Animação fluida - Fluid animation
Animação de fluidos refere-se a técnicas de computação gráfica para gerar animações realistas de fluidos, como água e fumaça. As animações de fluidos são normalmente focadas na emulação do comportamento visual qualitativo de um fluido, com menos ênfase em resultados físicos rigorosamente corretos, embora muitas vezes ainda dependam de soluções aproximadas para as equações de Euler ou de Navier-Stokes que governam a física real dos fluidos. A animação fluida pode ser executada com diferentes níveis de complexidade, variando de animações demoradas e de alta qualidade para filmes ou efeitos visuais a animações simples e rápidas para animações em tempo real, como jogos de computador.
Relação com a dinâmica de fluidos computacional
A animação de fluidos difere da dinâmica de fluidos computacional (CFD) em que a animação de fluidos é usada principalmente para efeitos visuais, enquanto a dinâmica de fluidos computacional é usada para estudar o comportamento dos fluidos de uma forma cientificamente rigorosa.
Desenvolvimento
O desenvolvimento de técnicas de animação fluida com base nas equações de Navier-Stokes começou em 1996, quando Nick Foster e Dimitris Metaxas implementaram soluções para equações de Navier-Stokes 3D em um contexto de computação gráfica, baseando seu trabalho em um artigo científico CFD de Harlow e Welch de 1965. Até aquele ponto, uma variedade de métodos mais simples tinha sido usada principalmente, incluindo sistemas de partículas ad-hoc, técnicas dimensionais mais baixas, como campos de altura e campos de ruído turbulentos semi-aleatórios.
Em 1999, Jos Stam publicou o método "Stable Fluids", que explorou uma técnica de advecção semi-Lagrangiana e integração implícita de viscosidade para fornecer comportamento incondicionalmente estável. Isso permitiu intervalos de tempo muito maiores e, portanto, simulações mais rápidas. Esta técnica geral foi estendida por Ronald Fedkiw e co-autores para lidar com fumaça e fogo mais realistas, bem como simulações 3D complexas de água usando variantes do método de definição de nível .
Alguns pesquisadores acadêmicos notáveis nesta área incluem Jerry Tessendorf, James F. O'Brien , Ron Fedkiw , Mark Carlson, Greg Turk , Robert Bridson , Ken Museth e Jos Stam .
Programas
Muitos programas de computação gráfica 3D implementam técnicas de animação fluida. RealFlow é um pacote comercial autônomo usado para produzir efeitos visuais em filmes, programas de televisão, comerciais e jogos. RealFlow implementa um solucionador de partícula implícita no fluido (FLIP; uma extensão do método Particle-in-cell ), uma grade híbrida e um método de partícula que permite recursos avançados, como espuma e spray . Maya e Houdini são dois outros programas comerciais de computação gráfica 3D que permitem animação fluida.
O Blender é um programa de computação gráfica 3D de código aberto que utilizou um método Lattice Boltzmann baseado em partículas para animar fluidos até a integração do projeto mantaflow de código aberto em 2020 com uma ampla gama de variantes do solver Navier-Stokes.