Eficiente simulación de objetos deformables volumétricos en Unity3D: dinámica basada en posiciones acelerada por GPU
Autores: Va, Hongly; Choi, Min-Hyung; Hong, Min
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Eficiente simulación de objetos deformables volumétricos en Unity3D: dinámica basada en posiciones acelerada por GPU
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Propone un enfoque eficiente para objetos deformables volumétricos con Dinámica Basada en Posición
aceleración GPU y procesamiento paralelo.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Este documento propone un enfoque eficiente para simular objetos deformables volumétricos utilizando el método de Dinámica Basada en Posición (PBD). Los cuerpos volumétricos generados por TetGen se utilizan para representar objetos tridimensionales, que capturan con precisión formas y volúmenes complejos. Sin embargo, cuando se aplican un gran número de restricciones al sistema para resolver utilizando algoritmos serializados en unidades de procesamiento central (CPU), el costo computacional puede convertirse en un cuello de botella de la simulación. Para abordar este problema, el algoritmo de implementación propuesto aprovecha la aceleración de la unidad de procesamiento gráfico (GPU) y el procesamiento paralelo para mejorar la eficiencia de la simulación. Proponemos dos contribuciones específicas: en primer lugar, el uso del método PBD con restricción de volumen para elementos tetraédricos para simular objetos deformables volumétricos de manera realista; en segundo lugar, un algoritmo eficiente acelerado por GPU para implementar el método PBD que mejora significativamente la eficiencia computacional. También aplicamos los algoritmos centrados en nodos y centrados en restricciones para resolver la restricción de estiramiento en el algoritmo basado en GPU. La implementación se realizó utilizando Unity3D. Se utilizó la función de sombreador de cálculo de Unity3D para realizar miles de cálculos en paralelo en un solo paso, lo que permite simular objetos grandes y complejos en tiempo real. El rendimiento de la simulación puede acelerarse mediante el uso de métodos basados en GPU con restricciones de estiramiento y flexión, lo que proporciona factores de aceleración significativos en comparación con el uso solo de la CPU para objetos deformables como Bunny, Armadillo y Dragon. Los enfoques GPU centrados en restricciones y centrados en nodos proporcionan factores de aceleración de hasta 8,9x y 8x, respectivamente, mientras que los métodos basados en GPU con todos los tipos de restricciones muestran una ligera disminución pero aún operan a velocidades en tiempo real. En general, este enfoque permite la simulación de formas complejas e irregulares con resultados plausibles y realistas, al mismo tiempo que logra velocidad, robustez y flexibilidad. Además, el enfoque propuesto se puede aplicar a simulaciones generales y otros motores de juegos que admiten aceleración basada en GPU.
Descripción
Este documento propone un enfoque eficiente para simular objetos deformables volumétricos utilizando el método de Dinámica Basada en Posición (PBD). Los cuerpos volumétricos generados por TetGen se utilizan para representar objetos tridimensionales, que capturan con precisión formas y volúmenes complejos. Sin embargo, cuando se aplican un gran número de restricciones al sistema para resolver utilizando algoritmos serializados en unidades de procesamiento central (CPU), el costo computacional puede convertirse en un cuello de botella de la simulación. Para abordar este problema, el algoritmo de implementación propuesto aprovecha la aceleración de la unidad de procesamiento gráfico (GPU) y el procesamiento paralelo para mejorar la eficiencia de la simulación. Proponemos dos contribuciones específicas: en primer lugar, el uso del método PBD con restricción de volumen para elementos tetraédricos para simular objetos deformables volumétricos de manera realista; en segundo lugar, un algoritmo eficiente acelerado por GPU para implementar el método PBD que mejora significativamente la eficiencia computacional. También aplicamos los algoritmos centrados en nodos y centrados en restricciones para resolver la restricción de estiramiento en el algoritmo basado en GPU. La implementación se realizó utilizando Unity3D. Se utilizó la función de sombreador de cálculo de Unity3D para realizar miles de cálculos en paralelo en un solo paso, lo que permite simular objetos grandes y complejos en tiempo real. El rendimiento de la simulación puede acelerarse mediante el uso de métodos basados en GPU con restricciones de estiramiento y flexión, lo que proporciona factores de aceleración significativos en comparación con el uso solo de la CPU para objetos deformables como Bunny, Armadillo y Dragon. Los enfoques GPU centrados en restricciones y centrados en nodos proporcionan factores de aceleración de hasta 8,9x y 8x, respectivamente, mientras que los métodos basados en GPU con todos los tipos de restricciones muestran una ligera disminución pero aún operan a velocidades en tiempo real. En general, este enfoque permite la simulación de formas complejas e irregulares con resultados plausibles y realistas, al mismo tiempo que logra velocidad, robustez y flexibilidad. Además, el enfoque propuesto se puede aplicar a simulaciones generales y otros motores de juegos que admiten aceleración basada en GPU.