动画特效的流体动力学框架制造技术

使用动画特效的流体动力学框架系统建模。动画特效的流体动力学框架系统接收容积数据作为输入。输入容积数据可表示动画特效的初始状态。输入容积数据可表示源、下沉、外力、和/或动画特效的其他影响。此外，所述系统接收和流体动力学建模相关的输入参数。输入量和参数被应用于不可压缩Navier-Stokes方程作为对动画特效初始状态的膝盖，作为压力方程的强迫项的修改，或影响方案的其他强迫类型的计算中。所述输入容积数据可使用标量混合场域其他容积数据进行合成。所述不可压缩Navier-Stokes方程的方案建模所述动画特效的移动。

【技术实现步骤摘要】
动画特效的流体动力学框架
目前披露通常涉及到计算机图形，更确切地说，涉及使用动画特效的流体动力学 框架，诸如灰尘、烟雾和/或爆炸。
技术介绍
在计算机动画领域中，经常使用流体模拟建模诸如香烟、火、灰尘、爆炸等动画特 效，这是因为流体模拟产生这些动画特效的实际模型。例如，图1描述具有使用流体模拟建 模的尘埃云团102的模范动画场面。电脑执行流体模拟通常基于不可压缩流体动力学方程，是管理移动流体的属性的 偏微分方程。基于N-S (navier-stokes)方程的流体模拟的结果，可能受到对N-S方程输入 操纵以及通过操纵解决偏微分方程方式的影响。在制作电脑动画电影期间，大量的时间都花在建模类似于尘埃云团102的动画特 效。因此，可供动画艺术家用于创建动画特效的流体模拟工具的改进，特别是在计算效率、 视觉质量、设置灵活性和艺术控制的领域，有助于提高电脑动画电影的视觉质量，并同时降 低其相关成本。
技术实现思路
本文所述的动画特效的流体动力学框架系统(FLUX)是基于不可压缩N-S方程的 时间整合。在一个实施例中，N-S方程的输入被表不为在一般网格上米样的离散量。显式散 度控制域被纳入解决方案。无条件稳定的半拉格朗日平流方案系列用于确定流体移动。表 示感兴趣的视觉量(烟、火、灰尘等)的用户指定标量字段集合使用所计算的流体移动平流 输送。不可压缩性约束、扩散和耗散项用于解决方案中，以便应用快速的计算机实施技术， 用于解决椭圆型方程。在一个实施例中，FLUX系统访问表不初始条件的特效的第一容积数据集合,表不 速度场的第二容积数据集合，以及表示对特效影响的第三容积数据集合。第二容积数据集 合可描述特效的平流输送。使用第一容积数据集合、第二容积数据数据、第三容积数据集合 和不可压缩N-S方程确定动画特效的移动。在确定移动时，FLUX系统应用第三容积数据集 合以影响不可压缩N-S方程的解决方案。动画特效的移动被存储为第四容积数据集合。在一个实施例中，第三容积数据集合表示动画特效的来源并包括来源值的标量 场，以及混合来源和来自第一容积数据集合现有值的标量场。第四容积数据集合进一步使 用如下的线性组合确定标量源场，标量混合场以及第一容积数据集合。应用线性组合作为 对动画特效的初始状态的修改。在一个实施例中，第三容积数据集合表示动画特效和另一动画物体之间的碰撞， 并包括向量场和标量场，所述标量场用于混合向量场和来自第二容积数据集合的现有值， 第四容积数据集合进一步使用如下的线性组合进行确定向量场、标量混合场以及第二容 积数据集合。在一个实施例中，第三容积数据集合表示影响特效的散度场，以及第三体积集合 被应用到不可压缩的N-S方程，作为压力方程强迫项的修改。在一个实施例中，第三容积数 据集合表示用于驱动特效移动的向量场，以及第三容积数据集合作为力场被应用到不可压 缩的N-S方程。附图说明图1是描述使用动画特效的流体动力学框架(FLUX)系统的实施例产生的示例性 动画现场的屏幕截图。图2描述由FLUX系统处理的示例性容积数据。图3是描述由FLUX系统的实施例使用的示例性处理的块图。图4是描述使用FLUX系统的实施例产生的示例性动画现场的屏幕截图。图5是描述使用FLUX系统的实施例产品的示例性动画现场的屏幕截图。图6是描述在FLUX系统体积燃烧模型中燃料燃烧速率随温度变化的图形。