Structures hiérarchiques pour la simulation de fluides

Hierarchical structures for fluid simulation

• Auteur / Autrice : Mickaël Pouchol
• Direction : Djamchid Ghazanfarpour-Kholendjany, Benoît Crespin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et applications
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Mécanique des fluides

Infographie

Équations différentielles

Résumé

La simulation de l’écoulement des fluides comme l’eau ou la fumée est un des phénomènes naturels les plus traités par la communauté de l’informatique graphique. Parmi ces méthodes, les méthodes lagrangiennes, représentant le fluide à l’aide de particules, sont souvent préférées car elles permettent d’utiliser moins de ressources, elles restent cependant coûteuses en temps de calculs et nécessitent l’usage de structures de données adaptées lors de différentes phases. Nous proposons donc d’utiliser une structure de hachage hiérarchique afin de traiter la phase de détection de collisions avec des objets répartis de manière irrégulière et de tailles très différentes. L’utilisation de plusieurs niveaux de hachages permet de bénéficier de la cohérence spatiale des objets et de réduire significativement les collisions de hachage. Les méthodes adaptatives permettent d’allouer efficacement les ressources de calculs dans les zones importantes du fluide en faisant varier la taille des particules de la simulation. Dans cette situation, une structure de hachage ou de grille hiérarchique permet de traiter efficacement la phase de recherche de voisinage en insérant chaque particule dans le niveau de la grille approprié mais aussi de déterminer les zones de fusion ou de subdivision grâce à des critères locaux. Enfin la phase de visualisation du fluide représente un défi car le résultat est directement sanctionné par le spectateur. Dans le cas des méthodes lagrangiennes, la méthode des blobs traditionnellement utilisée ne permet pas d’obtenir une surface de qualité. Nous utilisons pour cette tâche la méthode des surfaces variationnelles.

Fluid flow simulation such as water or smoke is one of the most covered natural phenomena in the computer graphics community. Among these methods, lagrangian ones which divide the fluid into a set of particles, are usually favored for their efficiency, however they require suitable data structures in several steps to reduce their high computation times. We suggest to use a hierarchical hash table to handle the collision detection step with irregularly distributed and objects with variable sizes. The use of several hash levels allows to benefit from objects spatial coherence and to drastically reduce hash collisions. Adaptive methods allow to efficiently allocate computational resources to significant fluid regions by varying particles sizes during the simulation. In this case a hierarchical grid or hash table structure allows to efficiently handle nearest neighbors search by inserting each particle in the appropriate grid level, and also allows to define appropriate merging or splitting regions with local criteria. Finally the visualization step is challenging because the end-user will appreciate the final result directly. For lagrangian methods, the most common way to deal with this problem is to use blob-based methods that do not yield satisfying results ; we use the variational surface method for this task.