Fluidní animace - Fluid animation

Příklad tekuté animace generované simulací

Fluidní animace se týká technik počítačové grafiky pro generování realistických animací tekutin, jako je voda a kouř. Fluidní animace jsou obvykle zaměřeny na emulaci kvalitativního vizuálního chování tekutiny s menším důrazem na přísně správné fyzikální výsledky, i když často stále spoléhají na přibližná řešení Eulerových rovnic nebo Navier -Stokesových rovnic, které řídí skutečnou fyziku tekutin. Plynulé animace lze provádět s různou úrovní složitosti, od časově náročných, vysoce kvalitních animací pro filmy nebo vizuální efekty až po jednoduché a rychlé animace pro animace v reálném čase, jako jsou počítačové hry.

Vztah k výpočetní dynamice tekutin

Fluidní animace se liší od výpočetní dynamiky tekutin (CFD) v tom, že fluidní animace se používá především pro vizuální efekty, zatímco výpočetní dynamika tekutin se používá ke studiu chování tekutin vědecky přísným způsobem.

Rozvoj

Simulace dvou kapalin s různými viskozitami

Vývoj technik fluidní animace na základě Navier-Stokesových rovnic začal v roce 1996, kdy Nick Foster a Dimitris Metaxas implementovali řešení 3D Navier-Stokesových rovnic v kontextu počítačové grafiky, přičemž svou práci založili na vědeckém CFD papíru Harlowa a Welcha z 1965. Do té doby se primárně používala řada jednodušších metod, včetně systémů částic ad-hoc, technik nižších rozměrů, jako jsou výšková pole, a semi-náhodných turbulentních hlukových polí.

V roce 1999 publikoval Jos Stam metodu „Stabilní kapaliny“, která využívala semi-Lagrangeovu techniku ​​advekce a implicitní integraci viskozity k zajištění bezpodmínečně stabilního chování. To umožnilo mnohem větší časové kroky a tudíž rychlejší simulace. Tuto obecnou techniku ​​rozšířili Ronald Fedkiw a spoluautoři, aby zvládli realističtější kouř a oheň a také komplexní 3D vodní simulace využívající varianty metody nastavení úrovně .

Mezi významné akademické vědce v této oblasti patří Jerry Tessendorf, James F. O'Brien , Ron Fedkiw , Mark Carlson, Greg Turk , Robert Bridson , Ken Museth a Jos Stam .

Software

Mnoho programů 3D počítačové grafiky implementuje techniky fluidní animace. RealFlow je samostatný komerční balíček, který byl použit k vytváření vizuálních efektů ve filmech, televizních pořadech, reklamách a hrách. RealFlow implementuje řešič částic implicitních v tekutinách (FLIP; rozšíření metody Particle-in-cell ), hybridní mřížku a metodu částic, která umožňuje pokročilé funkce, jako je pěna a sprej . Maya a Houdini jsou další dva komerční 3D počítačové grafické programy, které umožňují plynulé animace.

Blender je 3D počítačový grafický program s otevřeným zdrojovým kódem, který využíval na animaci tekutin metodu Lattice Boltzmann na bázi částic až do integrace open-source projektu mantaflow v roce 2020 se širokou škálou variant řešení Navier-Stokes.

Viz také

Reference

externí odkazy