图7是描述使用FLUX系统的实施例产生的示例性动画现场的屏幕截图。图8是描述使用FLUX系统的实施例产生的示例性动画现场的屏幕截图。图9是描述示例性FLUX系统的框图。具体实施方式以下描述提出示例性方法和参数等。然而，应该认识到这些描述并不用于限制本 公开的范围，为是用于描述示例性实施例。图1描述使用动画特效的流体动力学框架(FLUX)系统的实施例产生的示例性动 画现场100，并显示倒在地面的高楼101。倒下的楼101的影响，与地面形成尘埃云团102， 以及在建筑物101和地面(没有显示)之间的影响区域用作尘埃云团102的来源。动画现 场100的观看者可预期尘埃云团102随着时间在空间位移的变化(例如，形状)。例如，尘 埃云团102可最初扩散并随着时间消散。进一步，尘埃云团102根据动画现场中其他对象 (诸如建筑物103和104)所定义的动画现场100的布局传播经过在动画现场100中的开放 区域。也就是说，尘埃云团101的形状可解释交互，诸如自身和动画现场100中其他对象之 间的碰撞。为了清楚和方便，参考建模计算机生成的特效(类似于尘埃云团)描述FLUX系统 的示例性实施例。然而，应该认识到，FLUX系统是广义的动画特效框架，可用于构建其他动 画特效。例如，FLUX系统可以模拟烟、火、灰尘、爆炸、蒸汽，等等。FLUX系统也可以建模无 形的或不那么可见的量，诸如热源周围的空气温度，尘埃云团中粉尘粒子的颜色，等等。因 此，本文给出的动画特效的示例并非旨在限制FLUX系统的使用。FLUX系统包含广义运输组件和流体动力学组件。FLUX系统的广义传输组件访问 容积数据作为输入。FLUX系统的流体动力学组件通过并入输入容积数据而随时间集成不可 压缩N-S方程而建模动画特效的移动(例如，大小和形状)。如本文所用，容积数据指关于在一个或多个维度的常规、离散均匀网格描述并存 储数据的格式。例如，容积数据集合可用以描述和存储动画特效的空间布局，诸如尘埃云 团。尘埃云团的空间布局可关联于三维空间的常规，离散均匀网格。网格的网格点可对应于尘埃云团的位置。值可被指定到网格点以表示在尘埃云团的对应位置出现的尘埃量。和 网格相关联的值可存储在存储器中的一个或多个线性阵列中。由该阵列表示的数据被称为 容积数据。进一步，容积数据集合中的离散元素(对应于网格点)被称为体素或像素点。图2示出和网格202关联的示例性尘埃云团。虽然图2为了简单起见表示两个维 度，但本领域技术人员可理解网格(以及描述网格的容积数据)可包括其他维度。网格 202包含以间距h的均匀网格的大量的网格点，h表示动画域中尘埃云团201的空间布局。 网格202(动画领域)可使用线性变换:r(i)转换为网格203。网格203表示不同域中的尘 埃云团，被称为FLUX域。域专用容积数据的使用提供了某些优势。例如，网格202(动画领 域)可以更高分辨率代表尘埃云团201，而网格203 (FLUX域)可表示较低分辨率的尘埃云 团201。在另一个例子中，网格203 (FLUX域)可仅包含网格202 (动画领域)的选择部分。 正如所预料的，对减少数据量和/或较低分辨率建模需要更少的时间。和网格203关联的体积数据受到示例性FLUX系统204的访问。使用和网格203 关联的体积数据以及其他输入数据205，示例性FLUX系统204产生输出网格，其表示扩散的 尘埃云团207。网格205(FLUX域)可转换为网格206(动画领域)，用于最终呈现尘埃云团 207。注意，不同的线性变换可用于映射不同的容积数据集合来往于FLUX域。应该指出，为了保持本说明书的一致性，由f (或函数;f)表示的量是使用容积数 据描述的量。进一步，和域边缘关联的网格点(例如，动画领域)配合域的物理边界。使用广义形式的输入数据(例如，容积数据)允许FLUX系统在其动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有计算机可执行指令用于在计算机动画中模拟特效的非临时计算机可读存储介质，包括指令用于：访问表示初始条件的特效的第一容积数据集合；访问表示速度场的第二容积数据集合，其中所述速度场描述所述特效的平流；访问表示对所述特效影响的第三容积数据集合；确定表示新状态中的所述特表的第四容积数据集合，其中，使用第一容积数据集合、第二容积数据数据、第三容积数据集合和不可压缩Navier?Stokes方程确定容积数据的第四集合；以及存储所述第四容积数据集合。

