Nestesimulaatio 3D-artistin käytössä : Vertailussa Blender ja Autodesk Maya

Abstract

Nestesimulaatiolla, eli numeerisella virtausmallinnuksella tarkoitetaan tietokoneella generoitua virtausmallinnusta. Monissa 3D-ohjelmistoissa on mukana nestesimulaattori ja markkinoilla on useita nestesimulaatioihin keskittyviä ohjelmistoja. Näillä simulaattoreilla voi yleisesti simuloida nesteiden, kaasujen ja kaasun kaltaisten aineiden liikkeitä, joita muuten olisi vaikea mallintaa tai animoida. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia neljää simulaatioaikaan vaikuttavaa tekijää, jotka ovat: korkea resoluutio, alhainen viskositeetti, nopea vauhti ja suuri määrittelyalue. Työssä on tutkittu miten Blender-ohjelmisto suoriutuu edeltä mainituista ongelmista verrattuna kaupallisen Autodesk Maya 2014-ohjelmiston Bifrost-simulaattoriin. Vertailu tehtiin toistamalla testit mahdollisimman samankaltaisena Blenderillä sekä Bifrostilla. Lisäksi opinnäytetyössä käydään läpi Blenderin nestesimulaatioon tarvittavat elementit sekä miten sillä voi tehdä yksinkertaisen nestesimulaation. Läpikäytävät elementit ovat yleisiä kaikissa nestesimulaattoreissa, joten ne ovat myös sovellettavissa Mayan Bifrostissa ja muissa 3D-ohjelmistoissa. Opinnäytetyön testien puitteissa Blenderin simulaatiot eivät poikenneet simulaatioajoissa paljoa Mayan Bifostista. Tutkituista ongelmista resoluution suurentaminen vaikutti odotetusti eniten simulaatioaikoihin molemmissa ohjelmistoissa. Maya 2015-version Bifrostissa puuttui mahdollisuus viskositeetin muuttamiseen. Bifrostissa myös osassa testeistä simulaatiot eivät pysyneet eheänä, vaan tulokseksi saadut polygoniverkot rikkoutuivat ja olivat luonnottomia. Testisimulaatioiden perusteella Blender päihittäisi Mayan Bifrostin. Testeissä paljastui, että Maya 2015-version Bifrost-simulaattori on julkaistu keskeneräisenä. Opinnäytetyössä tehdyt testit ja niiden tulokset voivat auttaa nestesimulaatioista kiinnostuneita tutustumaan siihen, miten simulaatioita tehdään 3D-ohjelmistoilla, sekä mitkä asiat vaikuttavat simulaatioiden visuaalisiin tuloksiin ja simulointiaikoihin. Vaikka tietokoneiden ja ohjelmistojen kehitys vanhentavat testien tulokset nopeasti, niin samat muuttujat vaikuttavat simulaatioaikoihin jatkossakin. On kuitenkin syytä muistaa, että Bifrostissa on paljon ominaisuuksia, jotka ovat testien ulkopuolella ja niitä ei ole Blenderissä, sekä se, että Bifrostin ominaisuuksia on parannettu huomattavasti Mayan 2016-versiossa.