Simulació de fluids
 |
Aquest article o secció no cita les fonts o necessita més referències per a la seva verificabilitat. |
 |
Aquest article o secció necessita millorar una traducció deficient. |
La simulació de fluids és una eina cada vegada més popular en gràfics per computadora per generar animacions realistes d'aigua, fum, explosions, i fenòmens relacionats. Donada alguna configuració d'entrada d'un fluid i una geometria d'escenari, un simulador de fluids realitza l'evolució del moviment del fluid cap endavant en el temps, fent ús de les (possiblement molt simplificades) equacions de Navier-Stokes que descriuen la física dels fluids. En els gràfics per computadora, tals simulacions varien en complexitat des d'animacions d'alta qualitat que consumin una quantitat notable de temps per a efectes visuals i de pel·lícules, fins a sistemes simples de partícula en temps real usats en jocs moderns.
Enfocaments[modifica]
Existeixen diverses tècniques competents per a la simulació de líquids amb una varietat d'avantatges i desavantatges. Les més comunes són els mètodes Eulerianos basats en malla, mètodes d'hidrodinàmica de partícula suavitzada (SPH), mètodes basats en vorticitat, i mètodes de xarxa de Boltzmann. Aquests mètodes es van originar en la comunitat que estudia Mecànica de fluids computacional, i han estat contínuament adoptats per professionals en gràfics. La diferència clau en la creació de gràfics en què els resultats únicament necessiten ser plausibles. Això és, si un observador humà és incapaç d'identificar per inspecció si una animació donada és físicament correcta, els resultats són suficients, mentre que en física, enginyeria, o matemàtiques, són necessàries mesures més rigoroses d'errors.
Desenvolupament[modifica]
En gràfics per computadora, els primers intents per resoldre les equacions de Navier-Stokes en 3D complet es van donar el 1996, per Nick Foster i Dimitris Metaxas, els qui van basar el seu treball primerament en un article clàssic de CFD de l'any 1965 per Harlow i Welch. Previ a això, molts mètodes van ser construïts en sistemes de partícules ad-hoc, menors tècniques dimensionals tals com a models 2D d'aigua superficial, i camps de soroll turbulento semi-aleatoris. En 1999, Jos Stam va publicar l'anomenat mètode de Fuidos Estables en SIGGRAPH, que va explotar una tècnica d'advecció semi-Lagrangià i la integració implícita de la viscositat per provar un comportament incondicionalment estable. Això va permetre passos de temps molt majors i en general simulacions més ràpides. Aquesta tècnica general va ser estesa per Fedkiw i els seus col·laboradors per manejar simulacions complexes d'aigua en 3D usant el mètode d'ajust de nivell en arículos del 2001 i 2002.
Alguns notables investigadors en aquesta àrea inclouen a Ron Fedkiw, James F. O'Brien, Mark Carlson, Greg Turk, Robert Bridson, Ken Museth i Jos Stam.
Programari[modifica]
Moltes opcions estan disponibles per a la simulació de fluids en paquets 3D anés de plataforma. Un popular paquet de codi obert és Blender 3D, amb un mètode de xarxa de Boltzmann estable implementat. Una altra opció és Glu3d, un plugin per 3ds Max molt similar a la capacitat de modelar fluids de Blender. Altres opcions són RealFlow, FumeFx i AfterBurn per a Max, Exotic Matter's Naiad, Dynamite per LightWave 3D, ICE SPH Fluids per Softimage; Turbulence.4D, PhyFluids3D, DPIT per Cinema 4D. Houdini suporta fluids de manera nativa. Un altre popular paquet de programari lliure és OPENFOAM.
Els paquets shareware més utilitzats són els que proporciona l'empresa ANSYS, però no són els únics.