Моделирование воды в реальном времени обеспечивает непревзойденную детализацию

• Новая модель устраняет разрыв между реалистичным моделированием волн на воде и эффективными вычислениями. 
• Он кодирует волны с различными физическими параметрами для моделирования мелких деталей с большим разрешением. 
• Его можно использовать для расширения возможностей игр, фильмов и программ виртуальной реальности.  

Существующие методы моделирования воды или волн способны обеспечить либо реалистичные эффекты, либо быстрые вычисления:они не могут оптимизировать и то, и другое одновременно. Им не хватает взаимодействия с движущимися объектами и методов конечных элементов, отвечающих за взаимодействие с окружающей средой.

Теперь исследователи из Института науки и технологий Австрии и NVIDIA разработали новую технику, которая устраняет этот разрыв, воспроизводя сложные взаимодействия с окружающей средой в режиме реального времени.

Он может моделировать взаимодействие волн с препятствиями, сохраняя при этом мельчайшие детали и вмещая очень большую сцену. В этом моделировании показано совокупное движение высокочастотных волн даже при низком разрешении, где дрожащие фазы лучше подходят для источников шумных волн, таких как хаотический ветер, брызги и плавающие материалы.

Как это работает?

Существующие методы волнового моделирования используют либо «численный», либо «основанный на Фурье» метод. Численный метод может генерировать различные эффекты в деталях, тогда как метод Фурье гораздо более эффективен (использует меньше вычислительных ресурсов). Совершенно невозможно использовать эти методы для создания сцен с детализацией длиной в километр и точным взаимодействием с окружающей средой.

Чтобы увеличить скорость вычисления волн, новая модель выполняет дискретизацию амплитуд волн в зависимости от направления и частоты, а не дискретизацию импульса и высоты волны в каждой отдельной точке.

Кадр анимации в реальном времени | Фото:Стефан Йешке

Команда создала вейвлет-преобразование для дискретизации амплитуд волн как функции частоты, направления и пространства. Результирующие переменные постепенно изменяются в пространстве, представляя тот же объем данных (как функция высоты волны, используемая в традиционных методах) с меньшим количеством переменных.

Более того, он менее чувствителен к традиционным ограничениям на основе частоты, таким как предел Найквиста, который преобразует максимальную пространственную частоту в размер шага и графические детали. Таким образом, метод учитывает как локальные взаимодействия волн, так и детали волн с высоким разрешением.

Они создали новые уравнения для распространения этих локальных частотных амплитуд в пространстве. Уравнения выводят простые двумерные операции диффузии и адвекции, которые можно реализовать параллельно на графическом оборудовании.

Ссылка:ASL DL | дои:10.1145/3197517.3201336 | IST Австрия 

Расширения и приложения



Исследователи разработали некоторые фундаментальные расширения симулятора, в том числе двустороннюю твердо-жидкостную связь и заранее спроектированные волновые пути. Они также разработали инструмент под названием «wave-painter», который действует как кисть в программе для рисования.

Это позволяет художникам перезаписывать природу (физику с помощью сценариев движений) и с легкостью создавать собственные сцены. Например, с помощью этого инструмента можно увеличить высоту волны в определенном месте.

Эти симуляции легко настроить и смоделировать поток воды в постоянно меняющихся средах, таких как океаны и реки. Модель также может упростить и расширить возможности игр, фильмов и программ виртуальной реальности.

Читайте:Первое моделирование атомного ядра на квантовом компьютере

Исследователи планируют расширить свою работу, чтобы разобраться с более общим законом дисперсии, основанным на высоте, который создаст еще лучшие эффекты преломления вблизи мелкой воды.