Neuartiges Verfahren für realistische Fluid-Simulationen

Welches Fließverhalten zeigt ein Joghurt im Verlauf seiner „Lebensdauer“? Die Nahrungsmittelindustrie wird bald in der Lage sein, diese Frage mittels eines neuen Werkzeugs für die Fluid-Simulation zu beantworten, das vom Department of Computer Science (DIKU) an der Universität Kopenhagen im Rahmen einer Partnerschaft mit anderen Institutionen entwickelt wurde.  

Eine fünfjährige Zusammenarbeit zur Simulation von bewegten Flüssigkeiten zwischen der Universität Kopenhagen, der Technischen Universität von Dänemark (DTU)und dem Alexandra Institut trägt nun Früchte und wurde mit dem Best Paper Award auf dem Symposium on Computer Animation (SCA) ausgezeichnet.

Professor Kenny Erleben von der Universität Kopenhagen sagt: „Unsere neue Methode ist ein Durchbruch, der die computergestützte Simulation in Zukunft radikal verändern wird. Wir haben die erste Hürde auf dem Weg zu einer Simulation von fluidischen Materialien genommen, die genauer ist, als alles was bisher zu sehen war. Wir freuen uns darauf, die Methode an eine Reihe von anderen Materialien mit weichen Strukturen zu testen.“

Abschied von statistischen Methoden

Das neue Tool verspricht eine große Nähe zur physikalischen Realität. Die Methode unterscheidet sich erheblich von bekannten Simulationsmethoden. Denn diese nutzen Vernetzungen mit Vertices in festen Positionen. Das neue Verfahren ersetzt die Netze durch dynamische Strukturen, in denen die Vertices ihre Position sukzessive verändern. Das macht es möglich, die physikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten noch präziser zu erfassen und zu sehen, wie unterschiedliche Arten von Flüssigkeiten miteinander interagieren. Zudem sorgt das Verfahren für einen hohen Detaillierungsgrad, so dass selbst sehr dünne Strukturen sichtbar werden.

Haltbarkeit und Risikobewertung

Als ein Unternehmen, das die Forschung unterstützt hat, will der dänische Hersteller von Lebensmitteln Danisco die Methode einsetzen, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln wie Joghurt zu simulieren. Aber die Forschungsergebnisse können auch der Risikobewertung von Leckagen oder im Bauwesen zugute kommen. Kenny Erleben denkt auch daran, die Methode in der Simulation des menschlichen Körpers einzusetzen, was Kleidung, Haar, Haut und Bewegungsmuster betrifft.

Doch einstweilen können die größten Kunden der Simulationsanwendungen, die Spieleentwickler, noch nicht von der neuen Methode profitieren. Dazu ist die Simulation zu zeitaufwändig, weil die Vertices aufeinanderfolgend bewegt werden. Es braucht oft ein paar Minuten pro Bild nur für die Simulation. Hinzu kommt die Zeit, die für das Erstellen des detaillierten Bilds notwendig ist. Damit wird das Hauptaugenmerk zukünftiger Forschung einer kürzeren Berechnungszeit gelten.

Neue Bilder und Videos sind auf dem Blog von Kenny Erlebens Forschergruppe zu finden. Dort ist auch der Konferenzartikel Multiphase Flow of Immiscible Fluids on Unstructured Moving Meshes verfügbar, der von der SCA ausgezeichnet wurde.

Bild: Es ist möglich, die physikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten noch präziser zu erfassen und zu sehen, wie unterschiedliche Arten von Flüssigkeiten miteinander interagieren. Bildquelle: University of Copenhagen