TurbulenceFD v1.0.1471le

TurbulenceFD的仿真管道基于不可压缩的Navier Stokes方程实现了基于体素的求解器。 这意味着它使用体素网格来描述烟雾和火的体积云,并求解描述该网格上的流体运动的方程式。 对于每个体素,TurbulenceFD会计算流体的速度以及几个通道来描述温度,烟气密度,燃料量等属性。此模拟过程会为每个帧生成一个体素网格,并将其缓存在磁盘上以供用户使用。 体积渲染器。

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基于体素的气态流体动力学
TurbulenceFD的仿真管道基于不可压缩的Navier Stokes方程实现基于体素的求解器。这意味着它使用体素网格来描述烟雾和火的体积云,并求解描述该网格上的流体运动的方程式。对于每个体素,TurbulenceFD会计算流体的速度以及几个通道来描述温度,烟气密度,燃料量等属性。此模拟过程会为每个帧生成一个体素网格,并将其缓存在磁盘上以供用户使用。体积渲染器。

直观的工作流程
为了设置流体模拟,艺术家使用任何类型的几何对象或粒子系统来绘制空间中的烟,热,燃料等来源。然后,气流以物理上合理的方式携带这些排放物,从而创造出逼真的火,爆炸,蒸气,云,尘埃以及更多的外观。

将所有停止拉到您的CPU上
流体模拟中最大的技术挑战是处理一系列体素网格所需的大量数据。这就是为什么从头开始设计TurbulenceFD的仿真管道以优化性能的原因。这包括仔细选择有效的数值方法,这些方法可在整个仿真流程中提供高精度和稳定性。并使用最新的高性能计算技术来实现此管道,以最佳利用内存高速缓存,多核CPU和高级矢量指令集。对艺术家而言,这意味着可以在更少的时间内运行更多的迭代,从而使使用流体的工作更加直观和高效。

在GPU上高达12倍速
是的,十二次! 10分钟而不是2小时。原因很简单:当今的高端GPU的内存吞吐量是高端CPU的8到15倍。 TurbulenceFD利用了这一点。它具有CPU / GPU混合仿真流水线,可实现巨大的加速。与某些基于GPU的工具不同,这不仅仅是CPU仿真的简化版本。以相同的质量支持所有功能。当超过GPU内存时,TurbulenceFD会即时切换回CPU。这使您可以在低分辨率下实现接近实时的速度,并可以在数亿个体素中平滑缩放到高分辨率。无需仔细更改参数,发送仿真工作并且数小时都看不到结果,而是可以通过快速迭代来调整流体模拟,让艺术家在处理模拟的过程中观察更改的效果。

物理防火罩
创建可信的动画时,正确设置颜色至关重要。您可以手动设计颜色渐变,以实现完全的艺术控制。如果您想要逼真的火色,则直接调整颜色的过程可能既耗时又乏味。因此,防火着色器会根据“黑体辐射”模型模拟逼真的高动态范围的防火颜色。该模型仅由两个温度值控制。在这种温度下,它会产生真正的火种颜色。但是TurbulenceFD并不会阻止您到那里。您可能需要逼真的色彩,但需要更大的灵活性来调整火灾的巨大动态范围。也许可以增强红色效果,稍微压缩动态范围,或者只是将生成的颜色用作起点来再次直接编辑效果。

多次散射
简而言之,多重散射是烟雾的全局照明。这是一种从各个方向照亮的方式,可以更逼真,更明亮地点燃烟雾。它还可以让火从内部照亮烟雾,这对于逼真的爆炸阴影至关重要。与许多全局照明技术不同,TurbulenceFD中的多重散射不会增加噪点,因此可以很好地与动画配合使用。实际上,TurbulenceFD中的多重散射渲染时间是可以承受的。但是,如果您着急,仍然可以在速度和照明细节之间进行折衷。

粒子建议
流体动力学的核心是创建一系列速度场,这些速度场描述了流体的复杂特征运动。您可以使用TurbulenceFD的速度缓存来控制粒子系统的运动。这使您可以用碎屑或火花补充体素渲染器,或者仅自己渲染粒子。

