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18. Oktober 2019 / pa

VISUS-/HdM-Publikation

von Stefan Reinhardt, Tim Krake, Bernhard Eberhardt und Daniel Weiskopf

Vom 17. – 20. November 2019 findet in Brisbane, Australien, die 12. ACM SIGGRAPH ASIA statt, eine der weltweit bedeutendsten Konferenzen im Bereich Computergrafik und Interaktive Technologien. Zusammen mit der Konferenz SIGGRAPH, ist die SIGGRAPH Asia eine der beiden Jahrestagungen der „ACM Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques“.

Dieses Jahr ist auch das VISUS mit dem Promotionskolleg Digital Media und der Publikation „Consistent Shepard Interpolation for SPH-Based Fluid Animation“ (Autoren: Stefan Reinhardt, Tim Krake, Bernhard Eberhardt, Daniel Weiskopf) vertreten.

In der Publikation wird eine neue Technik zur Korrektur von Diskretisierungsfehlern für „Smoothed Particle Hydrodynamics“ (SPH) basierte Fluid Animationen vorgestellt. SPH ist ein lagrangescher Ansatz zur Simulation von Fluiden und ist in dem Bereich der Computergrafik weit verbreitet. Um das Fluid zu simulieren, werden physikalische Größen des Fluids, wie bspw. Dichte und Druck, an vorgegebenen Positionen approximiert, wodurch unvermeidbare Fehler entstehen. Die sogenannte „Shepard correction“ wird häufig verwendet, um diese Fehler zu reduzieren. Diese Methode verwendet Dichte, um die Korrekturfaktoren zu bestimmen. Die Dichte ist allerdings selbst eine Größe, von welcher das Fluid abhängt und daher selbst angepasst werden muss. Aus diesem Grund führt die Shepard-Korrektur zu einem inkonsistenten Zustand.

Die Autoren widmen sich diesem Problem und stellen eine konsistente Methode zur Korrektur des Glättungskerns vor. Um die Korrekturfaktoren zu berechnen wird eine Potenzmethode verwendet. Dies führt zu einem effizienten und stabilen Algorithmus. Zusätzlich wird eine Methode zur Korrektur des Gradienten des Glättungskerns vorgestellt, sowie eine Anpassung des Randmodells, welche die Interaktion zwischen dem Fluid und Festkörpern beschreibt. Die präsentierte Methode verbessert die Genauigkeit der Simulation. Zusätzlich wird das Rauschen im Dichtefeld erheblich reduziert, d.h. eine glatte Dichteverteilung wird im ganzen Fluidkörper erreicht (wird).

Der zusammenbrechende Flüssigkeitsblock wurde mit DFSPH (obere Reihe) und WCSPH (untere Reihe) simuliert. Von links nach rechts: Keine Kernelkorrektur, klassische Shepard-Korrektur und der in der Publikation angewandten Methode. Sowohl bei der nicht-korrigierten als auch bei der klassischen Shepard-Korrektur kann feinkörniges Rauschen im Dichtefeld beobachtet werden. Mit der neuen Technik erreichen wir ein völlig glattes Dichtefeld für WCSPH (unten rechts). Unter Berücksichtigung von DFSPH verbessert das neue Verfahren die Glätte des Dichtefeldes deutlich.
Der zusammenbrechende Flüssigkeitsblock wurde mit DFSPH (obere Reihe) und WCSPH (untere Reihe) simuliert. Von links nach rechts: Keine Kernelkorrektur, klassische Shepard-Korrektur und der in der Publikation angewandten Methode. Sowohl bei der nicht-korrigierten als auch bei der klassischen Shepard-Korrektur kann feinkörniges Rauschen im Dichtefeld beobachtet werden. Mit der neuen Technik erreichen wir ein völlig glattes Dichtefeld für WCSPH (unten rechts). Unter Berücksichtigung von DFSPH verbessert das neue Verfahren die Glätte des Dichtefeldes deutlich.
The collapsing fluid block simulated with DFSPH (upper row) and WCSPH (lower row). From left to right: no kernel correction, classical Shepard correction, and our method. For both uncorrected and classical Shepard correction, we observe fine-grained noise in the density field. Using our technique, we achieve a completely smooth density field for WCSPH (lower right). Considering DFSPH, our method still significantly improves the smoothness of the density field.
The collapsing fluid block simulated with DFSPH (upper row) and WCSPH (lower row). From left to right: no kernel correction, classical Shepard correction, and our method. For both uncorrected and classical Shepard correction, we observe fine-grained noise in the density field. Using our technique, we achieve a completely smooth density field for WCSPH (lower right). Considering DFSPH, our method still significantly improves the smoothness of the density field.

Kontakt

Stefan Reinhardt
M. A.

Stefan Reinhardt

Wiss. Mitarbeiter

Patrizia Ambrisi
M.A.

Patrizia Ambrisi

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit: SFB 1313

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