[发明专利]一种混合流体相变动画生成方法及装置

权利要求书

1.一种混合流体相变动画生成方法，其特征在于，所述方法包括：

对混合流模型进行定义、及对混合流体流固耦合进行模拟，进而计算出粒子的新位置、体积分数、混合热扩散常数、以及混合熔点；

根据计算出的粒子的新位置、混合热扩散常数、混合熔点，进行温度扩散计算和粒子状态的更新，通过粒子之间的温度差，采用热扩散方程计算粒子的温度变化，然后根据混合熔点进行相变模拟；

通过新位置计算出混合流固表面，通过新的体积分数计算出混合流固表面上的体积分数，并且根据粒子更新后的状态区分流体表面和固体表面；

将流体表面和固体表面的Mesh以文件的形式进行输出，用于动画帧的离线渲染。

2.根据权利要求1所述的一种混合流体相变动画生成方法，其特征在于，所述混合热扩散常数具体为：

其中，下标i代表粒子的编号，α_k为流体k的体积分数，c_mi和c_k分别为混合热扩散常数和流体k的热扩散常数。

3.根据权利要求2所述的一种混合流体相变动画生成方法，其特征在于，所述混合熔点具体为：

其中，T_mi和T_mk分别为混合熔点和流体k的熔点。

4.根据权利要求1所述的一种混合流体相变动画生成方法，其特征在于，所述热扩散方程具体为：

其中，T_i为粒子i的温度，T_j为粒子j的温度，t为时间，c_i为粒子i的混合热扩散常数，m_j为粒子j的质量，p_j为粒子j的密度，W为光滑核函数，▽²代表求解光滑核函数的拉普拉斯形式，x_i为粒子i的位置，x_j为粒子j的位置，h为光滑核半径。

5.根据权利要求4所述的一种混合流体相变动画生成方法，其特征在于，所述通过新位置计算出混合流固表面，通过新的体积分数计算出混合流固表面上的体积分数具体为：

对于每一个位置x，都存在体积分数α_kx，该体积分数的值由附近粒子的体积分数决定，当附近不存在粒子时，该值为零，计算方程如下：

其中，α_kj为相邻粒子j中流体k的体积分数；

隐式表面计算完成后，根据MarchingCubes算法，计算等值面处的体积分数：

其中，V为等值面的位置，P1和P2为网格单元的两个顶点位置，α_kP1和α_kP2为两个顶点所对应的体积分数值。

6.一种混合流体相变动画生成装置，其特征在于，所述装置用于实施权利要求1-5中任一权利要求所述的混合流体相变动画生成方法，所述装置包括：

流固耦合模拟模块，用于计算多流体混合模拟和流固耦合；

温度扩散和相变模块，用于计算粒子之间的温度差，采用热扩散方程计算粒子的温度变化，然后根据混合熔点进行相变模拟；

混合流固表面计算模块，用于计算流体和固体的隐式表面，并生成表面Mesh，将生成的表面体积分数信息，用于不同流体的渲染；

流固表面输出模块，该模块可以将流体和固体的表面Mesh以文件的形式进行输出，用于动画帧的离线渲染。