学模型。在模型计算过程中外力项使用一个实验数值从而减少计算量来达到提高实时性的目的,而且使用实验数值代替外力来模拟火焰受到风力影响的效果也得到了较为理想的结果。在二维火焰渲染时使用OpenGL中的纹理映射技术可以提高渲染速度,从而实现了二维火焰在高网格分辨率情况下具有实时性。在windows7环境下使用MicrosoftVisualStudio2010作为编程工具,采用OpenGL的纹理映射技术实现了二维火焰的实时模拟。本文主要工作如下：1.介绍了火焰模拟常用的一些方法,并且对这些方法进行比较分析了每种方法的优缺点。2.介绍了基于数学物理模型的火焰模拟算法的发展过程以及研究现状。3.使用实验数值来代替N-S方程中的外力项来模拟火焰受到风力影响时的效果。4.采用OpenGL中的纹理映射技术来渲染二维火焰提高渲染速度。5.通过设置指定区域的速度值和密度值的方法来模拟火焰遇到固定障碍物和移动障碍物的效果以及易燃物体通过燃烧的火焰时的情景模拟。
【作者】王俊；
【导师】汪继文；
【作者基本信息】安徽大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】火焰模拟；数学物理模型；N-S方程；纹理映射；实时性；

【参考文献】
[1]陈月亮.法律漏洞补充之主要方法[D].西南政法大学,法律逻辑学,2012,硕士.
[2]张荣霞.后改制时代中国中小型出版企业发展战略研究[D].兰州大学,企业管理,2013,硕士.
[3]李文帆,刘志刚,伍文城,何士玉.基于Qt的电力系统地理接线图绘制软件设计[J].电力系统自动化,2013,07:72-76+107.
[4]任翔宇.苝和芘衍生物的共自组装结构的研究[D].天津科技大学,材料加工工程,2010,硕士.
[5]武万才,宋仕军,张晓磊.主变压器中性点间隙击穿零序保护误动分析与建议[J].电力系统自动化,2012,14:90-94.
[6]王佩洲.目标:争创世界一流企业[J].企业活力.1992(01)
[7]张朱玲.云制造中基于服务能力的资源选取技术研究[D].华侨大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[8]江岩.用合成记录研究砂岩层的尖灭[J].石油地球物理勘探,1980,06:63-69.
[9]龙明贵.永磁同步电机矢量控制分析[D].西南交通大学,电气工程,2012,硕士.
[10]付红桂.精益生产在挖掘装载机装配线的应用研究[D].吉林大学,工业工程,2013,硕士.
[11]陆镭.数字化服装设计系统的研究[D].东华大学,服装艺术设计的理论与应用,2003,硕士.
[12]王康立.油藏描述中的多学科集成[J].石油地球物理勘探,1998,04:525-531+572.
[13]钟林坤.城市化与经济增长分析[D].厦门大学,管理经济学,2014,硕士.
[14]孙鹏.直升机飞行模拟系统研究[D].吉林大学,机械工程,2013,硕士.
[15]赵秋玲.Turner综合征患者脑功能的临床与实验研究[D].北京中医药大学,中西医结合临床儿科,2013,硕士.
[16]李丽霞.BP神经网络及其在疾病预后分类问题中的应用[D].山西医科大学,卫生统计学,2002,硕士.
[17]田宝贵,刘国林.列别金采选公司的土地复垦[J].国外金属矿山.1993(03)
[18]王维民.悲剧的人性史诗：善与美的困惑[D].福建师范大学,比较文学与世界文学,2004,硕士.
[19]黄巍.高职院校非英语专业学生英语学习中存在的问题及改进策略研究[D].东北师范大学,教育学原理,2012,硕士.
[20]刘艳庆.美国教师专业发展学校及对我国农村教师教育的启示[D].湖南大学,高等教育学,2010,硕士.
[21]严宇才.一种微型电磁式振动能量收集器的设计与研究[D].浙江工业大学,2013.
[22]姚美娟.碳纳米管聚丙烯酸功能化及在环氧树脂中的应用[D].中国海洋大学,2014.
[23]李威.北航多等级票价管理研究[D].大连理工大学,工商管理,2004,硕士.
[24]杨琦.海南岛极小种群野生植物种群重建区的SVM预测和等级划分[D].海南大学,植物学,2014,硕士.
[25]叶琳.新媒体环境下高校危机管理研究[D].宁波大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[26]郝小琪.数据挖掘技术在电信企业精确营销中的应用[D].西安建筑科技大学,应用数学,2013,硕士.
[27]董继红.重大危险源辨识与评价技术的研究[D].西安建筑科技大学,安全技术与工程,2004,硕士.
[28]潘文荣,秦晖.基于招标投标价格指数变动趋势探究评标最优合理低价[J].价格月刊,2015,02:46-49.
[29]周冠雄.第四届全国模式识别与机器智能学术会议述评[J].自动化学报,1985,02:218-220.
[30]郭凡.农村公益事业“一事一议”制度研究[D].河南农业大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[31]宋长红.U(2)×U(2)线性σ模型的动力学产生[D].辽宁师范大学,理论物理,2012,硕士.
[32]方明.高阶互连网络中路由器交换结构及互连拓扑结构研究[D].中南大学,计算机科学与技术,2013,博士.
[33]刘鑫.CO_2驱水平集输管道气液两相流热力水力数值计算及应用[D].东北石油大学,油气储运工程,2013,硕士.
[34]徐向全.单空间拉伸试验机用同步直夹夹具设计[D].齐鲁工业大学,机械工程,2013,硕士.
[35]陈东杰,徐来观,谢钦方.高架桥桥墩位移的案例分析[J].城市轨道交通研究.2002(01)
[36]王东明.波分复用在光网络中支持业务划分的多粒度业务量疏导算法的研究与仿真实现[D].吉林大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[37]赵鹏飞,罗勇悦,何东宁,彭政,杨其.乳液模板-自组装法制备石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料[J].功能材料,2013,19:2888-2891.
[38]高晓阳.LN_2水域排放沸腾模式转变机理研究[D].大连海事大学,船舶与海洋工程,2014,硕士.
[39]王云龙.一种轴/径向伸缩式成型鼓的运动分析[D].天津大学,机械工程,2013,硕士.
[40]马凯.区域森林资源可持续水平评价系统研建[D].中南林学院,计算机应用技术,2004,硕士.
[41]曾国保.城市轨道交通车辆段及维修基地生产污水处理方案[J].城市轨道交通研究.2007(01)
[42]金国.客运专线条件下铁路运输通道运力资源优化配置模型研究[D].北京交通大学,2009.
[43]周楠.管理者过度自信、企业并购及并购绩效的实证研究[D].贵州财经大学,会计学,2013,硕士.
[44]李昊昊.小学语文口语交际教学设计研究[D].山东师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[45]秦芳.基于市场微观结构的股市交易规则研究[D].西南财经大学,金融学,2013,博士.
[46]颜小聪.材料特征对阅读障碍儿童视知觉的影响[D].湖南师范大学,基础心理学,2013,硕士.
[47]赵震.大肠癌中SDCBP基因功能的初步研究[D].南方医科大学,病理学与病理生理学,2012,硕士.
[48]王琪.《别梦》中调式性元素的运用[D].中国音乐学院,作曲及作曲技术理论,2012,硕士.
[49]裴大为.篦齿蒿及其有效活性部位的抑菌抗炎保肝作用研究[D].内蒙古农业大学,基础兽医学,2012,硕士.
[50]钱程.中原广告产业园核心竞争力研究[D].郑州大学,新闻与传播,2013,硕士.