Симуляция воды в реальном времени обеспечивает беспрецедентную детализацию

• Новая модель связывает реалистичную симуляцию водных волн с эффективными вычислениями.
• Она кодирует волны с разными физическими параметрами для симуляции мелких деталей при больших разрешениях.
• Ее можно использовать для расширения возможностей игр, фильмов и программ виртуальной реальности.

Существующие методы симуляции воды или волн способны давать либо реалистичные эффекты, либо быстрые вычисления: они не могут оптимизировать оба одновременно. В им отсутствуют взаимодействия с движущимися объектами и методы конечных элементов, отвечающие за взаимодействия с окружающей средой.

Теперь исследователи из Института науки и технологий Австрии и NVIDIA разработали новую технику, которая связывает этот разрыв, воспроизводя сложные взаимодействия с окружением в реальном времени.

Она может симулировать взаимодействия волн с препятствиями, сохраняя крошечные детали и вмещая очень большую сцену. Эта симуляция демонстрирует агрегатное движение высокочастотных волн, даже при низких разрешениях, где дрожившие фазы лучше подходят для шумных источников волн, таких как хаотичный ветер, брызги и плавающие материалы.

Как это работает?

Существующие техники симуляции волн используют либо «численные», либо «фурье-базированные» методы. Численный метод может генерировать разнообразие эффектов в деталях, тогда как фурье-базированный метод намного более эффективен (использует меньше вычислительных ресурсов). Невозможно использовать эти методы для генерации километровых детализированных сцен с точными взаимодействиями с окружающей средой.

Для увеличения вычислительной скорости волн новая модель выполняет дискретизацию амплитуд волн как функции направления и частоты, вместо дискретизации импульса волны и высоты в каждой отдельной точке.

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

Более того, она менее чувствительна к традиционным частотным ограничениям, таким как предел Найквиста, который преобразует максимальную пространственную частоту в размер шага и графические детали. Поэтому метод позволяет как локальные взаимодействия волн, так и высокоразрешающие детали волн.

Они создали новые уравнения для распространения этих локальных частотно-базированных амплитуд через пространство. Уравнения выдают простые двумерные операции диффузии и адвекции, которые могут быть реализованы параллельно на графическом оборудовании.

Ссылка: ASL DL | doi:10.1145/3197517.3201336 | IST Austria

Расширение и применения

Исследователи разработали некоторые фундаментальные расширения симулятора, включая двустороннее связывание твердого тела и жидкости и предпроектированные волновые пути. Они также спроектировали инструмент под названием «wave-painter», который действует как кисть в программе для рисования.

Он позволяет художникам переписывать природу (физику со скриптованными движениями) и создавать пользовательские сцены с легкостью. Например, можно использовать этот инструмент для поднятия высоты волны в конкретном месте.

Легко конфигурировать эти симуляции и моделировать 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: Первая симуляция атомного ядра на квантовом компьютере

Исследователи планируют расширить свою работу для работы с более общей высотно-базированной дисперсионной зависимостью, что создаст еще лучшие рефрактивные эффекты у мелководья.