【技术特征摘要】
2011.07.27 US 13/192,4051.一种具有计算机可执行指令用于在计算机动画中模拟特效的非临时计算机可读存储介质，包括指令用于访问表示初始条件的特效的第一容积数据集合；访问表示速度场的第二容积数据集合，其中所述速度场描述所述特效的平流；访问表示对所述特效影响的第三容积数据集合；确定表示新状态中的所述特表的第四容积数据集合，其中，使用第一容积数据集合、第二容积数据数据、第三容积数据集合和不可压缩 Navier-Stokes方程确定容积数据的第四集合；以及存储所述第四容积数据集合。2.如权利要求1所述的非临时计算机可读存储介质，其中所述特效是尘埃云团、烟雾云团、爆炸。3.如权利要求1所述的非临时计算机可读存储介质，其中所述第一容积数据集合包括第一多个像素，以及所述第一容积数据的给定像素包括表示在动画域中给定坐标的特效组件出现的标量值。4.如权利要求1所述的非临时计算机可读存储介质，其中所述第三容积数据集合表示所述动画特效的源并包括表示所述源的值的标量源场以及表示在所述第一容积数据集合上源的影响的标量混合场；以及所述第四容积数据集合进一步经确定使用标量源场、标量混合场和所述第一容积数据集合的线性组合。5.如权利要求4所述的非临时计算机可读存储介质，其中当确定所述第四容积数据集合时，所述线性组合用于取代所述第一容积数据集合。6.如权利要求1所述的非临时计算机可读存储介质，其中所述第三容积数据集合表示所述动画特效和另一动画对象之间的碰撞，并包括向量场和表示所述向量场对所述第二容积数据集合影响的标量场；以及所述第四容积数据集合进一步使用所述向量场、所述标量场和所述第二容积数据集合进行确定。7.如权利要求6所述的非临时计算机可读存储介质，其中所述计算机动画对象是计算机对话角色，以及所述角色相对于动画现场移动。8.如权利要求6所述的非临时计算机可读存储介质，其中所述计算机动画对象相对于所述动画现场静止。9.如权利要求1所述的非临时计算机可读存储介质，其中所述第三容积数据集合表示影响所述特效的散度场，以及所述第三容积数据被应用于不可压缩Navier-Stokes方程，作为压力方程的强迫项的修改。10.如权利要求1所述的非临时计算机可读存储介质，其中所述第三容积数据集合表示影响所述特效移动的向量场；以及所述第三容积数据被应用于所述不可压缩Navier-Stokes方程作为力场。11.如权利要求1所述的非临时计算机可读存储介质，进一步包括访问表示处于初始状态的所述特效的另一容积数据集合；以及根据用户选择确定所述第一容积数据集合，其中所述第一容积数据集合是其他容积数据集合的子集。12.—种模拟计算机动画中特效的计算机实施方法，所述方法包括访问表示初始条件的特效的第一容积数据集合；访问表示速度场的第二容积数据集合，其中所述速度场描述所述特效的平流；访问表示对所述特效影响的第三容积数据集合；确定表示新状态中的所述特表的第四容积数据集合，其中，使用第一容积数据集合、第二容积数据数据、第三容积数据集合和不可压缩 Navier-Stokes方程确定第四容积数据集合；以及存储所述第四容积数据集合。13.如权利要求12所述的计算机实施方法，其中所述第一容积数据集合包括第一多个像素，以及所述第一容积数据的给定像素包括表示在动画域中给定坐标的特效组件出现的标量值。14.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·D·亨德逊，
申请(专利权)人：梦工厂动画公司，
类型：发明
国别省市：