リアルタイムの水シミュレーションで比類のない詳細を実現

• 新しいモデルは、現実的な水波シミュレーションと効率的なコンピューティングの間のギャップを埋めます。 
• さまざまな物理パラメータで波をエンコードし、大きな解像度で細部をシミュレートします。 
• ゲーム、映画、仮想現実プログラムの機能を強化するために使用できます。  

水または波のシミュレーションの既存の方法は、現実的な効果または高速計算のいずれかを提供できますが、両方を同時に最適化することはできません。移動物体との相互作用や、環境相互作用を担う有限要素法が欠けています。

今回、オーストリア科学技術研究所と NVIDIA の研究者は、周囲との複雑な相互作用をリアルタイムで再現することで、このギャップを埋める新しい技術を開発しました。

非常に大きなシーンに対応しながら、細部にこだわりながら、波と障害物の相互作用をシミュレートできます。このシミュレーションは、低解像度であっても高周波波の集合的な動きを特徴とし、混乱した風、水しぶき、浮遊物質などのノイズの多い波源にジッター位相が適しています。

仕組みは?

既存の波シミュレーション技術では、「数値」または「フーリエベース」のいずれかの方法が使用されます。数値的手法はさまざまな効果を詳細に生成できますが、フーリエベースの手法ははるかに効率的です (使用する計算リソースが少なくなります)。 これらの方法を使用して、環境との正確な相互作用を備えた長さ 1 キロメートルにも及ぶ詳細レベルのシーンを生成することは、まったく不可能です。

波の計算速度を向上させるために、新しいモデルは、単一点ごとに波の運動量と高さを離散化するのではなく、方向と周波数の関数として波の振幅を離散化します。

リアルタイムアニメーションフレーム |クレジット:ステファン・ジェシュケ

研究チームは、周波数、方向、空間を組み合わせた関数として波の振幅を離散化するためのウェーブレット変換を作成しました。結果として得られる変数は空間にわたって徐々に変化し、より少ない変数で同じ量のデータ (従来の方法で使用される波高関数と同じ) を表します。

さらに、最大空間周波数をステップ サイズやグラフィックの詳細に変換するナイキスト制限など、従来の周波数ベースの制限の影響を受けにくくなります。したがって、この方法では、局所的な波の相互作用と高解像度の波の詳細の両方が可能になります。

彼らは、これらの局所的な周波数ベースの振幅を空間に伝播させるための新しい方程式を作成しました。方程式は、グラフィックス ハードウェアで並列実装できる単純な 2 次元の拡散および移流演算を出力します。

参考:ASL DL |土井:10.1145/3197517.3201336 | IST オーストリア

拡張機能とアプリケーション

研究者らは、双方向固体流体結合や事前設計された波路など、いくつかの基本的なシミュレータ拡張機能を開発しました。彼らはまた、描画ソフトウェアのペイントブラシのように機能する「wave-painter」と呼ばれるツールも設計しました。

これにより、アーティストは自然 (スクリプト化されたモーションによる物理) を上書きし、カスタム シーンを簡単に作成できます。たとえば、このツールを使用して、特定の場所の波の高さを高めることができます。

これらのシミュレーションを構成して、海や川などの絶えず変化する環境の水の流れをモデル化するのは簡単です。 このモデルは、ゲーム、映画、仮想現実プログラムの機能を簡素化し、拡張することもできます。

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研究者らは、より一般的な高さに基づく分散関係に対処するために研究を拡張することを計画しています。これにより、浅瀬付近でさらに優れた屈折効果が得られるでしょう。