Turbulence FD

Um eine Flüssigkeitssimulation zu erzeugen, können Sie jedes geometrische Objekt oder Partikelsystem benutzen, um als Quelle von Rauch, Hitze oder Treibstoff zu dienen.
Die Simulation führt dann die emittierten Objekte an einem physikalisch plausiblen Weg entlang, so dass der Eindruck von Feuer, Explosionen, Dampf, Wolken, Staub und vielem mehr entsteht.

Die größte technische Herausforderung bei Flüssigkeitssimulationen ist die Verwaltung der gigantischen Datenmengen, die eine Sequenz aus Voxel-Gittern erfordert. Darum wurde die Simulations-Pipeline von Turbulence FD von Anfang an auf Geschwindigkeit ausgelegt. Das beinhaltet auch eine sorgfältige Auswahl von mathematischen Methoden, die hohe Genauigkeit und Stabilität während des Simulationsvorgangs garantieren.
Dabei werden modernste technische Raffinessen wie die optimale Nutzung von Speicher-Caches, Multi-Core-CPUs und fortschrittlichen Vector-Befehlssätzen ausgenutzt.
Für Sie bedeutet das, dass Sie mehr Iterationen in weniger Zeit simulieren können, was die Arbeit mit Fluids intuitiver und produktiver gestaltet.

Ja, Sie haben richtig gelesen - bis zu 12x schneller! 10 Minuten anstelle von 2 Stunden. Und dafür gibt es einen einfachen Grund: Heutige Grafikkarten haben einen 8-15fachen Datendurchsatz im Vergleich zu High-End-CPUs. Turbulence FD nutzt diesen Vorteil aus. Es besitzt eine hybride CPU/GPU Simulations-Pipeline, die enorme Geschwindigleitsvorteile bietet. Im Gegensatz zu manchen reduzierten GPU-Funktionen bieten diese die volle Funktionalität der CPU-Simulation. Alle Funktionen werden mit der gleichen Qualität berechnet. Sobald der Grafikkartenspeicher zu voll wird, schaltet Turbulence FD in Echtzeit auf die normale CPU-Berechnung zurück. Das ermöglicht Ihnen nahezu Echtzeit-Geschwindigkeit bei kleinen Auflösungen oder weiche Skalierungen auf hohe Auflösungen bei Hunderten von Millionen Voxeln. Anstatt vorsichtig Parameter zu ändern, die Simulation zu starten und für Stunden keine Ergebnisse zu sehen, können Sie jetzt die Simulation in kleinen Schritten anpassen und die Änderungen zeitnah beurteilen.

Die Farben richtig hinzubekommen, ist eine der Hauptaufgaben bei Feuer-Simulationen. Sie können Ihre Farbverläufe von Hand erstellen, um die volle Kontrolle zu haben. Wenn Sie aber realistisches Feuer haben wollen, kann der Zeitaufwand zur Abstimmung der Farben immens hoch und nervenaufreibend sein. Dafür gibt es den Feuer-Shader, der den hohen Dynamikumfang von Feuer-Farbverläufen basierend auf dem Hohlraumstrahlungs-Modell für Sie berechnet. Dieses Modell wird nur durch zwei Temperaturwerte gesteuert. Der Shader generiert die Farben, die echtes Feuer bei diesen Temperaturen haben würde. Aber Turbulence FD bremst Sie hier nicht aus. Sie mögen realistische Farben haben, aber vielleicht wollen Sie die Rottöne verstärken, den Dynamikumfang etwas reduzieren oder die erzeugten Farben als Basis für eine erneute Berechnung benutzen - alles kein Problem

Um es kurz zu machen: Multiple Scattering ist Global Illumination für Rauch. Es ist ein Verfahren, um Rauch realistischer und heller auszuleuchten, da es von allen Seiten beleuchtet wird. Es erlaubt auch, Rauch durch Feuer von Innen zu beleuchten, was wichtig für realistisches Shading von Explosionen ist. Im Gegensatz zu anderen GI-Verfahren fügt Multiple Scattering keinen Noise hinzu, was wichtig für Animationen ist. Außerdem sind die Rechenzeiten in Turbulence FD durchaus annehmbar.
Aber wenn Sie es eilig haben, können Sie immer noch einen Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Renderdetailgrad wählen.

Das Herz einer Fluidsimulation ist die Schaffung einer Serie von Geschwindigkeitsfeldern, die die komplexen charakteristischen Bewegungen einer Flüssigkeit beschreiben. Sie können Turbulence FD s Geschwindigkeits-Caches dazu benutzen, um die Bewegung des Fluidsystems zu kontrollieren. Das erlaubt Ihnen, den Voxel-Renderer mit Bruchstücken, Funken etc. zu ergänzen - oder rendern Sie einfach die Partikel selber.

Turbulence FD versucht ständig, den Raum der Simulation, der berechnet werden muss, so klein wie möglich zu halten. Das Geschwindigkeitsfeld wird permanent überwacht, damit nur die Bereiche von der Berechnung ausgeschlossen werden, die den Partikelfluss in Sub-Frames nicht beeinflussen. Wenn nötig, können Sie die Empfindlichkeit für jeden Fluid-Kanal einzeln regeln.

