22. Juli 2013

Simulationen in der Traumfabrik

Computergrafiker des IST Austria präsentieren neuartige Simulationen bei der wichtigsten wissenschaftlichen Fachkonferenz des Jahres

In this liquid simulation, commonly used models for animation dissolve in splashes and waves. (© Ryoichi Ando)
In dieser Simulation von Flüßigkeit lösen sich gängigerweise verwendete Formen (wie der Hase) in Spritzer und Wellen auf. © Ryoichi Ando

Disneyland scheint ein unüblicher Tagungsort für eine wissenschaftliche Konferenz zu sein, aber die Heimat von Mickey, Donald und Captain Jack Sparrow ist der Ort, wo IST Austria Professor Chris Wojtan drei Publikationen seiner Gruppe vorstellen wird. Anaheim, Kalifornien, ist nicht nur die Heimat des ersten Disneyland, sondern auch der jährliche Veranstaltungsort der führenden Fachkonferenz auf dem Gebiet der Computergraphik mit dem Titel SIGGRAPH; heuer findet diese Tagung vom 21. bis 25. Juli statt. Die dramatischen Wellen aus „Piraten der Karibik“ von Disney Studios verdanken wir Computeranimationen, die WissenschaftlerInnen immer realistischer zu gestalten suchen. Doch der Einsatz in der Traumfabrik ist nur ein Nebenaspekt. Den Forschern am IST Austria geht es darum, die täuschend echten Simulationen für Animationen in anderen Wissenschaftsfeldern einzusetzen, zum Beispiel bei der Animation von sich bewegenden Zellen oder bei der Embryonalentwicklung.

Morten Bojsen-Hansen, PhD Student in der Gruppe von Chris Wojtan, präsentiert die Publikation „Liquid Surface Tracking with Error Compensation“ gemeinsam mit Chris Wojtan (demo video auf http://pub.ist.ac.at/group_wojtan/projects/2013_Bojsen-Hansen_LSwEC/index.html). Ihre Publikation greift das Problem auf, wie die Oberfläche von Flüssigkeiten – etwa  Wassertropfen auf Spritzwasser und in Wellen – möglichst genau verfolgt und simuliert wird. In ihrer Publikation präsentieren die Forscher eine neue Lösung, die visuell dichte und hochdetaillierte Simulationen ermöglichen, die auch physikalisch richtig erscheinen. Die Wissenschaftler finden die theoretische Basis für Fehler, die mit bislang verwendeten Methoden entstehen, und präsentieren einen neuen Weg um zu quantifizieren, ob eine Oberflächenverfolgung physikalisch richtig ist. Sie entwickeln einen neuen Algorithmus der diese Fehler entfernt, aber die korrekten Details bewahrt.

Ryoichi Ando, Visiting Student in der Wojtan Gruppe und PhD Student an der Graduate School of Design der Kyushu University in Japan, präsentiert gemeinsam mit Nils Thürey von Scanline VFX und Chris Wojtan seine Publikation mit dem Titel „Highly Adaptive Liquid Simulations on Tetrahedral Meshes“ (http://pub.ist.ac.at/group_wojtan/projects/2013_Ando_HALSoTM/index.html). In ihrer Publikation stellen die Forscher eine neue Methode vor, um Flüssigkeiten mit einem hohen Grad an räumlicher Flexibilität zu simulieren. Ihr Ziel war die effiziente Erstellung von hoch-auflösenden Animationen zu ermöglichen und gleichzeitig den dazu notwendige Rechenaufwand zu reduzieren. Ihr neuer Simulationsalgorithmus gibt Computeranimatoren die Möglichkeit, ihre Rechenressourcen auf die Regionen der Animation zu konzentrieren, die visuell interessant sind, während künstliche und unnatürliche Verzerrungen der Flüssigkeit vermieden werden. In ihrem Demovideo zeigen sie Beispiele davon, wie ihr Simulationsalgorithmus sehr große Mengen an Flüssigkeit mit lokal begrenzten Details wie spritzende und brechende Wellen animieren kann.

Chris Wojtan und Gilbert Louis Bernstein von der University of Washington und Stanford University präsentieren eine Methode, um Topologieveränderungen in interaktiven Modellierungsumgebungen zu berechnen (“Putting Holes in Holey Geometry: Topology Changes for Arbitrary Surfaces”; http://www.gilbertbernstein.com/project_toptop.html). Programme zur Modellierung von Oberflächen müssen Wege unterstützen um die Topologie der Oberfläche zu verändern, zum Beispiel um mit einem Loch eine Kugel in ein Donut zu verwandeln. Die Autoren entwickelten eine Methode  zur Veränderung von Topologie die auch in Situationen erfolgreich ist, in denen zuvor verwendete Algorithmen scheiterten. Mit einem integrierten neuen Schema zur Korrektur von Fehlern kann die neu entwickelte Methode eine Vielzahl von Fehlern in Oberflächen tolerieren. Da die neue Methode leicht in bestehende Applikationen zur geometrischen Modellierung integriert werden kann, besteht die Erwartung, dass sie den Workflow von geometrischer Modellierung signifikant verbessern wird.



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