Плавная анимация - Fluid animation
Жидкая анимация относится к методам компьютерной графики для создания реалистичной анимации жидкостей, таких как вода и дым. Жидкие анимации обычно сосредоточены 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 быть выполнена с разными уровнями сложности, от длительной высококачественной анимации для фильмов или визуальных эффектов до простой и быстрой анимации для анимации в реальном времени, такой как компьютерные игры.
Связь с вычислительной гидродинамикой
Жидкая анимация отличается от вычислительной гидродинамики (CFD) тем, что жидкостная анимация используется в основном для визуальных эффектов, тогда как вычислительная гидродинамика используется для исследования поведения жидкостей строго с научной точки зрения.
Разработка
Разработка методов жидкой анимации, основанных на уравнениях Навье-Стокса, началась в 1996 году, когда Ник Фостер и Димитрис Метаксас реализовали решения для трехмерных уравнений Навье-Стокса в контексте компьютерной графики, основываясь на своей работе на научной статье Харлоу и Уэлча по вычислительной гидродинамике. 1965. До этого момента в основном использовались различные более простые методы, включая специальные системы частиц, методы более низкой размерности, такие как поля высоты и полуслучайные поля турбулентного шума.
В 1999 годе Йос Stam опубликовал метод «Стабильные флюиды», который эксплуатировал Полулагранжева технику адвекции и неявную интеграцию вязкости , чтобы обеспечить безусловный стабильное поведение. Это позволило использовать гораздо большие временные шаги и, следовательно, более быстрое моделирование. Этот общий метод был расширен Рональдом Федкивом и соавторами для обработки более реалистичного дыма и огня, а также для сложных трехмерных симуляций воды с использованием вариантов метода установки уровня .
Некоторые известные академические исследователи в этой области включают Джерри Тессендорф, Джеймс Ф. О'Брайен , Рон Федкив , Марк Карлсон, Грег Терк , Роберт Бридсон , Кен Мусет и Джос Стам .
Программного обеспечения
Многие программы трехмерной компьютерной графики реализуют методы жидкой анимации. RealFlow - это отдельный коммерческий пакет, который использовался для создания визуальных эффектов в фильмах, телешоу, рекламных роликах и играх. RealFlow реализует решатель частиц, неявных в 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, которые позволяют создавать плавную анимацию.
Blender - это программа для трехмерной компьютерной графики с открытым исходным кодом, которая использовала метод решетки Больцмана на основе частиц для анимации жидкостей до интеграции проекта mantaflow с открытым исходным кодом в 2020 году с широким спектром вариантов решателя Навье-Стокса.