Cesium中实现SPH流体模拟

SPH 流体模拟

在前面的文章Cesium中实现流体模拟中，提到过，常见的流体模拟方式有网格方法、粒子方法、边界元方法和体积随机法。这里使用的 SPH 属于粒子方法。

SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）粒子法，即光滑粒子流体动力学方法，起源于20世纪70年代，是一种基于拉格朗日观点的无网格数值模拟技术。该方法的发展历程可以追溯至天文学中的复杂问题求解，并逐渐扩展到包括工程、计算机图形学以及多物理场耦合模拟在内的多个领域。

在 SPH 方法中，流体被离散化成大量粒子。每个粒子代表流体的一部分，并具有相应的物理属性，如位置、速度、压力和密度。这些粒子通过光滑的核函数相互作用，核函数使得粒子间的相互作用力随着距离的增加而平滑地减小。

在 Cesium 中实现 SPH 流体模拟

事实上，SPH 在 Web 端的实现有很多，这里是采用将其他 Web 端的方法进行移植，来在 Cesium 中实现的。

该示例实现的代码逻辑大致如下：

1. 创建一张纹理用来存储 SPH 的粒子信息，以方便在 GPU 中计算
2. 将该纹理切分成若干等大的小纹理，以组成类似 sample2DArray 的形式(一小张代表一个平面上的粒子信息，多张堆叠即可表示粒子的立体信息)
3. 根据用户操作/初始状态来添加/删除纹理中的粒子
4. 每帧判断当前粒子与周围相邻粒子之间的相互作用力（收到的重力、压力、粘力、推力等）
5. 每帧再判断每个粒子是否碰到障碍物，如果碰到，那么障碍物给到粒子的力有多大，方向如何等信息
6. 应用每个粒子收到的力，并更新位置
7. 单独编写着色器来呈现 SPH 的计算结果

Cesium 中实现的效果展示