Emitter sind für Fluidsimulationen das, was Pinsel für Gemälde sind. Wenn ein Objekt in Brand gesteckt wird, emittiert es Hitze und eine Flamme. Bei Turbulence FD können Sie jedes beliebige Objekt als Emitter für die Fluidkänale benutzen. Die Arbeit mit den Emittern ist wie das Ändern des Pinselstrichs beim Malen von Feuerquellen, Rauch, etc.Die Fluidsimulation benutzt Ihre animierte Emission und generiert einen physikalisch plausiblen Fluid-Ausstoß daraus.

Den Flüssigkeitsfluss durch massive Objekte beeinflussen zu können, ist sehr nützlich.
Von Fahrzeugen, die sich durch Feuer oder Rauch bewegen, bis hin zu Personen, die in Flammen stehen. Es ist nicht nur notwendig, die Simulation in eine Umgebung zu versetzen, sondern sorgt auch für schöne realistische Verwirbelungen in der Nachlaufspur von Objekten. Kollisionsobjekte können die Flüssigkeit aufwühlen, zur Seite drängen oder als Hindernis wirken.
Turbulence FD unterstützt auch Kollisionsobjekte mit komplexen Animationen inklusive importierte MDD-Animationsdaten und Objekte, die durch Rigid Body Dynamics kontrolliert werden.

Das Herz des Voxel-Shadings sind die Funktionskurven (F-Kurven), die die Umrechnung von Werten wie Temperatur und Dichte in Intensitäts-Werte wie Sichtbarkeit und Farbe vornehmen. Turbulence FD besitzt einen Kurven-Editor, der speziell für Voxel-basierte Fluid-Shadings ausgerichtet ist. Er erlaubt präzise und intuitive Kontrolle, ähnlich dem Vorgang bei einer Farbkorrektur, mit dem viele Künstler bereits vertraut sind.
Weil die F-Kurven während des Renderns mehrere Milliarden mal ausgewertet werden müssen, besitzt Turbulence FD einen speziellen Splinekurventyp, der explizit auf die Anforderungen des Voxel-Renderings optimiert ist.

Durch das Hinzufügen von prozeduralem Rauschen erreicht man turbulentere und interessanter aussehende Verwirbelungen im Fluss. Die Kontrolle dieses Rauschens funktioniert ähnlich den bekannten prozeduralen Noise-Shadern. Doch das Hinzufügen einer Turbulenz gleichmäßig über die gesamte Simulation macht wenig Sinn, weil es die Mitte genauso aufwühlt wie die äußeren Ränder.
Daher gibt Ihnen Turbulence FD die Kontrolle darüber, wo genau die Verwirbelungen stattfinden sollen mittels einem der Fluid-Kanäle und einer einfachen Mix-Kurve.
So können Sie Verwirbelungen nur an bestimmten Stellen wie bspw. dem Zentrum einer Explosion oder dem heißen Punkt einer Flamme stattfinden lassen.

Die OpenGL-basierte Vorschau gibt Ihnen einen detaillierten ersten Eindruck von jedem der Fluid-Kanäle - und das in Echtzeit. Mehrere Shading-Modi sind in dieser Vorschau möglich: Einen Analyse-Modus, der eine detaillierte Vorschau auf die Simulation erlaubt - und Schattiert-Modi, die Ihnen eine Echtzeit-Vorschau geben, während Sie Einstellungen von jedem Shader einzeln anpassen können. Zusätzlich zu den 3-dimensionalen Vorschau-Modi können Sie auch eine 2D-Schnitt-Ansicht des Voxel-Gitters anzeigen lassen, die beliebig im Voxel-Gitter platziert werden kann. Stellen Sie es sich als Vergrößerungsglas der Vorschaumodi vor, es ist vergleichbar mit der Drahtgitter-Ansicht von geometrischen Objekten.

Um mit den gewaltigen Datenmengen umgehen zu können, verfügt Turbulence FD über eine verlustfreie Kompression, die speziell für Fluid-Daten entwickelt wurde. Dadurch wird die Datenmenge im Alltag um bis zu 60% reduziert.

Die Kontrolle darüber, wie Feuer gezündet wird und wie schnell eine Flamme fortschreitet, ist so einfach und flexibel wie Fluids mit Emittern zu "malen". Sie haben die Kontrolle über alle Fluid-Kanäle, nicht nur Temperatur. Damit vermeiden Sie den Balance-Akt, den Sie vollziehen müssen, wenn die Temperatur auch die Auftriebskraft steuern soll, die heiße Gase aufsteigen lässt.

Oft beginnen Sie mit einer Simulation mit niedriger oder mittlerer Auflösung, was schnelle Änderungen ermöglicht. Dann möchten Sie irgendwann eine hochauflösende finale Version simulieren. Aber das würde nicht nur hochauflösende Details hinzufügen, sondern auch die Bewegung durch die veränderte Größe der Simulation, was in der Natur der Dinge liegt. Turbulence FD ist bei Vergrößern in der Lage, die exakte Form und Bewegung einer niedrig oder mittel aufgelösten Simulation beizubehalten und nur feine Details hinzuzurechnen. Das ist zudem schneller, als die gesamte Simulation bei hoher Auflösung erneut komplett durchlaufen zu lassen.

Sub-Grid Details bringen den Vergrößerungs-Effekt noch besser zur Geltung. Statt einen zweiten Durchlauf auf Ihre Basis-Simulation berechnen zu lassen, fügen Sie einfach die hochauflösenden Details erst beim finalen Rendervorgang hinzu. Für extreme Einstellungen ist dieser Effekt nicht so flexibel wie die Vergrößerung, aber Sie können sich oft den zusätzlichen Simulationsdurchgang sparen.