冰融化是一种美妙的自然现象,是我们生活中的常见场景。真实的模拟冰融化现象在电影、游戏、虚拟现实等方向具有广泛的应用性,是一个有意义的研究方向。冰的融化过程作为一个动态过程有着较为复杂的物理机制,包括热传递引起的物质相变、融化后液体流动等。现阶段,融化过程中的物质建模、热传递与相变的物理模拟以及多相流交互模拟等研究领域吸引了众多学者的参与。当前冰融化模拟研究领域中,存在着热传递过程模拟精确度不足,小水滴形成和流动等细节的忽略以及冰与水交互计算不稳定等问题。本文对这些问题进行重点研究,首先基于粒子的方法对融化过程中的不同形态的冰、水和空气进行建模。然后通过改进热传导方式与热传导方程对温度变化进行有效的求解。对于冰与水的交互过程,我们校正了边界粒子密度计算不稳定的情况,并提出了较为合理的冰水交互模型,对表面张力、黏着力等物理受力模型进行了模拟。实验表明,基于本文的冰融化模拟具有较好的真实性与稳定性。本文的研究成果包含以下几点:(1)提出了一套基于粒子的考虑空气建模和水滴细节特效的冰融化模拟方法。本文对于冰融化过程中的冰、水、空气三种形态的物质以粒子的方式进行建模。利用冰、水粒子之间的状态变化以及流动的水粒子灵活的表现了动态的冰融化过程。同时,将空气粒子引入热传递计算为更加准确的融化模拟打下了良好的基础。另外,冰粒子和空气粒子还作为边界水粒子的邻域粒子参与到水粒子的密度计算中,保证了水滴流动等细节特效模拟的稳定性。(2)提出了较为准确的热传递模型。在对空气建模的基础上,将融化过程中的空气热源分为两部分,一部分是冰表面附近的携带温度属性的空气粒子,另外一部分是远离冰表面的空气常量温度场。通过空气粒子与冰、水粒子之间的能量传递,较为准确的模拟了冰表面附近的热传导过程。同时,以常量温度场的方式对相对远且影响小的空气温度进行近似,避免了计算资源和时间的浪费。(3)提出合理的冰和水的交互模型,模拟了水滴等融化中的小尺度特效。首先,将空气粒子和冰粒子作为邻域粒子引入到水粒子的密度计算中,解决了粒子方法中的边界密度计算不准确的问题。其次,引入了鲁棒性较强的表面张力和黏着力模型,模拟水滴中的水粒子间的相互作用以及水粒子和冰粒子间的交互作用。最后,针对冰水交互过程中容易出现的水粒子渗透或者分离现象,提出了黏着水的概念,通过校正黏着水的速度,使冰表面附近的水粒子稳定的沿着冰表面运动。(4)通过对冰融化现象以及融化现象中的水滴等细节特效进行模拟,本文方法的有效性得到验证。与前人工作相比较,本文在融化的细节更符合真实物理规律,具有更强的真实性,同时,在水滴等细节的模拟上也具有更高的稳定性。