Fluids —— FLIP SOP

目录

FLIP Container —— 创建容器域及相关场和属性

FLIP Boundary —— 为生成或删除粒子而创建的surface或density VDB

FLIP Collide —— 添加碰撞体

FLIP Solver —— 解算器

FLIP Volume Combine —— 合并不同精度的FLIP场

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FLIP Container —— 创建容器域及相关场和属性

        此节点创建并初始化粒子流体的域；连入闭合对象或体积（不必是矩形，也可移动或变形），以自定义形状；无输入，则通过节点参数控制域的尺寸和位置；

• Particle Separation，不仅控制域的精度，还控制粒子和体素的数量，及碰撞对象的精度；
• 该节点还提供流体的物理属性，如density、viscosity；
• 当开启FLIP Solver SOP/Waterline选项，可观察到域边界外也会创建粒子，这是由于受环境影响并向域内流体注入velocity和pressure；在域的边界粒子持续的发射和删除，以维持水线和粒子数量；
• 边界框总是存在的，即使没有waterline；可通过FLIP Boundary SOP测试；

注，当surface粒子是边界粒子是也会被考虑，生成的mesh会变大，通过Bounding Box参数剪切；

Sources

• source，流体总是在此SDF内创建；
  • source -> sourcesurface，补种seed生成粒子（Gas Seed Fluid Particles）；
  • flipsolver(DOP)/Volume Motion/Solver/Guiding Fields/Source Surface
    

注，souce、collision、sink激活区域其值，当带宽超过其激活区域会全部填满；

• sink，流体总是在此SDF内移除；
  • sink -> sinksurface，删除补种的粒子（Gas Seed Fluid Particles）；
  • flipsolver(DOP)/Volume Motion/Solver/Guiding Fields/Sink Surface
• velsurface，在此SDF边界使用速度边界条件，以使流体速度不会突然跨过velsurface边界；
  • 会先和collision SDF合并，以作为projection_collision（Project Non-Divergent）；
  • flipsolver(DOP)/Volume Motion/Solver/Collision Fields For Solver/Collision Surface
    
• vel，通过“velsurface”或“guidingsurface”设置速度时，使用的速度值；
  • vel -> guidingvel，复制引导速度到vel（Gas Calculate）及粒子v；
    • flipsolver(DOP)/Volume Motion/Solver/Guiding Fields/Guiding Velocity
  • vel -> vel，初始化vel场；
• guidingsurface，在pressure projection后，在此SDF内设置速度vel；
  • guidingsurface -> guidingsurface，用于计算vel（复制guidingvel）；
  • flipsolver(DOP)/Volume Motion/Solver/Guiding Fields/Guiding Surface       
    
• pressuresurface，在此SDF的边界应用pressure边界条件；会产生气泡；
  • 从surface场移除此SDF，以作为projection_surface；
  • flipsolver(DOP)/Volume Motion/Solver/Surface Fields For Solver/Surface  
• pressure，在free surface或pressuresurface边界应用；
  • 此场被添加到surfacepressure；
• massdensity、viscosity、age，及自定义场；

Collision

• surface
• vel

FLIP Boundary —— 为生成或删除粒子而创建的surface或density VDB

        此节点将输入的几何体转化为volume，以控制解算，也可直接连入volume|（如surface和vel）；可Merge多个对象以获得更加复杂的外形；

• source，作为发射源创建粒子，可添加额外的速度；
  • Pressure-based sourcing，通过定义Hydrostatic Pressure，填充杯子或水池；达到水位，即停止；
  • velocity-based sourcing，会溢出，在整个模拟过程中创建粒子；
• sink，会删除粒子；有负速度或压力，产生吸力效果；

