A layered particle-based fluid model for real-time rendering of water

Abstract

Wir präsentieren ein physikalisch basiertes Echtzeit-Wassersimulations- und Renderingverfahren, welches volumetrischen Schaum in den Echtzeitbereich einführt und den Realismus von dynamischen Flüssigkeiten maßgeblich verbessert. Dazu kombinieren wir ein partikelbasiertes Flüssigkeitsmodell, welches das Entstehen von Schaum berücksichtigt. Der Ansatz dieses Modells ist auf drei Schichten aufgebaut und bezieht die volumetrischen Eigenschaften von Wasser und Schaum ein. Die Bildung von Schaum basiert auf der sogenannten Weber-Nummer, wobei die Schaumbildung ab einem gewissen Schwellwert einsetzt. Die Wasser- und Schaumoberfläche wird durch Tiefenbilder repräsentiert auf deren Grundlage die jeweilige Dicke der Schichten berechnet wird, was wiederum eine effiziente Berechnung der optischen Eigenschaften des Wassers zulässt. Des Weiteren führen wir das sogenannte Adaptive Curvature Flow Filtering ein. Es ermöglicht uns eine Wasseroberfläche zu generieren, die, unabhängig vom Betrachtungsabstand, immer gleich viel Detail aufweist.<br />

We present a physically based real-time water simulation and rendering method that brings volumetric foam to the real-time domain, significantly increasing the realism of dynamic fluids. We do this by combining a particle-based fluid model that is capable of accounting for the formation of foam with a layered rendering approach that is able to account for the volumetric properties of water and foam. Foam formation is simulated through Weber number thresholding. For rendering, we approximate the resulting water and foam volumes by storing their respective boundary surfaces in depth maps. This allows us to calculate the attenuation of light rays that pass through these volumes very efficiently. We also introduce an adaptive curvature flow filter that produces consistent fluid surfaces from particles independent of the viewing distance.