来自加州理工学院的工程师已经生成了一个水下气泡环的计算机模拟，它非常逼真，几乎无法与真实视频区分开来。然而，研究的重点不仅仅是创造下一代计算机图形。相反，它的开发者希望模拟可以揭示控制这些现象的数学和力量。
“当我们进行这些抽象时，我们仍然希望捕捉一些关于宇宙的基本真理，”工程和应用科学系计算机科学、应用和计算数学教授谢勒阿瑟哈尼什说。他的团队建立了模拟。
气泡环最常出现在水肺潜水员创建的在线视频中，他们吹出气泡环的方式类似于吸烟者吹出烟圈。施罗德的团队模拟了两个水下环，空气在那里汇合，然后再次分离。他们将在7月28日至8月1日在洛杉矶举行的计算机图形和交互技术国际会议和展览(SIGGRAPH)上展示他们的作品。
该项目始于试图更好地了解太阳耀斑，这是从太阳表面喷射出的巨大等离子体环。施罗德说，太阳耀斑的产生和发展受到许多复杂力的控制(例如，太阳的强磁场)，因此很难对它们进行建模和理解。
由于问题的复杂性，施罗德的团队最终将其分解为更小的部分。施罗德说，“如果你观看太阳和太阳表面爆发的视频，你可以看到这些被称为通量绳的大弧度。”“它们自己扭了再转，有暴力事件，循环会自动进入其中。这有点类似于两个螺旋丝——两个气泡环相遇。当它们合并时，它们会发生激烈的反应，或者当波浪沿着气泡环传播时，其中一部分会被抓住。”
一种类似但更温和的方法是将墨水滴入水中。墨水形成一个扭曲的环形，然后分支成所谓的墨水吊灯。
太阳耀斑、气泡环和墨水吊灯都有一个共同点：围绕中心线旋转的扭曲和流体甜甜圈的形状。因此，施罗德说，有效地模拟其中一种现象应该可以提供对其他现象的部分了解。
“我们工作的希望是提供几何洞见。我们总是关注事物的几何形状和行为——在这种情况下，我们正在研究泡沫环中心曲线的几何形状及其变化的厚度，”他说。
为了衡量他的计算机模拟与现实的接近程度，施罗德将它们与真实视频并排进行了比较。即使他没有完美地修复所有可能的变量，如果两个视频几乎无法区分，他可能正在做一些正确的事情。
“现在，我们有了一个直观的比较，因为没有办法说，“哇，你完全正确。“定量验证太复杂；变数太多。但当你看到这种视觉效果时，眼睛会说，“是的，这是一场比赛，”他说。我邀请任何人看一看，告诉我他们是否认为这是一场比赛。我们对此感觉非常好。"
以数学家的标准来看，定性而非定量分析似乎不准确，但它给施罗德带来了一些美妙的“啊哈”时刻，当时计算机模拟看起来如此逼真，以至于他可以确定他以前的数学将它建立为管理现实世界现象的那些数学。
“驱使我的是找到这些美丽的描述，它们看起来非常复杂，但可以简化为一些关键的数学概念。其余的只是从那里开始。看到一个非常简单的原理突然产生一种美感，我们认为这是一个复杂的外观，”施罗德说。
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