Real-time landscape-size convective clouds simulation and rendering

Simulation et rendu temps-réel de nuages convectifs à l'échelle du paysage

Prashant Goswami (1) , Fabrice Neyret (1)

1 MAVERICK - Models and Algorithms for Visualization and Rendering

This paper presents an efficient, physics-based procedural model for the real-time animation and visualization of cumulus clouds at landscape size. We couple a coarse Lagrangian model of air parcels with a procedural amplification using volumetric noise. Our Lagrangian model draws an aerology \ie the atmospheric physics of hydrostatic atmosphere with thermodynamics transforms, augmented by a model of mixing between parcels and environment. In addition to the particle-particle interactions, we introduce particle-implicit environment interactions. In contrast to the usual fluid simulation, we thus do not need to sample the transparent environment, a key property for real-time efficiency and scalability to large domains. Inheriting from the high-level physics of aerology, we also validate our simulation by comparing it to predictive diagrams, and we show how the user can easily control key aspects of the result such as the cloud base and top altitude. Our model is thus fast, physical and controllable.

Cet article présente un modèle temps-réel procédural basé sur la physique pour l'animation et la visualisation temps réel de cumulus à l'échelle du paysage. Nous couplons un modèle Lagrangien basse-résolution de parcelles atmosphériques avec un modèle d'amplification procédurale à base de bruit volumique. Notre modèle Lagrangien s'appuie sur l'aérologie \ie la physique de l'atmosphère en équilibre hydrostatique avec transformations thermodynamiques, augmentée d'un modèle de mélange entre les parcelles et de l'environnement. En plus des interactions entre particules, nous introduisons les interactions entre les particules et l'environnement implicites. Contrairement à la simulation de fluides habituel, on n'a donc pas besoin d'échantillonner l'environnement transparent, une propriété clé pour l'accessibilité au temps réel et la scalabilité aux grandes étendues. Héritant de la physique à haut niveau de l'aérologie, nous validons notre simulation en la comparant aux diagrammes prédictifs, et nous montrons comment l'utilisateur peut contrôler facilement les principaux aspects du résultat comme l'altitude de la base et du haut des nuages. Notre modèle est donc rapide, physique et contrôlable.

Mots clés: amplification; real-time; animation; clouds; natural phenomena; GPU

Domaines: Synthèse d'image et réalité virtuelle [cs.GR]

Prashant Goswami, Fabrice Neyret. Real-time landscape-size convective clouds simulation and rendering. [Research Report] RR-8919, INRIA. 2016, pp.17. ⟨hal-01325905⟩