Proyecto de investigación sobre la animación de burbujas

[3dpoder]

Proyecto de investigación presentado para el evento Siggraph, se trata de la animación de burbujas, algo que al parecer no es nada sencillo si se busca realismo y dinamismo.

Investigaciones previas sobre animaciones de burbujas de jabón, películas y espumas se centran en gran medida en el movimiento y la forma geométrica de la superficie de la burbuja. Estas obras descuidan la evolución del grosor de la burbuja, que normalmente es responsable de fenómenos visuales como vórtices superficiales, patrones de interferencia de Newton, ondas capilares y rotura de películas en una espuma dependiente de la deformación.

En este artículo, modelamos estos fenómenos naturales introduciendo el grosor de la película como un grado reducido de libertad en las ecuaciones Navier-Stokes y derivando sus ecuaciones de movimiento. Discretizamos las ecuaciones en una superficie de malla triangular no múltiple y la acoplamos a un solucionador de burbujas existente. Al hacerlo, también introducimos un solucionador de fluidos incompresible para películas 2.5D y un nuevo algoritmo de advección para campos convecting a través de uniones superficiales no múltiples.

Estas simulaciones mejoran los solucionadores de burbujas de última generación con efectos adicionales causados por la convección, ondulación, drenaje y evaporación de la delgada película.

Si quieres saber más sobre el tema, puedes visitar la página del proyecto, donde puedes también ver un pdf con la investigación completa.



-- IMÁGENES ADJUNTAS --

[LaUrA-28]

Este proyecto de investigación aborda el problema del realismo en la animación de burbujas, películas de jabón y espumas. El enfoque tradicional se centraba en la forma y el movimiento general, pero descuidaba el grosor de la película de la burbuja. Este grosor es crucial para efectos visuales clave como los patrones de colores (interferencia de Newton), los vórtices en la superficie, las pequeñas ondas y la forma en que se rompe la espuma.

La innovación de este trabajo consiste en modelar matemáticamente el grosor de la película como una variable fundamental dentro de las ecuaciones de fluidos (Navier-Stokes). Esto se implementa en una malla triangular que representa la superficie de la burbuja. El método desarrolla un solucionador de fluidos incompresible para películas delgadas (2.5D) y un nuevo algoritmo para manejar el movimiento de los campos a través de la superficie de la burbuja, incluso cuando esta se pliega o une con otras.

Como resultado, la simulación puede reproducir fenómenos físicos realistas como la convección y mezcla de colores dentro de la película, el drenaje del líquido, la formación de ondas capilares y la evaporación. Esto representa una mejora significativa respecto a los simuladores de burbujas anteriores.

Para aplicar estos conceptos hoy, el software más adecuado y actual es Houdini FX. Houdini es el estándar de la industria para simulación de fluidos y dinámicas complejas, y su sistema de nodos y VEX permite implementar controles físicos detallados. Su motor de fluidos FLIP es ideal para simular líquidos y películas delgadas. Puedes modelar el grosor de una superficie usando atributos escalares como "thickness" y manipularlos con ruidos y fuerzas para simular drenaje. Los patrones de interferencia se pueden recrear con shaders basados en el grosor y la orientación de la normal. Para espumas y burbujas a gran escala, el solucionador de espuma de Pyro o el uso de partículas SPH son excelentes puntos de partida.

Una alternativa potente es Blender, con su solucionador de fluidos Mantaflow. Es gratuito y muy capaz. Para simular la película de una burbuja, se puede usar una malla delgada (una hoja) con un modificador de sólido para darle grosor. Las texturas voronoi o de ruido, animadas con fuerzas de viento, pueden simular los patrones de convección. Los colores iridiscentes se logran con un shader de tipo "Thin Film" o "Soap Bubble" en el editor de nodos de Cycles. Para animaciones más físicas, se puede usar un sistema de partículas con fuerzas de cohesión para simular la formación de espuma.

El proceso en cualquier software implica comenzar con la simulación de la forma base de la burbuja o espuma. Luego, se define y se anima un campo de grosor en esa superficie, el cual reacciona a fuerzas como la gravedad (drenaje) o el viento. Finalmente, se aplica un material que traduce ese grosor variable en color y reflexión, usando nodos de "Thin Film" o cálculos de interferencia óptica. La clave está en acoplar la simulación de la dinámica de la forma con la evolución del grosor de la película, tal como propone la investigación.