实时流体模拟系统开发(军用级)

流体编辑器

如上面两张图，实时流体模拟，也可编辑流体

目标平台：PC/主机（DirectX 12/Vulkan）、移动端（Metal/OpenGL ES 3.1+）、VR设备

开发周期：6-8个月
团队规模：5-8人（含图形程序员、物理算法工程师、TA、QA）

一、项目背景

1. 行业痛点

   • 由于某些原因(你懂的)无法使用现有商业引擎（Unity/Unreal）
   • 影视级离线流体渲染无法满足游戏实时交互需求

2. 市场需求

   • 训练培训对于动态流体效果的需求增长（如《黑神话：悟空》类水体交互）
   • VR训练系统中物理仿真的精度要求提升（医疗/工业培训场景）

二、核心功能需求

模块1：物理模拟层

• SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）算法优化

  • 支持100万级粒子的实时计算（目标：60FPS@RTX 3060）
  • 多分辨率粒子系统（核心区域0.5mm精度，边缘区域2cm精度）
  • GPU加速方案：CUDA/Compute Shader双模式支持

• 边界条件处理

  • 动态障碍物交互（移动物体表面摩擦系数可配置）
  • 多相流体混合模拟（水/油/熔岩，密度比1:0.8:3.2）

模块2：渲染管线

• 实时焦散与折射

  • 基于光线步进的屏幕空间折射（SSR改良版）
  • 光子映射轻量化实现（每帧最大500光子）

• 表面重建

  • Marching Cubes与Dual Contouring混合算法
  • LOD系统：5级细节切换（10m~0.1m精度）

模块3：交互系统

• 物理参数实时调节

  • 粘度系数动态调整（0.001~1000 Pa·s）
  • 表面张力支持（0.01~50 N/m）

• 多平台输入适配

  • VR手柄流体雕刻工具
  • 触屏设备多点触控涟漪生成

三、技术指标

四、开发里程碑

1. 预研阶段（4周）

   • 完成FLIP vs SPH算法对比测试
   • 搭建CUDA与Compute Shader基准测试框架

2. 核心开发（16周）

   • 实现多分辨率粒子调度系统
   • 完成GPU加速的Neighbor Search优化
   • 集成光线追踪软阴影（兼容DX12 Ultimate）

3. 优化阶段（8周）

   • 移动端ES3.1兼容性适配
   • VR设备异步时间扭曲(ATW)支持

4. 交付阶段（4周）

   • 提供Unity插件包（.dll + C# API）
   • 提交UE Marketplace审核材料

五、风险评估与应对

六、交付成果

1. 技术白皮书（含性能对比测试报告）
2. SDK开发包：
   • C++核心库（Windows/Linux/macOS）
   • Unity Package（支持URP/HDRP）
   • Unreal Engine插件（4.27+）
3. 演示案例：
   • 海啸场景（500x500m 开放水域）
   • 炼金术实验室（多流体交互VR Demo）

七、预算与资源

1. 硬件需求：

   • 测试设备：NVIDIA Omniverse验证集群 ×2
   • VR设备：Varjo XR-4 ×3 套

2. 第三方服务：

   • AWS EC2 G4dn实例（压力测试）
   • Perforce版本控制服务