Ny vandsimulering fanger små detaljer selv i store scener

Når designere vælger en metode til at simulere vand og bølger, de skal vælge enten hurtig beregning eller realistiske effekter; state-of-the-art metoder er kun i stand til at optimere det ene eller det andet. Nu, en metode udviklet af forskere ved Institut for Videnskab og Teknologi Østrig (IST Østrig) og NVIDIA bygger bro over denne kløft. Deres simuleringsmetode kan gengive komplekse interaktioner med miljøet og små detaljer over enorme områder - alt sammen i realtid. I øvrigt, den grundlæggende konstruktion af metoden gør det muligt for grafikere nemt at skabe kunstneriske effekter. Forfatterne vil præsentere deres arbejde på den årlige topkonference for computergrafik:SIGGRAPH 2018, hvor IST Østrig-forskere præsenterer i alt fem forskellige projekter.

Nuværende vandbølgesimuleringer er baseret på en af ​​to tilgængelige metoder. Fourier-baserede metoder er effektive, men kan ikke modellere komplicerede interaktioner såsom vand, der rammer en øs kyst. Numeriske metoder, på den anden side, kan simulere en lang række af sådanne effekter, men er meget dyrere beregningsmæssigt. Som resultat, "scener med detaljer på niveau med små bølger og med miljøinteraktioner på niveau med kilometerlange øer var enten umulige eller fuldstændig upraktiske, " siger Chris Wojtan, professor ved IST Østrig. "Vores metode gør den brede skala og rækkevidde mulig, i realtid." Holdet bag den nye metode består af Tomáš Skřivan fra IST Austria, samt Stefan Jeschke, Matthias Müller-Fischer, Nuttapong Chentanez, og Miles Macklin fra NVIDIA, foruden Wojtan.

At opnå alt dette krævede opfindsomhed, samt en dyb forståelse af den grundlæggende fysik involveret. "Vi kodede bølgerne med andre fysiske parametre end folk tidligere brugte, " forklarer Wojtan. "I bund og grund, dette gav os værdier, der ændrede sig meget langsommere, hvilket er det, der gjorde det muligt for os at simulere små detaljer med meget stor opløsning." Disse detaljer muliggør en række effekter, der tidligere var uopnåelige eller ekstremt dyre beregningsmæssigt, såsom objekter, der lander realistisk i vand (eller endda tusindvis af genstande, der lander samtidigt), eller vand, der reflekteres fra siderne af en båd i bevægelse.

Jeschke, første forfatter og tidligere IST Østrig postdoc, understreger de mulige anvendelser til at skabe detaljerede og kunstneriske simuleringer, for eksempel til spil, film eller virtual reality-programmer. "Kombinationen af ​​rækkevidde, detalje, og beregningshastighed repræsenterer et stort skridt fremad for industrien, " siger han. "Plus på grund af hvordan vi koder vores simulering, det er nemt at manipulere det og modellere vandstrømmen i forskellige miljøer som floder eller oceaner. Vores metode giver kunstnere mulighed for nemt at 'overskrive' naturen, og skab scener hurtigere end nogensinde før." Teamet har allerede designet et sådant værktøj:"bølgemaleren" fungerer som malerpenslen i et tegneprogram, at øge bølgernes højde, når kunstneren "tegner" på et bestemt område. Bølgemaleren kan også tilpasses til at skabe bølger, der flyder i en bestemt retning, som det ses i floder, for eksempel.