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Animación fluida

Un ejemplo de animación líquida generada mediante simulación.

La animación fluida se refiere a técnicas de gráficos por computadora para generar animaciones realistas de fluidos como agua y humo. [1] Las animaciones de fluidos generalmente se centran en emular el comportamiento visual cualitativo de un fluido, con menos énfasis en resultados físicos rigurosamente correctos, aunque a menudo todavía se basan en soluciones aproximadas a las ecuaciones de Euler o las ecuaciones de Navier-Stokes que gobiernan la física de fluidos real. . La animación fluida se puede realizar con diferentes niveles de complejidad, que van desde animaciones de alta calidad y que requieren mucho tiempo para películas o efectos visuales, hasta animaciones simples y rápidas para animaciones en tiempo real, como juegos de computadora. [2]

Relación con la dinámica de fluidos computacional

La animación de fluidos se diferencia de la dinámica de fluidos computacional (CFD) en que la animación de fluidos se usa principalmente para efectos visuales, mientras que la dinámica de fluidos computacional se usa para estudiar el comportamiento de los fluidos de una manera científicamente rigurosa.

Desarrollo

Simulación de dos fluidos con diferentes viscosidades.

El desarrollo de técnicas de animación fluida basadas en las ecuaciones de Navier-Stokes comenzó en 1996, cuando Nick Foster y Dimitris Metaxas [3] implementaron soluciones a las ecuaciones 3D de Navier-Stokes en un contexto de gráficos por computadora, basando su trabajo en un artículo científico CFD de Harlow. y Welch de 1965. [4] Hasta ese momento, se habían utilizado principalmente una variedad de métodos más simples, incluidos sistemas de partículas ad-hoc, [5] técnicas de dimensiones inferiores, como campos de altura, [6] y ruido turbulento semialeatorio. campos. [7]

En 1999, Jos Stam publicó el método "Stable Fluids" [8] , que explotaba una técnica de advección semi-Lagrangiana y la integración implícita de la viscosidad para proporcionar un comportamiento incondicionalmente estable. Esto permitió intervalos de tiempo mucho mayores y, por tanto, simulaciones más rápidas. Ronald Fedkiw y sus coautores ampliaron esta técnica general para manejar humo [9] y fuego más realistas, [10] , así como simulaciones complejas de agua en 3D utilizando variantes del método de ajuste de niveles . [11] [12]

Algunos investigadores académicos notables en esta área incluyen a Jerry Tessendorf, James F. O'Brien , Ron Fedkiw , Mark Carlson, Greg Turk , Robert Bridson, Ken Museth y Jos Stam . [ cita necesaria ]

Software

Muchos programas de gráficos por computadora en 3D implementan técnicas de animación fluida. RealFlow es un paquete comercial independiente que se ha utilizado para producir efectos visuales en películas, programas de televisión, anuncios y juegos. [ cita necesaria ] RealFlow implementa un solucionador de partículas implícitas en fluidos (FLIP; una extensión del método de partículas en celda ), una cuadrícula híbrida y un método de partículas que permite funciones avanzadas como espuma y rociado . Maya y Houdini son otros dos programas comerciales de gráficos por computadora en 3D que permiten una animación fluida.

Blender es un programa de gráficos por computadora 3D de código abierto que utilizaba un método Lattice Boltzmann basado en partículas para animar fluidos [13] hasta la integración del proyecto mantaflow de código abierto en 2020 con una amplia gama de variantes del solucionador Navier-Stokes. [14]

