У.М.Н.И.К-2015: Информационная система моделирования динамики пластических деформаций биологических

Информационная системамоделирования динамики пластическихдеформаций биологических объектов

Новиков Иван Александрович

Н1: Информационные технологии. 2й год

2015 г.

Постановка задачи Содержание проекта План проекта

Применения моделирования деформаций

Компьютерные игры

Спецэффекты в кино

Обучающие тренажёры

Системы авт. проектирования

Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 2 - Иван Новиков


Применения моделирования деформаций

Компьютерные игры

Спецэффекты в кино

Обучающие тренажёры

Системы авт. проектирования



Моделирование в реальном времени

В приложениях, связанных с визуализацией:1 Мягкое реальное время.2 Комфорт пользователя: FPS > 30.3 За ∆t 6 33 мс — все расчёты очередного кадра.4 На моделирование деформаций отводится ∆t ′ ≈ 3..10 мс.

1 сек130 с 3 мс



Актуальность

Разработка такой системы актуальна:применение систем виртуальной реальности в обучении;потребность в САПР протезов, имплантатов;отсутствие отечественных аналогов.

Недостатки зарубежных (ANSYS, DEFORM-3D, COMSOL):не адаптированы для биологических объектов;нельзя применить к расчётам в реальном времени (на PC);высокая цена.



Актуальность

Разработка такой системы актуальна:применение систем виртуальной реальности в обучении;потребность в САПР протезов, имплантатов;отсутствие отечественных аналогов.

Недостатки зарубежных (ANSYS, DEFORM-3D, COMSOL):не адаптированы для биологических объектов;нельзя применить к расчётам в реальном времени (на PC);высокая цена.



Цель

Цель проектаРазработка системы моделирования пластических деформацийбиологических объектов в реальном времени.

Задачи:1 Разработка алгоритма моделирования2 Реализация его в виде программной библиотеки3 Разработка на её основе интерактивного приложения4 Интеграция их с 3D-редактором



Новизна

1 Производительный алгоритм моделирования деформаций:

c○ M. Muller et al. Meshless deformations based on shape matching

объединение физических методов с геометрическими;минимум ограничений на 3D-модель объектаприменение графического процессора (GPU).

2 Гибкий программный интерфейс (API).

3 Простота конфигурации.


http://dx.doi.org/10.1145/1186822.1073216


Назначение

Две формы продукта:1 Модуль для встраивания в стороннее приложение

Используется разработчиком (в более крупной системе)Предоставляет ей функции моделирования деформаций

Основные потребители: разработчики САПР

2 Автономное приложение (основанное на этой библиотеке)Используется конечным пользователемМожет применяться для обучения

Основные потребители: высшие учебные заведения



Потенциальные заказчики

Учебные заведения

Научные организации

Разработчики САПР



Календарный план

1й год:1 Разработка ядра системы �

Алгоритм моделирования деформаций. �Программный интерфейс (API) �

2 Разработка графической оболочки �Графический 3D-движок �Пользовательский интерфейс (GUI) �

2й год:Совершенствование алгоритма моделированияБолее полное использование параллельных вычисленийРасширение функций GUIИнтеграция с 3D-редакторами



Календарный план

1й год:1 Разработка ядра системы �

Алгоритм моделирования деформаций. �Программный интерфейс (API) �

2 Разработка графической оболочки �Графический 3D-движок �Пользовательский интерфейс (GUI) �

2й год:Совершенствование алгоритма моделированияБолее полное использование параллельных вычисленийРасширение функций GUIИнтеграция с 3D-редакторами



Результаты 1 года

Графический интерфейс




1. До удара




2. Вскоре после удара




3. После удара



Конечный результат

Алгоритм моделирования пластических деформацийбиологических объектов в реальном времени

Программный модуль (библиотека), реализующийалгоритм, с гибким интерфейсом (API)

Графическое приложение для запуска моделирования(на основе этой библиотеки)

Вспомогательные инструменты


Спасибо за внимание!

Иван Новиковhttp://about.me/moonlighter

[email protected]

http://about.me/moonlighter

mailto:[email protected]


Производительность

Тестовый объект:Физическая сетка : 9 202 точки

Графическая 3D-модель: 92 026 вершин

Время моделирования/обновления, мс:Алгоритм Линейный Квадратичный

Потоков 1 4 1 4Физика (CPU) 2,96 2,04 4,33 2,57

Графика (CPU) 10,98 3,82 14,75 4,83Графика (GPU) 0,22 0,24

Итого: физика: от 3 500 тчк/мс, графика: до 380 000 тчк/мс 1

1Intel Core i5-2500K 3.3 GHz, NVIDIA GeForce GTX 560 Ti 448Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 13 - Иван Новиков


Использование в обучении

Высшееобразование Биотехнологии

Биология

Медицина

Моделированиетканей

Механика движения

Имплантация,протезирование

Моделированиеорганов в движении

Моделированиевоздействий на ткани



Другие области применения

Компьютерное моделирование крэш-тестовСуществующие системы моделируют только деформациюавтомобиля

Компьютерные игрыОтечественные производители игр пока сильно отстают отзарубежных

Другие системы виртуальной реальностиКроме тренажёров также развиваются виртуальные музеи,интерактивные образовательные программы, ...


У.М.Н.И.К-2015: Информационная система моделирования динамики пластических деформаций биологических

Engineering