SPH fluids for viscous jet buckling

We present a novel meshfree technique for animating\ud free surface viscous liquids with jet buckling effects, such as\ud coiling and folding. Our technique is based on Smoothed Particle\ud Hydrodynamics (SPH) fluids and allows more realistic and\ud complex viscous behaviors than the preceding SPH frameworks\ud in computer animation literature. The viscous liquid is modeled\ud by a non-Newtonian fluid flow and the variable viscosity under\ud shear stress is achieved using a viscosity model known as Cross\ud model. The proposed technique is efficient and stable, and our\ud framework can animate scenarios with high resolution of SPH\ud particles in which the simulation speed is significantly accelerated\ud by using Computer Unified Device Architecture (CUDA)\ud computing platform. This work also includes several examples\ud that demonstrate the ability of our technique.FAPESP - processos nos. 2013/19760-5 e 2014/11981-5FAPES - processos no. 53600100/11CNP

Sobre detecção de fronteira para métodos baseados em partículas: visibilidade, aprendizado, análise intervalar, métricas, e aplicações

This thesis is a comprehensive study of the definition, development, and evaluation of boundary detection methods for particle systems. A particle system is a variety of datarepresentation used in many fluid simulation methods, such as Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) and Position-Based Fluids (PBF) use particle systems as their primary representation for the fluid. Other techniques, such as Fluid-Implicit-Particle (FLIP) and Affine Particle-In-Cell (APIC), use particle systems as a supplemental representation. In both cases, the knowledge about the boundaries of the particle system can be useful, as it gives crucial information to improve the precision and quality of the simulation, of the generation of a free-surface, or to resample or redistribute particles in critical regions. Despite all that, this is still a poorly defined problem and with costly and error-prone solutions. In light of this, we introduce a mathematical definition for the problem, and, starting from this definition, we explore four distinct solutions. We based our solutions on visibility tests, machine learning, and a combination of interval arithmetic and computational geometry. We thoroughly tested our solutions using different classes of problems and measured their efficiency. Given the results, we can affirm that each of our solutions has characteristics that make them well suited for several distinct use cases.Esta tese é um estudo compreensivo sobre a definição, desenvolvimento, e avaliação de métodos de detecção de fronteira em sistemas de partículas. Um sistema de partículas é um tipo de representação de dados usada em diversos métodos de simulação de fluidos, como o Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) e o Position Based Fluids (PBF) usam sistemas de partículas como sua representação primária para o fluido. Outras técnicas como o Fluid-Implicit-Particle e o Affine Particle-In-Cell (APIC) usam sistemas de partículas como uma representação suplementar. Em ambos os casos a informação sobre a fronteira do sistema de partículas pode ser útil, uma vez que ela provê informação crucial para melhorar a precisão e qualidade da simulação, da geração de uma superfície-livre, ou para reamostrar ou redistribuir partículas em regiões críticas. Apesar disso esse é um problema mal definido e com soluções custosas e propensas a erros. Sendo assim, nós propomos uma definição matemática para o problema, e, a partir dessa definição, exploramos quatro soluções distintas. Baseamos nossas soluções em testes de visibilidade, aprendizado de máquina, e uma combinação de aritmética intervalar e geometria computacional. Nós testamos extensivamente nossas soluções usando diferentes classes de problemas e medimos a sua eficiência. Dados os resultados, nós podemos afirmar que cada uma das nossas soluções possuem características que as fazem adequadas para diversos casos de uso distintos

Boundary detection on particle systems

Em simulações físicas baseadas em partículas, a informação sobre quais partículas pertencem à fronteira do sistema e quais são consideradas internas é, em geral, uma informação útil porém difícil de ser obtida eficientemente. Esta informação pode ser usada na geração da superfície livre de um fluido ou no cálculo da tensão superficial o mesmo, entre outras aplicações. Técnicas encontradas na literatura podem apresentar resultados satisfatórios, mas em geral são sensíveis à escala do problema, distribuição das partículas e envolvem operações computacionalmente caras como inversão de matrizes. O objetivo deste trabalho é estudar os métodos existentes e apresentar uma alternativa com custo computacional mais baixo e que seja capaz de lidar com problemas de diferentes escalas e naturezas de forma mais simples que os métodos existentes.In particle-based physics simulations, the information about which particles belong to the boundary of the system and which are considered internal is, in general, an information that is useful but hard to obtain in an efficient way. This information can be applied to generate the free surface of the fluid or to compute the surface tension, among other applications. Techniques found in the literature may present satisfactory results, but in general they are sensible to the problem scale, particle distribution and involve computationally expensive operations such as matrix inversion. The goal of this study is to analyze the existing methods and present an alternative with lower computational cost and which is capable of handling problems with different scales and nature in a simpler way than the existing methods