La simulation de l'eau en temps réel offre des détails inégalés

• Un nouveau modèle comble le fossé entre une simulation réaliste des vagues et une informatique efficace. 
• Il code les ondes avec différents paramètres physiques pour simuler de petits détails à de grandes résolutions. 
• Il peut être utilisé pour améliorer les capacités des jeux, des films et des programmes de réalité virtuelle.  

Les méthodes existantes de simulation de l'eau ou des vagues sont capables de fournir soit des effets réalistes, soit des calculs rapides :elles ne peuvent pas optimiser les deux en même temps. Ils manquent d'interactions avec des objets en mouvement et de méthodes d'éléments finis responsables des interactions environnementales.

Aujourd'hui, les chercheurs de l'Institut des sciences et technologies d'Autriche et NVIDIA ont développé une nouvelle technique qui comble cette lacune en reproduisant des interactions complexes avec l'environnement en temps réel.

Il peut simuler les interactions des vagues avec les obstacles tout en conservant les moindres détails et en s’adaptant à une très grande scène. Cette simulation présente un mouvement global d'ondes à haute fréquence, même à basse résolution, où les phases instables conviennent mieux aux sources d'ondes bruyantes telles que le vent chaotique, les éclaboussures et les matériaux flottants.

Comment ça marche ?

Les techniques de simulation de vagues existantes utilisent soit la méthode « numérique », soit la méthode « basée sur Fourier ». La méthode numérique peut générer une variété d'effets dans les détails, tandis que la méthode basée sur Fourier est beaucoup plus efficace (utilise moins de ressources informatiques). Il est tout à fait impossible d'utiliser ces méthodes pour générer des scènes détaillées d'un kilomètre de long avec des interactions environnementales précises.

Pour augmenter la vitesse de calcul des vagues, le nouveau modèle effectue une discrétisation des amplitudes des vagues en fonction de la direction et de la fréquence, plutôt que de discrétiser l'élan et la hauteur des vagues en chaque point.

Image d'animation en temps réel | Crédit :Stefan Jeschke

L’équipe a créé une transformation en ondelettes pour discrétiser les amplitudes des ondes en fonction de la fréquence, de la direction et de l’espace combinés. Les variables résultantes changent progressivement dans l'espace, représentant la même quantité de données (que la fonction de hauteur de vague utilisée dans les méthodes traditionnelles) avec moins de variables.

De plus, il est moins sensible aux restrictions conventionnelles basées sur la fréquence, telles que la limite de Nyquist, qui transforme la fréquence spatiale maximale en pas et en détails graphiques. Par conséquent, la méthode permet à la fois des interactions d'ondes locales ainsi que des détails d'ondes à haute résolution.

Ils ont créé de nouvelles équations pour propager ces amplitudes locales basées sur la fréquence dans l’espace. Les équations génèrent des opérations simples de diffusion et d'advection bidimensionnelles qui peuvent être implémentées en parallèle sur du matériel graphique.

Référence : ASL DL | est ce que je:10.1145/3197517.3201336 | IST Autriche 

Extensions et applications



Les chercheurs ont développé certaines extensions fondamentales du simulateur, notamment un couplage fluide solide bidirectionnel et des chemins d’ondes préconçus. Ils ont également conçu un outil appelé « wave-painter » qui agit comme un pinceau dans un logiciel de dessin.

Il permet aux artistes d'écraser la nature (physique avec des mouvements scriptés) et de créer facilement des scènes personnalisées. Par exemple, on peut utiliser cet outil pour augmenter la hauteur de la vague à un endroit particulier.

Il est facile de configurer ces simulations et de modéliser le flux d’eau dans des environnements en constante évolution comme les océans et les rivières. Le modèle pourrait également simplifier et étendre les capacités des jeux, des films et des programmes de réalité virtuelle.

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Les chercheurs prévoient d'étendre leurs travaux pour traiter une relation de dispersion plus générale basée sur la hauteur, ce qui créerait des effets de réfraction encore meilleurs à proximité des eaux peu profondes.