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Simulation unruhige Wasseroberfläche

Simulation unruhige Wasseroberfläche - Forum Physik

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  #1  
Old 09-15-2005, 05:55 PM
Jan Bruns
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Hallo.

Wasseroberflächen werden am PC ja recht häufig simuliert,
da Wasser im alltägöichen Leben häufig auftauchen, und daher auch
in Computerspielen simuliert werden.

Zumeist wird schlicht ein 2-dimensionales Skalarfeld, Konkret:
Höhe über Quadratraster verwendet.

Grössenordnungsmässig ist dabei ein 150 x 150 Raster
Echtzeittauglich. Damit kann man schon recht spassige
Ergebnisse erzielen, aber irgendwie sieht's doch nicht
wirklich perfekt aus. Es kommt ja besonders bei unruhigem
Wasser schon gerne mal vor, daß ein Lot mehrere Schnittpunkte
mit der Wasseroberfläche aufweist.

Leider verweigert mir mein Hirn zumindest in letzter Zeit
Ideen zur Lösung dieses Problems.

Hat hier irgendwer lustige, echtzeittaugliche Ideen oder gar
Vorschläge dazu?

Gruss

Jan Bruns



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  #2  
Old 09-15-2005, 06:13 PM
Jan Bruns
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"Jan Bruns":

Ich will noch ankerken, daß sich diese Angabe auf die
Oberflächenform bezieht. Die Simulation selbst kann teils
in höherer Auflösung erfolgen, und diese erhöhte Auflösung
kann immerhin in Form von Brechungs- und Reflektionswinkeln
verwendet werden.

Form: n ~ 50000 Dreiecke -> ca. 150 x 150 Raster
Simulation: wenige Mtexel -> ca.1000 x 1000 Raster

Gruss

Jan Bruns





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  #3  
Old 09-15-2005, 09:07 PM
Joachim Pimiskern
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Jan Bruns schrieb:

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Grüße,
Joachim
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  #4  
Old 09-16-2005, 09:02 AM
Jan Bruns
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"Joachim Pimiskern":


Naja, ich werfe mal 2 ähnliche Links dazu:
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Beide sind evtl. geeignet, kurz einen Überblick über die
technischen Möglichkeiten im Echtzeitbereich zu vermitteln.

Der erste Link beschreibt eine Methode, in Echtzeit eine
"Heightmap" aus statistischen Frequenzbezogenen Daten zu gewinnen,
taugt insofern dazu, Startwerte für Wassersimulatoren zu generieren.

Der 2. Link beschreibt kurz eine rasterbasierte Echtzeitsimulation
eines physikalischen Fluidmodells.

Durch Kombination beider Methoden erhält man einen Wassersimulator,
wie man ihn z.B. verwenden könnte, um die Oberfläche eines Teichs zu
simulieren, in dem sich Lebewesen (z.B. eine vom Nutzer gesteuerte
Spielfigur) bewegen.

Damit sind wir aber schon wieder bei dem "Höhe über Quadratraster"
Modell, welches zwar an sich gut funktioniert, aber eben
Wasertiefenabhängige Strömungsrichtungen vernachlässigt, und somit
z.B. auch das typische Wellenprofil (bei dem sich Wassermasse
schwebend über die Seefläche schiebt) nicht erzeugen kann.

Das ist zwar kein besonders übeler Mangel, weil Wasser bei Ausbildung
solcher Wellenformen ohnehin dazu neigt, einen Tröpfchen-Schaum
auszubilden, der sich eh' nicht sinnvoll in Echtzeit simulieren lässt.

Trotzdem ist das etwas schade. Wenn z.B. ein starker Wind über einen
Ententeich weht, bilden sich häufig kleine Wellen recht komplexer,
nicht in das "Heightmap-Schema" passende Form aus, ohne dabei schaumig
zu werden.

Gruss

Jan Bruns





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  #5  
Old 09-16-2005, 10:08 AM
Carla Schneider
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Jan Bruns wrote:

Das waeren dann aber brechende Wellen, Blasen,
hochspringende Tropfen usw. Eher ein Fall fuer Supercomputer
wenn man wirklich die Physik simulieren will.
Da muesste man dann auch ein 3D Raster haben.


Da koennte man hoechstens versuchen das Aussehen zu imitieren.

