Echtzeitsimulation von Flüssigkeiten in einer Game-Physik-Engine

Die vorliegende Abschlussarbeit beschäftigt sich mit dem Thema der Echtzeitsimulation von Flüssigkeiten im Kontext einer Game-Physik-Engine. Zu Beginn werden die Grundlagen der Fluiddynamik und die mathematischen Formulierungen von Fluiden im Detail vorgestellt. Anschließend wird eine Einführung in die numerische Strömungssimulation gegeben. Dabei werden typische Simulationsmethoden für Flüssigkeiten hinterleuchtet und im Anschluss diskutiert.

Für den Zweck dieser Abschlussarbeit werden die beiden Simulationsmethoden „Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)“ und „Predictive-Corrective Incompressible SPH (PCISPH)“ zur Realisierung der Flüssigkeitssimulation verwendet. Dementsprechend werden diese Methoden detailliert beschrieben, da diese als Grundlage für die Implementierung dienen. Darüber hinaus werden verschiedene Möglichkeiten der Parallelisierung aufgezeigt. Letztendlich wird im Rahmen dieser Arbeit „OpenCL“ zur Parallelisierung der Flüssigkeitssimulation verwendet.

Im eigentlichen Teil der Arbeit wird die Umsetzung der Simulation für Flüssigkeiten vorgestellt. Hierbei werden die entworfene Software-Architektur und die Implementierung selbst begründet. Abschließend werden die Ergebnisse der Flüssigkeitssimulation präsentiert. Dieser Teil beinhaltet zudem Messungen und Untersuchungen bezüglich der Performanz, der Stabilität und der Kompressibilität, deren Resultate diskutiert werden. Letztendlich ist es in dieser Abschlussarbeit gelungen die beiden gewählten Simulationsmethoden sowohl seriell als auch parallel zu implementieren. Die Anforderung der Echtzeitfähigkeit wird für die parallelisierte Variante auf der Grafikkarte mit bis zu 9000 Partikeln erfüllt.

  • Arbeit vorgelegt am: 02.05.2018
  • Durchgeführt: an der Fakultät für Informatik, Studiengang Game Engineering
  • Autor: Fabian Gulde
  • Aufgabensteller/Prüfer: Prof. Dr. Georg Hagel
  • Email: fabian.a.gulde@stud.hs-kempten.de
  • Quellcode: https://github.com/Daroth1/LiquidPhysicsProject

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