실시간 물 시뮬레이션으로 비교할 수 없는 세부 정보 제공

• 새로운 모델은 현실적인 물결 시뮬레이션과 효율적인 컴퓨팅 사이의 격차를 해소합니다. 
• 다양한 물리적 매개변수로 파도를 인코딩하여 큰 해상도에서 작은 세부 사항을 시뮬레이션합니다. 
• 게임, 영화, 가상현실 프로그램의 기능을 향상시키는 데 사용할 수 있습니다.  

기존의 물 또는 파도 시뮬레이션 방법은 현실적인 효과나 빠른 계산을 제공할 수 있습니다. 두 가지를 동시에 최적화할 수는 없습니다. 움직이는 물체와의 상호 작용 및 환경 상호 작용을 담당하는 유한 요소 방법이 부족합니다.

이제 오스트리아 과학 기술 연구소(Institute of Science and Technology Austria)와 NVIDIA의 연구원들은 주변 환경과의 복잡한 상호 작용을 실시간으로 재현함으로써 이러한 격차를 해소하는 새로운 기술을 개발했습니다.

작은 디테일을 유지하고 매우 큰 장면을 수용하면서 파도와 장애물의 상호 작용을 시뮬레이션할 수 있습니다. 이 시뮬레이션은 지터링된 위상이 혼돈스러운 바람, 물보라, 부유 물질과 같은 시끄러운 파동 소스에 더 잘 맞는 낮은 해상도에서도 고주파수 파동의 집합적인 움직임을 특징으로 합니다.

어떻게 작동하나요?

기존의 파동 시뮬레이션 기술은 '수치적' 또는 '푸리에 기반' 방법을 사용합니다. 수치적 방법은 세부적으로 다양한 효과를 생성할 수 있는 반면, 푸리에 기반 방법은 훨씬 더 효율적입니다(계산 자원을 덜 사용함). 이러한 방법을 사용하여 정확한 환경 상호 작용을 통해 킬로미터 길이의 상세한 수준의 장면을 생성하는 것은 거의 불가능합니다.

파동의 계산 속도를 높이기 위해 새 모델은 모든 단일 지점에서 파동 운동량과 높이를 이산화하는 대신 방향과 주파수의 함수로 파동 진폭의 이산화를 수행합니다.

실시간 애니메이션 프레임 | 출처:Stefan Jeschke

팀은 주파수, 방향 및 공간이 결합된 함수로 파동의 진폭을 이산화하기 위한 웨이블릿 변환을 만들었습니다. 결과 변수는 공간에 따라 점진적으로 변경되어 더 적은 수의 변수로 동일한 양의 데이터(기존 방법에서 사용되는 파고 함수)를 나타냅니다.

또한 최대 공간 주파수를 단계 크기 및 그래픽 세부 정보로 변환하는 Nyquist 제한과 같은 기존 주파수 기반 제한에 덜 민감합니다. 따라서 이 방법은 로컬 파동 상호작용은 물론 고해상도 파동 세부정보도 모두 허용합니다.

그들은 이러한 국지적 주파수 기반 진폭을 공간을 통해 전파하기 위해 새로운 방정식을 만들었습니다. 방정식은 그래픽 하드웨어에서 병렬로 구현할 수 있는 간단한 2차원 확산 및 대류 연산을 출력합니다.

참조:ASL DL | 도이:10.1145/3197517.3201336 | IST 오스트리아 

확장 및 애플리케이션



연구원들은 양방향 고체 유체 결합 및 사전 설계된 파동 경로를 포함한 몇 가지 기본 시뮬레이터 확장을 개발했습니다. 그들은 또한 그리기 소프트웨어에서 붓처럼 작동하는 '웨이브 페인터'라는 도구를 설계했습니다.

이를 통해 아티스트는 자연(스크립트된 동작으로 물리학)을 덮어쓰고 사용자 정의 장면을 쉽게 만들 수 있습니다. 예를 들어, 이 도구를 사용하여 특정 위치에서 파도의 높이를 높일 수 있습니다.

바다나 강과 같이 끊임없이 변화하는 환경에서 이러한 시뮬레이션을 구성하고 물의 흐름을 모델링하는 것은 쉽습니다. 또한 이 모델은 게임, 영화, 가상 현실 프로그램의 기능을 단순화하고 확장할 수도 있습니다.

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연구원들은 얕은 물 근처에서 더 나은 굴절 효과를 생성할 수 있는 보다 일반적인 높이 기반 분산 관계를 다루기 위해 연구를 확장할 계획입니다.