基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真方法

本公开的实施例涉及计算机动画的流体仿真，具体涉及基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真方法。

背景技术：

1、流体仿真的基本方法分为欧拉法、拉格朗日法和混合欧拉-拉格朗日法，其中，混合方法因为集成了基于网格的欧拉法和基于粒子的拉格朗日法的优势，成为一种流行的流体模拟方法。基于隐式粒子的方法，如flip、apic和mpm，得到了广泛的研究。尽管与flip相关的方法被广泛使用，但在增加模拟的时间效率和保持体积守恒方面仍存在挑战。

2、然而，当采用上述方式进行流体仿真时，经常会存在如下技术问题：

3、需要迭代的数值计算步骤和大量的粒子操作步骤，在模拟中会耗费较多的时间进行流体仿真，此外，现有的针对体积守恒的改进方案由于增加了算法的复杂度，会进一步耗费计算流体仿真的时间。

4、该背景技术部分中所公开的以上信息仅用于增强对本发明构思的背景的理解，并因此，其可包含并不形成本国的本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

2、本公开的一些实施例提出了基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真方法、装置、电子设备和计算机可读介质，来解决以上背景技术部分提到的技术问题中的一项或多项。

3、第一方面，本公开的一些实施例提供了一种基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真方法，该方法包括：控制网格集合中的各个网格执行碰撞操作，以及确定碰撞后的分布函数；根据上述网格集合中每个网格包括的网格信息，对上述网格集合对应的界面进行移动；对于上述网格集合中的每个网格，执行如下处理步骤：对上述网格执行分布函数的流动，以生成函数流动量，以及根据上述函数流动量，确定网格质量流动量；更新上述网格上每个粒子的速度；对于更新速度后的每个粒子，对上述粒子的位置进行更新；根据目标区域，对上述网格集合中的各个网格进行粒子重采样处理。

4、第二方面，本公开的一些实施例提供了一种基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真装置，装置包括：控制单元，被配置成控制网格集合中的各个网格执行碰撞操作，以及确定碰撞后的分布函数；移动单元，被配置成根据上述网格集合中每个网格包括的网格信息，对上述网格集合对应的界面进行移动；执行单元，被配置成对于上述网格集合中的每个网格，执行如下处理步骤：对上述网格执行分布函数的流动，以生成函数流动量，以及根据上述函数流动量，确定网格质量流动量；更新上述网格上每个粒子的速度；对于更新速度后的每个粒子，对上述粒子的位置进行更新；粒子重采样单元，被配置成根据目标区域，对上述网格集合中的各个网格进行粒子重采样处理。

5、第三方面，本公开的一些实施例提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现上述第一方面任一实现方式所描述的方法。

6、第四方面，本公开的一些实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，程序被处理器执行时实现上述第一方面任一实现方式所描述的方法。

7、本公开的上述各个实施例中具有如下有益效果：通过本公开的一些实施例的基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真方法，减少了计算流体仿真的时间。具体来说，造成耗费较多的时间进行流体仿真的原因在于：需要迭代的数值计算步骤和大量的粒子操作步骤，在模拟中会耗费较多的时间进行流体仿真，此外，现有的针对体积守恒的改进方案由于增加了算法的复杂度，会进一步耗费计算流体仿真的时间。基于此，本公开的一些实施例的基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真方法，首先，控制网格集合中的各个网格执行碰撞操作，以及确定碰撞后的分布函数。由此，可以模拟表面流体的碰撞，以及确定碰撞后的分布函数。其次，根据上述网格集合中每个网格包括的网格信息，对上述网格集合对应的界面进行移动。由此，可以移动流体的界面。然后，对于上述网格集合中的每个网格，执行如下处理步骤：第一，对上述网格执行分布函数的流动，以生成函数流动量，以及根据上述函数流动量，确定网格质量流动量。由此，可以根据确定网格质量的流动。第二，更新上述网格上每个粒子的速度。由此，可以确定因质量流动导致的粒子的速度变化。第三，对于更新速度后的每个粒子，对上述粒子的位置进行更新。由此，可以将速度发生变化的粒子的位置进行更新。最后，根据目标区域，对上述网格集合中的各个网格进行粒子重采样处理。由此，完成模拟流体仿真。通过混合欧拉-拉格朗日思想，基于高度并行的计算以及使用隐式插值粒子，提高了模拟流体仿真的效率，从而减少了计算流体仿真的时间。并且，通过对窄带区域中的粒子重抽样，极大地减少了粒子数，节约粒子操作时间，进一步减少计算流体仿真的时间。

技术特征：

1.一种基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述更新所述网格上每个粒子的速度，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据目标区域，对所述网格集合中的各个网格进行粒子重采样处理，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述根据目标区域，对所述网格集合中的各个网格进行粒子重采样处理，还包括：

5.一种基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真装置，包括：

6.一种电子设备，包括：

7.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一所述的方法。

技术总结
本公开的实施例公开了基于隐式粒子插值的格子玻尔兹曼流体动画仿真方法。该方法的一具体实施方式包括：控制网格集合中的各个网格执行碰撞操作，以及确定碰撞后的分布函数；根据网格集合中每个网格包括的网格信息，对网格集合对应的界面进行移动；对于网格集合中的每个网格，执行如下处理步骤：对网格执行分布函数的流动，以生成函数流动量，以及根据函数流动量，确定网格质量流动量；更新网格上每个粒子的速度；对于更新速度后的每个粒子，对粒子的位置进行更新；根据目标区域，对网格集合中的各个网格进行粒子重采样处理。该实施方式减少了计算流体仿真的时间。

技术研发人员：高阳,曲清越,郝爱民,孙大琨
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1