Echtzeit-Wassersimulation liefert beispiellose Detailgenauigkeit

• Neues Modell schließt Lücke zwischen realistischer Wasserwellen-Simulation & effizientem Computing.
• Kodiert Wellen mit unterschiedlichen physikalischen Parametern für Simulation kleiner Details bei großen Auflösungen.
• Einsetzbar für Games, Filme, Virtual Reality Programme.

Bestehende Wasser-/Wellen-Simulationsmethoden: entweder realistische Effekte ODER schnelle Computation – nicht beides gleichzeitig optimiert. Fehlende Interaktionen mit bewegten Objekten & Finite Element Methods für Environment Interactions.

Forscher am Institute of Science and Technology Austria & NVIDIA: Neue Technik schließt diese Lücke – reproduziert komplexe Interaktionen mit Umgebung in Echtzeit.

Simulation: Wellen-Interaktionen mit Hindernissen bei Erhalt winziger Details & Accommodation sehr großer Szenen. Aggregate Motion hochfrequenter Wellen selbst bei niedrigen Auflösungen – jittered Phases besser für noisy Wave Sources (chaotischer Wind, Splashes, schwimmende Materialien).

Funktionsweise

Bestehende Techniken: „Numerical“ ODER „Fourier-based“. Numerical: Vielzahl detaillierter Effekte. Fourier-based: effizienter (weniger Rechenressourcen). Unmöglich: Kilometer-lange detaillierte Szenen mit präzisen Environment Interactions via diese Methoden.

Neues Modell: Erhöhung Computational Speed durch Diskretisierung von Wellenamplituden als Funktion von Richtung & Frequenz – statt Diskretisierung von Wellenimpuls & Höhe an jedem einzelnen Punkt.

Echtzeit-Animationsframe | Credit: Stefan Jeschke

Team erstellte Wavelet Transformation für Diskretisierung von Wellenamplituden als Funktion von Frequenz, Richtung, Raum kombiniert. Resultierende Variablen ändern sich graduell über Raum → gleiche Datenmenge (wie Wave Height Function traditioneller Methoden) mit weniger Variablen.

Weniger sensitiv für konventionelle frequenzbasierte Restriktionen (Nyquist Limit: max Spatial Frequency → Step Size & Graphic Details). Methode erlaubt: Lokale Welleninteraktionen UND High-Resolution Wave Details.

Neue Gleichungen für Propagation dieser lokalen frequenzbasierten Amplituden durch Raum. Output: Simple 2D Diffusion & Advection Operations – parallel implementierbar auf Graphics Hardware.

Referenz: ASL DL | doi:10.1145/3197517.3201336 | IST Austria

Erweiterungen & Anwendungen

Forscher entwickelten fundamentale Simulator-Erweiterungen: 2-Way Solid Fluid Coupling, Pre-Designed Wave Paths. Tool „Wave-Painter“: agiert wie Pinsel in Zeichen-Software.

Ermöglicht Artists: Natur (Physik mit scripted Motions) überschreiben, Custom Scenes einfach erstellen. Beispiel: Wellenhöhe an bestimmter Location anheben.

Einfache Konfiguration & Modeling von Wasserfluss in dynamischen Environments (Ozeane, Flüsse). Modell vereinfacht & erweitert Capabilities von Games, Film, VR.

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Forscher planen Extension auf generalisierte Height-based Dispersion Relation → noch bessere Refraktions-Effekte bei flachem Wasser.