Kolmiulotteisessa simuloinnissa, kuten padon murtumisen mallinnuksessa kuivalla pohjalla, on tärkeää määritellä geometrisesti kaikki ne tasot, jotka määrittävät säiliön rajat. Säiliön rajat ovat avainasemassa veden liikkeen ja sen vuotamisen simuloimisessa, sillä ne luovat virtauksen reunaehtoja. Seuraavat tasot on määritelty ja ne on otettu huomioon simulaatiossa.

Ensimmäinen taso, oikea lateraalinen taso, sijaitsee kohdassa, jossa x-koordinaatti saavuttaa suurimman arvonsa (xlmax). Tämä tarkoittaa, että se on säiliön oikea reuna. Toisena tasona on vasemman lateraalinen tason alku, joka sijaitsee kohdassa x=0. Tämä on vasen reuna, ja sen rooli on määritellä alue, jossa vesi ei pääse liikkumaan ulos säiliöstä. Kolmantena tulee alhaalla sijaitseva taso, joka on pohja (x=0, y=0, z=0). Tämä taso on erityisen tärkeä pohjan ja veden vuorovaikutuksen määrittämisessä.

Yläpuolella oleva taso, joka on määritelty koordinaateilla (x=0, y=ylmax, z=0), edustaa säiliön yläpintaa. Tämä taso ei ole yhtä kriittinen fysikaalisessa mielessä, mutta sen rooli on tärkeä simulaation reunaehtona, sillä se estää veden pääsyn ylös. Takimmainen taso on puolestaan määritelty, kun kaikki koordinaatit ovat nollassa (x=0, y=0, z=0), ja se määrittelee säiliön takarajan. Etummaisen tason koordinaatit (x=0, y=0, z=zlmax) taas luovat säiliön etureunan.

Jokaiselle näistä tasoista voidaan määritellä aktiivisuus. Mikäli tason geometrinen sijainti ei ole nolla, kyseinen taso on aktiivinen, ja sillä on vaikutusta simulaation etenemiseen. Koodissa tämä tarkistetaan laskemalla jokaisen tason aktiivisuus ja vertaamalla sen arvoa nollaan. Jos taso on aktiivinen, se vaikuttaa säiliön dynamiikkaan ja veden virtaukseen. Tämä tarkistus on tärkeä, koska se mahdollistaa säiliön geometrian mukauttamisen simulaation aikana, mikä puolestaan auttaa mallintamaan todellisia virtauksia tarkemmin.

Kun nämä tasot on määritelty, simulaatio voi alkaa. Koodissa tämä ilmenee niin, että tason sijainnin ja aktiivisuuden tarkistaminen on keskeinen vaihe, jonka jälkeen tason geometrinen rooli selviää. Jos taso on aktiivinen, sen koordinaatit ja rooli vaikuttavat siihen, kuinka vesi liikkuu ja kuinka simulaatio etenee. Tämä mahdollistaa dynaamisen vuorovaikutuksen veden ja säiliön rajojen välillä.

Mitä tulee simulaation fysikaalisiin parametreihin, kuten hiukkasten sijoitteluun ja niiden ominaisuuksiin, on tärkeää ymmärtää, että nämä arvot ovat aluksi määriteltyjä, mutta niiden ajalliset muutokset ovat myös välttämättömiä simulaation onnistumiselle. Esimerkiksi partikkelien massat, tiheydet ja viskositeetit on laskettu etukäteen, mutta ne saattavat muuttua ajan kuluessa, kun vesi liikkuu ja virtaukset muokkaavat ympäristön ominaisuuksia. Näiden ominaisuuksien määrittäminen on simulaation ensimmäinen vaihe, mutta niiden päivittäminen ajan mittaan on yhtä tärkeää. Tämä päivitys tapahtuu osaltaan esimerkiksi partikkelien hiukkassäteilyn ja viskositeetin osalta, mikä mahdollistaa realistisemman simulaation.

Lisäksi, koska mallinnetaan padon murtumista, tärkeää on huomioida, kuinka nopeasti ja missä määrin vesimassat voivat liikkua säiliöstä ulos. Tämä vaikuttaa muun muassa veden paineeseen ja vuotoihin, mutta myös siihen, kuinka nopeasti rakenne voi romahtaa. Tällöin padon rikkoutuminen ja vesimassan purkautuminen on simuloitava mahdollisimman tarkasti, sillä se voi vaikuttaa ympäröivään maastoon ja muuhun infrastruktuuriin.

Simulaation jälkeinen analyysi on yhtä tärkeää. Kun simulaatio on käynnissä, tuloksia tarkastellaan ja analysoidaan huolellisesti. Partikkelien paikat, nopeudet, paineet ja muut tiedot on syytä tallentaa ja tarkastella järjestelmällisesti, jotta voidaan ymmärtää simulaation käyttäytyminen eri olosuhteissa. Näiden tietojen avulla voidaan parantaa mallia ja tehdä tarpeellisia säätöjä seuraavassa simulaatiossa. Tämä jatkuva virittäminen auttaa saamaan mahdollisimman realistisen kuvan padon murtumisesta ja sen vaikutuksista.

