复杂相互作用环境下的真实流体运动模拟技术研究

As parts of the real world, various fluid phenomena play important roles in the realistic appearance of the virtual worlds. Making use of the limited computational source and time, producing realistic fluid effects that have rich details in complex environment is a research topic both academically and practically important. This project intends to research solutions for realistic fluid simulation in environments containing complex interactions, such as near complex boundaries or in multi-phase fluid simulation with high density contrast, etc. Efficient and stable solution of fluid motion will be explored to obtain realistic simulation result with high resolution. By designing GPU-parallelizable algorithm that is ready to be integrated with existing fluid simulation scheme, a novel fluid simulation technique scheme for environments containing complex interactions and its related fluid simulator, which will be efficient, parallelizable, stable under various parameters, easy to implement and use for artists, will be provided in the end.

作为真实世界的重要组成部分，各种流体现象在虚拟场景的真实感方面扮演着极为重要的角色。如何利用有限的计算资源和计算时间，尽可能地获得接近真实环境的复杂场景设置中更具真实感而视觉效果丰富的流体模拟结果，是一个具有重要学术价值和应用前景的研究课题。本项目旨在研究复杂相互作用环境下，如复杂边界附近，含高密度差异的多组分流体等情形下的流体运动，探索在复杂环境下高效、稳定地求解流体运动并获得高精度真实感仿真结果的方法。同时，通过设计可利用GPU并行化以及能够与现有主流模拟框架兼容的算法，最终实现可高效并行化、在较大参数范围内运行稳定、易于实现并且利于艺术家使用，适用于复杂相互作用环境的流体模拟技术框架和模拟器。

本项目针对计算机图形学中的流体模拟问题，对复杂相互作用环境下的真实流体运动模拟技术进行了研究。其中包括含对于能够处理复杂边界场景的流体高精度运动模拟，液固耦合运动，多组分、高密度比等设置下的混合流体模拟等问题的技术方法的研究，并实现易与主流模拟手段相互集成并具有良好并行效率的高效的复杂场景流体模拟技术。在进行期间，本项目顺利完成了各主要研究目标。本项目顺利按计划完成项目的主要研究目标，共在国际高水平期刊、会议上发表文章三篇，其中中科院分区一区期刊论文一篇，二区期刊论文两篇。获得国家专利授权一项。项目的成果论文均提供了高度创新性的问题解决思路和方案，解决了计算机图形学中之前无法良好处理的问题，具有很强的前沿性和引领性。