移动设备硬件的高速开展，让游戏职业发生翻天覆地的改变，许多酷炫的游戏作用不再局限于电脑端，玩家在移动端就能享受到场景更逼真、画质更明晰、体会更流通的游戏服务。但由于移动设备算力缺乏，为了完成实在感的水体作用，许多游戏厂商选用预核算的办法削减实时仿真的核算开支，但水体场景在移动端的流体作用依然不佳。
实在感水体的模仿一直是图形学和游戏开发范畴的难点问题，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出现在PC和主机游戏中。为了处理移动端水体活动实在感的问题，进步开发者使用开发的功率，HMS Core图形引擎服务（Scene Kit）推出了3D流体仿真技术，有效处理3D流体动效在移动设备上的实时性和功耗的问题。
图1
3D流体仿真技术
图2 欧拉描绘与拉格朗日描绘
模仿实在的流体作用需求很多的粒子或者网格，数量可到达十万、百万等级，但运用CPU串行核算的办法仿真需求几秒才干完成一帧数据的核算，无法满意实时性要求。而GPU在高性能并行核算范畴有着巨大优势，因而在HMS Core图形引擎服务中，我们利用GPU加快技术在移动设备上完成流体仿真。
不过，仅经过GPU硬件加快不能完全满意移动设备上流体实时仿真的要求，还需求进步GPU的运转功率，以及削减仿真的核算量，然后下降GPU的负载以及带宽的运用，防止高负荷高带宽运转导致的设备发烫等体会问题。在流体运动的两种描绘办法中，拉格朗日办法由于粒子状况受周围其它粒子的影响，核算时需求先查找邻域粒子，这个进程对并行核算不够友好，难以发挥并行核算的优势。而欧拉描绘中的每个网格状况数据的核算进程都是相同的，更适合并行核算。因而为了进步GPU的并行功率，HMS Core图形引擎服务选用欧拉办法进行流体仿真。
选用欧拉办法构建流体模型，先将仿真区域划分成均匀的网格，构造出流体的速度场、密度场等数据。如图3所示。
图3 红点表明密度、压强数据的存储位置，赤色箭头表明速度场数据
黑色网格是密度场网格，速度场网格在密度场网格基础上沿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极点上，一起也是速度场网格中心点，这种办法可以很方便的完成中心差分核算，实践核算时需求将速度场按维度拆分。再引入有向距离场（SDF）数据描绘流体的鸿沟，完成流体与鸿沟的磕碰作用。如图4所示。
图4 密度场网格，棕色区域表明固体鸿沟，蓝色区域表明流体，白色区域表明空气。
在流体模型构建完成后，再利用前面说到的纳维-斯托克斯（NS）方程进行仿真核算，核算进程包括求解重力、压强、粘度、对流4步，别离对应公式（1）中等号右边的四项。
压强和粘度求解进程杂乱，经过很多优化将求解进程简化为线性方程组的求解，然后下降核算杂乱度，削减核算量。方程组求解选用快速收敛的解法，一起进行精度取舍然后下降核算开支。数据存储格式的优化，也到达下降GPU带宽运用、进步GPU cache命中率的作用。
求解对流项时，需求考虑流体与固体鸿沟的磕碰，图形引擎服务选用一种一致建模的办法描绘空气、流体、固体网格，如图5所示。
图5赤色表明在鸿沟外部，灰色区域表明鸿沟，绿色区域表明鸿沟内部
这样在核算时可以一致处理悉数网格，无需对流体、固体区域别离核算，可以削减核算逻辑，进步GPU线程的运转功率。
经过以上多种技术办法，HMS Core图形引擎服务完成了GPU运转功率的进步以及流体仿真核算量的下降，然后在移动设备上完成了较低功耗的3D流体实时仿真。再结合图形渲染的其他才能，最终在移动设备上可以完成3D流体的活动、飞溅、反射、折射等作用，让用户手机不发烫，还能拥有实时流通的流体体会。
3D流体仿真技术来自华为2012实验室，经过HMS Core图形引擎服务向开发者开放。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，帮助开发者制作高品质的3D使用，赋能更多使用走入数字世界。
其他更多关于HMS Core图形引擎服务的信息，请拜访developer.huawei.com/consumer/cn/hms/huawei-scenekit/?ha_source=hmswm
