باحثون يحرزون تقدما في محاكاة النار والدخان

قال باحثون من تايلاند إن المستقبل سيشهد تقدما في محاكاة النار والدخان بالاعتماد على نماذج حاسوبية محسنة.
وعرض باحثون خلال مؤتمر " SIGGRAPH Asia 2017"،الذي عقد في بانكوك مؤخرا، مبادرتين جديدتين يمكن من خلالهما وبشكل أسهل حساب مدى انتشار أعمدة الدخان أو مدى احتراق شجرة.
وقال الباحثون إن هذه النماذج تكتسب أهمية خاصة بالنسبة لصناعة السينما والكمبيوتر، ولكنها يمكن أن تساعد أيضا في التنبؤ بشكل أفضل بحرائق الغابات أو في مجال الطب.
يواجه خبراء تقنية المعلومات في الوقت الحالي تحديات متزايدة، فيما يتعلق بالمحاكاة الواقعية لأعمدة الدخان المنبعثة من شجرة محترقة، وذلك لصعوبة ترجمة العمليات الفيزيائية المعقدة إلى خوارزميات مما يجعلها تتطلب قدرات حاسوبية كبيرة.
ولكن فريقا دوليا من الباحثين تحت إشراف سورين بيرك، من جامعة ستانفورد في كاليفورنيا، قدم الآن محاولة جديدة لمحاكاة شجرة محترقة "حيث ندفع بمحاكاة احتراق الأشجار من خلال تقديم نموذج احتراق حساس حيويا وفي الوقت ذاته يتميز بفعالية حاسوبية"، حسبما أوضح بيرك في بيان عن جمعية (ACM) للتقنية الحاسوبية والتي تنظم المؤتمر.
وقال الباحثون إنهم قدموا ولأول مرة محاكاة مشتركة لحركات الأشجار ومحاكاة للنيران واحتراق الأنسجة النباتية.
ويراعي النموذج تبخر الرطوبة، وتكون الطبقة المتفحمة وتناقص الخشب الذي لم يحترق أثناء الحريق.
وقال الباحثون إن تطور الحريق يختلف باختلاف المكان الذي يسمح فيه المستخدم باندلاع حريق، حيث إن النار التي تندلع في قمة شجرة صنوبر تنتقل ببطء باتجاه أسفل الشجرة في حين أن الحريق الذي يندلع في جذع الشجرة سرعان ما يطال بقية الشجرة.
كما راعى الباحثون خلال النموذج الحاسوبي انحناء فروع الشجرة، التي اندلعت فيها النار واحتراقها.
وأوضح الباحثون أن نموذجهم الحاسوبي يمكن أن يستخدم في عدة مجالات، من بينها تحسين محاكاة انتشار حرائق الغابات.
وفي السياق نفسه، عرض نيلز توري و مينجيو شو من جامعة ميونخ التقنية ،خلال نفس المؤتمر، محاولة جديدة لمحاكاة أحد أعمدة الدخان. وقال توري ،في بيان عن جامعته، إن مثل هذه المحاكاة يمكن أن "تستحوذ على يوم بأكمله أو أكثر من ذلك"، مضيفا: "وإذا لم يعجب المخرج بهذه المحاكاة، فلابد أن يبدأ مصمم الجرافيك مرة أخرى من الصفر".
ويعرف البروفيسور توري، من خلال تجاربه اليومية كمتخصص في هندسة الألعاب الحاسوبية، المواقف اليومية التي يواجها العاملون في صناعة السينما حيث شارك في صناعة المؤثرات الخاصة لثمانية من أفلام هوليود.
وحصل توري على أوسكار أحسن تقني عن تطوير برنامج يحاكي اضطرابات الأمواج.
والآن وجد توري بالتعاون مع شو طريقا لمحاكاة الدخان أو السحب بقليل من الجهد وبشكل واقعي، حيث استخدما في سبيل ذلك قاعدة بيانات تحتوي على أعمدة دخان أصلية، وأنتجا من هذه المقاطع السينمائية نماذج مبسطة للدخان.
ويعتمد البرنامج الحاسوبي الجديد على وسائل ما يعرف ب "التعلم المعمق" بواسطة شبكات عصبية صناعية، وذلك حتى يمكن للبرنامج ربط أحد النماذج مع الصورة الواقعية المناسبة.
وخلال المحاكاة في البداية، يظهر انتشار فيزيائي واقعي لأعمدة الدخان، ولكن هذا النموذج تنقصه تفاصيل.
وتضاف هذه التفاصيل فيما بعد خلال الزمن الحقيقي. وعن ذلك يقول توري: "في الوقت الحالي، فإن عملنا يكتسب أهمية خاصة لصناعة السينما والحاسوب" مشيرا إلى أن البرنامج الذي طوره بالتعاون مع شو يمكن أن يساعد في إنتاج أفلام متحركة ذات ميزانية منخفضة ولكنها تتميز بالواقعية.
ومع ذلك، فإن توري يعتزم أيضا استخدام تقنيته في المجال الطبي،كان يستخدمها على سبيل المثال في محاكاة الدم المتدفق في الجسم.