泡泡環(huán)最常出現在由水肺潛水員創(chuàng)建的在線視頻中

來自加州理工學院的工程師已經生成了一個水下氣泡環(huán)的計算機模擬，它非常逼真，幾乎與真實的視頻無法區(qū)分。然而，研究的重點不僅僅是創(chuàng)造下一代計算機圖形學。相反，它的開發(fā)人員希望模擬可以揭示控制這些現象的數學和力量。

“當我們進行這些抽象時，我們仍然希望捕捉到關于宇宙的一些基本真理，”工程與應用科學部計算機科學與應用與計算數學教授Shaler Arthur Hanisch教授PeterSchröder說道，他的團隊建立了模擬。

泡泡環(huán)最常出現在由水肺潛水員創(chuàng)建的在線視頻中，他們以類似于吸煙者吹煙圈的方式吹出戒指。施羅德的團隊模擬了兩個空氣合并的水下環(huán)，然后再次分開。他們將在7月28日至8月1日在洛杉磯舉行的計算機圖形學與互動技術國際會議和展覽會(SIGGRAPH)上展示他們的作品。

該項目開始時試圖更好地了解太陽耀斑，太陽耀斑是從太陽表面噴出的巨大等離子體環(huán)。施羅德說，太陽耀斑的產生和發(fā)展受到許多復雜的力量(例如，太陽的強磁場)的控制，使得建模和理解它們變得困難。

由于問題的復雜性，施羅德的團隊最終將其分解成更小的單件。施羅德說：“如果你看太陽的視頻和太陽表面的噴發(fā)，你可以看到這些被稱為通量繩索的大弧度。” “它們扭曲然后自行轉動，并且存在暴力事件，其中環(huán)路會自動進入。這有點類似于當兩個渦旋細絲 - 兩個泡泡環(huán)相遇時。它們合并時會發(fā)生非常劇烈的反應或者隨著波浪沿著泡泡環(huán)行進，一段被夾住了。“

可以通過將墨水滴入水中來創(chuàng)建類似但更溫和的版本。墨水形成扭曲的圓環(huán)形狀，然后分支成所謂的墨水枝形吊燈。

太陽耀斑，泡泡環(huán)和墨水吊燈都有一個共同點：繞中心線旋轉的扭曲，流體甜甜圈形狀。因此，Schröder說，有效地模擬其中一種現象應能提供對其他現象的部分洞察力。

“我們工作的希望是提供幾何見解。我們總是關注事物的幾何形狀及其行為 - 在這種情況下，我們正在研究泡沫環(huán)行進的中心曲線的幾何形狀及其變化厚度，“他說。

為了衡量他的計算機模擬與現實的接近程度，施羅德將它們與真實的視頻進行了并排比較。即使他沒有把所有可能的變量完美地固定下來，如果兩個視頻幾乎無法區(qū)分，他可能正在做正確的事情。

“現在，我們有一個視覺比較，因為沒有辦法說，”哇，你說的完全正確。“定量驗證太復雜了;變量太多了。但是當你看到可視化時，眼睛會說， “是的，這是一場比賽，”他說。“我邀請任何人看一下，告訴我他們是否認為這是一場比賽。我們對此感覺非常好。”

定性而不是定量分析在數學家的標準中看起來似乎不準確，但它為Schröder帶來了一些精彩的“a-ha”時刻，當計算機模擬看起來如此逼真以至于他可以確信他以前的數學建立它是管理現實世界現象的那些。

“驅使我的是找到這些美麗的描述，看起來非常復雜但可以簡化為一些數學關鍵概念。其余的只是從那里開始?？吹揭粋€非常簡單的原則突然產生的美感我們認為的復雜外觀，“施羅德說。