Page 275 - 《软件学报》2020年第10期

软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@iscas.ac.cn
Journal of Software,2020,31(10):3251−3265 [doi: 10.13328/j.cnki.jos.005803] http://www.jos.org.cn
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基于物理及数据驱动的流体动画研究

肖祥云, 杨旭波

(上海交通大学 软件学院,上海 200240)
通讯作者: 杨旭波, E-mail: yangxubo@sjtu.edu.cn

摘 要: 主要针对近年来流行的基于物理及数据驱动的各种流体动画模拟算法及其应用给出了一个全面的前沿
性综述.首先,对传统的基于物理的流体模拟加速方法进行了综述和总结,同时给出了此类方法中各种算法的优劣性
分析;其次,对现有的基于数据驱动的多种算法进行了综述和分析.特别地,将现有的数据驱动方法归结为 3 类,即数
据插值法、数据预计算方法和基于深度学习的方法.并且,进一步讨论了基于数据驱动的流体动画模拟算法的几个
关键问题以及其研究趋势与方向.
关键词: 流体动画模拟;基于物理的动画;模拟加速;数据驱动;深度学习
中图法分类号: TP391

中文引用格式: 肖祥云,杨旭波.基于物理及数据驱动的流体动画研究.软件学报,2020,31(10):3251−3265. http://www.jos.org.
cn/1000-9825/5803.htm
英文引用格式: Xiao XY, Yang XB. Physically-based and data-driven fluid simulation research. Ruan Jian Xue Bao/Journal of
Software, 2020,31(10):3251−3265 (in Chinese). http://www.jos.org.cn/1000-9825/5803.htm
Physically-based and Data-driven Fluid Simulation Research

XIAO Xiang-Yun, YANG Xu-Bo

(School of Software, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)
Abstract: This paper gives a comprehensive overview of the popular animation simulation algorithms based on physical and data-driven
methods as well as their applications in recent years. Firstly, the traditional physically-based acceleration fluid simulation methods are
summarized, covering both their advantages and disadvantages. Then, the existing data-driven algorithms applied in fluid simulation are
summarized and analyzed. In particular, the existing data-driven methods are sumed up into three types, namely, interpolation methods,
methods based on pre-computed data, and deep learning methods. Further, some key points are given about the data-driven methods as
well as the research trends and directions.
Key words: fluid simulation; physically-based animation; simulation acceleration; data-driven; deep learning

流体现象是在我们生活中随处可见的物理现象,而流体动画模拟在艺术与工业界也存在着广泛的应用,例
[1]
如在影视特效制作、游戏模拟、灾难仿真 等应用场景中都有着重要的应用价值.如何逼真地模拟大规模烟雾、
水流、沙流等众多自然流体现象,是计算机图形学的重要研究方向之一.但是,随着人们对电影、游戏等视觉效
果要求的提高,以及工业需求及实际应用的不断深化与增长,各种传统的流体动画模拟方法面临着越来越多的
挑战.
近些年来,随着业界对流体动画模拟的计算精度、模拟质量与规模的要求越来越高,所需要的计算资源也
呈爆炸式增长.众多研究者也将所关注的焦点和难点集中在如何利用有限的计算资源,快速地模拟出高质量、

∗ 基金项目: 国家重点研发计划(2018YFB1004902); 国家自然科学基金(61772329)
Foundation item: Natural Key Research and Development of Program of China (2018YFB1004902); National Natural Science
Foundation of China (61772329)
收稿时间: 2018-06-14; 修改时间: 2018-10-11; 采用时间: 2018-11-22