[发明专利]基于格子Boltzmann的流体可视化仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体实时模拟仿真技术领域，具体涉及一种基于格子Boltzmann的流体可视化仿真方法。 

背景技术

在科研和工程领域中，流体的计算和可视化具有十分广泛的应用，如何生动、实时的对流体进行可视化是计算机图形学中的一个重要问题。 

由于真实流体速度变化范围大，且流体速度为矢量值，难以直接转化为可用于计算机绘制图像的像素值。 

E.W.Llewellin在文献《LBflow:An extensible lattice Boltzmann framework for the simulation of geophysical》中提出的LBM（Lattice Boltzmann Method）仿真实现，具有参数可控，可扩展性等优点，但其计算过程和可视化过程分别在两个程序中实现，只能先进行数值计算，然后通过读入计算结果进行可视化显示，不能对流体实时数据进行可视化显示，而且没有给出流体可视化的绘制方法。 

Jose Guilherme Mayworm和Sicilia Ferreira Judice等在文献《Computational System for Visualization and Lattice Boltzmann Fluid Simulation》开发了一个用于流体数据计算的可视化模拟系统，可实现流体动画的实时动态显示，其主要是介绍基于Lattice Boltzmann的流体计算方法，没有介绍其流体可视化方法，而且其流体可视化效果不佳，流体颜色过渡突兀，成像效果模糊，难以辨别低速流场。 

传统的流体绘制思路是首先由流体速度求得流体速率，即速度的模，然后乘以权系数使之达到图形学绘制范围，进而通过不同像素值的颜色信息表示流体速 度的快慢，但是该方法存在一个显著的缺点：即权系数的选择难以把握，例如，对于流体速度变化范围大的同一流场，选择小权系数可以使高速流场绘制清晰，但低速流场处理后的数据难以达到像素值要求，颜色显示就会不明显，选择大权系数可以保证低速流场绘制准确，但是容易造成高速流场内数据溢出，易造成高速流场绘制失真。因此，一种准确、简单的流体可视化方法的提出具有十分重要的应用价值。 

发明内容

本发明的目的是通过可视化方法表征流体的动力学特性，解决流体可视化的实时性和逼真性绘制问题，克服了现有技术的不足。 

本发明的技术方案是： 

一种基于格子Boltzmann的流体可视化仿真方法，包括以下步骤： 

步骤1：根据格子Boltzmann方法构建流体力学模型，选择格子Boltzmann方程初始化分布函数，所述格子Boltzmann方程初始化分布函数为： 

fα(r+eαδt,t+δt)-fα(r,t)=-1τ[fα(r,t)-fαeq(r,t)]]]>