流体計算によらないインタラクティブな流れ模様の生成技法

不依赖于流体计算的交互式流型生成技术

基本信息

批准号：
20K12534
负责人：
鶴野玲治
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

自然界に存在する流体の動きや造形をコンピュータグラフィックスで描きだすにはナビエストークス方程式を解析的に求める物理ベースシミュレーションによる方法が一般的である。しかしこれはユーザーの感性に基づいたコントロールやエディットが困難という問題がある。本研究は必ずしも物理法則に忠実でなくもビジュアルシミュレーションレベルの精度でかつ自然で美しい印象を与える流れ模様を生成しインタラクティブにコントロールを可能にする適切な変数、関数、方程式、解法を探るものである。2020年度より進めてきた本研究は、当初、流体の「幾何学的特徴」をもとにナビエストークス方程式を幾何学的に解く方法で、計算効率向上と幾何学構造の再現と表現力の向上をさぐってきた。2021年度後半から2022年度にかけて応用として人間の毛髪の流れ模様に発展させた。流れの特徴を認めやすい長髪を対象とし、入力情報は2次元画像をもとにしたイメージベースとしている。インタラクティブなユーザーコントロールを想定し、自然な流れだけでなく、三編み構造をもった髪束モデルを実現した。純粋に髪の毛の特性をもとに流れの形を得ることに成功した。2022年度後半から水や風のような自然の流体に回帰し、解析的な方法から機械学習の考え方を取り入れるに至っている。研究の対象を当初の計算平面に戻し2次元閉領域での複雑な乱流を機械学習し、詳細度可変なさまざまな墨流しバターンの生成を行っており、新たな結果が出始めている。

为了使用计算机图形学来描述自然世界中存在的流体的运动和形状，通常使用基于物理的模拟来分析推导纳维-斯托克斯方程。然而，这存在难以根据用户的感受进行控制和编辑的问题。这项研究探索了适当的变量、函数、方程和解决方案，这些变量、函数、方程和解决方案能够实现交互式控制并生成流动模式，从而以视觉模拟级的精度给出自然而美丽的印象，而不必忠实于物理定律。这项研究从2020年开始，最初是一种基于流体的“几何特性”来几何求解纳维-斯托克斯方程的方法，目的是提高计算效率、再现几何结构、提高表现力。一直在调查它。从2021年下半年到2022年，我们将其开发为人类头发流动模式的应用。目标是长发，其流动特征易于识别，输入信息基于二维图像。考虑到交互式用户控制，我们创建了一个不仅具有自然流动而且具有编织结构的发束模型。我们纯粹根据头发的特性成功地获得了流动的形状。从2022年下半年开始，我们又回到了水和风等自然流体，并开始融入分析方法中的机器学习概念。我们正在将我们的研究返回到原始的计算平面，并对二维封闭区域中的复杂湍流进行机器学习，以生成具有不同细节级别的各种 suminagashi 模式，并且新的结果开始出现。