Płynna animacja — Fluid animation
Animacja płynna odnosi się do technik grafiki komputerowej do generowania realistycznych animacji płynów, takich jak woda i dym. Animacje płynów zazwyczaj koncentrują się na emulowaniu jakościowego zachowania wizualnego płynu, z mniejszym naciskiem na rygorystycznie poprawne wyniki fizyczne, chociaż często opierają się na przybliżonych rozwiązaniach równań Eulera lub równań Naviera-Stokesa, które rządzą prawdziwą fizyką płynów. Animacja płynna może być wykonywana na różnych poziomach złożoności, od czasochłonnych, wysokiej jakości animacji do filmów lub efektów wizualnych, po proste i szybkie animacje do animacji w czasie rzeczywistym, takich jak gry komputerowe.
Związek z obliczeniową dynamiką płynów
Animacja płynów różni się od obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) tym, że animacja płynów jest używana głównie do efektów wizualnych, podczas gdy obliczeniowa dynamika płynów służy do badania zachowania płynów w naukowo rygorystyczny sposób.
Rozwój
Rozwój technik animacji płynów opartych na równaniach Naviera-Stokesa rozpoczął się w 1996 roku, kiedy Nick Foster i Dimitris Metaxas wdrożyli rozwiązania trójwymiarowych równań Naviera-Stokesa w kontekście grafiki komputerowej, opierając swoją pracę na pracy naukowej CFD autorstwa Harlowa i Welcha z 1965. Do tego momentu stosowano przede wszystkim różne prostsze metody, w tym systemy cząstek ad-hoc, techniki niższych wymiarów, takie jak pola wysokości i półlosowe pola szumu turbulentnego.
W 1999 roku Jos Stam opublikował metodę „Stable Fluids”, w której wykorzystano technikę adwekcji semi-Lagrange'a i niejawną integrację lepkości, aby zapewnić bezwarunkowo stabilne zachowanie. Pozwoliło to na znacznie większe kroki czasowe, a tym samym szybsze symulacje. Ta ogólna technika została rozszerzona przez Ronalda Fedkiwa i współautorów, aby poradzić sobie z bardziej realistycznym dymem i ogniem, a także złożonymi symulacjami wody 3D przy użyciu wariantów metody ustawiania poziomów .
Niektórzy wybitni badacze akademiccy w tej dziedzinie to Jerry Tessendorf, James F. O'Brien , Ron Fedkiw , Mark Carlson, Greg Turk , Robert Bridson , Ken Museth i Jos Stam .
Oprogramowanie
Wiele programów grafiki komputerowej 3D implementuje techniki animacji płynnej. RealFlow to samodzielny pakiet reklamowy używany do tworzenia efektów wizualnych w filmach, programach telewizyjnych, reklamach i grach. RealFlow implementuje solwer cząstek niejawnych płynów (FLIP; rozszerzenie metody Particle-in-cell ), hybrydową siatkę i metodę cząstek, która umożliwia korzystanie z zaawansowanych funkcji, takich jak pianka i natrysk . Maya i Houdini to dwa inne komercyjne programy do grafiki komputerowej 3D, które umożliwiają płynną animację.
Blender to program do grafiki komputerowej 3D o otwartym kodzie źródłowym , który wykorzystywał opartą na cząstkach metodę Lattice Boltzmann do animacji płynów do czasu integracji projektu Mantaflow o otwartym kodzie źródłowym w 2020 r. z szeroką gamą wariantów solwera Navier-Stokes.