姚　亮，陈国栋

(福州大学物理与信息工程学院，福建福州　350116)

基于格子涡(VIC)方法的烟雾仿真研究

姚亮，陈国栋*

(福州大学物理与信息工程学院，福建福州350116)

烟雾仿真一直是计算机图形学研究的难点，基于欧拉法的烟雾仿真存在严重的数值耗散的问题，导致仿真的细节表现不尽如人意，基于纯拉格朗日的方法计算量大实时性难以保证。为了达到较好的效果并且控制计算量提高计算速度，本文使用基于格子涡（VIC)的方法对烟雾进行仿真。在欧拉框架下计算速度场，然后在拉格朗日框架下追踪涡粒子沿迹线的运动。在欧拉框架下使用FFT（快速Fourier变换)快速求解Poisson方程，得到涡量输运方程中从涡量到速度的转换，加快计算速度。对于粘性扩散项中的粒子涡量交换，本文使用粒子强度交换法（PSE)来求解方程。最终实现了对烟雾的仿真，细节效果保留较好，实时性可以接受，验证了该方法的有效性。

涡量输运方程；格子涡（VIC)方法；快速Fourier变换（FFT)；粒子强度交换（PSE)

随着计算机硬件水平的不断提高，计算机图形学近年来发展迅速，现实世界中的众多现象和景物都可以在计算机中进行仿真。然而流体一直是计算机图形学中较为困难的仿真对象。主要是流体动力学在概念上和计算复杂度方面的挑战使得流体仿真存在困难。烟雾是流体的一部分，在电影特效，视频游戏，虚拟手术系统等方面都需要产生烟雾效果。因此对于烟雾这样的流体仿真仿真是计算机图形学研究的重要方向。……