基于粒子系統(tǒng)的全球流場(chǎng)可視化.pdf

1、全球流場(chǎng)的研究可以應(yīng)用到全球氣候變化、航運(yùn)、海上搜救等多個(gè)領(lǐng)域，為了認(rèn)識(shí)和挖掘流場(chǎng)的規(guī)律，人類嘗試著利用視覺(jué)元素直觀的表達(dá)流場(chǎng)，流場(chǎng)可視化應(yīng)運(yùn)而生?；跉W拉場(chǎng)的箭頭法、紋理法等流場(chǎng)表達(dá)方法并不能提供給觀察者具有沉浸感的虛擬環(huán)境，于是許多學(xué)者從空間中流場(chǎng)的表達(dá)轉(zhuǎn)向拉格朗日?qǐng)鲋辛黧w質(zhì)點(diǎn)的研究，借助流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反映流場(chǎng)的變化。
　　粒子系統(tǒng)正是從質(zhì)點(diǎn)的角度出發(fā)，運(yùn)用大量隨機(jī)動(dòng)態(tài)質(zhì)點(diǎn)表達(dá)不規(guī)則模糊事物，從而能夠很好地模擬風(fēng)、火、云等

2、自然景象。本文從研究流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)入手，設(shè)計(jì)了粒子出生、發(fā)展到消亡的生命周期，基于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的流體動(dòng)力模型，將狀態(tài)相關(guān)粒子系統(tǒng)引入到全球流場(chǎng)的可視化表達(dá)。
　　針對(duì)全球海量流場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算、渲染的要求，一方面從優(yōu)化粒子追蹤算法出發(fā)，在分析常用的粒子追蹤算法的基礎(chǔ)上提出了自適應(yīng)步長(zhǎng)的改進(jìn)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的可行性;另一方面引入GPU并行計(jì)算，借助GPU強(qiáng)大的并行計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)粒子追蹤和粒子渲染，從而有效的解決了系統(tǒng)的計(jì)算瓶頸。