stringtranslate.com

Плавная анимация

Пример жидкой анимации, созданной с помощью симуляции

Анимация жидкости относится к компьютерным графическим методам создания реалистичной анимации жидкостей, таких как вода и дым. [1] Анимация жидкости обычно сосредоточена на имитации качественного визуального поведения жидкости, с меньшим акцентом на строго правильные физические результаты, хотя они часто все еще полагаются на приближенные решения уравнений Эйлера или уравнений Навье-Стокса , которые управляют реальной физикой жидкости. Анимация жидкости может быть выполнена с различными уровнями сложности, начиная от трудоемких высококачественных анимаций для фильмов или визуальных эффектов, до простых и быстрых анимаций для анимаций в реальном времени , таких как компьютерные игры. [2]

Связь с вычислительной гидродинамикой

Жидкостная анимация отличается от вычислительной гидродинамики (CFD) тем, что жидкостная анимация используется в основном для визуальных эффектов, тогда как вычислительная гидродинамика используется для изучения поведения жидкостей строгим с научной точки зрения способом.

Разработка

Моделирование двух жидкостей с разной вязкостью

Разработка методов анимации жидкостей на основе уравнений Навье-Стокса началась в 1996 году, когда Ник Фостер и Димитрис Метаксас [3] реализовали решения трехмерных уравнений Навье-Стокса в контексте компьютерной графики, основываясь на научной статье Харлоу и Уэлча по вычислительной гидродинамике от 1965 года. [4] До этого момента в основном использовались различные более простые методы, включая специальные системы частиц, [5] методы меньшей размерности, такие как поля высот, [6] и полуслучайные поля турбулентного шума. [7]

В 1999 году Джос Стэм опубликовал метод «Стабильных жидкостей» [8] , который использовал полулагранжеву технику адвекции и неявную интеграцию вязкости для обеспечения безусловно стабильного поведения. Это позволило использовать гораздо большие временные шаги и, следовательно, более быстрые симуляции. Этот общий метод был расширен Рональдом Федкивом и соавторами для обработки более реалистичного дыма [9] и огня, [10] , а также сложных 3D-моделей воды с использованием вариантов метода набора уровней . [11] [12]

Некоторые известные академические исследователи в этой области включают Джерри Тессендорфа, Джеймса Ф. О'Брайена , Рона Федкива , Марка Карлсона, Грега Турка , Роберта Бридсона, Кена Мусета и Джоса Стэма . [ необходима ссылка ]

Программное обеспечение

Многие программы 3D-компьютерной графики реализуют методы жидкой анимации. RealFlow — это отдельный коммерческий пакет, который использовался для создания визуальных эффектов в фильмах, телешоу, рекламе и играх. [ требуется ссылка ] RealFlow реализует решатель частиц с неявной жидкостью (FLIP; расширение метода частиц в ячейках ), гибридную сетку и метод частиц , который позволяет использовать расширенные функции, такие как пена и брызги . Maya и Houdini — это две другие коммерческие программы 3D-компьютерной графики, которые позволяют создавать жидкую анимацию.

Blender — это программа для трехмерной компьютерной графики с открытым исходным кодом , которая использовала метод решетчатой ​​модели Больцмана на основе частиц для анимации жидкостей [13] до интеграции проекта Mantaflow с открытым исходным кодом в 2020 году с широким спектром вариантов решателя Навье-Стокса. [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бридсон, Роберт. Моделирование жидкости для компьютерной графики (2-е изд.). CRC Press.
  2. ^ Mastin, Gary A.; Watterberg, Peter A.; Mareda, John F. (март 1987 г.). «Синтез Фурье океанических сцен» (PDF) . IEEE Computer Graphics and Applications . 7 (3): 16–23. doi :10.1109/MCG.1987.276961. S2CID  1330805. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-03-05 . Получено 2014-08-31 .
  3. ^ Фостер, Ник; Метаксас, Димитрий (1996-09-01). «Реалистичная анимация жидкостей». Графические модели и обработка изображений . 58 (5): 471–483. CiteSeerX 10.1.1.331.619 . doi :10.1006/gmip.1996.0039. 
  4. ^ Харлоу, Фрэнсис Х.; Уэлч, Дж. Эдди (1965-12-01). «Численный расчет зависящего от времени вязкого несжимаемого потока жидкости со свободной поверхностью». Physics of Fluids . 8 (12): 2182–2189. Bibcode :1965PhFl....8.2182H. doi :10.1063/1.1761178. ISSN  0031-9171.
  5. ^ Ривз, У. Т. (1983-04-01). «Системы частиц — метод моделирования класса нечетких объектов». ACM Trans. Graph . 2 (2): 91–108. CiteSeerX 10.1.1.517.4835 . doi :10.1145/357318.357320. ISSN  0730-0301. S2CID  181508. 
  6. ^ Касс, Майкл; Миллер, Гэвин (1990-01-01). "Быстрая, стабильная динамика жидкости для компьютерной графики". Труды 17-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям . SIGGRAPH '90. Нью-Йорк: ACM. стр. 49–57. doi :10.1145/97879.97884. ISBN 978-0897913447. S2CID  12925789.
  7. ^ Стам, Йос; Фиуме, Юджин (1993-01-01). "Турбулентные поля ветра для газообразных явлений". Труды 20-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям . SIGGRAPH '93. Нью-Йорк: ACM. стр. 369–376. doi :10.1145/166117.166163. ISBN 978-0897916011. S2CID  1618202.
  8. ^ Стэм, Джос (1999-01-01). "Стабильные жидкости". Труды 26-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '99 . Нью-Йорк: ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co. стр. 121–128. doi :10.1145/311535.311548. ISBN 978-0201485608. S2CID  207555779.
  9. ^ Федкив, Рональд; Стам, Йос; Дженсен, Хенрик Ванн (2001-01-01). "Визуальное моделирование дыма". Труды 28-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям . SIGGRAPH '01. Нью-Йорк: ACM. С. 15–22. CiteSeerX 10.1.1.29.2220 . doi :10.1145/383259.383260. ISBN  978-1581133745. S2CID  7000291.
  10. ^ Нгуен, Дук Куанг; Федкив, Рональд; Дженсен, Хенрик Ванн (2002-01-01). "Физически обоснованное моделирование и анимация огня". Труды 29-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям . SIGGRAPH '02. Нью-Йорк: ACM. стр. 721–728. doi :10.1145/566570.566643. ISBN 978-1581135213. S2CID  356538.
  11. ^ Фостер, Ник; Федкив, Рональд (2001-01-01). «Практическая анимация жидкостей». Труды 28-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям . SIGGRAPH '01. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: ACM. С. 23–30. CiteSeerX 10.1.1.21.932 . doi :10.1145/383259.383261. ISBN  978-1581133745. S2CID  8782248.
  12. ^ Энрайт, Дуглас; Маршнер, Стивен; Федкив, Рональд (2002-01-01). «Анимация и рендеринг сложных водных поверхностей». Труды 29-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям . SIGGRAPH '02. Нью-Йорк: ACM. С. 736–744. CiteSeerX 10.1.1.19.6229 . doi :10.1145/566570.566645. ISBN  978-1581135213. S2CID  1233095.
  13. ^ "Doc:2.4/Manual/Physics/Fluid - BlenderWiki". wiki.blender.org . Архивировано из оригинала 2016-01-31 . Получено 2016-11-04 .
  14. ^ "Справка/Примечания к выпуску/2.82 - Blender Developer Wiki". wiki.blender.org . Получено 10.06.2020 .

Внешние ссылки