Particle-Based Simulation Methods of Fluids and Granular Media for VFX

Abstract

Los materiales líquidos están presentes en muchos entornos de nuestra vida, desde un vaso de agua a grandes olas rompiendo en el océano. De igual manera los materiales granulares tienen su papel. Muchos de los elementos alrededor nuestro como tierra, arena, incluso legumbres o palomitas, pueden clasificarse como granulares. Al ser parte fundamental de nuestro entorno, para reproducir una gran variedad de escenarios y situaciones de nuestra vida cotidiana, en la industria de la animación y los efectos especiales (VFX) son necesarios métodos de simulación eficientes para reproducir su comportamiento, primando el aspecto visual y las simulaciones con gran nivel de detalle. Sin embargo, obtener simulaciones realistas para este tipo de elementos es una tarea difícil. Por un lado, estos materiales están caracterizados por una deformación continua en todo su volumen, lo que significa que para simular su comportamiento de manera realista, se necesita una cantidad de recursos computacionales mayor que para cualquier otro estado de la materia. Por otro lado, la industria de VFX tiene unos tiempos muy limitados para conseguir el look final de cada escena, por lo que necesitan métodos más precisos a la vez que eficientes para lograr el aumento de realismo y complejidad que el espectador demanda. En esta tesis se presentan diferentes contribuciones al estado del arte de la simulación visual de materiales líquidos y granulares. Entre la gran variedad de métodos de discretización existentes, en este trabajo nos centramos en métodos que tienen una representación basada en partículas, sin conectividad explícita, por ser idóneos para el tratamiento de materiales con constantes cambios topológicos, propiedad que caracteriza a fluidos y granulares, y ser capaces de reproducir simulaciones muy atractivas y con gran detalle. La conexión con la empresa Next Limit Technologies [95] durante el desarrollo de esta tesis ha favorecido la investigación en problemas reales dentro de la industria VFX, primando el uso de métodos de discretización y técnicas de simulación que puedan ser utilizados en entornos de producción, soporten escenas de gran complejidad y favorezcan la visión artística del usuario final.