Stormscapes simula nubes con interacción dinámica

Stormscapes simula nubes con interacción dinámica, esto quiere decir que el programa será capaz de generar nubes que puedan interactuar con los efectos atmosféricos que le rodean, como el viento. La compleja interacción de una serie de fenómenos físicos y meteorológicos hace que la simulación de nubes sea un problema de investigación abierto y desafiante. El equipo de Stormscapes propone un modelo físicamente preciso para simular nubes y la dinámica de sus transiciones.

Proponen formulaciones de primer principio para la computación flotabilidad y presión atmosférica que nos permitan simular las variaciones de la densidad atmosférica y los gradientes de temperatura variables. Su simulación permite modelar varios tipos de nubes, como cúmulos, estratos y estratocúmulos, y sus formaciones realistas causadas por cambios en la atmósfera.

Además, Stormscapes puede simular supercélulas en la nube a gran escala, clústeres de formaciones de cumulonimbos, que suelen estar presentes durante las tormentas eléctricas. Para permitir la exploración eficiente de estos paisajes tormentosos, proponen un conjunto ligero de parámetros de alto nivel que permite explorar intuitivamente las formaciones y la dinámica de las nubes. Su método permite simular formaciones de nubes de hasta aproximadamente 20 km × 20 km de extensión a velocidades interactivas.

Explorar las posibilidades de una nube interactiva y físicamente precisa en cuanto a simulaciones mostrando numerosos ejemplos y acoplando nuestro modelo con mediciones atmosféricas de servicios meteorológicos en tiempo real para simular formaciones de nubes reales en el espacio tiempo. Finalmente, evalúan cuantitativamente nuestro modelo con perfiles de fracción de nubes, una medida común para comparar tipos de nubes.

Las nubes se encuentran entre los fenómenos meteorológicos más comunes que uno puede observar. Desde densas capas de niebla terrestre o durante cielos nublados, a la conocida apariencia de algodón en la parte inferior, e incluso su ausencia durante el cielo azul, las nubes son la resultado de la compleja interacción de varios fenómenos físicos y meteorológicos que definen la atmósfera. Debido a su fascinante apariencia visual, las formaciones de nubes evocan fascinación y miedo por igual, lo que convierte a las nubes en un activo visual importante para la creación de contenido en medios visuales, como juegos o películas.

En gráficos por ordenador, los métodos existentes para las nubes se centran en la simulación de varios tipos de nubes específicas, su generación interactiva, representaciones para permitir formaciones de nubes, o el renderizado realista. Además, incluso se ha reconocido que las nubes y otros fenómenos meteorológicos pueden utilizarse como medio para modelar paisajes urbanos.

Sin embargo, a pesar de estos avances, el grado de realismo y la variedad de nubes simuladas todavía es limitada y la simulación físicamente precisa de la dinámica de la nube solo ha sido parcialmente cubierto por la comunidad de computación visual.

Debido a su presencia en nuestra vida diaria y a su importancia para la predicción del tiempo, la motivación para comprender las nubes y su dinámica también se extiende mucho más allá de las aplicaciones comunes en computación visual. Los métodos existentes en meteorología, ingeniería y ciencias ambientales tienen como objetivo simular de manera realista las condiciones atmosféricas para permitir predicciones meteorológicas más fiables, fenómenos, a menudo en grandes extensiones espaciales y basados ​​en modelos complejos y físicamente precisos.

La mayoría de estos modelos son computacionalmente exigentes y por lo tanto, evitan la exploración interactiva de la dinámica de la nube.

Argumentamos que las simulaciones de nubes rápidas pero realistas juegan un papel importante para una mayor comprensión de los fenómenos meteorológicos, también para la generación de datos de enfoques basados ​​en el aprendizaje.

En este artículo, avanzamos las simulaciones de nubes al presentar un nuevo modelo físico que permite expresar varios tipos de nubes y sus transiciones, así como fenómenos más dinámicos como como la formación de tormentas, mesociclones y supercélulas tormentas eléctricas, a las que nos referimos como paisajes de tormenta. Habilitamos estos y simulaciones mediante la introducción de nuevas formulaciones para la flotabilidad y distribuciones de temperatura basadas en primeros principios.

La flotabilidad se define para considerar variaciones de densidad en la atmósfera, mientras que nuestra formulación para perfiles de temperatura permite diferentes gradientes de temperatura, incluidos los perfiles de inversión de temperatura. diferente a modelos existentes, esto nos permite crear las condiciones necesarias para simular formaciones de nubes cumulonimbus e incluso más complejas fenómenos como la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz. La figura 1 muestra simulación de tres tormentas supercelulares con nuestro marco.

Proporcionar a los usuarios una forma intuitiva de interactuar con la nube y sus formaciones, identificamos un conjunto ligero de parámetros físicos de alto nivel que determinan un escenario meteorológico. Específicamente, encontramos que la humedad del suelo controla la altitud base de la nube, mientras que la tasa de caída de la temperatura atmosférica controla de forma independiente la nube altitud máxima. Nuestro modelo se implementa como un solucionador de fluidos basado en cuadrículas para permitir la simulación eficiente de formaciones de nubes complejas sobre grandes extensiones espaciales.

Para aumentar aún más el realismo de nuestra simulaciones acoplamos la dinámica de fluidos con representaciones detalladas del terreno obtenidas a partir de datos de mapas reales. Juntos esto permite simulaciones físicamente precisas y la exploración interactiva de paisajes de tormenta a gran escala.

En resumen, nuestras contribuciones clave son: (1) proponemos novedosos formulaciones de primer principio para calcular la flotabilidad y la presión del aire que nos permiten simular las variaciones de la densidad atmosférica y gradientes de temperatura variables; (2) incorporamos estas formulaciones en un modelo de dinámica de fluidos basado en cuadrículas que permite Simulación físicamente precisa de varios tipos de nubes y transiciones entre ellas, incluidos cúmulos, estratos, niebla, estratocúmulos, y cumulonimbus; (3) presentamos un conjunto ligero de parámetros que nos permiten explorar y modelar de forma intuitiva las formaciones de nubes; (4) abordamos con éxito la simulación de varios fenómenos meteorológicos complejos fenómenos, como tormentas, mesociclones y varios tipos de tormentas eléctricas supercelulares; (5) evaluamos cuantitativamente nuestro modelo utilizando perfiles de fracción de nubes, una medida común para comparar tipos de nubes; (6) finalmente, acoplamos nuestro modelo con datos de tiempo real servicios meteorológicos para explorar de forma interactiva formaciones de nubes en el ahora.

Este estudio es más extenso de lo que aquí expongo, si quieres leerlo completo, puedes hacer en el pdf adjunto, y si estás pensando en descargarlo y probarlo, todavía no es posible, primero se va a presentar en el Siggraph y supongo que allí anunciarán algo más en cuanto a fechas.

Como podéis ver en las capturas el resultado es excelente, ahora bien, habrá que ver cómo trabajan en movimiento con respecto a la física, pero el estudio es realmente completo y en el video deja buenas impresiones.

https://youtu.be/3T73NU3YtHI

-- IMÁGENES ADJUNTAS --
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