HYBRIDO應(yīng)用初探

【摘 要】在新版本的RealFlow軟件中，引入了一個(gè)叫HYBRIDO的解決方案，對(duì)我們實(shí)際的應(yīng)用很有意義，本文專門針對(duì)HYBRIDO的應(yīng)用做一個(gè)初步的探討。使用HYBRIDO可以用來模擬洪水或海洋的場(chǎng)景，利用傳統(tǒng)的RealFlow粒子發(fā)射器就可以創(chuàng)建。和其它軟件一樣，HYBRIDO所有的新元素都完全融入RealFlow用戶界面中，很容易操作，本文用一個(gè)實(shí)際的簡(jiǎn)單例子來說明HYBRIDO的使用方法。

【關(guān)鍵詞】HYBRIDO；粒子；模擬

一、HYBRIDO簡(jiǎn)介

隨著各種計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，人類社會(huì)發(fā)生著越來越多的變化，我們可以在電影、電視中看到完全由電腦制作出的各種令人驚嘆的、以假亂真的特效，這些特效絕大多數(shù)是我們沒有辦法去現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際拍攝的，或者說是一些人們想象中的場(chǎng)景，比如：洪水、海嘯、地震、火災(zāi)、龍卷風(fēng)、太空?qǐng)鼍?、未來世界等等。這其中對(duì)流體粒子的研究是全世界研究的一個(gè)熱點(diǎn)，有許多公司投入很大的精力在對(duì)這方面進(jìn)行深入的研究，并且有一些成果已經(jīng)在使用，應(yīng)用在現(xiàn)在的實(shí)際制作當(dāng)中。Next Limit公司出品的RealFlow就是其中比較優(yōu)秀的一款軟件。在新版本的RealFlow軟件中，引入了一個(gè)叫HYBRIDO的解決方案，對(duì)我們實(shí)際的應(yīng)用很有意義，本文專門針對(duì)HYBRIDO的應(yīng)用做一個(gè)初步的探討。

HYBRIDO(Hybrid large dimension Liquid solver)是Next Limit公司出品的一個(gè)全新的、復(fù)雜的技術(shù)專門用來模擬大、中型規(guī)模的液體或粒子的場(chǎng)景。這項(xiàng)技術(shù)還包括自動(dòng)生成的次級(jí)潑濺、泡沫和霧粒子[1]。使用HYBRIDO可以用來模擬洪水或海洋的場(chǎng)景，利用傳統(tǒng)的RealFlow粒子發(fā)射器就可以創(chuàng)建。

RealFlow的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器是一組可以完美模擬小水珠以及激流表面的高質(zhì)量流體粒子工具，但是，對(duì)于一些中、大型的項(xiàng)目使用這些標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器就會(huì)比較困難。比如，在一個(gè)走廊中有大量的水流快速過，需要產(chǎn)生浪花以及浪花上的霧狀粒子甚至還有一些泡沫，這時(shí)我們需要自己完成Python腳本、設(shè)置參數(shù)，來調(diào)整水流的速度、壓力等數(shù)值。如果使用HYBRIDO，這些都將成為過去，流體藝術(shù)家現(xiàn)在能夠快速的通過一些簡(jiǎn)單的操作，模擬出令人印象深刻的鏡頭，比如海洋浪花、巨大的洪水、湍流和有巖石狀懸崖的海岸，或者船只在暴雨中穿越湍流[2]。RealFlow可以按照條件自動(dòng)創(chuàng)建飛濺、泡沫、霧氣等粒子，這些次級(jí)粒子甚至可以當(dāng)成一個(gè)特定的處理在網(wǎng)絡(luò)上模擬，一個(gè)復(fù)雜的特效有可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)百萬個(gè)粒子，這時(shí)還可以去使用渲染農(nóng)場(chǎng)渲染場(chǎng)景，以便提高工作效率。和其它軟件一樣，HYBRIDO所有的新元素都完全融入RealFlow用戶界面中，很容易操作，能夠與其他物體充分互動(dòng)，有經(jīng)驗(yàn)的使用者會(huì)發(fā)現(xiàn)許多參數(shù)很容易設(shè)置。這種集成使得HYBRIDO工作流變得非常方便。

