Highly Adaptive Liquid Simulations on Tetrahedral Meshes - SIGGRAPH 2013

Czyli o tym, jak trzej panowie rozłożyli system na łopatki.

Ryoichi Ando z Kyushu University, Nils Thürey ze ScanlineVFX i Chris Wojtan z IST Austria przedstawili na tegorocznym SIGGRAPH całkowicie nowe i długo wyczekiwane rozwiązanie w temacie symulacji cieczy. Ale od początku…

Abstract:  We introduce a new method for efficiently simulating liquid with extreme amounts of spatial adaptivity. Our method combines several key components to drastically speed up the simulation of large-scale fluid phenomena: We leverage an alternative Eulerian tetrahedral mesh discretization to significantly reduce the complexity of the pressure solve while increasing the robustness with respect to element quality and removing the possibility of locking. Next, we enable subtle free-surface phenomena by deriving novel second-order boundary conditions consistent with our discretization. We couple this discretization with a spatially adaptive Fluid-Implicit Particle (FLIP) method, enabling efficient, robust, minimally-dissipative simulations that can undergo sharp changes in spatial resolution while minimizing artifacts. Along the way, we provide a new method for generating a smooth and detailed surface from a set of particles with variable sizes. Finally, we explore several new sizing functions for determining spatially adaptive simulation resolutions, and we show how to couple them to our simulator. We combine each of these elements to produce a simulation algorithm that is capable of creating animations at high maximum resolutions while avoiding common pitfalls like inaccurate boundary conditions and inefficient computation.

Dostępne na dzień dzisiejszy oprogramowanie - czy to RealFlow, FumeFX, czy też inne systemy cząstek - jak chociażby kupiony przez Autodesk i pogrzebany dla własnego widzimisię - Naiad, bazują na tzw gridach.

RealFlow - Grid Fluid Domain - rozdzielczość 47x47x47, pojedyncza cela o rozmiarze 0.2 m

Dokładność symulacji jest ściśle skorelowana z rozdzielczością wspomnianego grida (cell size). Większa dokładność, a co za tym idzie - bardziej realistyczny wygląd cieczy i gazów, narzucają coraz większą moc obliczeniową i dłuższy czas samej symulacji, idący nie rzadko w dziesiątki godzin a nawet dni.

RealFlow - Grid Fluid Domain - rozdzielczość 47x47x47, pojedyncza cela o rozmiarze 0.2 m, 78 tys. particli w pierwszej sekundzie symulacji, czas symulacji - 40 s.

RealFlow - Grid Fluid Domain - rozdzielczość 80x80x80, pojedyncza cela o rozmiarze 0.12 m, 440 tys. particli w pierwszej sekundzie symulacji, czas symulacji - 1 min. 42 s.

RealFlow - Grid Fluid Domain - rozdzielczość 171x171x171, pojedyncza cela o rozmiarze 0.06 m, 4.5 mln. particli w pierwszej sekundzie symulacji, czas symulacji - 28 min.

Sam nierzadko trafiam na ujęcia wymagające symulacji cieczy w wielkiej skali. Dla przykładu - chcąc uzyskać realistyczne zachowanie się oceanu, po którym płynie statek oddalony od kamery o pół kilometra, trzeba (niestety jeszcze) liczyć ciecz w rozdzielczości dającej nam zadowalający look przy kontakcie z okrętem (waves, splashes, foam, spray). Nie ma możliwości “zagęsczenia” symulacji lokalnie - w newralgicznych punktach styku. Trzeba bezsensownie liczyć olbrzymie obszary wody reprezentowane przez dziesiątki milionów cząstek. Na szczęście idą zmiany i to ogromne.

W zaprezentowanym na SIGGRAPH rozwiązaniu, zagęszczenia symulacji (adaptive resolution) wykonywane są automatycznie w miejscach wymagających większej dokładności. I tak np załamania fal czy obszary kolizji są liczone w wyższych rozdzielczościach, a spokojne powierzchnie cieczy opisuje się na bazie dużych pojedynczych cząstek, gdzie dokładność nie ma znaczenia. Decyzja o konieczności zastosowania wyższej, lokalnej rozdzielczości symulacji podejmowana jest  w oparciu o: głębokość cieczy (bo po co symulować coś, czego nie widać - przecież i tak jest metr pod powierzchnią wody), lokalne naprężenia (jeśli dobrze tłumaczę termin “strain”, bo chyba nie chodzi o surface tension) i krzywiznę powierzchni cieczy.

Na to genialne rozwiązanie przyjdzie nam jeszcze trochę poczekać. Więc czekam i jaram się jak dziecko.

Filmy w wysokiej rozdielczości:

  1. Przykłady
  2. Teoria

Light After Death: Mihoko Ogaki’s ‘Milky Way’ Figures Project Stars from Within

In her ongoing series of figurative sculptures titled Milky Ways, artist Mihoko Ogaki explores ideas of life, death, and rebirth. The dead or dying human forms are constructed from Fibre-reinforced plastic and embedded with bright LEDs that when lit project fields of light resembling stars in the surrounding space. You can see many more installation views over on her website. (via mori yu gallery)

(via fredfx)