Ver también

Referencias

  1. ^ Bridson, Robert. Simulación de fluidos para gráficos por computadora (2ª ed.). Prensa CRC.
  2. ^ Mastin, Gary A.; Watterberg, Peter A.; Mareda, John F. (marzo de 1987). "Síntesis de Fourier de escenas oceánicas" (PDF) . Aplicaciones y gráficos por computadora IEEE . 7 (3): 16–23. doi :10.1109/MCG.1987.276961. S2CID  1330805.
  3. ^ Fomentar, Nick; Metaxas, Dimitri (1 de septiembre de 1996). "Animación realista de líquidos". Modelos Gráficos y Procesamiento de Imágenes . 58 (5): 471–483. CiteSeerX 10.1.1.331.619 . doi :10.1006/gmip.1996.0039. 
  4. ^ Harlow, Francisco H.; Welch, J. Eddie (1 de diciembre de 1965). "Cálculo numérico del flujo de fluido viscoso incompresible dependiente del tiempo con superficie libre". Física de Fluidos . 8 (12): 2182–2189. Código bibliográfico : 1965PhFl....8.2182H. doi : 10.1063/1.1761178. ISSN  0031-9171.
  5. ^ Reeves, Peso (1 de abril de 1983). "Sistemas de partículas: una técnica para modelar una clase de objetos difusos". Transmisión ACM. Grafico . 2 (2): 91-108. CiteSeerX 10.1.1.517.4835 . doi :10.1145/357318.357320. ISSN  0730-0301. S2CID  181508. 
  6. ^ Kass, Michael; Molinero, Gavin (1 de enero de 1990). "Dinámica de fluidos rápida y estable para gráficos por computadora". Actas de la 17ª conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas . SIGGRAFO '90. Nueva York: ACM. págs. 49–57. doi : 10.1145/97879.97884. ISBN 978-0897913447. S2CID  12925789.
  7. ^ Stam, Jos; Fiume, Eugenio (1 de enero de 1993). "Campos de vientos turbulentos para fenómenos gaseosos". Actas de la vigésima conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas . SIGRÁFICO '93. Nueva York: ACM. págs. 369–376. doi :10.1145/166117.166163. ISBN 978-0897916011. S2CID  1618202.
  8. ^ Stam, Jos (1 de enero de 1999). "Fluidos estables". Actas de la 26ª conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas: SIGGRAPH '99 . SIGRÁFICO '99. Nueva York: ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co. págs. 121-128. doi :10.1145/311535.311548. ISBN 978-0201485608. S2CID  207555779.
  9. ^ Fedkiw, Ronald; Stam, Jos; Jensen, Henrik Wann (1 de enero de 2001). "Simulación visual de humo". Actas de la 28ª conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas . SIGGRAFO '01. Nueva York: ACM. págs. 15-22. CiteSeerX 10.1.1.29.2220 . doi :10.1145/383259.383260. ISBN  978-1581133745. S2CID  7000291.
  10. ^ Nguyen, Duc Quang; Fedkiw, Ronald; Jensen, Henrik Wann (1 de enero de 2002). "Modelado y animación del fuego con base física". Actas de la 29ª conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas . SIGGRAFO '02. Nueva York: ACM. págs. 721–728. doi :10.1145/566570.566643. ISBN 978-1581135213. S2CID  356538.
  11. ^ Fomentar, Nick; Fedkiw, Ronald (1 de enero de 2001). "Animación práctica de líquidos". Actas de la 28ª conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas . SIGGRAFO '01. Nueva York, NY, Estados Unidos: ACM. págs. 23–30. CiteSeerX 10.1.1.21.932 . doi :10.1145/383259.383261. ISBN  978-1581133745. S2CID  8782248.
  12. ^ Muy bien, Douglas; Marschner, Stephen; Fedkiw, Ronald (1 de enero de 2002). "Animación y renderizado de superficies de agua complejas". Actas de la 29ª conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas . SIGGRAFO '02. Nueva York: ACM. págs. 736–744. CiteSeerX 10.1.1.19.6229 . doi :10.1145/566570.566645. ISBN  978-1581135213. S2CID  1233095.
  13. ^ "Doc:2.4/Manual/Física/Fluido - BlenderWiki". wiki.blender.org . Consultado el 4 de noviembre de 2016 .
  14. ^ "Referencia/Notas de la versión/2.82 - Wiki para desarrolladores de Blender". wiki.blender.org . Consultado el 10 de junio de 2020 .

enlaces externos