Wanneer ontwerpers een methode kiezen om water en golven te simuleren, ze moeten kiezen tussen snelle berekening of realistische effecten; state-of-the-art methoden zijn alleen in staat om het een of het ander te optimaliseren. Nutsvoorzieningen, een methode ontwikkeld door onderzoekers van het Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) en NVIDIA overbrugt deze kloof. Hun simulatiemethode kan complexe interacties met de omgeving en kleine details over enorme gebieden reproduceren - allemaal in realtime. Bovendien, de basisconstructie van de methode stelt grafische ontwerpers in staat om gemakkelijk artistieke effecten te creëren. De auteurs presenteren hun werk op de jaarlijkse topconferentie voor computergraphics:SIGGRAPH 2018, waar IST Austria-onderzoekers in totaal vijf verschillende projecten presenteren.

Huidige watergolfsimulaties zijn gebaseerd op een van de twee beschikbare methoden. Fourier-gebaseerde methoden zijn efficiënt, maar kan ingewikkelde interacties niet modelleren, zoals water dat de kust van een eiland raakt. Numerieke methodes, anderzijds, kan een breed scala van dergelijke effecten simuleren, maar zijn rekenkundig veel duurder. Als resultaat, "scènes met details op het niveau van kleine golven en met omgevingsinteracties op het niveau van kilometerslange eilanden waren ofwel onmogelijk of volledig onpraktisch, " zegt Chris Wojtan, professor aan IST Oostenrijk. "Onze methode maakt die schaal- en reikwijdte mogelijk, in realtime." Het team achter de nieuwe methode bestaat uit Tomáš Skřivan van IST Oostenrijk, evenals Stefan Jeschke, Matthias Müller-Fischer, Nuttapong Chentanez, en Miles Macklin van NVIDIA, naast Wojtan.

Om dit alles te bereiken was vindingrijkheid vereist, evenals een diep begrip van de betrokken basisfysica. "We hebben de golven gecodeerd met andere fysieke parameters dan mensen eerder gebruikten, " legt Wojtan uit. "In wezen, dit gaf ons waarden die veel langzamer veranderden, dat is wat ons in staat stelde om kleine details met een zeer grote resolutie te simuleren." Deze details maken een verscheidenheid aan effecten mogelijk die voorheen onbereikbaar of extreem duur waren in berekeningen, zoals objecten die realistisch in water landen (of zelfs duizenden objecten die tegelijkertijd landen), of water weerkaatst op de zijkanten van een bewegende boot.

jeschke, eerste auteur en voormalig IST Oostenrijk postdoc, benadrukt de mogelijke toepassingen bij het maken van gedetailleerde en artistieke simulaties, bijvoorbeeld voor spelletjes, films of virtual reality-programma's. "De combinatie van bereik, detail, en rekensnelheid is een grote stap voorwaarts voor de industrie, "zegt hij. "Bovendien, vanwege de manier waarop we onze simulatie coderen, het is gemakkelijk om het te manipuleren en de waterstroom in verschillende omgevingen zoals rivieren of oceanen te modelleren. Met onze methode kunnen kunstenaars gemakkelijk de natuur 'overschrijven', en maak scènes sneller dan ooit tevoren." Het team heeft al zo'n tool ontworpen:de "wave-painter" werkt als het penseel in een tekenprogramma, het verhogen van de hoogte van de golven terwijl de kunstenaar op een bepaald gebied "tekent". De golfschilder kan ook worden aangepast om golven te creëren die in een bepaalde richting stromen, zoals te zien is in rivieren, bijvoorbeeld.