自适应容器
TurbulenceFD不断尝试最小化需要处理的卷,以节省内存和时间。分析速度场以确保仅裁剪体积的那些部分,这些部分不会影响后续帧中的流。如有必要,您可以控制每个流体通道的限幅灵敏度。

艾米特
发射器对于流体模拟就像画笔对绘画一样。如果物体着火,则它会散发热量和火焰。 TurbulenceFD允许您使用任何几何对象或粒子系统发射到流体通道中。这为您提供了发射器的形状和动画的最终自由。在TurbulenceFD中使用发射器就像对画出火,烟等来源的笔触进行动画处理一样。然后,流体模拟将获得动画发射并从中创建物理上合理的流动。

碰撞对象
在许多场景中,让流体流与固体对象相互作用是很有用的。从简单的坚固地板到穿越火与烟的车辆,再到着火的动画人物。不仅需要将模拟集成到环境中,而且在物体被唤醒后会产生漂亮自然的湍流。碰撞的物体会搅动液体,将其向侧面挥动或充当障碍物。 TurbulenceFD还支持具有各种复杂动画的碰撞对象,包括MDD导入和由刚体动力学控制的对象。

阴影曲线编辑器
体素着色的核心是功能曲线(f曲线),可将诸如温度和密度的值重新映射到用于不透明度和颜色的强度值。 TurbulenceFD具有一个f曲线编辑器,该编辑器专门为基于体素的流体着色而设计。它允许精确而直观的控制,使其与许多艺术家已经熟悉的色彩校正工作流程非常相似。而且,由于在渲染过程中必须对f曲线进行数十亿次评估,因此为TurbulenceFD设计了一种特殊的样条曲线,这对于体素渲染特别有效。

湍流映射
在流体速度场中添加程序噪声是获得卷曲流的一种方法,该卷曲流看起来更湍流且更有趣。控件的工作原理非常类似于纹理工具中常见的过程噪声着色器。但是,在整个体积中均匀地添加湍流会搅动爆炸的核心,就如同远离剧烈反应的部分一样。这没有多大意义。因此,TurbulenceFD允许您使用流体通道之一和简单的映射曲线来控制将卷曲添加到流中的确切位置。这样,湍流只能添加到某些区域,例如爆炸的核心或火焰的高温部分。

视口预览
基于OpenGL的预览使您可以实时详细地查看每个流体通道。预览中支持多种阴影模式。有一个分析模式,可以详细查看模拟的原始输出。并且有阴影模式可以在调整每个着色器的设置时为您提供实时反馈。除了完整的3D预览模式外,您还可以显示体素网格的2D切片,该切片的方向和位置在体积中的任何位置。可以将其视为预览模式的放大镜,它可与几何对象的线框视图媲美。

体素网格压缩
为了帮助处理大量的模拟数据,TurbulenceFD具有专为流体数据设计的无损数据压缩功能。实际上,它通常可将体素数据降低到大约60%。

点火控制
在TurbulenceFD中控制着火的方式以及火焰的传播速度与使用发射器喷涂流体一样容易且灵活。它可以基于任何流体通道,而不仅仅是温度。如果温度还驱动使热气上升的浮力,则这避免了您必须执行的平衡操作。

升级
通常,您会以较低或中等的分辨率进行仿真,从而可以进行快速迭代。然后,您只需要简单地以更高的分辨率进行重新仿真即可获得最终结果。但这不仅会增加高分辨率的细节,而且由于模拟的数值特性,还会稍微改变大规模运动。 Up-Resing是一种保持低分辨率或中等分辨率模拟的精确形状和运动,并仅向其添加高分辨率细节的方法。它也比以相同的高分辨率运行完整的模拟要快。

次网格详细信息
借助“渲染时间”子网格细节,TurbulenceFD进一步推动了Up-Resing方法的发展。不必在基础模拟上进行第二遍,只需在渲染时将高分辨率细节添加到结果中即可。对于极端设置,这不像Up-Resing那样灵活,但是它也不需要额外的模拟遍历或额外的缓存。

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