Dissertação

{en_GB=Strategies to Accelerate Deformable and Rigid Bodies Simulation: A non-polygonal approach to contact detection} {} EVALUATED

{pt=A deteção de colisões é um componente fundamental em qualquer simulação física, onde os objetos de um cenário interagem entre eles. Tradicionalmente, em aplicações interativas, geometrias simples são utilizadas para aproximar os objetos por razões de desempenho. Porém, estas representações pouco retêm o detalhe presente em malhas de alta-definição, utilizadas em ambientes 3D. Por outro lado, malhas poligonais são lentas enquanto geometrias de contacto, por conseguinte, apenas uma versão de baixa-resolução satisfaz as restrições de desempenho em aplicações interativas. Mais difícil de aproximar são objetos deformáveis, como tecido, que mudam de forma ao longo do tempo, tornando representações rígidas inadequadas. Esta tese estuda a viabilidade da utilização de um tipo de superfície suave e convexa, nomeadamente superelipsóides, como geometria de contacto. E apresenta um método iterativo para calcular a distância mínima a um ponto no espaço, e o ponto mais próximo na superfície do superelipsóide. Como pode ser utilizada para testes de colisão elementares com vértices, esta abordagem proporciona uma alternativa, mais eficiente e menos exigente em memória, a malhas poligonais em simulações físicas, especialmente de modelos deformáveis. Para avaliar o desempenho do algoritmo de deteção de colisão foram realizados dois casos de estudo: uma toalha a cair sobre um superelipsóide e outro de uma sequência de superelipsóides em queda para uma taça. Os resultados indicam que o algoritmo desenvolvido é apropriado para aplicações em tempo-real e providencia uma maior eficiência e precisão em relação a métodos baseados em malhas, com tempos de computação 5 a 26 vezes mais rápidos., en=Collision detection is a core component in every physics-based simulation, where the objects of a scene have to interact with each other. In interactive applications, simple geometry, such as spheres or boxes, are traditionally used to approximate the physical objects for performance reasons. However, they hardly retain the detail present in the higher resolution meshes, used in 3D environments. On the other hand, polygonal meshes are slow as contact geometries, thus, when used, only a low-resolution version can satisfy the strict performance constraints of interactive applications. Even more challenging to approximate are deformable objects, like cloth, which can change shape over time, thus any stiff representation become inadequate. This thesis, studies the feasibility of using a type of implicit smooth convex surface, namely superellipsoids, as a contact geometry. And presents an iterative method to compute the minimum distance to an arbitrary point in space, as well as the nearest point on the superellipsoid’s surface. Since it can be used for elementary collision tests with vertices, this approach aims to provide a more efficient and less memory-demanding alternative to meshes in physical simulations, especially in the simulation of deformable models. To test the performance of the contact detection algorithm, a case-study of a tablecloth falling onto a superellipsoid, and another of a sequence of superellipsoids falling into a bowl, were performed. Benchmarks show the developed algorithm is adequate for real-time applications and provide better efficiency and accuracy than mesh-based methods, with speedups of 5 to 26 times faster. }
{pt=deteção de colisões, superelipsóide, simulação de tecido, simulação de corpos rígidos, en=collision detection, superellipsoid, cloth simulation, rigid body simulation}

Outubro 31, 2017, 16:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

João António Madeiras Pereira

Departamento de Engenharia Informática (DEI)

Professor Associado

ORIENTADOR

Daniel Simões Lopes

INESC-ID

Investigador Principal