Simulación de fluidos

Resumen

Simulación de fluidos (en inglés: Fluid Simulation) en el contexto de VFX no se refiere a un equipo físico en el set, sino a una técnica de computación gráfica: el cálculo de motivaciones físicas del comportamiento de fluidos —es decir, líquidos y gases— en la computadora. Con esto se crean efectos como agua, océanos, salpicaduras, humo, niebla, fuego y explosiones que no se pueden filmar en el set o que serían demasiado grandes, caros o peligrosos.

La simulación resuelve (aproximadamente) las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos —las ecuaciones de Navier-Stokes o las ecuaciones de Euler. A diferencia de la simulación de fluidos científica (CFD), en el cine el enfoque no está en la corrección física exacta, sino en la apariencia visualmente convincente. El resultado se renderiza posteriormente y se combina con la secuencia de imagen real o CG filmada (Composición).

Funcionamiento y enfoques

Existen varios métodos fundamentales para la simulación, que difieren en cómo se representa el fluido espacialmente:

• Basado en rejilla (Euleriano): El espacio se divide en una rejilla de vóxeles; por cada celda se almacenan magnitudes como velocidad, densidad y temperatura. Típico para humo y fuego.
• Basado en partículas (Lagrangiano): El fluido se representa mediante muchas partículas móviles (p. ej., SPH – Smoothed Particle Hydrodynamics).
• Métodos híbridos (PIC/FLIP): Combinan partículas y rejillas. FLIP (Fluid-Implicit Particle) es un enfoque común para líquidos de alta resolución, salpicaduras y superficies de agua.
• Métodos de nivel de conjunto (Level Set): Describen la superficie del fluido implícitamente; se utilizan, entre otros, para agua 3D compleja, humo y fuego.

Históricamente, fueron importantes, entre otros, la implementación 3D de Navier-Stokes de Foster y Metaxas (1996), el método "Stable Fluids" de Jos Stam (1999) con advección semi-Lagrangiana y las extensiones de Ronald Fedkiw y coautores (a partir de 2001/2002) para humo, fuego y agua mediante métodos de nivel de conjunto.

Software y herramientas

La simulación de fluidos es un campo especializado dentro del departamento de VFX (Artistas FX/TDs). Las herramientas comunes son:

Uso en producción

Las simulaciones de fluidos se utilizan en postproducción y pertenecen a las tareas de VFX más intensivas en cálculo; las simulaciones de alta resolución se calculan típicamente en la granja de renderizado. Ejemplos de aplicación conocidos van desde efectos de agua y océanos hasta efectos mágicos y escenas de fuego y explosiones a gran escala en superproducciones. En el set, la contraparte física de estos efectos corresponde a los departamentos prácticos de atmósfera y SFX (p. ej., máquinas de niebla, sistemas de agua, efectos pirotécnicos) —la simulación de fluidos digital complementa o sustituye a estos cuando la implementación práctica no es posible o es demasiado arriesgada.