泡泡環(huán)最常出現(xiàn)在由水肺潛水員創(chuàng)建的在線視頻中

來自加州理工學(xué)院的工程師已經(jīng)生成了一個水下氣泡環(huán)的計算機(jī)模擬，它非常逼真，幾乎與真實的視頻無法區(qū)分。然而，研究的重點(diǎn)不僅僅是創(chuàng)造下一代計算機(jī)圖形學(xué)。相反，它的開發(fā)人員希望模擬可以揭示控制這些現(xiàn)象的數(shù)學(xué)和力量。

“當(dāng)我們進(jìn)行這些抽象時，我們?nèi)匀幌Ｍ蹲降疥P(guān)于宇宙的一些基本真理，”工程與應(yīng)用科學(xué)部計算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用與計算數(shù)學(xué)教授Shaler Arthur Hanisch教授PeterSchröder說道，他的團(tuán)隊建立了模擬。

泡泡環(huán)最常出現(xiàn)在由水肺潛水員創(chuàng)建的在線視頻中，他們以類似于吸煙者吹煙圈的方式吹出戒指。施羅德的團(tuán)隊模擬了兩個空氣合并的水下環(huán)，然后再次分開。他們將在7月28日至8月1日在洛杉磯舉行的計算機(jī)圖形學(xué)與互動技術(shù)國際會議和展覽會(SIGGRAPH)上展示他們的作品。

該項目開始時試圖更好地了解太陽耀斑，太陽耀斑是從太陽表面噴出的巨大等離子體環(huán)。施羅德說，太陽耀斑的產(chǎn)生和發(fā)展受到許多復(fù)雜的力量(例如，太陽的強(qiáng)磁場)的控制，使得建模和理解它們變得困難。

由于問題的復(fù)雜性，施羅德的團(tuán)隊最終將其分解成更小的單件。施羅德說：“如果你看太陽的視頻和太陽表面的噴發(fā)，你可以看到這些被稱為通量繩索的大弧度。” “它們扭曲然后自行轉(zhuǎn)動，并且存在暴力事件，其中環(huán)路會自動進(jìn)入。這有點(diǎn)類似于當(dāng)兩個渦旋細(xì)絲 - 兩個泡泡環(huán)相遇時。它們合并時會發(fā)生非常劇烈的反應(yīng)或者隨著波浪沿著泡泡環(huán)行進(jìn)，一段被夾住了。“

可以通過將墨水滴入水中來創(chuàng)建類似但更溫和的版本。墨水形成扭曲的圓環(huán)形狀，然后分支成所謂的墨水枝形吊燈。

太陽耀斑，泡泡環(huán)和墨水吊燈都有一個共同點(diǎn)：繞中心線旋轉(zhuǎn)的扭曲，流體甜甜圈形狀。因此，Schröder說，有效地模擬其中一種現(xiàn)象應(yīng)能提供對其他現(xiàn)象的部分洞察力。

“我們工作的希望是提供幾何見解。我們總是關(guān)注事物的幾何形狀及其行為 - 在這種情況下，我們正在研究泡沫環(huán)行進(jìn)的中心曲線的幾何形狀及其變化厚度，“他說。

為了衡量他的計算機(jī)模擬與現(xiàn)實的接近程度，施羅德將它們與真實的視頻進(jìn)行了并排比較。即使他沒有把所有可能的變量完美地固定下來，如果兩個視頻幾乎無法區(qū)分，他可能正在做正確的事情。

“現(xiàn)在，我們有一個視覺比較，因為沒有辦法說，”哇，你說的完全正確。“定量驗證太復(fù)雜了;變量太多了。但是當(dāng)你看到可視化時，眼睛會說， “是的，這是一場比賽，”他說。“我邀請任何人看一下，告訴我他們是否認(rèn)為這是一場比賽。我們對此感覺非常好。”

定性而不是定量分析在數(shù)學(xué)家的標(biāo)準(zhǔn)中看起來似乎不準(zhǔn)確，但它為Schröder帶來了一些精彩的“a-ha”時刻，當(dāng)計算機(jī)模擬看起來如此逼真以至于他可以確信他以前的數(shù)學(xué)建立它是管理現(xiàn)實世界現(xiàn)象的那些。

“驅(qū)使我的是找到這些美麗的描述，看起來非常復(fù)雜但可以簡化為一些數(shù)學(xué)關(guān)鍵概念。其余的只是從那里開始?？吹揭粋€非常簡單的原則突然產(chǎn)生的美感我們認(rèn)為的復(fù)雜外觀，“施羅德說。