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挪动设施硬件的高速倒退，让游戏行业产生天翻地覆的变动，许多酷炫的游戏成果不再局限于电脑端，玩家在挪动端就能享受到场景更真切、画质更清晰、体验更晦涩的游戏服务。但因为挪动设施算力有余，为了实现真实感的水体成果，很多游戏厂商采纳预计算的办法缩小实时仿真的计算开销，但水体场景在挪动端的流体成果依然不佳。
真实感水体的模仿始终是图形学和游戏开发畛域的难点问题，对硬件算力要求也很高，因而大多数实在的水体模仿场景只呈现在 PC 和主机游戏中。为了解决挪动端水体流动真实感的问题，晋升开发者利用开发的效率，HMS Core 图形引擎服务（Scene Kit）推出了 3D 流体仿真技术，无效解决 3D 流体动效在挪动设施上的实时性和功耗的问题。
3D 流体仿真技术
流体力学中流体的静止能够用偏微分方程示意，该方程称为纳维 - 斯托克斯（NS）方程，如公式（1）所示
█((∂ u ⃗)/∂t=g ⃗-1/ρ ∇p +ν∇⋅∇u ⃗ -u ⃗⋅∇u ⃗#
(1) )该方程形容了流体动量变动与流体外部的压力 (1/ρ ∇p)、粘滞力(ν∇⋅∇u ⃗) 以及重力 (g ⃗) 之间的关系。流体力学中对流体静止有拉格朗日和欧拉两种形容办法，拉格朗日形容用粒子形式对流体建模，每个粒子上携带流体的状态信息在空间中流动；欧拉形容把仿真区域划为空间中的网格，每个网格上存储流过该地位的流体的状态信息。如图 2 所示。
图 2 欧拉形容与拉格朗日形容
模仿实在的流体成果须要大量的粒子或者网格，数量可达到十万、百万级别，但应用 CPU 串行计算的形式仿真须要几秒能力实现一帧数据的计算，无奈满足实时性要求。而 GPU 在高性能并行计算畛域有着微小劣势，因而在 HMS Core 图形引擎服务中，咱们利用 GPU 减速技术在挪动设施上实现流体仿真。
不过，仅通过 GPU 硬件加速不能齐全满足挪动设施上流体实时仿真的要求，还须要晋升 GPU 的运行效率，以及缩小仿真的计算量，从而升高 GPU 的负载以及带宽的应用，防止高负荷高带宽运行导致的设施发烫等体验问题。在流体静止的两种形容办法中，拉格朗日办法因为粒子状态受四周其它粒子的影响，计算时须要先搜寻邻域粒子，这个过程对并行计算不够敌对，难以施展并行计算的劣势。而欧拉形容中的每个网格状态数据的计算过程都是雷同的，更适宜并行计算。因而为了晋升 GPU 的并行效率，HMS Core 图形引擎服务采纳欧拉办法进行流体仿真。
采纳欧拉办法构建流体模型，先将仿真区域划分成平均的网格，结构出流体的速度场、密度场等数据。如图 3 所示。
图 3 红点示意密度、压强数据的存储地位，红色箭头示意速度场数据
彩色网格是密度场网格，速度场网格在密度场网格根底上沿 x、y 方向进行半个网格偏移（蓝色网格），密度存储在密度场网格中心点，速度场数据存储在密度场网格顶点上，同时也是速度场网格中心点，这种模式能够很不便的实现核心差分计算，理论计算时须要将速度场按维度拆分。再引入有向间隔场（SDF）数据形容流体的边界，实现流体与边界的碰撞成果。如图 4 所示。
图 4 密度场网格，棕色区域示意固体边界，蓝色区域示意流体，红色区域示意空气。
在流体模型构建实现后，再利用后面提到的纳维 - 斯托克斯（NS）方程进行仿真计算，计算过程包含求解重力、压强、粘度、对流 4 步，别离对应公式（1）中等号左边的四项。
压强和粘度求解过程简单，通过大量优化将求解过程简化为线性方程组的求解，从而升高计算复杂度，缩小计算量。方程组求解采纳疾速收敛的解法，同时进行精度取舍从而升高计算开销。数据存储格局的优化，也达到升高 GPU 带宽应用、进步 GPU cache 命中率的成果。
求解对流项时，须要思考流体与固体边界的碰撞，图形引擎服务采纳一种对立建模的形式形容空气、流体、固体网格，如图 5 所示。
图 5 红色示意在边界内部，灰色区域示意边界，绿色区域示意边界外部
这样在计算时能够对立解决全副网格，无需对流体、固体区域别离计算，能够缩小计算逻辑，晋升 GPU 线程的运行效率。
通过以上多种技术办法，HMS Core 图形引擎服务实现了 GPU 运行效率的晋升以及流体仿真计算量的升高，从而在挪动设施上实现了较低功耗的 3D 流体实时仿真。再联合图形渲染的其余能力，最终在挪动设施上可能实现 3D 流体的流动、飞溅、反射、折射等成果，让用户手机不发烫，还能领有实时晦涩的流体体验。
3D 流体仿真技术来自华为 2012 实验室，通过 HMS Core 图形引擎服务向开发者凋谢。HMS Core 图形引擎服务致力于为开发者提供高性能、低功耗的引擎服务，帮忙开发者制作高品质的 3D 利用，赋能更多利用走入数字世界。
其余更多对于 HMS Core 图形引擎服务的信息，请拜访华为开发者联盟 -HMS Core 图形引擎服务官网。
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