Towards interactive simulation of soft, rigid and viscous objects in immersive virtual reality

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Larico, José Abel Ticona
• Orientador(a): Nedel, Luciana Porcher
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Realidade virtual; 3D; Visualização interativa; Simulação interativa visual; Ambiente virtual; Animação por computador
• Palavras-chave em Inglês: Physically-based animation; Extension position-based dynamic; Smooth particle hydrodynamic; Shifting phase; 3D sketching
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/214669

Objetos compostos por fluidos, corpos rígidos e flexíveis estão presentes em nosso planeta, sendo que as pessoas interagem com eles em sua vida cotidiana. Alguns materiais mudam sua forma e comportamento devido a alterações nas propriedades físicas, dependendo das condições ambientais, como pressão do ar e calor, também conhecidos como fenômenos de mudança de estado. Exemplos de mudanças de estado são o derretimento da neve quando o inverno termina, a solidificação das rochas em uma erupção vulcânica, a evaporação de um líquido quando atinge a temperatura de ebulição, ou a evaporação dos oceanos devido ao aumento da temperatura. A animação baseada em Física tenta simular materiais e suas transições de mudança de estado. No entanto, ainda não existe um método para unificar todas as transições entre os diferentes estados do material, nem uma ferramenta intuitiva para permitir que os usuários interajam com materiais em diferentes estados em tempo real. Neste trabalho, propomos a integração de simulações interativas em ambientes virtuais, sobre um framework baseada em partículas. Conseguimos simular objetos compostos de materiais viscosos, rígidos e macios e transformar suas propriedades físicas modelando os fenômenos de mudança de fase, além de uma ferramenta virtual que permite interagir e esboçar novos objetos usando esses materiais na realidade virtual. Os métodos de Dinâmica Baseada em Posição Estendida (XPBD) e Hidrodinâmica de Partículas Suavizadas (SPH) foram modificados e adaptados para criar um método geral que unifica os materiais e permite a interação com e entre eles. Demonstrou-se que os métodos interativos propostos permitem alcançar simulações visuais plausíveis. Os resultados mostram que a reprodução dos fenômenos de fusão, solidificação, evaporação e condensação está próxima da realidade, incluindo ainda a visualização dos efeitos de dilatação e convecção. Outro resultado alcançado é o alto realismo dos modelos 3D em Realidade Virtual, devido à modelagem inspirada na Física para enriquecer os desenhos 3D com comportamentos dinâmicos e a capacidade dos usuários de interagirem dinamicamente com o modelo, criando novas formas à medida que os objetos se movem, deformam e caem. Além disso, esta proposta é baseada em métodos interativos e possui baixo custo computacional.