Miten partikkeli kohtaa mahdollisen esteen: laskelmat ja dynamiikka

Kun tarkastellaan partikkelin liikettä ja sen vuorovaikutusta esteiden, kuten tasojen, kanssa, on olennaista ymmärtää etäisyyksiä ja nopeuksia, jotka määrittävät mahdollisen törmäyksen. Tämä prosessi voidaan jakaa useisiin vaiheisiin, joissa analysoidaan partikkelin sijaintia suhteessa esteisiin ja lasketaan, tapahtuuko törmäys. Törmäyslaskelmissa tarkastellaan paitsi partikkelin etäisyyksiä esteisiin myös sen liikettä, joka voi muuttua ajan myötä.

Ensimmäisessä vaiheessa lasketaan etäisyydet partikkelin keskikohdasta ja mahdollisten tasojen (plane) väliltä. Jos etäisyys on suurempi tai yhtä suuri kuin nolla ja pienempi tai yhtä suuri kuin säde (radius), oletetaan, että partikkeli saattaa törmätä tasoon. Jos etäisyys on pienempi kuin nolla, merkintä “1” asetetaan tason tilanteeksi, mikä tarkoittaa, että partikkeli on jo törmännyt kyseiseen tasoon. Näin määritellään, onko mahdollista, että partikkeli tulee olemaan vuorovaikutuksessa jonkin tason kanssa. Mikäli törmäys havaitaan, jatketaan tarkempia laskelmia, joiden avulla tarkastellaan, jatkuuko törmäys useampien tasojen kanssa ajan kuluessa.

Seuraavassa vaiheessa, jos törmäys on tapahtunut, tarkastellaan kuinka monta kertaa ja kuinka kauan partikkeli tulee törmäämään esteisiin. Tämän tarkastelun aikana käytetään muuttujaa "stop", joka oletuksena on asetettu "YES", mikä tarkoittaa, että törmäystä ei ole tapahtunut. Mikäli törmäys tapahtuu, muuttuja asetetaan "NO":ksi, ja laskelmia jatketaan määrittämällä mahdollisten törmäyspisteiden tarkat sijainnit.

Tässä vaiheessa on tärkeää laskea niin sanotut P_0-pisteet, jotka ovat partikkelin lähimmät pisteet törmäystasoon. Nämä pisteet lasketaan käyttäen partikkelin alkuperäisiä koordinaatteja ja säteen arvoja suhteessa mahdollisiin törmäyspintoihin. Näiden laskelmien avulla voidaan tarkastella tarkasti, missä kohtaa partikkeli osuu tasoon.

Seuraavaksi lasketaan suuntavektori "a", joka määrittää partikkelin liikeradan kulman suhteessa esteisiin. Vektorin laskeminen perustuu partikkelin alkusijaintiin (C0) ja loppusijaintiin (C1). Suuntavektori kertoo, kuinka partikkeli liikkuu tilassa ja kuinka sen liike muuttaa suuntaa törmäyksen seurauksena. Tämä laskelma on välttämätön, jotta voidaan määrittää, onko partikkeli edelleen liikkeessä ja minkälaista vuorovaikutusta sen ja esteiden välillä voi tapahtua.

Lopuksi, kun kaikki tarvittavat laskelmat on tehty, tarkastellaan, onko mahdollista laskea tarkan törmäyspisteen sijainti. Tämä tapahtuu laskemalla niin sanottu s-arvo, joka kertoo, kuinka kaukana törmäyspiste on alkuperäisestä sijainnista. S-arvoa voidaan käyttää määrittämään tarkat koordinaatit, joissa partikkeli kohtaa tason, ja näin voidaan simuloida partikkelin dynamiikkaa esteiden kanssa.

Lisäksi, jotta voidaan ymmärtää partikkelin käyttäytymistä entistä paremmin, on tärkeää ottaa huomioon seuraavat tekijät:

  1. Esteiden geometrian vaikutus: Esteiden sijainti ja kulmat voivat merkittävästi muuttaa partikkelin liikettä. Jos esteet ovat epäsäännöllisiä tai liikkuvia, laskelmat voivat muuttua monimutkaisemmiksi.

  2. Partikkelin nopeus ja massa: Partikkelin liike ja sen vuorovaikutus esteiden kanssa voivat poiketa merkittävästi, jos partikkelin nopeus tai massa on huomattavasti suurempi tai pienempi kuin laskelmissa oletetaan.

  3. Aikavälin merkitys: Laskelmissa käytetty aikaväli (dt) on ratkaiseva tekijä, sillä liian suuret aikavälit voivat johtaa siihen, että törmäys ei havaita ajoissa tai että dynamiikka ei ole täysin tarkka.

  4. Monivaiheinen törmäys: Mikäli partikkeli kohtaa useita esteitä eri vaiheissa, on tärkeää analysoida, kuinka nämä törmäykset vaikuttavat toisiinsa. Usein on tarpeen laskea useita törmäyspisteitä ja arvioida niiden vuorovaikutusta.

Jak vytvořit šperky z drátu: techniky a tipy pro originální náušnice ze stříbra a skla
Jak rozpoznat a pochopit složité rodinné vztahy a mezilidské napětí
Jak upravit expozici a kontrast ve fotografiích pomocí Photoshopu