Implementation und Untersuchung von Position Based Dynamics

  • Simulationen in der Computergraphik haben das Ziel, die Realität so genau wie möglich in einer Szene einzufangen. Dafür werden intern und extern wirkende Kräfte berechnet, aus denen Beschleunigungen berechnet werden. Mit diesen werden letztendlich die Positionen von Geometrien oder Partikeln verändert. Position Based Dynaimcs arbeitet direkt auf den Positionen. Durch Constraints wird eine Menge von Regeln aufgestellt, die zu jedem Zeitpunkt in der Simulation gelten sollen. Ist dies nicht der Fall, so werden die Positionen so verändert, dass sie den Constraints entsprechen. In dieser Arbeit wird ein PBD-Framework implementiert, in dem Solide und Fluide simuliert werden. Die Constraints werden durch ein Gauss-Seidel-Lösungsverfahren und ein Gauss-Jakobi-Lösungsverfahren gelöst. Die Berechnungen finden dabei komplett auf der GPU statt. Die Ergebnisse sind physikalisch plausible Simulationen, die in Echtzeit laufen.
  • The goal of simulations in computergraphics is the simulation of realistic phenomena of materials. Therefore, internal and external acting forces are accumulated in each timestep. From those, new velocities get calculated that ultimately change the positions of geometry or particles. Position Based Dynamics omits thie velocity layer and directly works on the positions. Constraints are a set of rules defining the simulated material. Those rules must not be violated throughout the simulation. If this happens, the violating positions get changed so that the constraints get fullfilled once again. In this work a PBD-framework gets implemented, that allows simulations of solids and fluids. Constraints get solved using GPU implementations of Gauss-Seidel and Gauss-Jakobi solvers. Results are physically plausible simulations that are real-time capable.

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Metadaten
Author:Steven Kölzer
URN:urn:nbn:de:kola-19389
Referee:Stefan Müller, Bastian Krayer
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Date of completion:2019/09/20
Date of publication:2019/09/23
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 4
Date of final exam:2019/09/28
Release Date:2019/09/23
Tag:Computergraphik; Echtzeit; Position Based Dynamics; Simulation
Number of pages:i,i, 69
Institutes:Fachbereich 4 / Institut für Computervisualistik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 006 Spezielle Computerverfahren
BKL-Classification:54 Informatik / 54.73 Computergraphik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG