计算机模拟现实世界,生成高真实感的图形,是计算机图形学中不断挑战的目标。但是对不规则的物体模拟十分困难,如像烟雾、云等流体现象的研究。由于其没有规则的外观形状,没有光滑的表面,没有固定的形体,使其无法用经典的欧几里德几何学进行描述。而用直线、圆弧、样条曲线等去建模,其真实感又大大降低。近年来,基于物理的模拟已成为计算机模拟领域中的一个前沿研究热点,并且随着计算机硬件计算能力的不断提高,基于物理的计算方法的可行性、应用性也得到很大的提高,流体模拟因此也得到了极大的关注。2.1流体介绍流体是液体和气体的总称。流体是由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位置的分子构成的,它的基本特征是没有一定的形状和具有流动性。从力学分析的意义上看,流体与固体的主要区别在于它们对外力的抵抗能力不同。固体由于其分子间距离很小,内聚力很大,所以能保持固定的形状和体积,既能承受压力,也能承受拉力,抵抗拉伸变形;而流体由于分子间距离较大,内聚力很小,只能承受压力,几乎不能抵抗拉力及抵抗拉伸变形,在任何微小的切应力作用下,流体都很容易发生变形和流动,及流体具有易流动性。流体都有一定的可压缩性,液体分子间距离较小,密度较大,分子内聚力比气体大很多,因此液体的可压缩性很小,而气体的可压缩性较大。但当气体流速远小于声速时,在运动过程中其密度变化很小,气体可视为不可压缩。在流体的形状改变时,流体各层之间也存在一定的运动阻力(即粘滞性)。当流体的粘滞性和可压缩性很小时,可近似看作是理想流体,它是人们为研究流体的运动和状态而引入的一个理想模型。从分子物理学的观点看,流体和其他一切物质一样都是由大量做无规则运动的分子组成的,分子和分子之间存在间隙。由于分子问有间隙存在,故严格的来说,流体是不连续的,描述它的物理量(密度、速度、压强等)在空间的分布也是不连续的,而且流体分子运动的随机性又导致任一空间点的物理量对于时间也是
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