Fluide

Einführende Konzepte

Flüssigkeitssimulationen setzen sich aus folgenden Komponenten zusammen:

• Emitter: Definierte Form, die kontinuierlich Flüssigkeitspartikel freisetzt. Sie können aus Standardemittern, wie z. B. Kugeln, Quadern und Ebenen wählen oder ein benutzerdefiniertes Objekt als Form auswählen.
• Container: Typ von Emitter, der eine feste Menge an Flüssigkeit zu Beginn der Simulation enthält. Sie können zwischen Standard-Containern, z. B. Kugeln, Quadern und Ebenen, wählen oder ein benutzerdefiniertes Objekt als Form auswählen.
• Solver: Engine, die die Simulation basierend auf den aktuellen Parametern und zugehörigen Objekten berechnet. Sie können mehrere Solver in jeder Flüssigkeitssimulation verwenden, um die Ergebnisse zu manipulieren, ohne dass Sie Ihre Arbeit aus früheren Iterationen verlieren.
• Collider: Objekt, das konfiguriert ist, um mit der Flüssigkeit zu kollidieren, wobei Spritzer entstehen und/oder sich die Richtung der Flüssigkeit ändert.
• Schaum: Partikel, die Blasen-, Schaum- und Gischteffekte simulieren.
• Führung: System, das eine flüssige Oberfläche wie z. B. einen Abschnitt eines Ozeans mithilfe eines Polygonnetzes oder einer niedrigauflösenden Simulation erstellt. Dadurch wird ein höherer Detailgrad auf den obersten Oberflächenlayer beschränkt, um Anforderungen an den Arbeitsspeicher und die Berechnung gering zu halten.
• Killplane: Fläche, die Partikel aus der Simulation entfernt, sobald sie sie kreuzen. Killplanes sind hilfreich, um die unnötige Berechnung von Partikeln zu vermeiden, die sich nicht mehr in der Ansicht befinden.

Optimieren der Leistung

Beim Anfertigen einer beliebigen Flüssigkeitssimulation ist es das Ziel, so schnell wie möglich ein visuell ansprechendes Ergebnis zu erzeugen. Dazu ist es wichtig, die verfügbaren Optionen zu verstehen, um Details und Genauigkeitsdetails gegen Arbeitsspeicher und Berechnungszeit auszutarieren.

Die Haupteinstellung zur Steuerung der Simulationdetails ist die Option Master-Voxelgröße im Bereich Solver-Eigenschaften der Gruppe Solver-Parameter. Diese Einstellung beeinflusst auch in hohem Maße die Genauigkeit. In der Regel verwenden Sie einen höheren Wert für eine schnelle, weniger detailreiche Vorschau Ihrer Arbeit; dann wählen Sie einen niedrigeren Wert für eine genauere Simulation, wenn Sie mit dem Ergebnis zufrieden sind.

Bei jeder Master-Voxelgröße können die Attribute Transportschritte und Zeitschritte im Bereich Simulationsparameter der Gruppe Solver-Parameter die Genauigkeit einer Simulation erhöhen. Dies geht jedoch mit zusätzlichen Berechnungsschritten und mehr Zeitaufwand einher. Weitere Informationen finden Sie weiter unten im Abschnitt Adaptivitätseinstellungen.

Eine vorteilhafte Kombination von Master-Voxelgröße und Adaptivitätseinstellungen hängt von der Geschwindigkeit der Partikel im Verhältnis zur Skalierung der modellierten Szene ab. Wenn z. B. die Partikelgeschwindigkeiten so hoch sind, dass sie sich in einem einzigen Zeitschritt von einer Seite eines Colliders zur anderen bewegen, sieht es so aus, als ob überhaupt keine Kollision stattgefunden hätte. Wenn außerdem die Partikel einen Collider zu stark durchdringen, werden sie möglicherweise auf die falsche Seite bewegt, so als ob sie 'undicht' wären. Um diese Probleme festzustellen, können Sie die Partikelgeschwindigkeiten untersuchen. Legen Sie dafür in den Anzeigeeinstellungen fest, dass der Geschwindigkeitskanal als Farbverlauf dargestellt wird.

Bei der Arbeit mit einem sehr kleinen Maßstab, z. B. beim Simulieren eines einzelnen Wassertropfens, müssen Sie unter Umständen die Frame-Rate der Szene aufgrund der sehr hohen Geschwindigkeiten im Verhältnis zu den kleinen Abständen und kurzen Zeitrahmen erhöhen.

