Animation fluide - Fluid animation
L'animation fluide fait référence aux techniques d' infographie pour générer des animations réalistes de fluides tels que l'eau et la fumée. Les animations fluides sont généralement axées sur l'émulation du comportement visuel qualitatif d'un fluide, en mettant moins l'accent sur des résultats physiques rigoureusement corrects, bien qu'elles reposent souvent sur des solutions approximatives des équations d'Euler ou de Navier-Stokes qui régissent la physique des fluides réelle. L'animation fluide peut être réalisée avec différents niveaux de complexité, allant d'animations longues et de haute qualité pour des films ou des effets visuels, à des animations simples et rapides pour des animations en temps réel comme des jeux informatiques.
Relation avec la dynamique des fluides numérique
L'animation fluide diffère de la dynamique des fluides computationnelle (CFD) en ce que l'animation fluide est principalement utilisée pour les effets visuels, tandis que la dynamique des fluides computationnelle est utilisée pour étudier le comportement des fluides d'une manière scientifiquement rigoureuse.
Développement
Le développement de techniques d'animation fluide basées sur les équations de Navier-Stokes a commencé en 1996, lorsque Nick Foster et Dimitris Metaxas ont mis en œuvre des solutions aux équations de Navier-Stokes 3D dans un contexte d'infographie, en basant leur travail sur un article scientifique CFD par Harlow et Welch de 1965. Jusque-là, une variété de méthodes plus simples avaient été principalement utilisées, y compris des systèmes de particules ad hoc, des techniques de dimensions inférieures telles que des champs de hauteur et des champs de bruit turbulent semi-aléatoire.
En 1999, Jos Stam a publié la méthode "Stable Fluids", qui exploitait une technique d'advection semi-lagrangienne et l'intégration implicite de la viscosité pour fournir un comportement inconditionnellement stable. Cela a permis des pas de temps beaucoup plus grands et donc des simulations plus rapides. Cette technique générale a été étendue par Ronald Fedkiw et ses co-auteurs pour gérer des fumées et des incendies plus réalistes, ainsi que des simulations d'eau 3D complexes utilisant des variantes de la méthode des niveaux .
Certains chercheurs universitaires notables dans ce domaine comprennent Jerry Tessendorf, James F. O'Brien , Ron Fedkiw , Mark Carlson, Greg Turk , Robert Bridson , Ken Museth et Jos Stam .
Logiciel
De nombreux programmes d'infographie 3D implémentent des techniques d'animation fluide. RealFlow est un package commercial autonome qui a été utilisé pour produire des effets visuels dans des films, des émissions de télévision, des publicités et des jeux. RealFlow implémente un solveur de particules fluides implicites (FLIP ; une extension de la méthode Particle-in-cell ), une grille hybride et une méthode de particules qui permet des fonctionnalités avancées telles que la mousse et la pulvérisation . Maya et Houdini sont deux autres programmes d'infographie 3D commerciaux qui permettent une animation fluide.
Blender est un programme d'infographie 3D open source qui utilisait une méthode Lattice Boltzmann à base de particules pour animer des fluides jusqu'à l'intégration du projet open source mantaflow en 2020 avec une large gamme de variantes de solveurs Navier-Stokes.