Gli ingegneri di Caltech hanno generato una simulazione al computer di anelli di bolle subacquee che è così realistica da essere praticamente indistinguibile da un video della cosa reale. Il punto della ricerca, però, va ben oltre la creazione di computer grafica di nuova generazione. Anziché, i suoi sviluppatori sperano che la simulazione possa far luce sulla matematica e sulle forze che governano tali fenomeni.

"Quando facciamo queste astrazioni, vogliamo ancora catturare alcune verità fondamentali sull'universo, "dice Peter Schröder, lo Shaler Arthur Hanisch Professore di Informatica e Matematica Applicata e Computazionale nella Divisione di Ingegneria e Scienze Applicate, il cui team ha costruito la simulazione.

Gli anelli delle bolle si vedono più spesso nei video online creati da subacquei, che gonfiano gli anelli in modo simile ai fumatori che soffiano anelli di fumo. La squadra di Schröder ha simulato due anelli d'aria sottomarini che si fondono e poi si spezzano di nuovo. Presenteranno il loro lavoro alla Conferenza ed Esposizione Internazionale sulla Computer Graphics &Interactive Techniques (SIGGRAPH), che si terrà a Los Angeles dal 28 luglio al 1 agosto.

Il progetto è iniziato con un tentativo di comprendere meglio i brillamenti solari, che sono enormi anelli di plasma che esplodono dalla superficie del sole. La creazione e la crescita dei brillamenti solari è governata da una serie di forze complesse (ad esempio, il forte campo magnetico del sole) che rendono difficile modellarli e comprenderli, Schröder dice.

Data la complessità del problema, Il team di Schröder ha finito per romperlo in pezzi singoli più piccoli. "Se guardi i video del sole e delle eruzioni sulla superficie del sole, puoi vedere questi grandi archi di quelle che vengono chiamate corde di flusso, " dice Schröder. "Si torcono e poi si girano su se stessi, e ci sono eventi violenti in cui il ciclo si imbatte in se stesso. Questo è un po' simile a quando due filamenti di vortice, due anelli di bolle, si incontrano. C'è una reazione molto violenta in cui si fondono o una sezione viene pizzicata, con onde che viaggiano lungo l'anello di bolle."

Un simile, ma è possibile creare una versione più delicata facendo cadere l'inchiostro nell'acqua. L'inchiostro forma una forma a ciambella attorcigliata che poi si dirama in quelli che vengono chiamati lampadari a inchiostro.

brillamenti solari, anelli di bolle, e i lampadari a inchiostro hanno tutti una cosa in comune:torsioni, forme fluide simili a ciambelle che ruotano attorno a una linea centrale. Così, modellare efficacemente uno dei fenomeni dovrebbe offrire una visione parziale degli altri, Schröder dice.

"La speranza del nostro lavoro è fornire intuizioni geometriche. Guardiamo sempre alla geometria delle cose e del loro comportamento, in questo caso, stiamo osservando la geometria di questa curva centrale dell'anello a bolle che viaggia e le variazioni del suo spessore, " lui dice.

Per misurare quanto fedelmente le sue simulazioni al computer modellano la realtà, Schröder li confronta fianco a fianco con i video della realtà. Anche se non ha tutte le possibili variabili fissate perfettamente, se i due video sono praticamente indistinguibili, probabilmente sta facendo qualcosa di giusto.

"Ora, abbiamo un confronto visivo perché non c'è modo di dire, "Oh, hai capito bene." È troppo complicato da verificare quantitativamente; ci sono troppe variabili. Ma quando vedi la visualizzazione, l'occhio dirà, "Sì, questa è una partita, "" lui dice. "Invito chiunque a guardarlo e a dirmi se pensa che sia una partita. Ci sentiamo abbastanza bene".

Quell'analisi qualitativa, piuttosto che quantitativa, può sembrare inesatta per gli standard di un matematico, ma ha portato ad alcuni meravigliosi momenti "a-ha" per Schröder, quando la simulazione al computer sembra così realistica da poter essere sicuro che la matematica che ha usato per costruirla sono quelle che governano i fenomeni del mondo reale.

"Quello che mi spinge è trovare queste bellissime descrizioni di qualcosa che sembra terribilmente complicato ma può essere ridotto a pochi concetti matematici chiave. Poi il resto segue da lì. C'è bellezza nel vedere che un principio molto semplice all'improvviso dà origine a l'aspetto complesso che percepiamo, " dice Schröder.