Adaptivitätseinstellungen

Verwenden Sie die Adaptivitätseinstellungen in der Gruppe Simulationsparameter im Fenster Simulationsansicht, um die Auflösung automatisch anzupassen. So wird das höchste Maß an Details angezeigt, wann und wo es nötig ist, ohne unnötig Speicherplatz und Berechnungszeit in Anspruch zu nehmen. Für die Steuerung stehen vier Optionssätze zur Verfügung:

Überlegungen zur Skalierung

Die Skalierung ist sehr wichtig bei der Arbeit mit Flüssigkeitssimulationen, da sich diese direkt auf die Glaubwürdigkeit des Endergebnisses auswirken. Denken Sie beispielsweise an die physisch verkleinerten Modelle von Seen und Schwimmbecken in alten Filmen, die nie ganz echt wirkten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in der Realität eine ein Meter hohe Welle in einem Gewässer anders aussieht als eine ein Zentimeter hohe Welle. Deshalb ist es wichtig, dass Sie den Einheiten die nötige Aufmerksamkeit schenken, um die bestmöglichen Ergebnisse zu erhalten, ohne dabei zu große Arbeitsspeicherreserven und zu viel Berechnungszeit zu investieren.

Bei der Erstellung einer Simulation gilt es, drei wichtige Parameter zu berücksichtigen:

• Voxelgröße
• Max. Einheits-Setup
• Szenengröße

Das Max. Einheits-Setup ist wichtig, da es festlegt, wie sich Flüssigkeiten verhalten und wie viel Arbeitsspeicher sie verbrauchen. Bei der Arbeit mit Flüssigkeiten dürfen Sie nie die realen Abmessungen der Szene aus den Augen verlieren. Daher sollten Sie keine internen Einheiten verwenden. Setzen Sie die Einheitenskala auf Meter, um eine Vorstellung von der tatsächlichen Größe der Szene zu erhalten. Max Fluids berücksichtigt auch benutzerdefinierte Einheiten. Sie müssen aber beim Ändern darauf achten, welche die vorgabemäßige Einheit ist. Im Idealfall sollten Sie ein Maßband zur Hand haben. So können Sie Objekte messen und sehen, wie groß sie tatsächlich sind. Einheiten haben auch einen Einfluss darauf, wie die Szene aussieht. Eine 15 cm hohe Welle sieht nämlich anders aus als eine 15 Meter hohe Welle. Die benutzerdefinierte Überschreibung von Einheiten im Flüssigkeitssolver sollte nur verwendet werden, wenn Sie künstlich von den Einheiten eingeschränkt werden, z. B. einer Game-Engine, oder Sie einen Spezialeffekt wie das Rendern von realistischem Wasser in Puppenhausgröße benötigen.

Szenengröße ist die Größe der Szene mit realen Bemaßungen, die durch das Einrichten von Einheiten festgelegt wird. Die Szenengröße hat eine direkte Auswirkung darauf, wie Sie die Voxelgröße festlegen. Wenn Ihre Flüssigkeitsszenengrenzen beispielsweise 10 mal 10 km sind, wird die Einstellung der Voxelgröße auf 0,05 cm höchstwahrscheinlich niemals zu Ende berechnet werden, da die Arbeitsspeicheranforderung so groß ist. Im Idealfall sollten Sie zunächst mit einer sehr großen Voxelgröße beginnen und sich dann nach unten arbeiten, bis Sie angemessene Ergebnisse unter Zuhilfenahme eines angemessenen Arbeitsspeichervolumens erhalten. Außerdem gilt: Je dichter das Voxelraster ist, desto länger braucht die Simulation zur Berechnung.

Sowohl die Option Transportschritt als auch die Option Transportzeit bestimmen die Simulationsqualität. Sie haben jedoch eine größere Auswirkung darauf, wie schnell sich Partikel bewegen, als auf die Gesamtqualität.

Netze

Das Netz ist eine weitere Darstellung des Ergebnisses. Zusätzlich zum Rendern kann es auch als Alembic oder anderer Cache für die Verwendung in einer anderen Szene oder Software exportiert werden. Es verfügt über keine Polygone, es sei denn, Sie aktivieren die Vernetzung für die Form.