二、HYBRIDO簡(jiǎn)單應(yīng)用

下面我們用一個(gè)實(shí)際的例子來說明HYBRIDO的使用方法。

首先要設(shè)定一個(gè)域，是一個(gè)大型流體模擬發(fā)生的區(qū)域。傳統(tǒng)的RealFlow發(fā)射器是開放的，沒有必要去創(chuàng)造一個(gè)空間去限制流體的延伸，流體粒子的發(fā)射，被放置在一個(gè)幾乎沒有盡頭、沒有界限的空間中。所以傳統(tǒng)的RealFlow工作流的流體模擬方法，被稱為平滑粒子流體力學(xué)，這是非常適合小到中型項(xiàng)目的一個(gè)方法。但是對(duì)大型模擬就不適用了，因?yàn)榇罅康牧Ｗ油ǔＰ枰獪?zhǔn)確使用填充或者使飛濺粒子繞開物體。另一個(gè)問題是動(dòng)力學(xué)仿真速度。以“正常”粒子數(shù)量去做模擬是不實(shí)際的，使用HYBRIDO網(wǎng)格的方法可以更快地，更適合做這個(gè)工作。

網(wǎng)格就是將域空間細(xì)分成小細(xì)胞——這一過程也被稱為離散化。在這整個(gè)的模擬的過程中不能離開網(wǎng)格。這樣一個(gè)由網(wǎng)格組成的空間就是“域”，網(wǎng)格的數(shù)量被稱為解析度，解析度是有別于傳統(tǒng)的對(duì)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器的理解。在以前，分辨率會(huì)直接決定粒子數(shù)，而在域中，解析度只會(huì)間接影響粒子數(shù)。因此，有必要區(qū)分“網(wǎng)格分辨率”和“粒子解析度”這兩個(gè)概念。較高的網(wǎng)格的數(shù)量會(huì)得到更好、更準(zhǔn)確的最終仿真效果。

創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)格流體需要三個(gè)簡(jiǎn)單的步驟：

1、創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)格流體域。

2、添加一個(gè)對(duì)象來定義的發(fā)射器的形狀。

3、應(yīng)用網(wǎng)格發(fā)射器和發(fā)射的對(duì)象。

這時(shí)，我們已經(jīng)增加了一個(gè)網(wǎng)格流體域，里面有一個(gè)維度為10×10×10單位節(jié)點(diǎn)顯示的盒子。還可以看到8小立方體在域的角落。這些立方體單元大小代表當(dāng)前的網(wǎng)格大小，可以通過改變網(wǎng)格變獲得更小的或較大的解析度。

接下來需要增加一個(gè)發(fā)射器，發(fā)射出的粒子的形狀、大小等參數(shù)都需要對(duì)發(fā)射器進(jìn)行設(shè)置。而發(fā)射對(duì)象可以是幾乎任何物體，不管它是RealFlow內(nèi)部構(gòu)建的或是導(dǎo)入的SD文件，即使是一個(gè)二維物體，如三角形或圓盤也可以作為發(fā)射源來使用，這里我們使用標(biāo)準(zhǔn)的立方體。對(duì)象可以通過縮放、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)達(dá)到個(gè)人的需要。

這樣我們就完成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的場(chǎng)景的搭建，為了讓結(jié)果達(dá)到一個(gè)合理的目標(biāo)，我們還需要添加一個(gè)重力場(chǎng)。點(diǎn)擊“模擬”，耐心等待，將得到一個(gè)模擬結(jié)果，而RealFlow是采用圖片序列的方式存儲(chǔ)模擬結(jié)果的，所以我們也可以通過觀察圖片序列查看模擬結(jié)果。

三、結(jié)論

我們可以看到網(wǎng)格流體有一些特點(diǎn)。最明顯的是，所有粒子都在網(wǎng)格域里。就像本文以上所述，域像一個(gè)盒子，流體都在盒子里面。下一個(gè)問題涉及到這些邊界，從側(cè)面看能看到流體網(wǎng)格空間是不完全充滿的。無形的墻有一個(gè)內(nèi)在的方塊，顯示為一個(gè)紅色的正方形區(qū)域，在區(qū)域之外是不會(huì)有粒子的，更不會(huì)有粒子的運(yùn)算。這樣就可以大大減輕計(jì)算的負(fù)擔(dān)，提高我們的工作效率。

因?yàn)槠?，本文?duì)次級(jí)粒子、泡沫等沒有展開討論，即便是這樣，通過RealFlow的HYBRIDO我們?nèi)稳豢梢缘玫椒浅２诲e(cuò)的效果。作者也是希望通過上述簡(jiǎn)單的例子，能給讀者帶來一些啟發(fā)和思考。

參考文獻(xiàn)：

[1]http://www.nextlimit.com/.

[2]http://www.realflow.com/rf_hybrido.php.

作者簡(jiǎn)介：張嘯，碩士，西安外事學(xué)院工學(xué)院教師，研究方向：軟件工程，Web3D。