Según el Principio de Arquímedes, un objeto total o parcialmente sumergido es afectado
por una fuerza vertical hacia arriba, conocida como fuerza de empuje de magnitud
igual al peso del
fluido desalojado. Esta descripción simple explica un conjunto variado de
efectos que son ubicuos en la naturaleza y están cada vez más presentes en videojuegos,
animaciones generadas por computadora y aplicaciones gráficas interactivas en general. Si
bien existen soluciones al problema del acoplamiento entre
fluidos y sólidos para algunos
casos particulares, es necesario el desarrollo de nuevos modelos de
flotabilidad precisos y
sufi cientemente generales. En esta tesis, se propone un método para computar de manera
realista el problema del acoplamiento
fluido-a-sólido que es adecuado para un amplio
espectro de casos, como objetos rígidos o deformables, sólidos o huecos, permeables o
impermeables y con distribución de masa variable. En el caso de objetos permeables que
permiten el ingreso de líquido hacia dentro del objeto, el método presentado incorpora
la dinámica del
fluido en el que el objeto está sumergido y desacopla el cómputo de las
magnitudes físicas involucradas en la fuerza de
flotabilidad del objeto vacío respecto al
líquido contenido dentro de él.
Por otro lado, la apariencia visual de ciertos materiales depende de su propiedades
intrínsecas de transferencia de luz, de la iluminación presente y de otras contribuciones
de ambiente. En particular, esto se produce en el caso de materiales porosos, rugosos o
absorbentes donde la presencia de líquido sobre la super cie altera de manera signifi cativa
la función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF) que, a su vez, resulta en cambios notables en la apariencia visual. Por esta razón, el renderizado de materiales que
alteran su apariencia bajo condiciones de humedad continúa siendo un tópico de relevancia
en el área de Computación Gráfi ca. En esta tesis, además, se introduce una nueva técnica
para modelar y renderizar los cambios de apariencia de los materiales absorbentes cuando
existe líquido en su super cie.
En primer lugar, se desarrolló un nuevo método para resolver el problema de la interacción entre un medio líquido y la super cie de un objeto utilizando, para esto, sus
coordenadas de textura. Seguidamente, se propuso un algoritmo para modelar los principales
procesos físicos que ocurren en la super cie de un objeto sólido húmedo o mojado.
Finalmente, se extiende el modelo propuesto por la literatura para explicar el cambio de
apariencia de ciertos materiales absorbentes bajo condiciones de humedad y se implementa
un algoritmo logrando tiempos aptos para aplicaciones en Tiempo-Real. La solución
completa es diseñada teniendo en cuenta la implementación en arquitecturas superescalares
y usando aceleración por GPU (Graphics Processing Unit), permitiendo su integración
con los pipelines de procesamiento gráfi co actuales. / Following the celebrated Archimedes' Principle, any object wholly or partially immersed
in a
fluid is subject to an upwards force, known as buoyancy force, equal to the weight
of the
uid displaced by the object. This simple description is the origin of a set of effects
that are ubiquitous in nature, and are becoming commonplace in games, animation, and
interactive applications in general. Even though there are solutions to the
fluid-to-solid
coupling problem in some particular cases, to the best of our knowledge, comprehensive
and accurate computational buoyancy models adequate in general contexts are still
lacking. We propose a real-time GPU-based algorithm for realistic computation of the
fluid-to-solid coupling problem, which is adequate for a wide generality of cases (rigid or
deformable objects, solid or hollow, permeable or waterproof, and with variable masses).
The method incorporates the dynamics of the
fluid on which the object is immersed, and
decouples the computation of the physical parameters involved in the buoyancy force of
the empty or dry object from the mass of liquid contained inside. The dynamics of this
mass of liquid are also computed, in a way such that the relation between the center
of mass of the object and the buoyancy force may vary, leading to complex, realistic
behaviors such as the one arising with a sinking boat.
The visual appearance of materials depends on their intrinsic light transfer properties,
the illumination and camera conditions, and on other environmental contributions. In
particular, this is the case in porous, rough, or absorbent materials, where the presence of
liquid on the surface alters signi cantly their BRDF (bidirectional reflectance function), which in turn results in signi cant changes in their visual appearance. For this
reason, rendering materials that change their appearance when wet continues to be a
relevant topic in Computer Graphics, especially when real-time photo-realistic rendering
is required in scenes involving this kind of materials in interaction with water or other
liquids. In this paper we introduce a physically inspired technique to model and render
the changes in appearance of absorbent materials when liquid is present on their surface.
First, we develop a new method to solve the interaction between the liquid phase and the
object surface using the latter's own underlying texture coordinates. Then, we propose an
algorithm to model the difusion phenomenon that occurs in the interface between a solid
porous object and a translucent liquid. Finally, we extend a model which explains the
change of appearance of materials under wet conditions, and we implement it achieving
real-time performance. The complete model is developed using GPU (Graphics Processing
Unit) acceleration, which can be seamlessly integrated with the usual rendering pipeline
in the most popular graphic libraries.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/5512 |
| Date | 15 October 2020 |
| Creators | Bajo, Juan Miguel |
| Contributors | Delrieux, Claudio Augusto |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
| Format | application/pdf |
| Rights | 2 |
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