Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Weg zur perfekt animierten Rauchwolke

12.03.2015

TUM-Informatiker macht Simulationen realistischer

Simulationen von beeindruckenden Landschaften oder fremdartigen Wesen kennen wir vor allem aus Fantasy- oder Science-Fiction-Filmen. Aber auch in der Medizin und den Ingenieurwissenschaften werden Simulationen immer häufiger eingesetzt.


Fluide zu simulieren ist extrem schwierig.

(Bild: T. Kim, N. Thuerey, M. Gross und D. James)

Der Weg zur perfekten Illusion ist allerdings komplex und zeitaufwendig. Nils Thürey, Professor an der Technischen Universität München (TUM), hat gemeinsam mit seinen Kollegen eine Methode vorgestellt, die diese Berechnungen beschleunigen könnte.

Der Angriff ist ein Höhepunkt im Blockbuster "Avatar": Raketen treffen den Heimatbaum der Nav‘i, der Bewohner von Pandora. Explosionen, Flammen und dicker Rauch sind zu sehen.

Damit diese Bilder die Zuschauer auch wirklich in den Bann ziehen, müssen sie realistisch wirken. Aber gerade Simulationen physikalischer Vorgänge sind schwierig umzusetzen. Zu diesen zählt die Darstellung von Flüssigkeiten und Gasen, die unter dem Begriff Fluide zusammengefasst werden.

Besonders die komplexen, verwirbelten Bewegungen bereiten den Programmierern Schwierigkeiten, erklärt Prof. Nils Thürey von der Fakultät für Informatik der TU München. "Für drei Sekunden einer solchen Szene werden hunderte Simulationen durchgeführt, von denen jede einzelne oft mehr als zehn Stunden Rechenzeit braucht."

Von der Natur abgeguckt

Zeit, die großen Filmproduktionen zur Verfügung steht. Doch bei anderen Anwendungen ist das nicht der Fall. In Computerspielen etwa müssen Simulationen an die Aktionen der Spieler angepasst werden. Dabei werden die Grenzen für eine realitätsnahe, schnelle und flexible Simulation von Fluiden schnell erreicht. Auch in der Medizin und den Ingenieurwissenschaften ist die Schnelligkeit zum Beispiel bei Simulationen von Blut oder Luftwirbeln von großer Bedeutung.

Um den Rechenprozess zu beschleunigen, gehen die Wissenschaftler sozusagen zurück zum Ursprung: Sie analysieren das Verhalten von echten Flüssigkeiten und Gasen. Um aus diesen Beobachtungen Daten zu erhalten, die für die Berechnungen von Simulationen brauchbar sind, waren bisher aufwendige Techniken nötig. Thürey hat in Zusammenarbeit mit internationalen Wissenschaftlern gezeigt, dass es möglich ist, die Daten aus einfachen Videoaufnahmen zu errechnen. Ihre Methode stellten die Forscher im Journal "ACM Transactions on Graphics" (TOG) vor.

Autovervollständigung der Bewegungen

Bei Phänomenen wie Rauchwolken sind die komplizierten Verwirbelungen auf Videobildern kaum oder gar nicht zu erkennen. Um diese Lücken zu füllen, setzten die Wissenschaftler wiederum Simulationen ein. Anhand von Erfahrungswerten und physikalischen Gesetzmäßigkeiten führt das Programm eine Art Autovervollständigung durch. "Diese Fähigkeit besitzt auch unser Gehirn", erklärt Thürey. "So ergeben einzelne Punkte auf dem Papier plötzlich ein Bild, auch wenn diese in der Realität nicht verbunden sind."

Nach diesem Prinzip berechnet die Simulation, wie die Bewegungen wahrscheinlich abgelaufen sind, auch wenn die Daten dies nicht eindeutig zeigen.

Medizinische Diagnosen und spektakuläre Effekte

Die Methode soll nun für verschiedene Anwendungen optimiert werden. So könnten Simulationen des Blutflusses in Verbindung mit der Computertomografie dabei helfen, die Gefährlichkeit eines Aneurysmas zu beurteilen. Auch für die Konstruktion von Tragflächen und anderen aerodynamischen Körpern sind Simulationen von Fluiden nötig. Und natürlich könnten die neuen Programme auch Computerspiele verbessern – und für spektakuläre Explosionen auf dem Bildschirm sorgen.

Bild- und Videomaterial zum Download: http://go.tum.de/869987
Interview mit Prof. Nils Thürey (Youtube): http://youtu.be/cVxmZF2Kazo
Publikation: James Gregson, Ivo Ihrke, Nils Thuerey, Wolfgang Heidreich: From Capture to Simulation – Connecting Forward and Inverse Problems in Fluids, ACM Transactions on Graphics (TOG) DOI: 10.1145/2601097.2601147

Kontakt:
Prof. Dr. Nils Thürey
Technische Universität München
Fakultät für Informatik
Tel: +49 89 289 19484
nils.thuerey@tum.de

Die Technische Universität München (TUM) ist mit rund 500 Professorinnen und Professoren, 10.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und mehr als 37.000 Studierenden eine der forschungsstärksten Technischen Universitäten Europas. Ihre Schwerpunkte sind die Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Lebenswissenschaften und Medizin, ergänzt um Wirtschafts- und Bildungswissenschaften. Die TUM handelt als unternehmerische Universität, die Talente fördert und Mehrwert für die Gesellschaft schafft. Dabei profitiert sie von starken Partnern in Wissenschaft und Wirtschaft. Weltweit ist sie mit einem Campus in Singapur sowie Niederlassungen in Brüssel, Kairo, Mumbai, Peking und São Paulo vertreten. An der TUM haben Nobelpreisträger und Erfinder wie Rudolf Diesel und Carl von Linde geforscht. 2006 und 2012 wurde sie als Exzellenzuniversität ausgezeichnet. In internationalen Rankings gehört sie regelmäßig zu den besten Universitäten Deutschlands.
www.tum.de
 

Media Relations | Technische Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Mit Nanopartikel-Tandems gegen den Herzinfarkt
01.12.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Virtuelle Realität für Bakterien
01.12.2017 | Institute of Science and Technology Austria

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik