热引发气流湍流的实时 3D 模拟
图形学
2026-03-03 v1
摘要
热引发的气流产生复杂的、深度相关的图像失真，这在交互式重现方面具有挑战性，因为热力学驱动的流动必须与折射光传输耦合。现有的实时方法常依赖单视图 2D 屏幕空间错位，导致多视图一致性破裂，且不建模 3D 折射体积。我们提出一种实时的、完全 3D 拉格朗日框架，构建从热力学输运到密度变化再到光学折射的完整管线。该系统在可压缩 Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) 基础上增强了温度输运、浮力和压力驱动的运动，以捕捉上升热柱和湍流混合。我们通过曲线光线追踪渲染结果的连续折射指数场，以建模 3D 中的光线偏折。为在物理保真度与交互式性能之间达成平衡，我们引入了曲线光线追踪的空间自适应步长积分，在折射指数梯度强的区域细化步长，在平滑区域放宽步长，以保持时间稳定性和高频失真细节，避免均匀抽样。该系统在原型中可达约 40 fps 的交互式帧率，并比基于图像的方法更贴近实际视频捕获中观察到的深度相关、多视图一致的失真。
引用
@article{arxiv.2603.02048,
title = {Real-Time 3D Simulation of Heat-Induced Air Turbulence},
author = {Wanqi Yuan and Ethan Chung and Man Luo and Suren Jayasuriya and Huaijin Chen and Jinwei Ye and Nianyi Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.02048},
year = {2026}
}