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Caro Amante E Estudioso da Arte Animada

Estamos no nosso 3o. ano de constante alimentação do nosso animado index, AdA, onde tivemos o apoio da Professora Dra. Índia Martins (UFF),...

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Animação Computacional da Chuva com Fluxo Superficial Simulado Via SPH

Dissertação de Mestrado
 
Nome: Bruno Barcellos de Souza Coutinho
Instituição: Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Programa: Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia, Programa de Engenharia de Sistemas e Computação
Orientador: Antonio Alberto Fernandes de Oliveira
Ano: 2011
País: Brasil

Resumo
A animação da chuva é uma tarefa complexa onde são necessários esforços não só para tratar a dinâmica da água, mas também para se obter um "rendering" realístico. Efeitos secundários, como os respingos (splashes) das gotas, a formação de fluxo superficial e acúmulo são dificuldades conhecidas em computação gráfica. Nesse trabalho propomos um "framework" para a integração desses elementos em uma cena contendo um modelo digital de terreno (MDT). O aplicativo também oferece a possibilidade de inserção de chuva (sem fluxo superficial e respingos) em um vídeo real. A chuva é modelada através de um sistema de partículas, implementado em CUDA. Cada partícula representa uma gota e então a "Precomputed Radiance Transfer" (PRT), expressa em uma base de harmônicos esféricos, é utilizada para incorporar a luz do ambiente (environment lightning) na etapa de "rendering". Para a animação de fluxo superficial e acúmulo da água na superfície do MDT utilizamos o "Smoothed Particle Hydrodynamics" (SPH). O "rendering" da superfície livre do fluido é realizado aplicando "environment mapping", dosado pelo termo de Fresnel, sobre uma malha regular conhecida como "carpet", utilizada para extrair a superfície livre do fluido. Os resultados experimentais ressaltam o potencial do "framework" proposto para aplicações de computação gráfica e destaca que o modelo também pode ser utilizado para aplicações de tempo real.


Abstract
Realistic rain scenes animation is a complex task due to both the rendering and fluid dynamics simulation issues. The associated phenomena, like rain strokes rendering, splashing of raindrops and the simulation of the generated surface flow are known difficulties in this area. This paper describes a computational framework to incorporate these elements in a scene containing a digital terrain model (DTM). The proposed framework also allows the rain insertion (without surface flow and splashes) in a real video. In the rain model, the raindrops are modeled by a particle system implemented in GPU. Each particle represents a drop and the Precomputed Radiance Transfer (PRT), expressed in a spherical harmonics bases, is used to incorporate environment lightning to the rendering engine. The Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method is employed for simulating the superficial flow over the terrain and lake formations. The rendering of the fluid free surface is performed by applying an environment mapping technque plus Fresnel effects to a regular geometric representation known as “carpet”. The experimental results show the potential of the proposed pipeline for computer graphics and highlight the fact that it is a promising framework for real time applications.

Palavras-chave: Animação da chuva, SPH, Sistemas de partículas, PRT, Modelo de terreno, Dissertação.

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Animação de Fluidos Via Autômatos Celulares e Sistemas de Partículas

       

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1a. vez em 26/10/2011)


Autor(a): Adilson Vicente Xavier
InstituiçãoLaboratório Nacional de Computação Científica - LNCC
Programa: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
Orientador(a): Gilson Antonio Giraldi
Ano: 2006
PaísBrasil.

