Wavelet Turbulence

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Wavelet Turbulence

Wavelet-Turbulence Explosion.tif
Wavelet-Turbulence Explosion
Basisdaten

Entwickler ETH Zürich & Cornell University (Theodore Kim, Nils Thürey, Doug James & Markus Gross)
Kategorie 3D-Grafiksoftware
Lizenz GPL (Freie Software)
cs.cornell.edu/~tedkim/WTURB

Wavelet Turbulence for Fluid Simulation ist ein quelloffener[1] Algorithmus, mit welchem sich Explosions- und Flüssigkeitssimulationen, nachdem sie vom Simulationswerkzeug errechnet wurden, heterogener und detailreicher gestalten lassen.[2] Er ist als autarke Software verfügbar,[1] in anderen Programmen (z. B. Blender) enthalten[3] und wurde als wissenschaftliche Publikation veröffentlicht.[4]

Funktionalität

Neben der Auflösung, welche durch die Bearbeitung erhöht wird, lässt sich die Heterogenität der Simulation beeinflussen.[3]

Simulationen mit Wavelet Turbulence nachzubearbeiten hat gegenüber der unmittelbar detaillierten Berechnung des Ablaufes einer Simulation die Vorteile, dass sich der approximative Ablauf einer Simulation mit hoher Geschwindigkeit errechnen lässt, wodurch sich bei der Erstellung von CGI-Effekten einschätzen lässt, ob die Simulation mit der Szenerie, in welche sie eingefügt werden soll, harmoniert, dass der Algorithmus Details schneller errechnet und dass er es ermöglicht, verschiedene Stellen der Simulation unterschiedlich detailreich zu berechnen.[5]

Funktionsweise

Der Algorithmus ermittelt die UV-Koordinaten der Rohversion der Simulation weisungsfrei und verformt diese auf Basis zweier Texturen, welche er generiert.[4]

Im ersten Schritt werden der Simulation Details, deren räumliche Auflösung gering ist, beigefügt. Dazu wird der Algorithmus Wavelet Noise genutzt. Der Textur werden spiralförmigen Ströme beigefügt, welche einzelne Punkte hervorheben. Diese haben die Gestalt der Wolkenformation eines Tiefdruckgebietes.

Details mit großer räumlicher Auflösung werden mit einer Methode, welche dem Algorithmus Anisotropic Noise entstammt, errechnet. Im Gegensatz zu diesem errechnet Wavelet Turbulence ihre Position auf Basis der räumlich gering aufgelösten Ströme.

Mit Hilfe seiner Funktionalmatrix kann der Algorithmus mehrere Ströme verbinden.

Seine Pipeline ist folgendermaßen aufgebaut:[4][6]

Datei:Wavelet-Turbulence-Pipeline.png

Geschichte

Der technologische Ansatz zur Verbesserung von Computersimulationen durch Wavelet-Transformationen entstammt Jos Stams 1999 erschienenen Buch Simulating the Effects of Turbulence on Flexible Structures. Wavelet Turbulence kommt dem Algorithmus Anisotropic Noise, der es ermöglicht, Simulationen grobkörnige Details beizufügen, nahe.[4] Dieser ist im eigenständigen Wavelet Turbulence Programm[1] sowie in der Implementation dieses in Blender integriert.[3]

Die ETH-Zürich entschied sich dazu, den Artikel unter der GNU Public License zu veröffentlichen, da Lizenzgebühren die Verbreitung des Algorithmus verlangsamt hätten und weil sie eine Patentierung mit einer Gültigkeit von 30 Monaten 25'000 Euro gekostet hätte. Laut Markus Gross könne sich eine Universität wie die ETH dies nur leisten, wenn die Aussicht auf Erfolg außerordentlich hoch sei.[5] Nachdem sich Wavelet Turbulence zum Branchen-Standard entwickelt hatte, kritisierten die Entwickler, dass die Nutzung des Algorithmus von den Studios nur rar bezeichnet würde. In vielen Filmen solle eine Erwähnung der Nutzung im Abspann gefehlt haben. Obwohl die GPL dies erlaubt, wird die Praxis von verschiedenen Seiten als fragwürdig angesehen. Der Entwickler Nils Thürey kommentierte dies im Spiegel: „Wir haben unterschätzt, wie nützlich dieses Werkzeug sein würde.“[2]

Nutzung in Film-Projekten

Der Algorithmus wurde unter anderem zur Realisierung folgender Projekte genutzt:[7]

2009:

2010:

2011:

2012:

2013:

Auszeichnungen

Nachdem Wavelet Turbulence in vielen Produktionen von Hollywood-Studios eingesetzt wurde,[5] wurden die Entwickler im Jahre 2013 mit dem Technical Achievement Award der Academy of Motion Picture Arts and Sciences für den Algorithmus ausgezeichnet.[8][9]

Weblinks

Commons: Wavelet Turbulence – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c Wavelet Turbulence Source. In: cs.cornell.edu. Abgerufen am 29. Mai 2016 (englisch).
  2. ↑ a b Frank Thadeusz: Filmtricks: Dampf, Rauch – und rums! In: Der Spiegel. Nr. 45, 2015 (online).
  3. ↑ a b c Smoke Domain. In: Blender Reference Manual. Blender Foundation, abgerufen am 3. Juni 2016.
  4. ↑ a b c d Markus Gross, Nils Thurey, Doug James, Theodore Kim: Wavelet Turbulence for Fluid Simulation. (PDF; 9,7 MB) Zürich 2008
  5. ↑ a b c Dennis Buehler: Special Effects: Oscar für den Zauberer. In: Die Zeit. Nr. 7, 2013 (zeit.de).
  6. ↑ Fig. 1 by University of California: The Science Behind Hollywood Explosions. 15. September 2015, abgerufen am 11. Juni 2016.
  7. ↑ Wavelet Turbulence for Fluid Simulation. In: cs.cornell.edu. Abgerufen am 10. Juni 2016.
  8. ↑ Peter Rüegg: Oscar-worthy smoke signals. (Memento vom 6. November 2016 im Internet Archive) In: ETH Life. 8. Januar 2013.
  9. ↑ The 85th Scientific & Technical Awards 2012 | 2013. In: Oscars.org | Academy of Motion Picture Arts and Sciences. Abgerufen am 3. Juni 2016.
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