--
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  #6  
Old 09-16-2005, 12:00 PM
Jan Bruns
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"Carla Schneider":



Ich bin doch weitgehend sicher, daß solche Falten auch ohne
Schaumbildung vorkommen.

Mir fehlt bloss eine Idee zur Verformung des Rasters.

Toll wäre natürlich, wenn in Bereichen staker Krümmung
das Raster auch feiner gestaltet würde. Ein feineres Raster
bedeutet allerdings auch, daß mehr "Updatezyklen" benötigt werden,
oder zumindest eine Anpassung von Umflusskonstanten erfolgen muss,
um eine gleichbleibende Wellenausbreitungsgeschwindigkeit zu
gewährleisten. Das wäre vielleicht gerade noch in den Griff zu
bekommen (wobei eigentlich die Entfernung zur Kamera natürlich ein
viel wichtigeres Kriterium zur Wahl der Auflösung ist).

Rendertechnisch ist es möglicherweise sinnvoll, wenn die
"Kontrollpunkte" sich nicht, oder zumindest nicht weit vom
Raster entfernen.

Eigentlich braucht's sowieso ein 2-Schichtenmodell, sobald auf der
Oberfläche auch Staub und sowas schwimmen soll, und zusätzlich ein
fliessendes Gewässer simuliert werden soll.

Ja, ich glaube, das ist des Rätsels Lösung:

1.) quadratraster-Höhenmodell
2.) vom Fluss in 1.) und zusätzlich Wind usw. angetriebenes,
mit separater Trägheit ausgestattes Oberflächennetz.

Dann wäre nur noch sicherzustellen, daß die Kontrollpunkte des
Oberflächennetzes sich nicht allzuweit voneinander entfernen.

Ha! Das mach ich.

Hruss

Jan bruns


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  #7  
Old 09-16-2005, 12:46 PM
Carla Schneider
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Jan Bruns wrote:

Wenn Wasser kein Wasser unter sich hat, dann faellt es doch
wegen der Schwerkraft herunter. Das passiert bei sich brechenden Wellen,
man erkennt es am Schaum der sich dann bildet.



--
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  #8  
Old 09-16-2005, 01:39 PM
Wolfgang Draxinger
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Jan Bruns wrote:


CFD (Computational Fluid Dynamics) als Begriff bei google
eingegeben liefert eine fast unüberschaubare Menge an
Forschungsarbeiten. Vor allem sollte man in einschlägigen
Quellen zu 3D Animation und Spieleprogrammierung suchen, die
Leute die dort an Algorithmen basteln haben teilweise mehr
drauf, als so mancher gestandene Physik-Prof.

Eine Reihe guter Artikel zu dem Theme findet sich hier:
<http://www.vterrain.org/Water/>

Wolfgang Draxinger
--

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  #9  
Old 09-16-2005, 03:06 PM
Jan Bruns
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"Carla Schneider":

Klar.

Aber während der ersten 20ms höchstens 2mm, wenn man von einer Ruhelage
ausgeht. Zustande kommt eine solche Situation dadurch, daß das Wasser
eine nach oben gerichtete Geschwindigkeit hat.

Und sowieso ja nur, wenn fortwährend dieselbe Wassermasse frei schwebt.
Während der übrigens Zeit ist ja Wasser drunter, welches zu träge ist,
mal Platz zu machen.

Ausserdemnoch Oberflächenspannung (die ich mir nochmal genauer ansehen
sollte).

Gruss

Jan Bruns





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  #10  
Old 09-16-2005, 03:11 PM
Jan Bruns
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"Wolfgang Draxinger":




Naja, wie gesagt:
Gängige Vorgehensweise ist halt, Heightmaps zu verwenden,
die eben den von mir beschriebenen Fehler mit sich bringen.

Bei diesen Heightmaps gibt's ansonsten auch nix großartiges
zu beachten. Da kann man viele völlig verschiedene Methoden
drauf loslassen, und das Ergebnis sieht entweder wie Wasser
aus, oder eben nicht.

Daneben gibt es unter dem Stichwort "Fluid Dynamics" noch
zahlreiche Implementationen zur Simulation von
Tropfen-, Rauch-, Diffusionserscheinungen usw.
Die taugen nicht zur Simulation einer Gartenteichoberfläche.

Gruss

Jan Bruns

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Tags
simulation , unruhige , wasseroberfläche


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