注，仅当想添加或移除粒子（从source或sink）使用；

Pressure-based sourcing

• Uniform Pressure，粒子会沿源对象法线方向发射（在给定的压力下），如给定的压力被达到，则源停止；动画此参数，以约束粒子；在sink模式下，设置为-1可创建吸力效果，正值则会排斥；
• Hydrostatic Pressure，粒子会沿源对象法线方向发射（在给定的压力下），如Water Level被达到，则源停止；动画此参数，以约束粒子；建议值在0~1；在sink模式下，与Uniform Pressure，区别不大；
• Water Level，仅与Hydrostatic Pressure一起才有效，以定义阈值；一旦水平面被达到，则源停止；如填充杯子或水池；

FLIP Collide —— 添加碰撞体

        此节点接收2D/3D几何体和volume，作为碰撞体；将对象连入到第四个端口，以将对象转为碰撞体；唯一调整碰撞体精度的方法是FLIP Container SOP/Particle Separation参数，Grid Scale参数谨慎调节；

        精确的碰撞体速度对流体解算非常重要，不正确的碰撞速度可能会导致缺少动态飞溅或流体泄漏；

        可使用merge连入多个对象，或使用多个FLIP Collide节点；可处理开放或封闭的3D对象，及2D几何体（如grids、planes）；碰撞体可移动或变形，默认会计算速度（Point Velocity SOP）；

VDB Convex Clip SDF SOP，使用Convex hull裁切SDF；

• 相对于Shrink Wrap/VDB from Polygons/VDB Combine；

FLIP Modify Volume，更新碰撞速度；

FLIP Solver —— 解算器

        该解算器是基于粒子和基于体积解算的混合；所有流体数据均存于粒子，只有粒子需逐帧保存，确保不会发生不必要的流体混合或损失；但pressure projection是在体积（被实时创建）上完成的；流体是被具有pscale属性的粒子表示的，可被POP/DOP力移动；

        当FLIP流体解算时，临时的速度场会被创建；粒子速度会被传递到该场，该场被用于执行流体projection；避免粒子相互叠加及相似方向运动；

        FLIP Solver的优点是每帧只需运行几个子步，然而SPH则需要5-10个子步或更多才能稳定；FLIP利用一些体积场，来帮助约束可能出现的瞬间impulse；可在任何时候引入新粒子，可使用许多POP工作流；

Waterline

        会创建初始的水体，如部分填充容器或创建水面（用于交互）；默认是特定厚度的水层，是因为narrow band（可加速模拟并降低内存，水面以下的流体由体积或场表示）；

        禁用waterline的话，source就为0，就不会生成粒子（除非第四端口有连入）；

        第四端口的边界传递，则必须禁用waterline；

Boundary Condition

        水一旦到达域的边界就会消亡，且新粒子会被创建以保持平衡；粒子在source band内生成和删除（在域外部周围）；该参数也与边界传递相关，如产生翻滚的海浪；对于不接触边界的模拟不必考虑“类型”，如填充杯子；

• Pressure Driven，流体会更飞溅和扰乱，也缺乏稳定；
• Velocity Driven，缺乏扰乱，但更稳定；

Initial Surface

        勾选第一帧会完全填充水面以下空间，否则仅填充边界周围（SourceBand），依据 Initial Surface、Waterline、Enable Particle Narrow Band的组合，且必须开启waterline；

边界宽外围粒子宽度，由多个因素决定：

• 本身vdb的exterior band voxels；
• source，及domain场；

 

Collision

Particle Collisions，依赖FLIP Collide SOP节点的Volume Collide、Surface Collide设置；

• None，禁用碰撞粒子与对象碰撞；
• Particle，如是2D或开放的3D几何体使用此模式；
• Move Outside Collision，如是封闭的3D对象和体积使用此模型；

Fluid Behavior

• 在空气区域内不解算速度，只是限制流体的速度以压缩或膨胀空气体积；
• 在Paticle Fluid Surface内使用Preserve Bubbles以保留流体内的气泡；
• 禁用Solver Pressure with Adaptivity参数；

Visualization

Advanced

FLIP Volume Combine —— 合并不同精度的FLIP场

        可将两个不同精度的FLIP场（surface、vel、pressure），融合到一组场中；在FLIP up-res工作流中非常有用，其使用低精度驱动高精度；需使用mask平滑过渡；可仅融合surface场；