Simular a física por trás do movimento dos líquidos e como os fluidos - grossos ou finos - interagem com outros objetos é um problema chave em efeitos visuais. Dar vida a cenários como um pincel mexendo e espalhando tinta a óleo em uma tela ou espaguete jogado em molho de macarrão envolve modelagem computacional sofisticada. Esses tipos de cenários, em particular, são difíceis de simular devido à complexa reologia do líquido - como sua forma muda e se transforma com o movimento - e as intrincadas interações entre o líquido e os fios.

Uma equipe de cientistas da computação está tratando desse problema na computação gráfica com um romance, estrutura multi-escala que imita de forma realista e precisa a dinâmica complexa dos fios interagindo com os chamados líquidos dependentes de cisalhamento, como lama, Pintura a óleo, chocolate derretido, ou molho de macarrão. Os pesquisadores, da Columbia Engineering e da University of Waterloo, estão prontos para apresentar seu trabalho na ACM SIGGRAPH Ásia, realizada de 17 a 20 de novembro em Brisbane, Austrália. SIGGRAPH Ásia, agora em seu 12º ano, atrai as pessoas técnicas e criativas mais respeitadas de todo o mundo em computação gráfica, animação, interatividade, jogos, e tecnologias emergentes.

Exclusivo para este trabalho é a modelagem precisa da complexidade da dinâmica do fio de fluido. Imagine, por exemplo, uma tigela de espaguete, e tentar animar a quantidade de molho que se agarra a vários fios da massa enquanto ela é girada e retirada de uma tigela com um garfo. Para simular tal cenário, o método dos pesquisadores é responsável pela interação fluido-fita que ocorre em muitas escalas - tanto em pequena escala para fios finos e seus fluxos de superfície quanto em grande escala para fluido em massa.

"A natureza multiescala deste problema representa um desafio chave, "diz Yun (Raymond) Fei, autor principal do trabalho que recentemente concluiu seu doutorado. em ciência da computação na Columbia. "Exige que nosso modelo de simulação lide com uma grande quantidade de fluidos em movimento e pequenos, movimentos detalhados por fios e seus fluxos de superfície. "

Os colaboradores de Fei incluem os co-autores Christopher Batty, da University of Waterloo-Canada e da Columbia Engineering, Eitan Grinspun e Changxi Zheng.

Expandindo o trabalho anterior de animação de cabelos molhados, essa nova estrutura computacional é responsável pela mudança de volume do líquido à medida que ele passa pelos fios e pela troca de momento entre os fios e o líquido. Sua estrutura também leva em conta a coesão entre os fios e como os movimentos fluidos afetam o movimento do fio e vice-versa. A estrutura consiste em três componentes:um modelo que simula o fluxo do fluido na superfície dos fios, um modelo que simula o movimento de fios de cabelo individuais e suas colisões (por exemplo, a tigela de espaguete e molho), e um modelo que simula fluido em massa se movendo como um contínuo, como água fluindo de uma torneira.

"Nosso algoritmo reúne vários modelos físicos em escalas finas e grandes, e permite que a simulação capture imagens altamente complexas, fenômenos ricos e multifísicos em interações fluido-fita, "diz Zheng, professor associado de ciência da computação na Columbia.

Os pesquisadores demonstraram seu método em uma ampla gama de materiais e uma série de exemplos, incluindo cenários desafiadores envolvendo respingos, tremendo, e agitar o líquido que faz com que os fios se colem e fiquem emaranhados. Por exemplo, para ilustrar o comportamento coeso e friccional dos cabelos molhados, o método foi usado para simular de forma realista uma bola coberta de cabelo levantando-se de uma poça de lama e tremendo. Quando o movimento para, os cabelos grudam e se embaraçam como esperado. Um vídeo de demonstração do novo método pode ser visto aqui.

"Há muitos exemplos de fios fluidos no mundo físico que fomos inspirados a imitar no mundo virtual, "diz Grinspun, que conduziu a pesquisa enquanto professor associado da Columbia Engineering; Grinspun é agora professor de ciência da computação na Universidade de Toronto. "O que temos conseguido alcançar e emprestar aos artistas e usuários é um técnica em várias escalas para dar conta das camadas de matemática e física sofisticadas por trás dessa dinâmica complexa. "

O método da equipe pode ser aplicado imediatamente à criação de efeitos especiais na indústria cinematográfica. Trabalhos anteriores desses colaboradores foram usados ​​por importantes casas de efeitos visuais, como WETA Digital, e em filmes como Moana e Jungle Book. Em trabalho futuro, os pesquisadores imaginam que esse método pode ser aplicado para prever como os objetos se movem e se formam na produção de cosméticos ou no projeto de robótica.