Fruid / 基于rust+julia的流体模拟引擎

该引擎以安全而具有良好性能的rust作为后端、Julia的Makie库作为前端，旨在实现一个具有基本功能的、性能高、易于交互的简单流体模拟引擎。
本模拟引擎的一部分实现思路参考自该项目，和Masterchef365的同名项目以及感谢Masterchef365提供的参考文献。
注：这只是个开发练习项目，并不具备专业水准。

实现原理

项目基于FLIP(Fluid-Implicit-Particle)方法的流体模拟系统：

• 比纯粒子法计算效率更高
• 比纯网格法能更好地保持细节
• 数值耗散较小，可以很好地保持流体的动态特性

项目中重要组成部分及原理如下：

lib.rs：

1. 核心数据结构：

• FlipFluid 结构体：包含了流体模拟所需的所有数据，如粒子位置、速度、密度等
• CellType 枚举：定义了三种单元格类型：空气(AIR_CELL)、流体(FLUID_CELL)和固体(SOLID_CELL)
• Scene 结构体：管理整个模拟场景，包括重力、时间步长等参数

2. 主要模拟原理：

• 使用混合欧拉-拉格朗日方法，结合了网格法和粒子法的优点
• 粒子用于追踪流体，网格用于求解压力和非压缩性约束
• 模拟过程包括：
  • 粒子积分（更新位置和速度）
  • 粒子碰撞处理
  • 速度场在网格和粒子之间的转换
  • 求解不可压缩性约束
  • 密度更新

main.jl：

• 自动检查和安装必要的Julia包
• 主要使用Makie进行可视化，TOML进行配置文件解析
• 每一帧都：
  • 调用Rust进行模拟计算
  • 获取新的模拟数据
  • 更新可视化显示
• 最终生成MP4格式的视频文件

注意

您需要安装rust和julia才能使用。如果您是windows平台，请将julia/main.jl中const LIB_PATH = abspath(joinpath(SCRIPT_DIR, "../target/release/libFruid.so"))路径的.so改为.dll文件。

使用方法

#克隆仓库：
git clone https://github.com/LinTrau/Fruid

#进入根目录
cd Fruid

#构建模拟库
cargo build --release

#运行脚本
julia julia/main.jl

请在config.toml中输入模拟参数，模拟视频结果将生成于项目根目录的output文件夹。当再次模拟时仅需要修改模拟参数并julia julia/main.jl即可。

开发目标

• 实现更多模拟算法
• 实现一个能动态调整参数和设置保存结果的界面
• 加入更多可模拟物理参数
• 提供初步的分析数据
• 实现同三维模型的交互