著者

藤澤 誠 三浦憲二郎

出版者

一般社団法人情報処理学会

雑誌

情報処理学会論文誌 = IPSJ journal (ISSN:18827764)

巻号頁・発行日

vol.49, no.3, pp.1480-1488, 2008-03-15

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この論文では,熱力学・流体力学に基づいて氷解現象のアニメーションを生成する手法を提案する.提案手法は,熱伝導・対流熱伝達・熱輻射を考慮し,融解後の液体の挙動も計算する.対流熱伝達を考慮する場合,融解する氷(固体)と融解後の水(液体)だけでなく,周囲の空気(気体)の振舞いも考慮しなくてはならず,この気液固三相を流体力学で計算することは非常に難しい問題である.我々は,VOF(Volume-of-Fluid)と呼ばれる単純なカラー関数を液体自由曲面追跡に用い,RCIP(Rational-Constrained Interpolation Profile)法と改良した界面数値拡散の制御手法(STAA 法)を用いることで,レンダリング時に現れる液体表面のエイリアスの問題を解決する.また,気液固の三相を同じ計算空間内でシミュレーションし,各相間の質量の変化量を明示的に扱える簡潔で分かりやすい相変化シミュレーション法を提案する.さらに,熱輻射現象は,フォトンマッピング法を用いて効率的に計算し,レーザによる融解現象などもアニメーション化する.This paper proposes a fast and efficient method for producing physically-based animations of the ice melting phenomenon, including thermal radiation as well as thermal diffusion and convective thermal transfer. Our method adopts a simple color function called VOF (Volumeof-Fluid) with advection to track the free surface, which enables straightforward simulation of the phase changes, such as ice melting. Although advection of functions that vary abruptly, such as the step function, causes numerical problems, we have solved these by the RCIP (Rational-Constrained Interpolation Profile) method. We present an improvement to control numerical diffusion and to render anti-aliased surfaces. The method also employs a technique analogous to photon mapping for calculating thermal radiation. By the photon mapping method tuned for heat calculation, the thermal radiation phenomenon in a scene is solved efficiently by storing thermal energy in each photon. Here, we report the results of several ice melting simulations produced by our method.