Плавная анимация
Жидкостная анимация относится к методам компьютерной графики , позволяющим создавать реалистичную анимацию жидкостей, таких как вода и дым. [1] Анимация жидкости обычно фокусируется на имитации качественного визуального поведения жидкости, с меньшим упором на строго правильные физические результаты, хотя они часто по-прежнему полагаются на приближенные решения уравнений Эйлера или уравнений Навье-Стокса , которые управляют реальной физикой жидкости. Плавная анимация может выполняться с разным уровнем сложности: от трудоемкой высококачественной анимации для фильмов или визуальных эффектов до простой и быстрой анимации для анимации в реальном времени, такой как компьютерные игры. [2]
гидродинамикой вычислительной Связь с
Гидравлическая анимация отличается от вычислительной гидродинамики (CFD) тем, что гидроанимация используется в первую очередь для визуальных эффектов, тогда как вычислительная гидродинамика используется для изучения поведения жидкостей строгим научным способом.
Развитие [ править ]
Разработка методов плавной анимации, основанных на уравнениях 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 работе Харлоу и Уэлча по CFD 1965 года. [4] До этого момента в основном использовалось множество более простых методов, включая специальные системы частиц, [5] методы более низкого измерения, такие как поля высот, [6] и полуслучайные турбулентные шумовые поля. [7]
В 1999 году Йос Стам опубликовал книгу «Стабильные жидкости». [8] метод, в котором использовалась техника полулагранжевой адвекции и неявное интегрирование вязкости для обеспечения безусловно стабильного поведения. Это позволило использовать гораздо большие временные шаги и, следовательно, ускорить моделирование. Эта общая техника была расширена Рональдом Федкивом и соавторами для создания более реалистичного дыма. [9] и огонь, [10] а также сложное 3D-моделирование воды с использованием вариантов метода установки уровня . [11] [12]
Некоторые известные академические исследователи в этой области включают Джерри Тессендорфа, Джеймса Ф. О'Брайена , Рона Федкива , Марка Карлсона, Грега Тёрка , Роберта Бридсона , Кена Мюсета и Джоса Стэма . [ нужна ссылка ]
Программное обеспечение [ править ]
Многие программы компьютерной 3D-графики реализуют методы плавной анимации. RealFlow — это отдельный коммерческий пакет, который используется для создания визуальных эффектов в фильмах, телешоу, рекламных роликах и играх. [ нужна ссылка ] RealFlow реализует решатель для неявных частиц жидкости (FLIP; расширение метода частиц в ячейках ), гибридную сетку и метод частиц , который позволяет использовать расширенные функции, такие как пена и распыление . Maya и Houdini — две другие коммерческие программы компьютерной 3D-графики, позволяющие создавать плавную анимацию.
Blender — это программа трехмерной компьютерной графики с открытым исходным кодом на основе частиц. используется метод решетки Больцмана , в которой для анимации жидкостей [13] до интеграции проекта mantaflow с открытым исходным кодом в 2020 году с широким спектром вариантов решателя Навье-Стокса. [14]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Бридсон, Роберт. Моделирование жидкости для компьютерной графики (2-е изд.). ЦРК Пресс.
- ^ Мастин, Гэри А.; Ваттерберг, Питер А.; Мареда, Джон Ф. (март 1987 г.). «Фурье-синтез сцен океана» (PDF) . IEEE Компьютерная графика и приложения . 7 (3): 16–23. дои : 10.1109/MCG.1987.276961 . S2CID 1330805 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2016 г. Проверено 31 августа 2014 г.
- ^ 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 .
- ^ Харлоу, Фрэнсис Х.; Уэлч, Дж. Эдди (1 декабря 1965 г.). «Численный расчет нестационарного течения вязкой несжимаемой жидкости со свободной поверхностью» . Физика жидкостей . 8 (12): 2182–2189. Бибкод : 1965PhFl....8.2182H . дои : 10.1063/1.1761178 . ISSN 0031-9171 .
- ^ Ривз, WT (1 апреля 1983 г.). «Системы частиц — метод моделирования класса нечетких объектов». АКМ Транс. График . 2 (2): 91–108. CiteSeerX 10.1.1.517.4835 . дои : 10.1145/357318.357320 . ISSN 0730-0301 . S2CID 181508 .
- ^ Касс, Майкл; Миллер, Гэвин (1 января 1990 г.). «Быстрая и стабильная гидродинамика для компьютерной графики». Материалы 17-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . СИГГРАФ '90. Нью-Йорк: ACM. стр. 49–57. дои : 10.1145/97879.97884 . ISBN 978-0897913447 . S2CID 12925789 .
- ^ Стэм, Джос; Фиуме, Юджин (1 января 1993 г.). «Турбулентные поля ветра для газовых явлений». Материалы 20-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . СИГГРАФ '93. Нью-Йорк: ACM. стр. 369–376. дои : 10.1145/166117.166163 . ISBN 978-0897916011 . S2CID 1618202 .
- ^ Стэм, Джос (1 января 1999 г.). «Стабильные жидкости». Материалы 26-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '99 . СИГГРАФ '99. Нью-Йорк: ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co., стр. 121–128. дои : 10.1145/311535.311548 . ISBN 978-0201485608 . S2CID 207555779 .
- ^ Федкив, Рональд; Стэм, Джос; Йенсен, Хенрик Ванн (1 января 2001 г.). «Визуальная имитация дыма» . Материалы 28-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . СИГРАФ '01. Нью-Йорк: ACM. стр. 15–22 . CiteSeerX 10.1.1.29.2220 . дои : 10.1145/383259.383260 . ISBN 978-1581133745 . S2CID 7000291 .
- ^ Нгуен, Дык Куанг; Федкив, Рональд; Йенсен, Хенрик Ванн (1 января 2002 г.). «Физически обоснованное моделирование и анимация огня». Материалы 29-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . СИГРАФ '02. Нью-Йорк: ACM. стр. 721–728. дои : 10.1145/566570.566643 . ISBN 978-1581135213 . S2CID 356538 .
- ^ Фостер, Ник; Федкив, Рональд (1 января 2001 г.). «Практическая анимация жидкостей» . Материалы 28-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . СИГРАФ '01. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: ACM. стр. 23–30 . CiteSeerX 10.1.1.21.932 . дои : 10.1145/383259.383261 . ISBN 978-1581133745 . S2CID 8782248 .
- ^ Энрайт, Дуглас; Маршнер, Стивен; Федкив, Рональд (1 января 2002 г.). «Анимация и рендеринг сложных водных поверхностей». Материалы 29-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . СИГРАФ '02. Нью-Йорк: ACM. стр. 736–744. CiteSeerX 10.1.1.19.6229 . дои : 10.1145/566570.566645 . ISBN 978-1581135213 . S2CID 1233095 .
- ^ «Док:2.4/Руководство/Физика/Жидкость — BlenderWiki» . wiki.blender.org . Архивировано из оригинала 31 января 2016 г. Проверено 4 ноября 2016 г.
- ^ «Справочник/Примечания к выпуску/2.82 — Blender Developer Wiki» . wiki.blender.org . Проверено 10 июня 2020 г.