Engenheiros da Caltech geraram uma simulação de computador de anéis de bolha subaquáticos que é tão realista que é virtualmente indistinguível de um vídeo real. O objetivo da pesquisa, Contudo, vai muito além da criação de computação gráfica de última geração. Em vez de, seus desenvolvedores esperam que a simulação possa lançar luz sobre a matemática e as forças que governam tais fenômenos.

"Quando fazemos essas abstrações, ainda queremos capturar algumas verdades fundamentais sobre o universo, "diz Peter Schröder, o Shaler Arthur Hanisch Professor de Ciência da Computação e Matemática Aplicada e Computacional na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas, cuja equipe construiu a simulação.

Os anéis de bolha são vistos com mais frequência em vídeos online criados por mergulhadores, que sopram os anéis de maneira semelhante a fumantes soprando anéis de fumaça. A equipe de Schröder simulou dois anéis subaquáticos de ar se fundindo e depois se separando novamente. Eles apresentarão seus trabalhos na Conferência e Exposição Internacional de Computação Gráfica e Técnicas Interativas (SIGGRAPH), a ser realizado em Los Angeles de 28 de julho a 1º de agosto.

O projeto começou com uma tentativa de entender melhor as explosões solares, que são enormes voltas de plasma que saem da superfície do sol. A criação e o crescimento de explosões solares são governados por uma série de forças complexas (por exemplo, forte campo magnético do sol) que tornam difícil modelá-los e entendê-los, Schröder diz.

Devido à complexidade do problema, A equipe de Schröder acabou dividindo-o em pedaços individuais menores. "Se você olhar os vídeos do sol e as erupções na superfície do sol, você pode ver esses grandes arcos do que são chamados de cordas de fluxo, "Schröder diz." Eles se retorcem e depois se ligam, e há eventos violentos em que o loop se fecha. Isso é um pouco semelhante a quando dois filamentos de vórtice - dois anéis de bolha - se encontram. Há uma reação muito violenta quando eles se fundem ou uma seção é cortada, com ondas viajando ao longo do anel de bolha. "

Um similar, mas uma versão mais suave pode ser criada jogando tinta na água. A tinta forma uma rosca retorcida que então se ramifica nos chamados lustres de tinta.

Erupções solares, anéis de bolha, e lustres de tinta compartilham uma coisa em comum:torção, formas fluidas semelhantes a rosquinhas que giram em torno de uma linha central. Assim, modelar efetivamente um dos fenômenos deve oferecer uma visão parcial dos outros, Schröder diz.

"A esperança de nosso trabalho é fornecer percepções geométricas. Estamos sempre olhando para a geometria das coisas e de seu comportamento - neste caso, estamos olhando para a geometria desta curva central do anel de bolha viajando e as mudanças em sua espessura, " ele diz.

Para medir o quão próximo suas simulações de computador modelam a realidade, Schröder os compara lado a lado com vídeos reais. Mesmo que ele não tenha todas as variáveis ​​possíveis definidas perfeitamente, se os dois vídeos forem praticamente indistinguíveis, ele provavelmente está fazendo algo certo.

"Agora, temos uma comparação visual porque não há como dizer, "Uau, você acertou exatamente. "É muito complicado verificar quantitativamente; há muitas variáveis. Mas quando você vê a visualização, o olho dirá, "Sim, isto é uma combinação, "" ele diz. "Convido qualquer pessoa a olhar e a dizer se acham que é uma combinação. Sentimo-nos muito bem com isso."

Essa análise qualitativa - em vez de quantitativa - pode parecer inexata para os padrões de um matemático, mas isso levou a alguns momentos "a-ha" maravilhosos para Schröder, quando a simulação de computador parece tão realista que ele pode ter certeza de que a matemática que ele usou para construí-la é aquela que governa os fenômenos do mundo real.

"O que me motiva é encontrar essas belas descrições de algo que parece terrivelmente complicado, mas pode ser reduzido a alguns conceitos-chave matemáticos. O resto segue a partir daí. Há beleza em ver que um princípio muito simples de repente dá origem a a aparência complexa que percebemos, "Schröder diz.