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3. Natürliche Phänomenmodellierung in der Computergraphik
3.4.3. Zusammengesetzte Phänomene
Die anspruchsvollste Aufgabe der computergraphischen Modellierung natürlicher Phänomene
ergibt sich bei der Verbindung verschiedener Modellierungsregimes. Diese Verbindung
entspricht einerseits der Verbindung zweier nicht-interaktiver Simulationsansätze
und andererseits der Benutzerinteraktion mit einem dynamischen Phänomen. Die theoretische
Herausforderung rührt aus der Schwierigkeit, für mehrere separate Subsysteme
einen gemeinsamen formalen Rahmen zu entwickeln. Die gleiche Schwierigkeit, nämlich
die Suche nach dem übergreifenden Urprinzip bestimmt bis heute auch die elementaren
Teile der theoretischen Physik: Lassen sich die vier Grundkräfte einheitlich aus einer
Theorie heraus erklären? Wenn dies tatsächlich eines Tages gelingen sollte, dann könnte
man alle Erscheinungen der Natur mittels einer einzigen Logik reproduzieren. Für
die Naturphänomenmodellierung in der Computergraphik bedeutete es, dass man jedes
beliebige Phänomen in einer Logik ausdrücken könnte und folglich auch auf einem
Computer erzeugen könnte.
Davon ist die Menschheit durchaus noch weit entfernt. Denn das Optimum der Simulation
kann nichts Besseres erzeugen als ein Welt-Abbild, das der wirklichen Welt zum
Verwechseln ähnelt. Angenommen es gäbe solch einen perfekten Simulator. Jedem Atom
der Wirklichkeit entspräche dann genau ein Simulator-Atom. Offensichtlich wäre das
kein besonders brauchbarer Simulator. Man könnte stattdessen direkt ein Experiment in
der wirklichen Welt durchführen.
Für die Computergraphik bedeutet die Verbindung von Modellierungssystemen also
auch weiterhin ein vielseitiges Betätigungsfeld. Es werden immer Annäherungen bleiben,
aber jede neue Näherung kann erstaunliche Aspekte hervorbringen. In der bisherigen Literatur
lassen sich zwei Untergruppen von zusammengesetzten Phänomenen abgrenzen:
Zusammenführungen, die sich aus zwei Teilen vor und nach einzelnen topologieverändernden
Ereignissen ergeben, sowie grundsätzlich hybride System, die andauernd miteinander
im Austausch stehen. Jede Nahtstelle von einem Subsystem zum anderen kann
auch für Benutzerinteraktion erschlossen werden. Das Vorbild beider Untergruppen stellt
die Problematik der Randbedingungen bei der Fluidsimulation. Robert Bridson bezeichnet
dies in [Bri08] als den heikelsten Punkt der Fluidsimulation. Denn an den Rändern
zeigt sich die Schwierigkeit geeigneter Diskretisierung am deutlichsten, weil Fluidgrenzen
im Normalfall nicht mit Diskretisierungszellgrenzen zusammenfallen.
Die folgende Vorstellung der zusammengesetzten Phänomene geschieht nur überblicksartig,
weil das Grundproblem des Grenzüberganges nicht beschränkbar ist auf konkrete
Phänomengruppen, sondern prinzipiell ubiquitär auftreten kann, ähnlich wie in der Physik
die Phasenübergänge.
Topologieverändernde Phänomene
Der einfachste Fall des Phänomenübergangs ergibt sich aus der plötzlichen Topologieveränderung,
wenn ein einzelner Körper in kleinere Teile zerbricht. Die Modellierung des
Starrkörpers muss durch Bruch oder Riss in die Modellierung vieler Körper überführt
werden. Die Situation vor und nach dem Bruch ist gut modellierbar, die Bruchbildung
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