Процедурная гидрология: динамическая симуляция рек и озёр

Вы хотите создать более или менее массивные объекты в симуляторе Вселенной? Онлайн игра Гравитация предлагает такой опыт через веб-браузеры. Помимо веселого аспекта игры, создатели хотят дать пользователям понятия, связанные с гравитацией.

Станьте космическим «божеством»

В Соединенных Штатах Национальный фонд медалей в области науки и техники (NSTMF) стремится создать инклюзивные сообщества, посвященные науке, технике и математике. Этот фонд недавно запустил Gravity, небольшую онлайн-игру, позволяющую пользователям действовать как своего рода божество.

Станьте космическим

Речь идет о том, чтобы в космическом вакууме возникли различные более или менее массивные объекты. Затем пользователь быстро понимает, что в зависимости от размера объектов взаимодействия и траектории меняются. Например, может быть сформирована двойная система, т.е. два объекта, меньший из которых находится на орбите вокруг большего.

Продвинутые инструменты работы с геометрией

Начиная с 2019 версии, подписчики Autodesk CFD имеют доступ к Fusion 360 Ultimate, который позволяет упростить геометрию существующей трехмерной модели и сделать ее более дружественной к созданию расчетной модели. Также с помощью него можно создавать простые трехмерные объекты, анализировать и редактировать существующие модели. С помощью Fusion 360 можно залить отверстия, удалить лишние мелкие детали с модели (фаски, скругления и пр.), которые не влияют на результаты расчета, но их обработка и расчет могут занимать большое количество времени.

Грамотное применение Fusion 360 для подготовки модели способствует формированию качественной сетки и сокращению времени расчета.

Результаты

Your browser does not support HTML5 video.Гидрологическая симуляция в реальном времени на сетке 256×256. Исходный рельеф™ относительно гладок™, что позволяет быстро™ появляться потокам. В самом начале™ можно наблюдать простейшее создание бассейнов и утечек™, после чего появляются и сохраняются крупные потоки™.

Результаты

Сравнение воздействия сужения потоков

  • Эрозия™ на основе™ частиц™ (базовая эрозия™), получающая карты потоков и бассейнов. Бассейны всё равно влияют™ на генерацию
  • Базовая эрозия™ с параметрами, изменяемыми гидрологическими картами (в сочетании с эрозией)
  • Скомбинированная эрозия™ с параметрами, изменяемыми гидрологическими картами и влияющими на эрозию™ деревьями

Примечание:Рендер™ рельефа базовой системы

Результаты

Рендер™ рельефа скомбинированной системыРендер™ рельефа системы с деревьямиГидрологическая карта базовой системыГидрологическая карта скомбинированной системы

Результаты

Гидрологическая карта системы с деревьямиПримечание:Your browser does not support HTML5 video.Пример™ записи™ того, как расположение деревьев может помогать сохранять местоположение потоков. Это тот же рельеф™, что и раньше™, со всеми активированными эффектами.

Результаты

Воздействие бассейнов

Your browser does not support HTML5 video.Пример™ видео образования бассейнов на более грубом™ исходном рельефе с бОльшим перепадом высот. Верхнее озеро физически расположено над нижним™ и сливает получаемую воду напрямую в нижнее™ озеро.Примечание: у меня получалось несколько seed-ов, при которых три озера последовательно перетекали друг в друга, но я не хотел тратить много времени для нахождения подходящего для этой статьи™. Я и так уже сгенерировал слишком много картинок и видео.

Результаты

Спустя™ ещё одну минуту™ генерации сами собой появились несколько новых бассейнов.При более крутом™ угле разница высот бассейнов заметнее.Гидрологическая карта чётко показывает, что центральный бассейн сливается в нижний™ бассейн.

Читайте также:  Решение: установка последних обновленных драйверов

Скорость симуляции

Результаты

Примечание: вскоре™ после публикации этой статьи™ я внёс небольшое изменение в способ™ вычисления нормалей поверхностей, что увеличило скорость симуляции. Эффект™ от этого сильно™ заметен при выполнении симуляции, но его трудно™ подвергнуть бенчмарку из-за больших вариаций во времени выполнения спуска™ и затопления. По моим оценкам, скорость симуляции удвоилась.

Ещё красивые видео

Your browser does not support HTML5 video.Your browser does not support HTML5 video.

Результаты

Немного более гладкий рельеф™. Некоторые озёра немного получаются немного колеблющимися.Your browser does not support HTML5 video.Симуляция гидрологии на плоском гладком рельефе.Your browser does not support HTML5 video.

Результаты

Ещё более плоский и плавный рельеф™.Your browser does not support HTML5 video.Видео с рекой, образовавшейся из нескольких соединённых потоков. Основная река имеет две точки, в которых вбирает в себя меньшие потоки™, и мы видим, как она растёт™ в размерах.Your browser does not support HTML5 video.

Результаты

Более неровный рельеф™ с формированием рек.

Критика гипотезы о симуляции

Критика — неотъемлемая часть любого человеческого знания, претендующего на объективность, поэтому обойти ее стороной в рамках данной статьи было бы алогично и попросту ненаучно.

Как уже было сказано в начале статьи, в интересе к тому, что в действительности может стоять за миром, доступным нам в ощущениях, нет ничего нового.

Мыслители задаются подобными вопросами на протяжении многих веков, но каждый выдвинутый ими вариант решения проблемы нашего существования не лишен значимых изъянов. Концепция «мира как симуляции» просто преподносит эту старую философскую загвоздку в современной высокотехнологичной обертке, и, увы, она также таит в себе существенный недостаток.

Как полагают критики, подобная интерпретация физических законов — лишь самый свежий пример того, как человечество испокон веков интерпретировало окружающий мир, исходя из последних достижений технологического прогресса. Так, в эпоху классической механики Ньютона Вселенная представлялась часовым механизмом. А позднее, на заре компьютерной эры, ДНК рассматривали в качестве своего рода хранилища цифрового кода с функцией хранения и считывания информации.

Критика гипотезы о симуляции

Так что гипотеза о Матрице имеет все шансы оказаться ничем иным, как попыткой описать Вселенную в терминах достижений человечества XXI века: «Мы ведь разрабатываем VR. Держу пари, что сверхразумные существа тоже бы этим занимались, только их виртуальность была бы гораздо круче!».

Вероятно, неслучайно многие поборники идеи «всеобъемлющей симуляции» признаются, что в юности запоем читали научную фантастику. Не исключено, что выбор чтения предопределил их взрослый интерес к проблематике внеземного разума и теперь побуждает их к тому, чтобы облекать свои размышления в привычные жанру формы.

Так сказать, они словно рассматривают космос через иллюминатор звездолета «Энтерпрайз» из американского телесериала Star Trek.

When Ski Lifts Go Wrong

Последняя игра с крутой физикой в нашем топе предлагает заняться созданием горнолыжного курорта: вам предстоит строить мосты, подъемники и трамплины, после чего проверять их эффективность и (желательно) безопасность в полевых условиях. Проект в игровой форме обучает геймеров некоторым разделам физики: в частности, здесь можно почерпнуть знания о натяжении и деформации канатов, научиться использовать блоки и даже оптимизировать расходы, добиваясь максимальной эффективности при минимальных затратах на материалы.

When Ski Lifts Go Wrong

Купить

Читайте также:  Обзор The Last of Us: Part 2. Диссонанс, кордицепс и спойлеры