【摘要】 本发明涉及一种基于SPH的运动物体与水交互的仿真建模方法，属于计算机图形学与虚拟现实领域。本发明的方法包括以下步骤：一、对仿真进行初始化，包括粒子属性的初始配置和建立粒子的相邻粒子列表；二、对水粒子的相邻粒子列表进行更新；三、计算水粒子在下一步时间步的位置和运动状态；四、计算物体粒子在下一步时间步的位置和运动状态；五、判断粒子与障碍物是否发生碰撞，如果发生碰撞，则改变粒子的运动速率和方向，否则直接执行第六步；六、基于marching cubes算法构建水面拓朴结构；七、采用图形绘制语言，进行水面和物体的绘制和显示；八、判断仿真是否停止运行。使用本发明所述方法可以模拟运动物体与水的交互现象，获得比较真实的仿真结果。 【专利类型】发明授权 【申请人】北京理工大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】100081 北京市海淀区中关村南大街5号 【申请人地区】中国 【申请人城市】北京市 【申请人区县】海淀区 【申请号】CN200810116898.3 【申请日】2008-07-21 【申请年份】2008 【公开公告号】CN101329772B 【公开公告日】2010-06-02 【公开公告年份】2010 【授权公告号】CN101329772B 【授权公告日】2010-06-02 【授权公告年份】2010.0 【IPC分类号】G06T17/00; G06T17/20 【发明人】李凤霞; 赵欣; 黄天羽; 李立杰; 陈宇峰 【主权项内容】1.一种基于SPH的运动物体与水交互的仿真建模方法，包括以下步骤：一、对仿真进行初始化，包括粒子属性的初始配置和建立粒子的相邻粒子列表，首先将物体和水进行粒子化，即将物体和水用粒子的形式来表达，建立包含物体粒子和水粒子的粒子集合，同时对集合中的粒子属性进行初始配置：1)确定物体粒子和水粒子的数量；2)建立粒子集合的位置数组和速度数组；3)初始时按照物体和水的形状等间隔分布粒子，并将每个物体粒子和水粒子的初始位置保存到位置数组中，同时将每个物体粒子和水粒子的初始速度设置为零；4)设置每个粒子的质量、密度、压强常数属性，同时为所有粒子设定统一的粒子支持域半径，即光滑核半径；5)仿真的初始时间设置为t＝0，并定义时间步常量TIME_STEP；对粒子集合进行初始配置后，为每个粒子建立粒子的相邻粒子列表，即为每个粒子寻找位于其支持域内的所有粒子，列表中包含位于粒子支持域内的所有粒子的索引值；建立粒子的相邻粒子列表通过对粒子所在空间进行网格化处理来加速粒子，具体步骤为：1)粒子空间网格化首先对粒子集中的所有粒子进行一次逐一检查，找到这些粒子在X，Y，Z三个方向上的位置坐标的最大值和最小值，通过最大值和最小值之差求出粒子集在三个方向上的分布跨度；然后对每个方向上的分布跨度以光滑核半径的长度为间距进行等间隔划分，最终建立一个以光滑核半径为网格单元长度的三维空间网格；2)基于网格的支持域粒子对每个粒子建立粒子的相邻粒子列表，即为每个粒子寻找位于其支持域内的所有粒子，列表中包含位于粒子支持域内的所有粒子的索引值，方法是分别对当前粒子所在网格单元及与该单元上、下、左、右、前、后相邻的单元内的粒子进行，并判断到的粒子与当前粒子的距离是否小于光滑半径，从而决定是否将其加入相邻粒子列表；二、仿真时间步向前推进一步，对水粒子的相邻粒子列表进行更新；三、计算水粒子在下一步时间步的位置和运动状态；四、计算物体粒子在下一步时间步的位置和运动状态，具体步骤为：1)计算物体粒子j所受浮力fjfloat2)计算物体粒子j的重力fjgravity3)计算物体粒子所受合力Fj4)计算Fj作用下的平移加速度aj5)计算物体粒子的平移速度velj+16)计算物体粒子的旋转速度vel′j+17)计算物体粒子在下一刻的速度vj+1＝vel′j+1+velj+18)计算物体粒子在下一刻的位置xj+1＝xj+vj+1Δt五、根据计算得到的粒子位置判断粒子与障碍物是否发生碰撞，如果发生碰撞，则改变粒子的运动速率和方向，否则直接执行第六步；六、基于marching cubes算法构建水面拓朴结构，具体步骤为：1)由非规则分布的粒子数据产生出规则分布的水流密度场数据，即生成规则分布的标量密度数据场，具体做法是：将网格节点作为流场中的规则采样点，节点的采样值通过SPH插值来计算；2)确定水面的密度值，作为等值面的阈值；3)基于Marching Cubes算法进行水面抽取，即从水体密度场中抽取出水体表面的密度等值面，进而构建出水体表面的拓朴结构，完成水面绘制；七、采用图形绘制语言将第六步所生成的三角形网格传输到显卡进行水面的绘制和显示；同时，以物体的重心位置为基准，以三角面片的形式绘制出物体；八、判断是否有人为关闭仿真进程的行为或仿真结束时间到，如果有，则仿真停止运行；否则仿真继续，重复执行二～七步。 【当前权利人】北京理工大学 【当前专利权人地址】北京市海淀区中关村南大街5号 【统一社会信用代码】12100000400009127B 【引证次数】3.0 【他引次数】3.0 【家族引证次数】3.0 【家族被引证次数】38
