När designers väljer en metod för att simulera vatten och vågor, de måste välja antingen snabb beräkning eller realistiska effekter; state-of-the-art metoder kan bara optimera det ena eller det andra. Nu, en metod som utvecklats av forskare vid Institute of Science and Technology Österrike (IST Austria) och NVIDIA överbryggar denna klyfta. Deras simuleringsmetod kan återskapa komplexa interaktioner med miljön och små detaljer över stora ytor – allt i realtid. Dessutom, den grundläggande konstruktionen av metoden gör att grafiska designers enkelt kan skapa konstnärliga effekter. Författarna kommer att presentera sitt arbete på den årliga toppkonferensen för datorgrafik:SIGGRAPH 2018, där forskare från IST Österrike presenterar totalt fem olika projekt.

Aktuella vattenvågsimuleringar är baserade på en av två tillgängliga metoder. Fourierbaserade metoder är effektiva, men kan inte modellera komplicerade interaktioner som att vatten träffar stranden på en ö. Numeriska metoder, å andra sidan, kan simulera ett brett utbud av sådana effekter, men är mycket dyrare beräkningsmässigt. Som ett resultat, "Scener med detaljer i nivå med små vågor och med miljöinteraktioner på nivå med kilometerlånga öar var antingen omöjliga eller helt opraktiska, " säger Chris Wojtan, professor vid IST Österrike. "Vår metod gör den breda skalan och räckvidden möjlig, i realtid." Teamet bakom den nya metoden består av Tomáš Skřivan från IST Österrike, samt Stefan Jeschke, Matthias Müller-Fischer, Nuttapong Chentanez, och Miles Macklin från NVIDIA, förutom Wojtan.

Att uppnå allt detta krävde uppfinningsrikedom, samt en djup förståelse för den grundläggande fysiken som är involverad. "Vi kodade vågorna med andra fysiska parametrar än vad folk tidigare använt, " förklarar Wojtan. "I huvudsak, detta gav oss värderingar som förändrades mycket långsammare, vilket är det som gjorde det möjligt för oss att simulera små detaljer med mycket hög upplösning." Dessa detaljer möjliggör en mängd olika effekter som tidigare var ouppnåeliga eller extremt dyra beräkningsmässigt, som objekt som landar realistiskt i vatten (eller till och med tusentals objekt som landar samtidigt), eller vatten som reflekteras från sidorna av en båt i rörelse.

Jeschke, första författare och tidigare postdoktor för IST Österrike, betonar möjliga tillämpningar för att skapa detaljerade och konstnärliga simuleringar, till exempel för spel, filmer eller virtual reality-program. "Kombinationen av räckvidd, detalj, och beräkningshastighet representerar ett stort steg framåt för branschen, " säger han. "Pluss på grund av hur vi kodar vår simulering, det är lätt att manipulera det och modellera vattenflödet i olika miljöer som floder eller hav. Vår metod tillåter artister att enkelt "skriva över" naturen, och skapa scener snabbare än någonsin tidigare." Teamet har redan designat ett sådant verktyg:"vågmålaren" fungerar som penseln i ett ritprogram, öka höjden på vågorna när konstnären "ritar" på ett visst område. Vågmålaren kan också anpassas för att skapa vågor som flyter i en viss riktning som ses i floder, till exempel.