RealFlow 翻译教程02——简单的烟

1、 简单的涡流，漩涡更新（Oct.21，2011）我们检测到脚本中有一个小错误。估计你们中大部分人已经纠正了这个bug，但对那些不太熟悉Python的人还是有必要的。PDF已经做了更新。旧版本if (scene.getAxisSetup() = AXIS_SETUP_YXZ):forceVec= Vector.new(0, stokesForce, 0)else:forceVec= Vector.new(0, 0, stokesForce)particle.setExternalForce(vortexVec)正确版本if (scene.getAxisSetup() = AXIS_SETUP_Y

2、XZ):vortexVec= Vector.new(0, stokesForce, 0)else:vortexVec= Vector.new(0, 0, stokesForce)particle.setExternalForce(vortexVec)（译者注：其实就是(scene.getAxisSetup() = AXIS_SETUP_YXZ) 中赋值符号（=），改为等于号（=）更新（11.15.2011）正确的PDF已经放在下载区了，还包含了了RFS文件。这个文件可以直接载入RealFlow。还可以复制相关脚本，到场景的脚本辅助器（scripted daemon）中。非常抱歉给你造成的不便，

3、但有时一些很小的错误，无论你一个人检查多少遍都找不出来。感谢你的理解。旋转和漩涡在RealFlow平台是不太容易实现的，大部分要借助第三方工具或三维软件的插件。当然这些工具运用高度复杂的算法和功能去实现绝对逼真的烟雾，但有时候差不多的效果就足够了，例如远处的烟雾或预渲染时。这个免费教程是非常基础的，但也是非常快的方法做到烟雾上升效果。您将了解如何使用基础方程，把它们放入一个脚本，创建卷曲/紊乱的粒子。这个简短的讨论，实际就是像你在玩一样，你可以添加自己的拓展，获得更自然的结果，因为本身这种方法有限制。尽管方法有所局限，却是简单有效的能达到好的效果的方法。作为一个辅助效果，你将学习到关于流体一些

4、有趣的东西。在右边的第一个视频向你展示了流体模拟形成蘑菇云形的烟。第二个视频是一个特写，你可以清楚的看到粒子如何固定在一个路径，并创建涡流的。展示出你的作品当然一个教程只能是一种解决问题的方法，我们希望你多调调参数，力和动画曲线，并展示出你的实现方法。我们对你作的成果很感兴趣，你可以在网站上发静帧或给我们视频链接。-上面是原网站简介-漩涡RealFlow能处理多种模拟任务：流体，刚体和柔体，波浪，风格化流体。用这些工具几乎能完成所有的任务，但仍有一种不行：气态液体（gaseous fluids)当然没有必要用复杂的计算写一个基于Python的烟雾解算器。另外最常见的方法已经被申请成专利了。（例

5、如 J. Stams “Stable Fluids”流体静力学）所以，如果你要编写一个商业烟雾解算器，你必须开发自己的方法，那是一件非常困难的事。此外一切都要适应RealFlow本身，比方说，特色。图1.RF_toolfactory VortexFlow插件基于密度的烟雾模拟。当你看一下模拟的烟雾时，我会发现两个重要的事。1.烟雾上升是由于浮力2.有大的涡流还有小的涡流（紊乱、卷边）产生小的紊乱和卷边方法，称为（涡流限制 Vorticity Confinement)。这个技术引入速度(velocity)在某些领域，创建小的速度随机。涡流限制（vorticity Confinement)实际上增

6、加了烟雾的真实感，使一切变得自然。然而在许多情况下，是不需要这么多细节的。例如缩放很大的烟流（烟羽），或远处的烟雾源。问题是，要做大的涡流是非常困难的使用RealFlow标准流体解算器。所提出的方法实在是很基础的，只达到近似级水准，但你在使用这方法时可能会找到一个新的方法来拓展脚本，去达到更好的效果。真正工作使用时，一定要经过试验，脚本对错误是非常敏感的。因此，本教程实际上是快速的方法提示，而不是全面详细的讨论。但也许你会觉得很有意思，看看你可以用这个方法获得什么。准备主要的困难是，迫使流体粒子沿着圆圈发射器路径运动，像升起的烟雾。实现这种行为的方法或公式是一定要引入Python脚本。一个好主

7、意是在互联网上搜索，你很快就会发现两种基本方法：层流（laminar)和湍流(turbulent flow)在层流流体下在某一个方向没有湍流，可以在水管或通道观察到这样的行为。湍流是非常难以描述的，因为流体看起来没有一个确定方向。在湍流中你能看到漩涡和不同方向的流动。层流和湍流之间有这样一个关系：超过一定标准时，层流可以变成湍流。这个标准就是的雷诺数（Reynolds numbe）。在漏斗，狭窄的管道或障碍物里面的流体可以看到，这两种状态之间的转换。层流这种方法将要使用的公式被称为“Stokes定律”。这个术语，用来描述流体中球形体（粒子）的摩擦力。这力的大小也取决于粒子半径和流体粘度。跟其它

8、任何摩擦力一样，Stoke力导致body/particel减速。在我们例子中，力作用在周围流体。Fs = 6 R vFs 是Stokes 力，是 pi，（Eta)是流体动力学粘度。R是粒子半径，v是速度。这个方法优点，RealFlow可以提供所有必要参数给这个公式。这个思路是创建一个层流的力场抵消流体的上升运动来减速粒子。另一方面，粒子的浮力使流体上升。这上升流体在层流力场影响下会减缓粒子。这意味着，必须作用在粒子云外面。为得到粘稠的效果必须要有很高的粘度值（viscosity)。这也将减慢整个粒子流，当粒子流累积在流体前面。因为动力学粘度值 1是水20C时，它可以被忽略掉。但你能模拟不同流体

