Desarrollo e implementación del método PFEM-2 para simulaciones de fluidos. - Gimenez, Juan Marcelo
Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando es sometida a esfuerzos de corte o tangenciales. La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica que estudia el movimiento de estos, las fuerzas que lo provocan y la interacción de su flujo con el entorno. El modelo matemático que gobierna el movimiento de los fluidos son las llamadas ecuaciones de Navier-Stokes. Un método eficaz para simular fluidos en un entorno virtual es incluir algoritmos basados en las mencionadas leyes físicas. Estos algoritmos hacen que los objetos se muevan y comporten como lo harían en el mundo real. La animación basada en el comportamiento físico ha sido reconocida como uno de los elementos más importantes de Realidad Virtual, en gran parte debido al realismo que ofrece, aunque hay que considerar el alto costo computacional que tienen los métodos numéricos tradicionales en el cálculo necesario para modelar las ecuaciones físicas; costo que aumenta con una buena renderización, el número y la complejidad de los objetos y las interacciones en el mundo virtual. En los últimos años han surgido métodos que buscan un camino alternativo para la simulación de fluidos. Aquel que mayor éxito tiene hoy en día es el método LBM, con el cual se logran representaciones muy convincentes en tiempo real, pero se pierde en cuanto a la precisión del cálculo, lo que hace que el método sea poco utilizado en ambientes científicos o ingenieriles en los cuales la exactitud de los resultados es crítica. Surge así, la necesidad de encontrar un método para la simulación de fluidos cuyas características permitan incluirlo en ambientes donde sea primordial la rapidez ele cómputo sin perjudicarla precisión de los mismos, pensando también en incluirlos en ambientes científicos-productivos. Para esto se considera necesario resolver las ecuaciones físicas de los fluidos utilizando algoritmos alternativos a los que utilizan los métodos tradicionales. Siguiendo estos objetivos, se presenta entonces el método denominado PFEM-2 el cual surge como evolución de PFEM e intenta satisfacer las dos necesidades: rapidez y precisión. La primera etapa de su desarrollo consiste en resolver las ecuaciones físicas de forma precisa y estable procurando utilizar algoritmos que no sean costosos para el cómputo, deben pulirse cada uno de los algoritmos para alcanzar la máxima eficiencia en el cálculo computacional, para lo que se presentará además una implementación en forma de librería C que servirá de background para esta futura búsqueda de eficiencia.