Smoke Modelling part 2

Smoke modelling merupakan teknik pemodelan asap yang berupa gas . Banyak pendekatan telah diusulkan di dalam Grafik Komputer untuk model fenomena gas . Dalam model mekanik fluida , gas diwakili sebagai jumlah yang dibawa oleh fluida. Di dalam pengerjaan pemodelan asap ini di butuhkan seniman denga alur kerja di mana mereka dapat menghidupkan pada resolusi kasar dan melakukan render berkualitas tinggi yang melindungi gerak. Dan dengan adanya metode kontrol intuitif akan menjaga penampilan kacau asap itu.

Dalam pemodelan asap ini ada beberap jenis untuk mengontrol asap itu. Dimana dalam mengontrol animasi dari asap tersebut menggunakan representasi filamen yang memegang informasi  fluida. Intinya c ~ memberikan lokasi rata-rata gerak, vektor ez memberikan perkiraan arah gerak dan harmonik menentukan tekstur kompleksitas dari filamen. Informasi ini dapat dimanipulasi untuk menyesuaikan gerakan fluida.

s 1. Mengontrol  arus ( asap )

Untuk mengendalikan asap akan menghidupkan posisi frame filamen . Pendekatan ini tidak bekerja karena asap tidak secara langsung melekat pada filamen dan bagian dari asap akan ditinggalkan bergerak. Sebuah manipulasi lebih alami adalah untuk memodifikasi filamen sedemikian rupa sehingga menginduksi gerak sendiri ke arah yang diinginkan. Kontrol ini dapat dicapai dengan menggunakan dua operasi pada filamen: mendayung dan berputar.

 Gambar 5: arah filamen Pengendalian: mendayung (kiri) mendistribusikan kekuatan filamen, dan mengubah (kanan) reorients dukungan dari fungsi.

Mendayung:  filamen mendayung terdiri dari lokal mendistribusikan kekuatan filamen sehingga filamen di-duces embusan angin ke arah yang diinginkan. Untuk membuat filament mengambil berbalik vektor satuan m, di definisikan fungsi Redis Kontribusinya sepanjang filamen sebagai ö(l) = m· T ∈ [0,1]. Fungsi ini konservatif, karena H_l m·T dl = 0 The mul-tiplication kekuatan dengan 1 + kp ö, dimana kp adalah jumlah mendayung, memperkuat vortisitas menunjuk ke arah m dan melemahkan semua vortisitas lain, sehingga kemudi filamen dalam arah yang diinginkan.

2. Curve

Asap sering digambarkan digambarkan dengan kurva dalam animasi tradisional . Salah satu cara yang mungkin untuk menetapkan singgung kurva untuk filamen adalah untuk menemukan titik terdekat pada kurva di setiap langkah. Titik terdekat tidak unik didefinisikan dan komputasi mahal.

 Gambar 6: Fantasia (1940), Disney ©.

Mengingat kontrol kurva K, busur-panjang parameter d sepanjang kurva ditugaskan untuk filamen. Selama langkah waktu, filamen pertama diperbarui normal tanpa menerapkan batasan. Ini memberikan centroid sebelumnya dan berikutnya, c ~ ~ dan cnext. Parameter busur-panjang baru filamen adalah d^′ = d +k^˜c− _˜cnextk.. Arah baru diberikan oleh singgung dari kurva e^′_z = T(d^′).. The dibatasi centroid ~ c 'adalah proyeksi tion _˜cnext di pesawat (K(d^′),T(d^′)).. Perhatikan bahwa mantan ey dan harus diperbarui juga. Mekanisme kendala membuat perhitungan yang stabil, lokal dan murah. Metode yang digunakan adalah il-dibelai pada Gambar 7.

3. Tornado  Efek
Memutar asap sepanjang arah gerak dapat ditambahkan untuk mencapai efek tornado . Hal ini dapat dilakukan dengan memodifikasi arah berputar dari vortisitas sesuai dengan kerangka koordinat lokal dari setiap filamen. Berikut ini adalah kecepatan memutar

n

vtornado = ∑ f^˜ (Ip − ciI²/r²)(p − ci) x e_z                  (8)
i=1

Gambar 8: Asap berputar sepanjang gerakannya secara terkendali dengan menambahkan kecepatan eksternal.

4. Asap Adveksi dan Rendering
Salah satu keuntungan dari simulasi gerakan fluida dengan pendekatan La-grangian adalah daerah terbatas dari simulasi. Simulating asap dengan partikel sebagai lawan grid mempertahankan keunggulan ini. Untuk tugas menghidupkan dan rendering asap tebal, partikel polos cocok. Untuk asap tipis, adalah lebih baik untuk menggunakan partikel adaptif dan menumpuk setiap Partikel yang peregangan.

Pada setiap langkah waktu, posisi baru partikel diberikan oleh xi+1 = xi + ät _{vtotal(xi,ti)} atau rekonstruksi tatanan yang lebih tinggi . Peregangan selama satu langkah waktu diukur pada suatu titik dengan gradien perpindahan sepuluh ¬ sor langkah yang: dxi+1

 

DXi, di mana xi adalah posisi saat ti. Peregangan terakumulasi selama periode waktu yang lebih lama

diberikan oleh aturan rantai dimana n adalah jumlah langkah waktu. Bentuk ellipsoidal partikel didefinisikan oleh akar kuadrat dari nilai eigendan vektor eigen dari tensor metrik dxndx0 · dxnT.dx0.

4.1. shading
Bayangan diri merupakan isyarat visual penting untuk menyampaikan 3-dimensi dari asap. menggunakan cepat diri membayangi algoritma [BMC05]. Terlihat bahwa asap tipis nyata menampilkan permukaan seperti properti, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12. Kami mengusulkan untuk mensimulasikan perilaku ini untuk menambah realisme. Kami mendefinisikan normal asap sebagai gradien kepadatan asap.

Gambar 11: refleksi baur dinonaktifkan (kiri) dan diaktifkan (kanan).

 

Untuk partikel elipsoid deformable, normals ke ellipsoid corre merespon terhadap gradien densitas dekat perbatasan partikel. Komputasi normal ketika melihat vektor melewati pusat ellipsoid seperti terlihat pada Gambar 10 adalah mudah digunakan dalam model shading pencahayaan lokal, seperti model Blinn-Phong [Bli].

 

Dalam pengaturan pemodelan , jumlah sampel filamen dan jumlah harmonik sampling berkurang sementara tetap mempertahankan tampak - ingly gerak identik dengan hasil pengaturan berkualitas tinggi . Pengaturan Modeling mereproduksi pengaturan seniman menggunakan saat membuat adegan .
Kompleksitas adegan diukur dengan rata-rata jumlah berpartikel filamen per frame , rata-rata jumlah partikel asap per frame dan apakah adegan mengambil keuntungan dari pemisahan partikel dan efek kebisingan. Kinerja diukur dalam frame rate rata-rata selama 200 frame animasi . Hasil pada Tabel 1 menggambarkan skalabilitas linear dalam jumlah partikel dan filamen

Gambar 13 : Kiri : contoh animasi asap terkontrol . Sebagai kamera bergerak , mudah bagi animator untuk memastikan bahwa asap selalu terlihat dan tidak mencakup wajah. Kanan : Contoh  terkendali animasi asap . Meskipun banyak contoh menunjukkan asap tipis dan untuk asap tebal

Sumber :
http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/40/21/06/PDF/smoke_sca06.pdf