Guided bubbles and wet foam for realistic whitewater simulation

气泡 机械 光滑粒子流体力学 流体体积法 离散化 流体模拟 惯性 工作(物理) 流体力学 压缩性 平流 表面张力 计算机科学 流量(数学) 趋同(经济学) 自由面 经典力学 物理 数学 数学分析 量子力学 经济 热力学 经济增长
作者
Joel Wretborn,Sean Flynn,Alexey Stomakhin
出处
期刊:ACM Transactions on Graphics [Association for Computing Machinery]
卷期号:41 (4): 1-16 被引量:10
标识
DOI:10.1145/3528223.3530059
摘要

We present a method for enhancing fluid simulations with realistic bubble and foam detail. We treat bubbles as discrete air particles, two-way coupled with a sparse volumetric Euler flow, as first suggested in [Stomakhin et al. 2020]. We elaborate further on their scheme and introduce a bubble inertia correction term for improved convergence. We also show how one can add bubbles to an already existing fluid simulation using our novel guiding technique, which performs local re-simulation of fluid to achieve more interesting bubble dynamics through coupling. As bubbles reach the surface, they are converted into foam and simulated separately. Our foam is discretized with smoothed particle hydrodynamics (SPH), and we replace forces normal to the fluid surface with a fluid surface manifold advection constraint to achieve more robust and stable results. The SPH forces are derived through proper constitutive modeling of an incompressible viscous liquid, and we explain why this choice is appropriate for "wet" types of foam. This allows us to produce believable dynamics from close-up scenarios to large oceans, with just a few parameters that work intuitively across a variety of scales. Additionally, we present relevant research on air entrainment metrics and bubble distributions that have been used in this work.

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