A simulação de água em tempo real oferece detalhes incomparáveis

• Um novo modelo preenche a lacuna entre a simulação realista de ondas de água e a computação eficiente. 
• Ele codifica as ondas com diferentes parâmetros físicos para simular pequenos detalhes em grandes resoluções. 
• Pode ser usado para aprimorar as capacidades de jogos, filmes e programas de realidade virtual.  

Os métodos existentes de simulação de água ou ondas são capazes de fornecer efeitos realistas ou cálculos rápidos:eles não podem otimizar ambos ao mesmo tempo. Eles carecem de interações com objetos em movimento e métodos de elementos finitos responsáveis ​​pelas interações ambientais.

Agora, os investigadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria e da NVIDIA desenvolveram uma nova técnica que preenche esta lacuna, reproduzindo interações complexas com o ambiente envolvente em tempo real.

Ele pode simular as interações das ondas com os obstáculos, ao mesmo tempo em que preserva pequenos detalhes e acomoda uma cena muito grande. Esta simulação apresenta um movimento agregado de ondas de alta frequência, mesmo em baixas resoluções, onde as fases tremidas são mais adequadas a fontes de ondas barulhentas, como vento caótico, respingos e materiais flutuantes.

Como funciona?

As técnicas existentes de simulação de ondas utilizam métodos “numéricos” ou “baseados em Fourier”. O método numérico pode gerar uma variedade de efeitos em detalhes, enquanto o método baseado em Fourier é muito mais eficiente (utiliza menos recursos computacionais). É completamente impossível usar esses métodos para gerar cenas de nível detalhado com quilômetros de extensão e interações ambientais precisas.

Para aumentar a velocidade computacional das ondas, o novo modelo realiza a discretização das amplitudes das ondas em função da direção e da frequência, em vez de discretizar o momento e a altura da onda em cada ponto.

Quadro de animação em tempo real | Crédito:Stefan Jeschke

A equipe criou uma transformação wavelet para discretizar as amplitudes das ondas em função da frequência, direção e espaço combinados. As variáveis ​​resultantes mudam gradualmente no espaço, representando a mesma quantidade de dados (como a função de altura de onda usada nos métodos tradicionais) com menos variáveis.

Além disso, é menos sensível às restrições convencionais baseadas em frequência, como o limite de Nyquist, que transforma a frequência espacial máxima em tamanho de passo e detalhes gráficos. Portanto, o método permite tanto interações de ondas locais quanto detalhes de ondas de alta resolução.

Eles criaram novas equações para propagar essas amplitudes locais baseadas em frequência através do espaço. As equações geram operações simples de difusão e advecção bidimensionais que podem ser implementadas em paralelo em hardware gráfico.

Referência:ASL DL | doi:10.1145/3197517.3201336 | IST Áustria 

Extensão e aplicativos



Os pesquisadores desenvolveram algumas extensões fundamentais do simulador, incluindo acoplamento de fluido sólido bidirecional e caminhos de onda pré-projetados. Eles também desenvolveram uma ferramenta chamada ‘wave-painter’ que funciona como um pincel em um software de desenho.

Ele permite que os artistas substituam a natureza (física por movimentos programados) e criem cenas personalizadas com facilidade. Por exemplo, pode-se usar esta ferramenta para aumentar a altura da onda em um determinado local.

É fácil configurar essas simulações e modelar o fluxo de água em ambientes em constante mudança, como oceanos e rios. O modelo também poderia simplificar e ampliar as capacidades de jogos, filmes e programas de realidade virtual.

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Os pesquisadores planejam estender seu trabalho para lidar com uma relação de dispersão mais geral baseada na altura, o que criaria efeitos de refração ainda melhores perto de águas rasas.