Les ingénieurs de Caltech ont généré une simulation informatique d'anneaux de bulles sous-marines qui est si réaliste qu'il est pratiquement impossible de la distinguer d'une vidéo de la réalité. Le point de la recherche, cependant, se situe bien au-delà de la création d'infographies de nouvelle génération. Au lieu, ses développeurs espèrent que la simulation pourra faire la lumière sur les mathématiques et les forces qui régissent de tels phénomènes.

"Quand nous faisons ces abstractions, nous voulons toujours capturer une vérité fondamentale sur l'univers, " dit Peter Schröder, le professeur Shaler Arthur Hanisch d'informatique et de mathématiques appliquées et computationnelles à la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées, dont l'équipe a construit la simulation.

Les anneaux à bulles sont le plus souvent vus dans les vidéos en ligne créées par les plongeurs, qui soufflent les anneaux d'une manière similaire aux fumeurs soufflant des anneaux de fumée. L'équipe de Schröder a simulé deux anneaux d'air sous-marins fusionnant puis se séparant à nouveau. Ils présenteront leurs travaux à l'International Conference and Exhibition on Computer Graphics &Interactive Techniques (SIGGRAPH), qui se tiendra à Los Angeles du 28 juillet au 1er août.

Le projet a commencé par une tentative de mieux comprendre les éruptions solaires, qui sont d'énormes boucles de plasma qui jaillissent de la surface du soleil. La création et la croissance des éruptions solaires sont régies par un certain nombre de forces complexes (par exemple, le fort champ magnétique du soleil) qui rendent leur modélisation et leur compréhension difficiles, dit Schröder.

En raison de la complexité du problème, L'équipe de Schröder a fini par le diviser en petits morceaux individuels. "Si vous regardez des vidéos du soleil et des éruptions à la surface du soleil, vous pouvez voir ces grands arcs de ce qu'on appelle des cordes de flux, " dit Schröder. " Ils se tordent puis se retournent sur eux-mêmes, et il y a des événements violents où la boucle se boucle. C'est un peu comme lorsque deux filaments de vortex - deux anneaux de bulles - se rencontrent. Il y a une réaction très violente où ils fusionnent ou une section est pincée, avec des vagues voyageant le long de l'anneau de bulles."

Un similaire, mais une version plus douce peut être créée en jetant de l'encre dans l'eau. L'encre forme une forme de beignet tordu qui se ramifie ensuite en ce qu'on appelle des lustres à encre.

Éruptions solaires, anneaux à bulles, et les lustres à encre ont tous un point commun :la torsion, des formes fluides en forme de beignet qui tournent autour d'une ligne centrale. Ainsi, modéliser efficacement l'un des phénomènes devrait offrir un aperçu partiel des autres, dit Schröder.

"L'espoir de notre travail est de fournir des informations géométriques. Nous examinons toujours la géométrie des choses et de leur comportement - dans ce cas, nous examinons la géométrie de cette courbe centrale de l'anneau de bulle se déplaçant et les changements de son épaisseur, " il dit.

Pour mesurer à quel point ses simulations informatiques modélisent la réalité, Schröder les compare côte à côte avec des vidéos de la réalité. Même s'il n'a pas parfaitement identifié toutes les variables possibles, si les deux vidéos sont pratiquement indiscernables, il fait probablement quelque chose de bien.

"Maintenant, nous avons une comparaison visuelle car il n'y a aucun moyen de dire, "Wow, vous avez tout à fait raison." C'est trop compliqué à vérifier quantitativement ; il y a trop de variables. Mais quand vous voyez la visualisation, l'œil dira, "Oui, c'est un match, "" il dit. "J'invite tout le monde à le regarder et à me dire s'il pense que c'est un match. Nous nous sentons plutôt bien à ce sujet."

Cette analyse qualitative plutôt que quantitative peut sembler inexacte selon les normes d'un mathématicien, mais cela a conduit à de merveilleux moments "a-ha" pour Schröder, lorsque la simulation informatique semble si réaliste qu'il peut être sûr que les mathématiques qu'il a utilisées pour la construire sont celles qui régissent les phénomènes du monde réel.

"Ce qui me motive, c'est de trouver ces belles descriptions de quelque chose qui a l'air terriblement compliqué mais qui peut être réduit à quelques concepts mathématiques clés. Ensuite, le reste découle de là. Il y a de la beauté à voir qu'un principe très simple donne soudainement naissance à l'apparence complexe que nous percevons, " dit Schröder.