9、。为什么最终是负的力，是为了抵消了上升粒子流： Fs = - 6 R v图 2：层流（laminar flow)说明引入负号，因为这力能抵消粒子向上运动。最终，我们得计算粒子半径 R。当你参考RealFlow手册时，会看在发射器Resolution参数下看到这个半径公式。这正是我们需要的： 湍流（TURBULENT FLOW)思考湍流时你会遇到一个困难。当流体在障碍物周围，物体后面就会产生低压区。在前面有高一点的压力。这不同的压力就是流体的阻力，这力可以被表达成：Cw是阻力系数，A 是障碍物横截面。因为我们可以把流体粒子看作一个个小球体，Cw值是0.45,A就是简单的圆面积：R2（译者注：原文

10、应该写错了）图3：湍流图例尽管这个公式能产生一种力，但仅是一方面，并不能产生湍流。仅仅是流体经过时的力（fluid experiences 不知道合适怎么说）。要找到层流变成湍流时间点，雷诺系数（Reynolds number)（后面写为Re)是很重要的。定义Re不是隐藏的，可从RealFlow标准参数来计算，但这仅仅是达到实际效果并不能正确描述湍流物理现像。湍流和卷曲需要一个更加复杂的方法，基于从Navier - Stokes方程的向量场。这各种物理性质的向量场，通常存储成网格（grid）。这是“基于网格的流体”一词的由来。（grid based fluids)RealFlow 湍流参数Re

11、alFlow的标准粒子提供了湍流参数，但这不是自定义的值，是SPH（译者注：Smoothed Particle Hydrodynamics）流体内部参数。用脚本可以写成矢量格式： = Vector.new(x, y, z)脚本对于此脚本，要使用RealFlow辅助器，因为它是一种特殊功能，可以给粒子施加外部力给网格流体或物体，这是方法很稳定，可放心使用。 脚本辅助器可以这样添加：Edit Add Daemons Scripted辅助器结点面板提供了Edit功能。请注意脚本窗口模式。这意味着，你必须关闭此窗口再次访问底层的RealFlow面板。这实在是烦人，但不能改变。为了使一切更方便，你也可能

12、添加一个小型的GUI（图形用户界面）。关于这部分更多说明请参看，RF脚本那本书，GUI部分。如果你要创建GUI，请创建成Batch Script.如果你要加在辅助器”def onSimulationBegin部分，RealFlow可能会崩溃。#-# Function: applyForceToEmitter # This function is called by the simulation engine # when external forces should be applied to the # particles in the emitter. #-import mathimpor

13、t randomdef applyForceToEmitter( emitter ): normalThreshold = 0.85 emitterRes = emitter.getParameter(Resolution) pRad = 1 / (1000 * emitterRes) * (1/3) dynVisc = 1.0 # this is not RFs Viscosity value! particle = emitter.getFirstParticle() while (particle): pVel = particle.getVelocity().module() pNor

14、mal = particle.getNormal().module() rndRange = random.uniform(-0.02, 0.02) if (pNormal = nornmalThreshold + rndRange):stokesForce = -6 * math.pi * pVel * pRad * dynVisc if (scene.getAxisSetup() = = AXIS_SETUP_YXZ): vortexVec = Vector.new(0, stokesForce, 0) else: vortexVec = Vector.new(0, 0, stokesFo

15、rce) particle.setExternalForce(vortexVec) particle = particle.getNextParticle()这个脚本是非常简单的。在第一部分，粒子半径取自发射器的“Resolution.然后脚本遍历所有粒子，读出单个速度矢量。使用的X，Y和Z单独的值，而不是矢量的大小这是计算“module（）”语句。这个方程是： magnitude = sqrt(x2 + y2 + z2)这个方程（module()）结果是标量（仅仅是数字），不是由三个值组成的矢量。这个操作的原因是矢量不能作为检查条件来判断是否满足条件。但用浮点数字就不存在这个问题。相同的过程

16、（向量 - 模 - 标量）是适用于粒子的正常方向。这个方法必须要找出外面流体，法线模长（normals magnitude）是这脚本最重要和最敏感的值（见参数的调节）。所以脚本仅仅决定粒子在流体外面，力（=阻力）将接受场景设置。为了变得更丰富一点，加一点随机值到法线的模(normals magnitude)。参数调节正如所提到的，主要思路是，减缓流体外部粒子。内部粒子仍然保持初始速度，和拖缓粒子速度。由于粘度（也称为内部摩擦力），整个流体最终会放慢，粒子的聚集在流体的头部。图4：相互影响的不同力，最终创建上升的烟雾上面图片说明的方法：Stoke力Fs减缓流体外部粒子。浮力Fb作用在所有粒子上，

17、产生了一个吸引力，使粒子向下。在这个边界可以看到涡流想得到这个效果，必须标志出流体粒子的外面，这是为了检查法线。越接近流体粒子外部法线就越大。问题是这个值，发射器resolution值越高，它就减小。用“Resolution”值为1.0，normalThreshold“变量可以是1.5或更大。用非常高的设置，是0.5或更小。不幸的是不能为每个resolution设置一个固定的值，因为粒子数和法线长度关系不是线性的。意思是你要测试和试不同的值羽流的质量取决于法线阈值（normal threshold)图5.一个上升烟的模拟这已经调整的“normalThreshold”0.85，circle发射器 缩放是（0.5，0.5，0.5),Resolution值是4.0，Speed是2.0另一个重要的值是发射器的“Viscosity”参数。如果它太小，那么效果不能完全体现出来。能达到最好的效果设置值在4.0与6.0之间。如果有逃