비압축 상태의 유체 시뮬레이션 방법, 기록매체, 장치 document_id A220623061628

유체란 물이나 불, 구름, 연기처럼 일정한 형태가 없는 물체를 의미하며, 이러한 액체나 기체와 같은 유체에 의한 자연 현상을 사실적으로 시뮬레이션하고 가시화하는 유체 애니메이션에 관한 많은 연구들이 진행되어 왔다. 이러한 유체 애니메이션을 위한 유체 시뮬레이션은 나비어-스톡스 방정식(Navier-Stokes equation)을 근간으로 하고 있다. 이 방정식은 뉴턴의 운동 방정식(F = m·a)을 유체에 맞게 다시 쓴 것으로 유체의 가속도, 유체 이동에 의한 힘, 압력, 외부의 힘, 유체의 점성 사이의 관계를 나타낸다. 거시적 관점에서 나비어-스톡스 방정식은 대부분의 유체를 매우 정확하게 정의한다고 알려져 있다. 원래 나비어-스톡스 방정식은 연속 공간에서 정의되어 있고, 이를 컴퓨터에서 계산하기 위해서 어떤 방법을 사용할 것인지는 또 하나의 중요한 문제이다. 크게 두 가지의 계산 방법이 사용되고 있으며, 각각 격자 기반 기법(grid-based method), 입자 기반 기법(particle-based method)으로 불린다. 격자 기반 기법은 공간을 균일한 격자로 나누고 각 격자점에서 유체의 특성을 계산하는 기법으로, 부드러운 수면을 표현하는 데 적합한 것으로 알려져 있다. 반면 입자 기반 기법은 유체를 서로 힘을 주고받는 다수의 입자로 표현하고 입자의 움직임을 추적함으로써 유체의 최종 모양을 얻는 기법으로 격한 움직임을 계산하는 데 장점을 갖는다. 입자 기반 유체 시뮬레이션에도 여러 가지 방법들이 사용되고 있으며, 최근 주목받고 있는 것은 SPH 기법이다. 이는 유체에 포함된 무수한 분자들이 구성하는 부드럽고 연속적인 공간을 상대적으로 훨씬 적은 수의 입자만으로 표현하고자 하는 방법이다. 도 1은 종래 기술에 따라 SPH 기법을 이용하는 유체 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이에 나타낸 바와 같이 종래의 유체 시뮬레이션 방법은, 유체를 구성하는 각각의 파티클에 가해지는 힘을 연산하는 단계(S11)와, 유체의 속도장을 연산하는 단계(13)와, 연산된 속도장에 따라 파티클을 이동시키는 단계(S15)와, 압력 및 밀도를 계산하여 파티클에 가해지는 힘의 연산에 적용하는 단계(S17)를 포함한다.