[发明专利]动画特效的流体动力学框架

说明书

技术领域

目前披露通常涉及到计算机图形，更确切地说，涉及使用动画特效的流体动力学框架，诸如灰尘、烟雾和/或爆炸。

背景技术

在计算机动画领域中，经常使用流体模拟建模诸如香烟、火、灰尘、爆炸等动画特效，这是因为流体模拟产生这些动画特效的实际模型。例如，图1描述具有使用流体模拟建模的尘埃云团102的模范动画场面。

电脑执行流体模拟通常基于不可压缩流体动力学方程，是管理移动流体的属性的偏微分方程。基于N-S(navier-stokes)方程的流体模拟的结果，可能受到对N-S方程输入操纵以及通过操纵解决偏微分方程方式的影响。

在制作电脑动画电影期间，大量的时间都花在建模类似于尘埃云团102的动画特效。因此，可供动画艺术家用于创建动画特效的流体模拟工具的改进，特别是在计算效率、视觉质量、设置灵活性和艺术控制的领域，有助于提高电脑动画电影的视觉质量，并同时降低其相关成本。

发明内容

本文所述的动画特效的流体动力学框架系统(FLUX)是基于不可压缩N-S方程的时间整合。在一个实施例中，N-S方程的输入被表示为在一般网格上采样的离散量。显式散度控制域被纳入解决方案。无条件稳定的半拉格朗日平流方案系列用于确定流体移动。表示感兴趣的视觉量(烟、火、灰尘等)的用户指定标量字段集合使用所计算的流体移动平流输送。不可压缩性约束、扩散和耗散项用于解决方案中，以便应用快速的计算机实施技术，用于解决椭圆型方程。

在一个实施例中，FLUX系统访问表示初始条件的特效的第一容积数据集合，表示速度场的第二容积数据集合，以及表示对特效影响的第三容积数据集合。第二容积数据集合可描述特效的平流输送。使用第一容积数据集合、第二容积数据数据、第三容积数据集合和不可压缩N-S方程确定动画特效的移动。在确定移动时，FLUX系统应用第三容积数据集合以影响不可压缩N-S方程的解决方案。动画特效的移动被存储为第四容积数据集合。

在一个实施例中，第三容积数据集合表示动画特效的来源并包括来源值的标量场，以及混合来源和来自第一容积数据集合现有值的标量场。第四容积数据集合进一步使用如下的线性组合确定：标量源场，标量混合场以及第一容积数据集合。应用线性组合作为对动画特效的初始状态的修改。

在一个实施例中，第三容积数据集合表示动画特效和另一动画物体之间的碰撞，并包括向量场和标量场，所述标量场用于混合向量场和来自第二容积数据集合的现有值，第四容积数据集合进一步使用如下的线性组合进行确定：向量场、标量混合场以及第二容积数据集合。

在一个实施例中，第三容积数据集合表示影响特效的散度场，以及第三体积集合被应用到不可压缩的N-S方程，作为压力方程强迫项的修改。在一个实施例中，第三容积数据集合表示用于驱动特效移动的向量场，以及第三容积数据集合作为力场被应用到不可压缩的N-S方程。

附图说明

图1是描述使用动画特效的流体动力学框架(FLUX)系统的实施例产生的示例性动画现场的屏幕截图。

图2描述由FLUX系统处理的示例性容积数据。

图3是描述由FLUX系统的实施例使用的示例性处理的块图。

图4是描述使用FLUX系统的实施例产生的示例性动画现场的屏幕截图。

图5是描述使用FLUX系统的实施例产品的示例性动画现场的屏幕截图。

图6是描述在FLUX系统体积燃烧模型中燃料燃烧速率随温度变化的图形。

图7是描述使用FLUX系统的实施例产生的示例性动画现场的屏幕截图。

图8是描述使用FLUX系统的实施例产生的示例性动画现场的屏幕截图。

图9是描述示例性FLUX系统的框图。

具体实施方式

以下描述提出示例性方法和参数等。然而，应该认识到这些描述并不用于限制本公开的范围，为是用于描述示例性实施例。

图1描述使用动画特效的流体动力学框架(FLUX)系统的实施例产生的示例性动画现场100，并显示倒在地面的高楼101。倒下的楼101的影响，与地面形成尘埃云团102，以及在建筑物101和地面(没有显示)之间的影响区域用作尘埃云团102的来源。动画现场100的观看者可预期尘埃云团102随着时间在空间位移的变化(例如，形状)。例如，尘埃云团102可最初扩散并随着时间消散。进一步，尘埃云团102根据动画现场中其他对象(诸如建筑物103和104)所定义的动画现场100的布局传播经过在动画现场100中的开放区域。也就是说，尘埃云团101的形状可解释交互，诸如自身和动画现场100中其他对象之间的碰撞。