Soluţii - PC Magazine Romania, Mai 2004

3D Studio Max 5

Simularea curgerii unui lichid

Ionut Ghionea

În această aplicaţie se va urmări modul de creare şi simulare a curgerii unui lichid, precum şi comportamentul său la impactul cu un anumit tip de deformare spaţială (Space Warps).

Pentru început, se adaugă în scenă două obiecte auxiliare, un tub şi un paralelipiped, reprezentând conducta prin care vine lichidul, respectiv, o suprafaţă plană pe care acesta se împrăştie. Cele două obiecte se creează din [Create] -> [Geometry] -> [Standard Primitives] -> [Tube], respectiv, [Box]. De asemenea, din [Create] -> [Cameras] -> [Target] se adaugă în scenă şi un element de tip Camera, poziţionată faţă de celelalte două obiecte ca în Figura 1.

Fig. 1 - Crearea elementelor auxiliare din scenă

Pentru a obţine lichidul se va utiliza un sistem de particule cu anumite setări. Sistemele de particule prezintă o variaţie în timp, modificându-şi permanent aspectul. Un sistem de particule creează o serie de mici particule controlate printr-o diversitate de parametri. Aceste sisteme sunt folosite cu rezultate foarte bune şi realiste în simulări ale ploii, zăpezii, focului, fumului, lichidelor curgătoare etc. Asupra sistemelor de particule pot acţiona diferite elemente de deformare spaţială (modificatori ce afectează obiectele în coordonate spaţiale universale), cum ar fi: vântul, gravitaţia şi deflectorii.

3D Studio Max 5 acceptă şase tipuri de sisteme de particule:

• Spray: creează efecte de tip spray de complexitate redusă;
• Snow: creează un efect de ninsoare şi foloseşte câţiva parametri suplimentari legaţi de forma, dimensiunea şi viteza de cădere a particulei;
• Pcloud: creează un nor static de particule şi este utilizat pentru a crea efecte precum câmpurile tridimensionale de stele;
• Parray: folosit pentru efecte avansate de explozie;
• SuperSpray: versiune îmbunătăţită a sistemului Spray standard care este, probabil, cel mai utilizat sistem de particule;
• Blizzard: versiune mult îmbunătăţită a efectului de ninsoare.

În cazul de faţă, pentru a simula cu mare precizie lichidul, se va folosi sistemul SuperSpray din panoul [Create] -> [Geometry] -> [Particle Systems] -> [Super Spray]. Se poziţionează sistemul de particule în capătul conductei (tubului), orientat (cu săgeata) către exteriorul acestuia (Figura 2).

Fig. 2 - Influenţa gravitaţiei asupra sistemului de particule

Valorile parametrilor folosiţi sunt: în meniul Basic Parameters, opţiunile Spread de la Particle Formation vor lua valoarea 15, iar Percentage of Particles se va seta la 7%. În meniul Particle Generation, Use Rate are valoarea 20, Particle Motion -> Speed=6, Emit Start=0, Emit Stop=100, Display Until=100, Life=100, Particle Size -> Size=20. În meniul Particle Type se alege MetaParticles. Toate celelalte opţiuni rămân nemodificate.

În acest moment, mişcând bara de animaţie din poziţia 0 spre poziţia 100, se observă că din capătul sticlei sunt emise particule, pe direcţie orizontală. Aceste particule trebuie să ajungă pe masă pe o traiectorie curbă. Astfel, din [Create] -> [Space Warps] -> [Forces] se alege [Gravity] şi se poziţionează elementul de gravitaţie ca în Figura 2, alături de sistemul de particule, pe o direcţie perpendiculară pe acesta, îndreptat în jos, apoi i se modifică principalul parametru, Strength=0,1.

Particulele sunt, evident, influenţate de gravitaţie, iar în acest scop, cele două elemente (Gravity şi Super Spray), trebuie să fie legate (link) prin butonul [Bind to Space Warp], aflat în bara de butoane din partea superioară a ecranului.

Mişcând bara de animaţie, se observă că particulele sunt emise la capătul tubului, îşi schimbă traiectoria, trec prin paralelipiped şi se îndreaptă spre partea de jos a ecranului (Figura 3).

Fig. 3 - Influenţa deflectorului asupra sistemului de particule

Pentru ca lichidul (sistemul de particule) să rămână pe suprafaţa superioară a paralelipipedului se va utiliza un alt element de deformare spaţială, un deflector ([Create] -> [Space Warps] -> [Deflectors] -> [Deflector]), de dimensiuni (lungime şi lăţime) egale cu cele ale paralelipipedului şi poziţionat deasupra acestuia la o înălţime foarte mică. Particulele vor fi influenţate de deflector doar dacă se repetă legătura Bind to Space Warp între sistemul de particule şi acesta. Rezultatul obţinut este prezentat în Figura 4, obsevându-se traiectoria pe care se înscriu particulele în urma impactului cu elementul deflector.

Fig. 4 - Adaugarea şi poziţionarea sistemului de particule şi a gravitaţiei

Se observă că particulele sunt respinse de deflector datorită parametrului Bounce, care, implicit, are valoarea 1. Schimbându-i valoarea în 0,1, particulele vor rămâne pe suprafaţa deflectorului. De asemenea, acesta prezintă şi alţi parametri care vor fi modificaţi astfel: Variation=3%, Chaos=3%, Friction=10% şi Inherit Vel=2%. În urma acestor setări, lichidul va rămâne pe suprafaţa deflectorului (aceeaşi cu cea a paralelipipedului) şi îşi va încetini viteza de curgere datorită frecării (parametrul Friction).

Se mapează paralelipipedul cu un material de lemn, conducta cu un material metalic iar lichidul cu un material albastru deschis, puţin transparent.

Folosirea sistemului de particule Super Spray cu opţiunea MetaParticles este pretenţioasă deoarece timpul de renderizare este destul de mare şi creşte proporţional cu numărul de particule. Totuşi, MetaParticles, într-o setare corectă, imită cel mai bine lichidul. În Figurile 5 şi 6 se prezintă două imagini oarecare din timpul animaţiei.

Fig. 5 - Imagine din timpul animaţiei

Fig. 6 - Imagine din timpul animaţiei

În final, se observă că particulele care părăsesc suprafaţa deflectorului îşi menţin traiectoria descendentă, fiind încă sub influenţa gravitaţiei.