3DCGでの流体(液体・気体)表現は非常に重要かつ有用であり、活用が求められる分野です。
我々は物理ベースのシミュレーションを用いることで流体を映像表現のひとつの手法として活用しております。

物理ベースとは

コンピュータの演算処理を活用し、動きや光の反射などを物理の法則に従い演算処理で再現する仕組みを「物理演算」「物理ベース」と表現します。そしてこの演算を行い画像やオブジェクトの座標などで表現していくCGソフトの機能を物理エンジンと呼びます。
このような物理の法則に従い制作された映像は、実際に撮影されたものと近い結果になりますので、実際に撮影が困難である領域の可視化に大いに有効です。

撮影が困難となる場面・実施に危険を伴うもの(事故の再現)
・実施が不可能なもの(天体衝突、天変地異)
・コスト的に難しいもの(建築物の日陰影響)
・膨大なパターンテスト

また、より精度の高い結果を求める場合などにおいて、事前のテストをシミュレーションで行い、候補や可能性の高い範囲をしぼっておくことも可能になりますので、プレテスト的に使用することでより少ない時間・手数で効率よく最善の結果に近づくことが出来るようになります。

CGによる可視化が可能な分野は主なものとして下記のようになります。

・流体(液体、Fluid、Liquid)
・流体(気体、Gas、Smoke)
・剛体(自動車の動き等)
・その他、光学(ライト、太陽光などの光源からの影の場所)など

特に、1、2の「流体」と呼ばれる気体、液体状の流れる物質の動きを再現するシミュレーションは、分野の幅も広く、気体のような流動性の高いものから、蜂蜜のような高粘度の液体では求められる技術要件も異なってくるため、一般的には非常に時間のかかる処理となります。

それぞれに実例を挙げて解説してみたいと思います。

流体(液体の流れの再現)

災害体験コンテンツ等では浸水の様子をリアルに可視化することで、より身近に感じることができるようになります。

流体(気流の見える化)

煙のような気体のシミュレーションは複雑であり、非常に時間がかかります。
VFX合成用の煙などは流動性の正確性よりもリアルに見え、制作のスピードが要求されます。この為再現の正確性よりも演出としての煙の発生や流れを要求される傾向があります。

剛体(物体の動きの再現)

オブジェクトがどのように動くのかを再現することが中心になりますが、自動車、自転車等の工業製品の場合は、可動部の動きをどの程度再現するのか、その際の可動域や抵抗値等を配慮することも必要になってきます。

その他、光学(ライト、太陽光などの光源からの影の場所)

主に、見た目のリアルさに大きく影響を与えることから、フォトリアルな映像の制作に利用されますが、光学的に正しい計算を行うレンダラーは多分やでも活用が気体てきます。
建築物の建築前に、建築後の日照条件や、景観の変化などを確認することが出来ます。
また、同じ建物を複数建築した場合の景観について実写に合成することでよりリアルにイメージすることが出来ます。

流体の表現力

流体はシミュレーションとして多くの場面にて活用されております。
物理演算によるシミュレーションはモーショングラフィックスにも活用されており、その動きのリアルさや、手書きでは難しい大量のオブジェクトの生成の容易さなどにより今後の活用拡大も期待されております。

流体実例

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