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Simulation von Schnee

  • Physik-Simulationen erlauben die Erstellung dynamischer Szenen auf dem Rechner. Sie lassen die Computergrafik lebendig werden und finden unter anderem Anwendung in Film, Spiel und Ingenieurswesen. Durch GPGPU-Techniken kann diese Arbeit erstmals auf der Grafikkarte stattfinden. Die dynamische Simulation von Schnee ist ein Gebiet, das aufgrund seiner physikalischen Komplexität noch wenig erforscht ist. Die Materie-Punkt-Methode ist das erste Modell, dass in der Lage ist die Dynamik und verschiedenen Arten von Schnee darzustellen. Die hybride Nutzung von Lagrange-Partikeln und einem kartesischen Euler-Gitter ermöglichen das Lösen der partiellen Differentialgleichungen. Die Partikel werden dazu auf die Gitterknoten transformiert. Durch Anwendung der Finite-Elemente-Methode auf das Gitter können Gradienten zur Aktualisierung der Geschwindigkeit berechnet werden. Die Geschwindigkeiten werden dann auf die Partikel zurückgewichtet, um diese in der Simulation voranschreiten zu lassen. Gepaart mit einem spezifischen Materialmodell wird die dynamische Natur von Schnee erlangt. Diese schließt Kollision und Bruch mit ein. Diese Bachelorarbeit verbindet die kürzlich erschienenen GPGPU-Techniken von OpenGL mit der Materie-Punkt-Methode, um die verschiedenen Schneearten dynamisch, visuell ansprechend und effizient zu simulieren
  • Physic simulations allow the creation of dynamic scenes on the computer. Computer generated images become lively and find use in movies, games and engineering applications. GPGPU techniques make use of the graphics card to simulate physics. The simulation of dynamic snow is still little researched. The Material Point Method is the first technique which is capable of showing the dynamics andrncharacteristics of snow. The hybrid use of Lagrangian particles and a regular cartesian grid enables solving of partial differential equations. Therefore articles are transformed to the grid. The grid velocities can then be updated with the calculation of gradients in an FEM-manner (finite element method). Finally grid node velocities are weight back to the particles to move them across the scene. This method is coupled with a constitutive model to cover the dynamic nature of snow. This include collisions and breaking. This bachelor thesis connects the recent developments in GPGPU techniques of OpenGL with the Material Point Method to efficiently simulate visually compelling, dynamic snow scenes.

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Metadaten
Author:Fabian Meyer
URN:urn:nbn:de:kola-9889
Title Additional (English):Simulation of snow
Referee:Stefan Müller
Advisor:Stefan Müller, Gerrit Lochmann
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Date of completion:2015/10/28
Date of publication:2015/10/28
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 4
Release Date:2015/10/28
Tag:Compute Shader; Kartesisches Euler-Gitter; Materialmodell; Materie-Punkt-Methode; Par
Compute Shader; Constitutive Model; Eulerian grid; Material Point Method
GND Keyword:C++; Computergrafik; Computervisualistik; Grafik; Kartesisches Gitter; OpenGL; OpenGL Shading Language; Partikelsystem; Programmierung
Number of pages:IV, 57 Seiten
Institutes:Fachbereich 4 / Institut für Computervisualistik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG