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Animación fluida

Un ejemplo de una animación líquida generada mediante simulación.

La animación de fluidos se refiere a las técnicas de gráficos por computadora para generar animaciones realistas de fluidos como el agua y el 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 aún dependen de soluciones aproximadas a las ecuaciones de Euler o las ecuaciones de Navier-Stokes que gobiernan la física de fluidos reales. La animación de fluidos se puede realizar con diferentes niveles de complejidad, que van desde animaciones de alta calidad 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 utiliza principalmente para efectos visuales, mientras que la dinámica de fluidos computacional se utiliza 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 de fluidos basadas en las ecuaciones de Navier-Stokes comenzó en 1996, cuando Nick Foster y Dimitris Metaxas [3] implementaron soluciones a las ecuaciones de Navier-Stokes 3D en un contexto de gráficos por computadora, basando su trabajo en un artículo científico de 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 menor dimensión como campos de altura, [6] y campos de ruido turbulento semialeatorio. [7]

En 1999, Jos Stam publicó el método de "fluidos estables" [8] , que explotaba una técnica de convección semilagrangiana y la integración implícita de la viscosidad para proporcionar un comportamiento incondicionalmente estable. Esto permitió pasos de tiempo mucho más grandes y, por lo tanto, simulaciones más rápidas. Esta técnica general fue ampliada por Ronald Fedkiw y coautores para manejar humo [9] y fuego más realistas, [10] así como simulaciones complejas de agua en 3D utilizando variantes del método de ajuste de nivel . [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 requerida ]

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, comerciales y juegos. [ cita requerida ] RealFlow implementa un solucionador de partículas implícitas en fluidos (FLIP; una extensión del método de partículas en celdas ), una cuadrícula híbrida y un método de partículas que permite funciones avanzadas como espuma y aerosol . Maya y Houdini son otros dos programas comerciales de gráficos por computadora en 3D que permiten la animación fluida.

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

Véase también

Referencias

  1. ^ Bridson, Robert. Simulación de fluidos para gráficos por computadora (2.ª ed.). CRC Press.
  2. ^ Mastin, Gary A.; Watterberg, Peter A.; Mareda, John F. (marzo de 1987). "Síntesis de Fourier de escenas oceánicas" (PDF) . IEEE Computer Graphics and Applications . 7 (3): 16–23. doi :10.1109/MCG.1987.276961. S2CID  1330805. Archivado desde el original (PDF) el 2016-03-05 . Consultado el 2014-08-31 .
  3. ^ Foster, Nick; Metaxas, Dimitri (1996-09-01). "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, Francis H.; Welch, J. Eddie (1965-12-01). "Cálculo numérico del flujo viscoso incompresible dependiente del tiempo de un fluido con superficie libre". Física de fluidos . 8 (12): 2182–2189. Bibcode :1965PhFl....8.2182H. doi :10.1063/1.1761178. ISSN  0031-9171.
  5. ^ Reeves, WT (1 de abril de 1983). "Sistemas de partículas: una técnica para modelar una clase de objetos difusos". ACM Trans. Graph . 2 (2): 91–108. CiteSeerX 10.1.1.517.4835 . doi :10.1145/357318.357320. ISSN  0730-0301. S2CID  181508. 
  6. ^ Kass, Michael; Miller, Gavin (1990-01-01). "Dinámica de fluidos rápida y estable para gráficos por computadora". Actas de la 17.ª conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas . SIGGRAPH '90. Nueva York: ACM. págs. 49-57. doi :10.1145/97879.97884. ISBN 978-0897913447.​ ​
  7. ^ Stam, Jos; Fiume, Eugene (1 de enero de 1993). "Campos de viento turbulentos para fenómenos gaseosos". Actas de la 20.ª conferencia anual sobre gráficos por ordenador y técnicas interactivas . SIGGRAPH '93. Nueva York: ACM. págs. 369–376. doi :10.1145/166117.166163. ISBN 978-0897916011.​ ​
  8. ^ Stam, Jos (1 de enero de 1999). "Fluidos estables". Actas de la 26.ª conferencia anual sobre gráficos por ordenador y técnicas interactivas - SIGGRAPH '99 . Nueva York: ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co. pp. 121–128. doi :10.1145/311535.311548. ISBN 978-0201485608. Número de identificación del sujeto  207555779.
  9. ^ Fedkiw, Ronald; Stam, Jos; Jensen, Henrik Wann (1 de enero de 2001). "Simulación visual de humo". Actas de la 28.ª conferencia anual sobre gráficos por ordenador y técnicas interactivas . SIGGRAPH '01. Nueva York: ACM. pp. 15–22. CiteSeerX 10.1.1.29.2220 . doi :10.1145/383259.383260. ISBN .  978-1581133745. Número de identificación del sujeto  7000291.
  10. ^ Nguyen, Duc Quang; Fedkiw, Ronald; Jensen, Henrik Wann (1 de enero de 2002). "Modelado y animación de fuego basados ​​en la física". Actas de la 29.ª conferencia anual sobre gráficos por ordenador y técnicas interactivas . SIGGRAPH '02. Nueva York: ACM. págs. 721–728. doi :10.1145/566570.566643. ISBN 978-1581135213.​ ​
  11. ^ Foster, Nick; Fedkiw, Ronald (1 de enero de 2001). "Animación práctica de líquidos". Actas de la 28.ª conferencia anual sobre gráficos por ordenador y técnicas interactivas . SIGGRAPH '01. Nueva York, NY, EE. UU.: ACM. pp. 23–30. CiteSeerX 10.1.1.21.932 . doi :10.1145/383259.383261. ISBN .  978-1581133745.S2CID8782248  .​
  12. ^ Enright, Douglas; Marschner, Stephen; Fedkiw, Ronald (1 de enero de 2002). "Animación y renderización de superficies de agua complejas". Actas de la 29.ª conferencia anual sobre gráficos por ordenador y técnicas interactivas . SIGGRAPH '02. Nueva York: ACM. pp. 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 . Archivado desde el original el 2016-01-31 . Consultado el 2016-11-04 .
  14. ^ "Referencia/Notas de la versión/2.82 - Blender Developer Wiki". wiki.blender.org . Consultado el 10 de junio de 2020 .

Enlaces externos