[发明专利]基于物理的物体交互式燃烧模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物体燃烧的真实感模拟方法，特别是涉及基于物理的物体交互式燃烧模拟方法。

背景技术

物体燃烧现象的真实感模拟包括火焰的模拟、火焰的蔓延模拟及燃烧时物体的变形模拟等许多方面。然而，现有的技术主要集中在火焰本身的模拟。燃烧时火焰的蔓延及燃烧引起的物体的变形是燃烧现象不可或缺的部分，其真实感模拟直接影响到场景的逼真性。

对于火焰的真实感模拟，目前的方法主要有两类：启发式的方法和基于物理的方法。Reeves采用粒子系统模拟了火焰现象(Reeves WT.Particle systems-a technique for modeling a class offuzzy objects.In：Proceedings of SIGGRAPH，1983.359-376.)。Pakeshi等提出了基于元胞自动机的火焰模型(Pakeshi A，Yuzo K，Nakajima M.Generating 2Dimensional flame images incomputer graphics.IEICE Transactions，1991，74(2)：457-462.)。Nguyen等采用Navier-Stokes方程组来求解火焰的运动，较真实地模拟了燃烧过程(Nguyen D，Fedkiw R，Jensen HW.Physically based modeling and animation of fire.In：Proceedings of SIGGRAPH，2002.721-728.)。Hong等提出了一种更为精确的火焰建模的新方法，可以较好地模拟火焰皱褶和火焰的元胞结构(Hong J，Shinar T，Fedkiw R.Wrinkled flames and cellular patterns.In：Proceedings ofSIGGRAPH，2007.47.1-47.6.)。

火焰与物体的交互作用是燃烧现象的重要方面，但是这方面的模拟技术还不多见。Lossaso等模拟了固体物质的燃烧和融化现象，其中固体物质采用传统的三角网格建模，流体则采用基于网格的欧拉方法来计算。通过对三角网格的合并和分解操作，该方法可以模拟火焰在纸张上的蔓延(Losasso F，Irving G，Guendelman E，et al.Melting and Burning Solids into Liquids andGases.IEEE transactions on visualization and computure graphics，2006，12(3)：343-352.)。但是，该方法没有涉及燃烧时物体的变形效果的模拟。Melek等对燃烧物体的分解过程进行了模拟(Melek Z，Keyser J.Interactive simulation of burning objects.In：Proceedings of Pacific Graphics，2003.462-466.

Melek Z，Keyser J.Driving Object Deformations from Internal Physical Processes.In：Proceedingsof the ACM Symposium on Solid and Physical Modeling，2007.51-59.)，但是没有考虑物体的物理属性及物体变形的物理过程。最近，Liu等提出了一种薄层物体如纸张、布料等的燃烧现象的模拟方法(Liu Shiguang，Liu Qiguang，An Tai，et al.Physically based simulation of thin-shellobjects’burning.The Visual Computer，2009)。该方法只局限于薄层物体燃烧的模拟，无法推广到三维物体的燃烧模拟。

前人对火焰的真实感模拟进行了深入研究，但是对于燃烧时火焰与物体的交互作用的模拟的研究工作还很少，并且局限于二维薄层物体燃烧的模拟。这些方法都无法用于三维物体的燃烧模拟。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于物理的物体交互式燃烧模拟方法，其中考虑到燃烧时火焰与物体之间的交互作用，解决燃烧时三维物体变形效果不能形象模拟的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于物理的物体交互式燃烧模拟方法，主要包括以下步骤：

1)采用流体力学理论绘制火焰；

2)模拟火焰在物体上的蔓延；