Software ermöglicht perfekte Simulation von Rauchwolken
Filmemacher können aufatmen: Rauchwolken sollen sich zukünftig viel schneller und naturgetreuer mit dem Computer simulieren lassen. Möglich macht das eine Software der TU München, die nach dem Vorbild des Gehirns arbeitet.
Szene aus dem Erfolgsfilm Avatar. Mit großen Budgets und tagelanger Rechenzeit lassen sich bereits nahezu perfekte Rauchwolken simulieren. Die Software der TU München soll den Aufwand allerdings drastisch senken.
Foto: 20th Century Fox
Animierte Kinofilme präsentieren Menschen und ihre Umgebung nahezu naturidentisch. Großcomputer errechnen jede Szene. Klappt prima, auch in zumutbarer Zeit. Was allerdings weniger gut funktioniert: Die zügige Berechnung von Rauch- und Staubwolken, die etwa beim Einschlag von Raketen entstehen.
Nach den Erfahrungen von Nils Thürey, Professor an der Technischen Universität München (TUM), bereiten vor allem die komplexen, verwirbelten Bewegungen Schwierigkeiten. Für eine Drei-Sekunden-Szene müssten hunderte Simulationen durchgeführt werden, von denen jede oft mehr als zehn Stunden Rechenzeit braucht. Regisseure, die aufwändige Kinofilme drehen, können sich das leisten. Hersteller von Spieleprogrammen oder Software, die medizinische oder technische Vorgänge simuliert, haben nicht so viel Zeit. Deshalb sind ihre Ergebnisse selten perfekt.
Software arbeitet nach Vorbild des Gehirns
Das ändert sich jetzt. Thürey, Spezialist für Computer-Animationen und Games Engineering, hat mit seinem Team eine Technik entwickelt, mit der sich Gase und Flüssigkeiten mit geringem Rechenaufwand täuschend echt darstellen lassen. Die Daten für die Berechnung der Simulation gewinnen die Forscher aus Videoaufnahmen echter Gas- und Flüssigkeitswirbel.
Die Simulation von bewegtem Rauch zählt bislang zu den Königsdisziplinen der Trickfilm-Animatoren – Produzenten mit kleinem Budget haben in puncto Qualität oft das Nachsehen. Ändern soll das die Software der TU München.
Quelle: T. Kim/TUM
Da die komplizierten Verwirbelungen aber kaum zu erkennen sind, setzen sie eine Software ein, die anhand von Erfahrungswerten und physikalischen Gesetzmäßigkeiten eine Autovervollständigung durchführt. „Diese Fähigkeit besitzt auch unser Gehirn“, sagt Thürey. „So können einzelne Punkte auf dem Papier plötzlich ein Bild ergeben, auch wenn diese in der Realität nicht verbunden sind.“ Ihre Methode stellten die Forscher im Journal „ACM Transactions on Graphics“ (TOG) vor.
Simulation von Fluiden auch im Flugzeugbau wichtig
Die Methode soll nun für verschiedene Anwendungen optimiert werden. So könnten sich in der Medizin durch Simulationen des Blutflusses in Verbindung mit einer Computertomographie beispielsweise die Risiken einer lokalen Ausweitung von Blutgefäßen beurteilen lassen. Auch im Flugzeugbau ist die Simulation von Fluiden bei der Konstruktion von Tragflächen und anderen aerodynamischen Körpern wichtig. Und natürlich könnten das neue Verfahren auch Computerspiele verbessern – und für spektakuläre Explosionen auf dem Bildschirm sorgen.
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