Двухфазная модель включает взаимодействия с воздухом для облегчения реалистичного моделирования жидкостей

Штормовые нагоны или разрушающиеся плотины – автотентное моделирование потоков воды не только важно для спецэффектов в фильмах о бедствиях, но также может помочь защитить прибрежные регионы. Для более реалистичного моделирования движений жидкости исследователи из технического университета Мюнхена (ТУМ) разработали новый метод, который также учитывает взаимодействие с воздухом. Подход настолько эффективен, что расчеты сложных волновых движений могут даже выполняться со стандартными компьютерами.

Волна разрывается на берегу, посылая всплески воды и распылитель и создавая вихри в окружающем воздухе. Однако цифровой симуляция Из этого повседневного природного явления совсем не обычное. Предыдущие методы компьютерной графики были сосредоточены на воде и пренебрегали взаимодействием с воздухом. Эффекты, такие как спрей и пена, были представлены в упрощенной форме, что привело к видимым различиям между моделированием и реальностью.

«Теперь нам удалось разработать процесс, который включает в себя обе фазы-воду и воздух-экзамен. Благодаря этой двухфазной моделировании, как мы его называем, мы также можем представлять такие детали, как аэрозоли и вихри в воздухе гораздо более реалистично, чем в прошлых подходах»,-говорит Нилс Тури, профессор моделирования на основе физики.

Минимизация вычислительной мощности при максимизации точности

В их изучать Опубликовано в Транзакции ACM на графикеГраница между воздухом и водой реконструируется как фиксированная поверхность, а скорее как непрерывная зона перехода. Для этого исследователи применили гибридный метод, включающий сетку и моделирование частиц.

В то время как моделирование сетки вычисляется физические свойства Такие, как скорость и давление, моделирование частиц захватывает движение и распределение жидкости. Моделирование динамически адаптируется к сложности волнового движения и уточняет себя в областях, где происходит наибольшее движение, например, в зоне распыления разрыва волны. В то же время система сохраняет ресурсы в менее активных областях.

«Сосредоточив свое моделирование только на определенных областях, мы сохраняем много вычислительной мощности, а также можем эффективно вычислять очень сложные волновые движения с миллиардами частиц и ячейки сетки в стандартной системе»,-говорит Бернхард Браун, первый автор и докторский кандидат в профессоре моделирования на основе физики. «В то же время этот подход позволил нам упростить расчет разности давления между воздухом и водой. Это всегда было большой проблемой в двухфазном моделировании».

Моделирование жидкостей не только важно в фильмах с большими бюджетами. Он также имеет потенциальные применения в таких областях, как океанография. Благодаря моделированию высоких волн или даже неудач плотины, это может помочь обеспечить лучшую защиту Прибрежные регионы против наводнений или других экстремальные погодные явленияПолем