[发明专利]基于屏幕空间的SPH流体表面实时绘制方法

摘要

本发明提供一种基于屏幕空间的SPH流体表面实时绘制方法，在利用SPH方法仿真流体的动力学行为的基础上，以流体表面实时跟踪与逼真绘制为目标，围绕基于屏幕空间的加速计算方法展开研究，首先从视点位置生成三维空间中流体的深度图，并对其进行平滑滤波来视点相关地动态提取流体表面，然后结合环境映射、流体反射、折射等光学效果，并通过模拟流体与虚拟场景中其他三维实体的交互作用，基于GPU实现了柔体和流体交互场景的实时逼真绘制。本发明完全基于GPU来进行各项计算和渲染，所有的操作均以并行的方式进行，具有实时性好，物理真实感强的特点。

主权项

一种基于屏幕空间的SPH流体表面实时绘制方法，其特征在于包括以下三个步骤：步骤（1）、流体的物理仿真：通过由SPH方法来对流体进行物理仿真，利用GPU动态地并行计算所有光滑流体粒子的位置、密度信息，作为整个表面绘制方法的输入数据；步骤（2）、流体的表面提取：从视点位置出发，将步骤（1）计算得到的每一个粒子按照位置和大小绘制成粒子球，截取当前视点下的深度信息和厚度，得到表面深度图和厚度图，然后采用双边滤波器对表面深度进行平滑处理，以此作为近似的流体表面；步骤（3）、流体的实时逼真绘制：步骤（2）中计算得到的平滑深度图作为近似流体表面，基于在步骤（2）中动态生成的厚度图，根据比尔‑朗伯定律来计算流体的透明度；同时，在基于深度图进行流体表面法线计算的基础上，通过结合冯氏光照模型和延迟着色技术，来实时模拟流体表面的反射、折射效果；以上所有操作和计算都在GPU上进行，具有高度并行性，而且避免了由显存和内存的数据交换带来的时间消耗，具有很高的实时性。