Plynulá animace - Fluid animation

„Fluid Simulation“ přeadresuje tady. Počítačové simulace dynamiky tekutin viz výpočetní dynamika tekutin.
Příklad tekuté animace generované pomocí simulace

Plynulá animace odkazuje na počítačová grafika techniky generování realistických animací tekutin, jako je voda a kouř.[1] Fluidní animace jsou obvykle zaměřeny na emulaci kvalitativního vizuálního chování tekutiny, s menším důrazem na důsledně správné fyzické výsledky, i když se často stále spoléhají na přibližné řešení Eulerovy rovnice nebo Navier-Stokesovy rovnice které řídí fyziku skutečných tekutin. Plynulé animace lze provádět s různými úrovněmi složitosti, od časově náročných, vysoce kvalitních animací pro filmy nebo vizuální efekty až po jednoduché a rychlé animace pro reálný čas animace jako počítačové hry.[2]

Vztah k výpočetní dynamice tekutin

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

Rozvoj

Vývoj technik animace tekutin na základě Navier-Stokesovy rovnice začala v roce 1996, kdy Nick Foster a Dimitris Metaxas[3] implementovali řešení 3D Navier-Stokesových rovnic v kontextu počítačové grafiky a založili svou práci na vědeckém článku CFD Harlowa a Welcha z roku 1965.[4] Do té doby se primárně používala řada jednodušších metod, včetně ad hoc částicových systémů,[5] nižší dimenzionální techniky, jako jsou výšková pole,[6] a semi-náhodné turbulentní hlukové pole.[7] V roce 1999 vydal Jos Stam „Stabilní tekutiny“[8] metoda, která využila a částečně lagrangeově advekční technika a implicitní integrace viskozity k zajištění bezpodmínečně stabilního chování To umožnilo mnohem větší časové kroky, a proto rychlejší simulace. Tuto obecnou techniku ​​rozšířili Ronald Fedkiw a spoluautoři, aby zvládli realističtější kouř[9] a oheň,[10] stejně jako komplexní 3D simulace vody využívající varianty metoda nastavení úrovně.[11][12]

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.[Citace je zapotřebí ]

Software

Mnoho 3D programů počítačové grafiky implementuje techniky plynulé animace. RealFlow je samostatný komerční balíček, který se používá k výrobě vizuálních efektů ve filmech, televizních pořadech, reklamách a hrách.[Citace je zapotřebí ] RealFlow implementuje částice implicitní pro tekutinu (FLIP; rozšíření Částice v buňce metoda) solver, hybridní mřížka a částicová metoda , který umožňuje pokročilé funkce, jako je pěna a sprej. Maya a Houdini jsou dva další komerční programy 3D počítačové grafiky, které umožňují plynulou animaci.

Mixér je open-source Program 3D počítačové grafiky, který využíval částicový Lattice Boltzmannova metoda pro animaci tekutin[13] až do integrace projektu open-source mantaflow v roce 2020 se širokou škálou variant řešiče Navier-Stokes.[14]

Viz také

Reference

  1. ^ Bridson, Robert. Fluid Simulation pro počítačovou grafiku (2. vyd.). CRC Press.
  2. ^ Mastin, Gary A .; Watterberg, Peter A .; Mareda, John F. (březen 1987). „Fourierova syntéza oceánských scén“ (PDF). Počítačová grafika a aplikace IEEE. 7 (3): 16–23. doi:10.1109 / MCG.1987.276961.
  3. ^ Foster, Nick; Metaxas, Dimitri (01.09.1996). "Realistická animace kapalin". Grafické modely a zpracování obrazu. 58 (5): 471–483. CiteSeerX  10.1.1.331.619. doi:10.1006 / gmip.1996.0039.
  4. ^ Harlow, Francis H .; Welch, J. Eddie (01.12.1965). „Numerický výpočet časově závislého viskózního nestlačitelného toku kapaliny s volným povrchem“. Fyzika tekutin. 8 (12): 2182–2189. doi:10.1063/1.1761178. ISSN  0031-9171.
  5. ^ Reeves, W. T. (01.04.1983). „Částicové systémy - technika modelování třídy fuzzy objektů“. ACM Trans. Graf. 2 (2): 91–108. CiteSeerX  10.1.1.517.4835. doi:10.1145/357318.357320. ISSN  0730-0301.
  6. ^ Kass, Michael; Miller, Gavin (01.01.1990). Rychlá a stabilní dynamika tekutin pro počítačovou grafiku. Sborník ze 17. výroční konference o počítačové grafice a interaktivních technikách. SIGGRAPH '90. New York: ACM. str. 49–57. doi:10.1145/97879.97884. ISBN  978-0897913447.
  7. ^ Stam, Jos; Fiume, Eugene (01.01.1993). Turbulentní větrná pole pro plynné jevy. Sborník z 20. výroční konference o počítačové grafice a interaktivních technikách. SIGGRAPH '93. New York: ACM. 369–376. doi:10.1145/166117.166163. ISBN  978-0897916011.
  8. ^ Stam, Jos (01.01.1999). Stabilní tekutiny. Sborník z 26. výroční konference o počítačové grafice a interaktivních technikách. SIGGRAPH '99. New York: ACM Press / Addison-Wesley Publishing Co. str. 121–128. doi:10.1145/311535.311548. ISBN  978-0201485608.
  9. ^ Fedkiw, Ronald; Stam, Jos; Jensen, Henrik Wann (01.01.2001). Vizuální simulace kouře. Sborník z 28. výroční konference o počítačové grafice a interaktivních technikách. SIGGRAPH '01. New York: ACM. str.15–22. CiteSeerX  10.1.1.29.2220. doi:10.1145/383259.383260. ISBN  978-1581133745.
  10. ^ Nguyen, Duc Quang; Fedkiw, Ronald; Jensen, Henrik Wann (01.01.2002). Fyzikálně založené modelování a animace ohně. Sborník z 29. výroční konference o počítačové grafice a interaktivních technikách. SIGGRAPH '02. New York: ACM. 721–728. doi:10.1145/566570.566643. ISBN  978-1581135213.
  11. ^ Foster, Nick; Fedkiw, Ronald (01.01.2001). Praktická animace kapalin. Sborník z 28. výroční konference o počítačové grafice a interaktivních technikách. SIGGRAPH '01. New York, NY, USA: ACM. str.23–30. CiteSeerX  10.1.1.21.932. doi:10.1145/383259.383261. ISBN  978-1581133745.
  12. ^ Enright, Douglas; Marschner, Stephen; Fedkiw, Ronald (01.01.2002). Animace a vykreslování složitých vodních ploch. Sborník z 29. výroční konference o počítačové grafice a interaktivních technikách. SIGGRAPH '02. New York: ACM. str. 736–744. CiteSeerX  10.1.1.19.6229. doi:10.1145/566570.566645. ISBN  978-1581135213.
  13. ^ "Doc: 2.4 / Manual / Physics / Fluid - BlenderWiki". wiki.blender.org. Citováno 2016-11-04.
  14. ^ "Reference / Poznámky k vydání / 2.82 - Blender Developer Wiki". wiki.blender.org. Citováno 2020-06-10.

externí odkazy