Resumo

Nas últimas décadas, observou-se um interesse crescente por aplicações de técnicas de dinâmica de fluidos na geração de efeitos visuais para a indústria cinematográfica e de jogos eletrônicos. Estas aplicações fazem parte da chamada Animação Computacional de Fluidos; a qual é uma área multidisciplinar, envolvendo também conceitos e métodos em computação gráfica e visualização científica. Nesta área, uma vez resolvidas numericamente as equações de fluidos, passa-se à fase de rendering, onde técnicas de visualização são aplicadas sobre os campos gerados, com o objetivo de criar efeitos visuais, tais como transparência, imagens refletidas na superfície de um líquido, ou mesmo, efeitos especiais que incluem deformação de paisagens, incêndios, etc. O métodos de Diferenças Finitas é o mais tradicional em trabalhos de animação de fluidos em computação gráfica. Nos últimos anos, porém, métodos baseados em sistemas de partículas, e livres de malhas, tais como o Smoothed Particle Hydrodinamics (SPH), foram utilizados na tentativa de resolver limitações inerentes aos métodos baseados em malhas. Por outro lado, métodos baseados em uma classe de autômatos celulares (AC), cuja evolução imita um sistema de partículas, vêm sendo também estudados como uma alternativa ao uso de equações diferenciais parciais e métodos numéricos para simulação de fluidos. Nesta tese, são estudados os aspectos teóricos e práticos da animação computacional de fluidos para computação gráfica, utilizando autômatos celulares e SPH. São propostos dois modelos para animação de sistemas bifásicos (gás-líquido, por exemplo), um deles baseado em SPH e AC, e um segundo totalmente baseado em AC. Finalmente, descrevemos um aplicativo, desenvolvido no âmbito desta tese, para animação de fluidos via AC.

Palavras-chaveAnimação de fluidos, Visualização científica, SPH, FHP

Abstract

The past two decades showed a rapid growing of physically-based modeling of fluids for computer graphics applications. Techniques in the field of Computational Fluid Dynamics (CFD) have been applied for realistic fluid animation for virtual surgery simulators, computer games and visual effects. In this approach, since the equation is solved numerically the next step is the rendering. A majority of fluid animation methods in computer graphics rely on a top down viewpoint that uses 2D/3D mesh based approaches motivated by the Eulerian methods of Finite Element (FE) and Finite Difference (FD), in conjunction with Navier-Stokes equations of fluids. Recently mesh-free methods like Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) have been applied. On the other hand, cellular automata (CA) are discrete models based on point particles that move on a lattice, according to suitable and simple rules in order to mimic a fully molecular dynamics. Such bottom-up framework needs low computational resources for both the memory allocation and the computation itself. In this work, we study the theoretical and practice aspects for computational animation of fluids in computer graphics, using cellular automata and SPH. We propose two models for animation of two-phase systems (e.g. gas-liquid), one based on SPH and CA and another only on CA. Finally, we describe a software developed in the context of this thesis for animation of fluids by CA.

Keyframe: Scientific visualization, SPH, FHP

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Animação Interativa de Fluido baseada em Partículas pelo Método SPH

  

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1a. vez em 19/10/2011)


Autor(a): Fabio Issao Nakamura
InstituiçãoPontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro - PUC-Rio
Programa
Programa de Pós-Graduação em Informática da PUC-Rio
Orientador(a): Waldemar Celes Filho
Ano: 2007
PaísBrasil.

Resumo

Neste trabalho foi feito um estudo investigativo sobre animação de fluidos utilizando sistemas de partículas. Baseado nas propostas apresentadas por Muller et al., esta dissertação objetiva investigar e compreender o uso do método Lagrangeano baseado em partículas, conhecido como Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), para simulação de fluidos. A validação do método foi feita através da implementação de uma biblioteca capaz de animar fluidos a taxas interativas. Para testar a eficácia e eficiência do método, a biblioteca desenvolvida permite a instanciação de diferentes configurações, incluindo o tratamento de colisões do fluido com obstáculos, o tratamento da interação entre dois fluidos distintos e o tratamento de forças externas exercidas pelo usuário via um mecanismo de interação.

Palavras-chaveAnimação, Simulação de Fluidos, SPH.

Abstract

This work investigates the use of particle-based system for fluid animation. Based on proposals presented by Müller et al., the goal of this dissertation is to investigate and fully understand the use of a Lagrangian method known as Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) for fluid simulations. A library has been implemented in order to validate the method for fluid animation at interactive rate. To demonstrate the method effectiveness and efficiency, the resulting library allows the instantiation of different configurations, including the treatment of fluid-obstacle collisions, interaction between two distinct fluids, and fluid-user interaction.

KeywordAnimation; Fluid Simulation; SPH.


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