Due to the complex interconnected structures and underlying dynamics of foam, realistic modeling of its formation and evolution remains a challenging problem. We present a novel approach to simulating the creation, extinction and evolution of foam. Foam is an inter-connected collection of bubbles. The formation of foam is efficiently described by our simplified connection mechanism. For example, a network of bubbles is represented by a position based dynamics and its solution dictates the related foam dynamics. We combine the position based system with a conventional fluid simulation to demonstrate the formation of foam in action. The position based dynamic framework gives control over explicit integration and avoids instability problems by treating the position directly through satisfying constraints. We employed this approach to represent the characteristics of foam. Several constraints are used and manipulated positions of foam particles for the foam equilibrium. In our method, foam particles are handled directly by constraints and performed stably due to the features of the position based dynamics.
거품은 액체나 고체에 둘러 쌓인 기체 방울로 물과 공기의 중간 성질을 가진다. 또한 기포들이 내부에서 연결되어 뭉친 형태로 거품은 일반적으로 공기와 액체 사이의 얇은 물 막으로 이루어져 있는데, 이 물 막들이 평형상태를 이루기 위해 서로 연결되는 과정과 움직임은 복잡계의 성질을 띠고 있어 일정한 법칙으로 다루기 매우 어렵다. 이러한 복잡한 내부 구조와 이에 따른 움직임 때문에 컴퓨터 그래픽스 분야에서 사실적인 폼 구조의 형성과 그의 발전과정은 여전히 어려운 문제로 남아있다. 본 논문에서는 거품의 내부 구조와 움직임을 최대한 물리화학적인 법칙에 근거하여 표현하였다. 본 논문은 컴퓨터 그래픽스에서 형체를 변형하거나, 옷감 시뮬레이션, 헤어 시뮬레이션에서 효과적으로 사용되어 온 위치기반역학을 사용하여 거품을 만들어냈다. 예를 들어, 기포들 사이의 연결구조는 위치기반 역학으로 표현되고, 이렇게 연결된 거품은 평형상태에 도달하기까지 앞서 말한 물리화학적인 법칙을 만족시킨다. 우리는 실제 움직임에 거품을 만들어 내기 위해서 이러한 위치기반 역학 시스템을 일반적인 유체 시뮬레이션에 결합한다. 위치 기반 역학 프레임워크는 여러 제약조건들을 만족시키며 위치를 직접 이동시키기 때문에 힘 기반의 시뮬레이션에서 쉽게 일어날 수 있는 불안정한 문제를 피할 수 있다. 본 논문에서는 총 4가지의 제약 조건들이 사용되었으며 이 컨스트레인트들을 위해 사용된 식과 계수들은 거품의 물리적인 법칙에 따라 정해졌다. 결과적으로 우리는 이러한 방법을 도입하여 거품의 성질을 안정적이면서도 쉽게 표현할 수 있었다. 본 논문에서 사용한 유체 시뮬레이션은 파티클 기반의 SPH시뮬레이션이다.
