邻域粒子搜索算法研究及其在SPH方法流体模拟中的应用--《南昌大学》2012年硕士论文
邻域粒子搜索算法研究及其在SPH方法流体模拟中的应用
【摘要】：邻域粒子搜索被广泛应用于SPH方法、离散单元法等无网格方法的求解计算中。邻域粒子搜索是一种粒子配对方法,从问题域粒子中查找当前粒子的邻域粒子,为当前粒子运动提供计算条件。本文研究不同的邻域粒子搜索算法,从缩小搜索范围和提高数据利用率的角度,设计了一种基于局部相关的快速搜索算法,并在基于SPH方法的流体模拟应用中验证该算法。本文主要工作如下：
首先,研究现有的邻域粒子搜索算法,总结搜索配对原理,设计一种更简单高效的粒子搜索配对算法。研究算法主要完成了下面三点工作。
(1)研究邻域粒子配对算法,包括：全局粒子搜索配对算法,链表搜索配对算法,树形搜索配对算法和其它搜索配对算法如Bucket等算法。分析这些算法搜索的具体搜索过程以及计算复杂度。
(2)总结现有搜索算法,从缩小搜索范围和提高数据利用率方面,设计一种基于局部邻域相关的快速搜索方法。算法的基本思想是：充分利用之前搜索已获得的数据,确定当前粒子需要搜索的邻域范围,从已获得的邻域区域中查找邻域粒子。在算法设计时,针对表面粒子查找失效的问题,采用比较邻域粒子数密度和位置信息的方法提取表面粒子,并单独处理表面粒子搜索。针对算法搜索区域重叠的问题,采用布尔变量标记已搜索粒子的方法,避免重复搜索重叠的区域。该算法既不需要划分网格也不需要重新建立复杂数据结构,不但缩小了搜索范围,而且提高数据的利用率。
(3)对粒子信息和算法函数接口封装设计,方便使用不同搜索算法对比验证本文算法。
其次,应用C++程序设计语言和OpenGL图形库,设计并实现基于SPH方法的可视化流体模拟平台。使用全局配对搜索、链表配对搜索以及本文设计搜索算法,对表面粒子分布不同的场景：流体溃坝、流体自由滴落和流体密闭空间单螺杆挤出进行实验分析。通过对比和拟合实验结果,验证本文搜索算法的有更好的性能。
【关键词】：
【学位授予单位】：南昌大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TP301.6;O35【目录】：
摘要3-4ABSTRACT4-9第1章 绪论9-15 1.1 问题描述和研究意义9-10 1.2 邻域粒子搜索研究现状10-12 1.3 流体模拟研究现状12-14 1.4 本文研究主要内容和论文结构安排14-15第2章 流体模拟方法和模拟可视化技术简介15-23 2.1 光滑粒子流体动力学(SPH)方法15-19
2.1.1 光滑粒子流体动力学(SPH)方法基本原理15
2.1.2 SPH方法的基本方程15-17
2.1.3 光滑核函数17-18
2.1.4 SPH方法粒子化N-S流体方程18-19 2.2 模拟可视化技术19-22
2.2.1 OpenGL基本介绍20
2.2.2 OpenGL在应用程序运行中的位置20-21
2.2.3 三维流体模拟使用OpenGL建模的主要步骤21-22 2.3 本章小结22-23第3章 邻域粒子搜索算法研究23-31 3.1 全局配对搜索算法24-26
3.1.1 算法基本描述24-25
3.1.2 全局搜索算法分析25-26 3.2 链表搜索算法26-27
3.2.1 算法基本描述26-27
3.2.2 链表搜索算法分析27 3.3 树形搜索算法27-29
3.3.1 算法基本描述27-29
3.3.2 树形搜索算法分析29 3.4 其它搜索算法29-30 3.5 本章小结30-31第4章 一种基于邻域区域相关的快速搜索算法31-45 4.1 本文搜索算法基本思想31-33 4.2 算法出现的问题33-34 4.3 算法修正和改进34-41
4.3.1 提取自由边界粒子方法34-36
4.3.2 自由表面粒子邻域搜索36-37
4.3.3 修正完善并改进算法37-40
4.3.4 修正后算法执行步骤40-41 4.4 算法复杂度41-44
4.4.1 邻域半径因素41-43
4.4.2 算法复杂度分析43-44 4.5 本章小结44-45第5章 基于SPH方法流体模拟可视化系统设计和实现45-62 5.1 系统总体设计45-49
5.1.1 粒子运动分析46-47
5.1.2 流体系统执行流程47-49 5.2 系统详细设计49-54
5.2.1 初始化场景和粒子信息49-50
5.2.2 邻域粒子搜索算法选择50-51
5.2.3 求解核函数51
5.2.4 计算密度和压力51
5.2.5 计算内力51-52
5.2.6 计算外力52
5.2.7 处理碰撞并更新粒子速度和位置52-53
5.2.8 计算结果可视化设计53-54 5.3 模拟系统中流体粒子主要处理信息和OpenGL可视化实现54-61
5.3.1 SPH粒子信息54-58
5.3.2 实验场景可视化实现58-61 5.4 本章小结61-62第6章 可视化实验及结果分析62-85 6.1 实验平台和实验流体材料参数62-63
6.1.1 可视化实验平台62
6.1.2 实验流体材料62-63 6.2 流体溃坝运动模拟实验63-70
6.2.1 流体溃坝可视化实验63-65
6.2.2 搜索算法性能数据统计65-66
6.2.3 实验结果分析66-70 6.3 水流体自由落体模拟实验70-76
6.3.1 水流体自由落体可视化实验70-71
6.3.2 搜索算法性能数据统计71-73
6.3.3 实验结果分析73-76 6.4 密闭空间流体单螺杆挤出实验76-82
6.4.1 单螺杆挤出参数和实验76-78
6.4.2 搜索算法性能数据统计78-79
6.4.3 实验结果分析79-82 6.5 本文算法在三种不同实验场景数据分析82-84 6.6 本章小结84-85第7章 全文总结和展望85-87 7.1 主要工作和研究成果85-86 7.2 未来继续研究方向展望86-87致谢87-88参考文献88-91攻读学位期间的研究成果91
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我个人看法，不对希望指教
lcofjp 发表于
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由粒子生成网格，通常都是用marching cube或者metaball变形球技术，这个技术老外提出来都有几十年了，网上也有很多相关的资料，你如果对它的原理有兴趣，不防深入去学习一下。
关于marching cube技术呢，大家可以看一下，NVIDIA的《GPU Gems 3》里面第一章的《Generating Complex Procedural Terrains Using the GPU
》就详细介绍了这方面的技术。
至于metaball，也有很多相关文章，看看这个：
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