Плавная анимация - Fluid animation

"Fluid Simulation" перенаправляется сюда. Для компьютерного моделирования гидродинамики см. вычислительная гидродинамика.
Пример жидкой анимации, созданной с помощью моделирования

Плавная анимация относится к компьютерная графика техники для создания реалистичной анимации жидкостей, таких как вода и дым.[1] Жидкие анимации обычно сосредоточены на имитации качественного визуального поведения жидкости, с меньшим упором на строго правильные физические результаты, хотя они часто по-прежнему полагаются на приблизительные решения проблемы. Уравнения Эйлера или же Уравнения Навье – Стокса которые управляют реальной физикой жидкости. Плавная анимация может выполняться с различными уровнями сложности, от длительной высококачественной анимации для фильмов или визуальных эффектов до простой и быстрой анимации для в реальном времени анимации вроде компьютерных игр.[2]

Связь с вычислительной гидродинамикой

Плавная анимация отличается от вычислительная гидродинамика (CFD) в этой жидкостной анимации используется в основном для визуальных эффектов, тогда как вычислительная гидродинамика используется для изучения поведения жидкостей с научной точки зрения.

Разработка

Разработка методов плавной анимации на основе Уравнения Навье – Стокса началось в 1996 году, когда Ник Фостер и Димитрис Метаксас[3] реализовали решения трехмерных уравнений Навье-Стокса в контексте компьютерной графики, основываясь на своей работе на научной статье Харлоу и Уэлча 1965 года по расчетам гидродинамики.[4] До этого момента в основном использовались различные более простые методы, включая специальные системы частиц,[5] низкоразмерные техники, такие как поля высот,[6] и полуслучайные поля турбулентного шума.[7] В 1999 году Йос Стам опубликовал «Стабильные жидкости».[8] метод, который использовал полулагранжиан метод адвекции и неявное интегрирование вязкости для обеспечения безусловно стабильного поведения. Это позволило использовать гораздо большие временные шаги и, следовательно, более быстрое моделирование. Рональд Федкив и его соавторы расширили эту общую технику для обработки более реалистичного дыма.[9] и огонь,[10] а также сложные трехмерные модели воды с использованием вариантов метод установки уровня.[11][12]

Некоторые известные академические исследователи в этой области включают Джерри Тессендорфа, Джеймс Ф. О'Брайен, Рон Федкив, Марк Карлсон, Грег Терк, Роберт Бридсон, Кен Мусет и Йос Стам.[нужна цитата ]

Программного обеспечения

Многие программы трехмерной компьютерной графики реализуют методы анимации жидкости. RealFlow это автономный коммерческий пакет, который используется для создания визуальных эффектов в фильмах, телешоу, рекламных роликах и играх.[нужна цитата ] RealFlow реализует неявную частицу жидкости (FLIP; расширение Частица в ячейке метод) решатель, гибридная сетка и метод частиц что позволяет использовать расширенные функции, такие как мыло и спрей. майя и Гудини - две другие коммерческие программы компьютерной 3D-графики, которые позволяют создавать плавную анимацию.

Блендер является Открытый исходный код Программа трехмерной компьютерной графики, в которой используется Решеточный метод Больцмана 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

Рекомендации

  1. ^ Бридсон, Роберт. Моделирование жидкости для компьютерной графики (2-е изд.). CRC Press.
  2. ^ Мастин, Гэри А .; Ваттерберг, Питер А .; Мареда, Джон Ф. (март 1987 г.). «Фурье-синтез океанских сцен» (PDF). Компьютерная графика и приложения IEEE. 7 (3): 16–23. Дои:10.1109 / MCG.1987.276961.
  3. ^ Фостер, Ник; Метаксас, Дмитрий (1 сентября 1996 г.). «Реалистичная анимация жидкостей». Графические модели и обработка изображений. 58 (5): 471–483. CiteSeerX  10.1.1.331.619. Дои:10.1006 / gmip.1996.0039.
  4. ^ Харлоу, Фрэнсис Х .; Уэлч, Дж. Эдди (1965-12-01). «Численный расчет зависящего от времени течения вязкой несжимаемой жидкости со свободной поверхностью». Физика жидкостей. 8 (12): 2182–2189. Дои:10.1063/1.1761178. ISSN  0031-9171.
  5. ^ Ривз, У. Т. (1983-04-01). «Системы частиц - метод моделирования класса нечетких объектов». ACM Trans. График. 2 (2): 91–108. CiteSeerX  10.1.1.517.4835. Дои:10.1145/357318.357320. ISSN  0730-0301.
  6. ^ Касс, Майкл; Миллер, Гэвин (01.01.1990). Быстрая и стабильная гидродинамика для компьютерной графики. Материалы 17-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям. СИГГРАФ '90. Нью-Йорк: ACM. С. 49–57. Дои:10.1145/97879.97884. ISBN  978-0897913447.
  7. ^ Stam, Jos; Фиуме, Юджин (1993-01-01). Турбулентные ветровые поля для газовых явлений. Материалы 20-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям. СИГГРАФ '93. Нью-Йорк: ACM. С. 369–376. Дои:10.1145/166117.166163. ISBN  978-0897916011.
  8. ^ Стам, Джос (1999-01-01). Стабильные жидкости. Материалы 26-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям. СИГГРАФ '99. Нью-Йорк: ACM Press / Addison-Wesley Publishing Co., стр. 121–128. Дои:10.1145/311535.311548. ISBN  978-0201485608.
  9. ^ Fedkiw, Рональд; Stam, Jos; Дженсен, Хенрик Ванн (01.01.2001). Визуальное моделирование дыма. Материалы 28-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям. СИГГРАФ '01. Нью-Йорк: ACM. стр.15–22. CiteSeerX  10.1.1.29.2220. Дои:10.1145/383259.383260. ISBN  978-1581133745.
  10. ^ Нгуен, Дык Куанг; Fedkiw, Рональд; Дженсен, Хенрик Ванн (01.01.2002). Физическое моделирование и анимация огня. Материалы 29-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям. СИГГРАФ '02. Нью-Йорк: ACM. С. 721–728. Дои:10.1145/566570.566643. ISBN  978-1581135213.
  11. ^ Фостер, Ник; Fedkiw, Рональд (2001-01-01). Практическая анимация жидкостей. Материалы 28-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям. СИГГРАФ '01. Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: ACM. стр.23–30. CiteSeerX  10.1.1.21.932. Дои:10.1145/383259.383261. ISBN  978-1581133745.
  12. ^ Энрайт, Дуглас; Маршнер, Стивен; Fedkiw, Рональд (2002-01-01). Анимация и рендеринг сложных водных поверхностей. Материалы 29-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям. СИГГРАФ '02. Нью-Йорк: ACM. С. 736–744. CiteSeerX  10.1.1.19.6229. Дои:10.1145/566570.566645. ISBN  978-1581135213.
  13. ^ "Документ: 2.4 / Руководство / Физика / Жидкость - BlenderWiki". wiki.blender.org. Получено 2016-11-04.
  14. ^ «Справочник / Примечания к выпуску / 2.82 - Вики для разработчиков Blender». wiki.blender.org. Получено 2020-06-10.

внешняя ссылка