Zagreb, srpanj 2009.

ZAVRŠNI RAD br. 495

POSTUPCI SIMULACIJE VLAKNASTIH OBJEKATA

Hrvoje Pađen

Mentor: Prof. dr. sc. Željka Mihajlović

Sadržaj

¨ Uvod

¨ Metode modeliranja vlaknastih objekata

¨ Model čestica povezanih oprugama

¨ Implementacija

¨ Zaključak

Zagreb, srpanj 2009.

Uvod

¨ Vlaknasti objekti: kosa, krzno, trava...

¨ Zahtjev za realističnim simulacijama

¨ Filmska industrija, industrija video igara

Zagreb, srpanj 2009.

Prepreke ostvarenju simulacija

¨ Vlastita dinamika vlaknastih objekata

¨ Međusobna kolizija i kolizija s drugim objektima

¨ Prirodne karakteristike

¨ Vanjski efekti

¨ Efekti svjetla i sjene

Zagreb, srpanj 2009.

Metode modeliranja vlaknastih objekata

¨ Modeliranje poligonima i teksturama

¨ Model slojeva tekstura

¨ Metoda super zavojnica

¨ Model čestica povezanih oprugama

Zagreb, srpanj 2009.

Modeliranje poligonima i teksturama

¨ Rade se 3D modeli kose s malim brojem poligona na koje se “lijepe” teksture

¨ Prednosti: jednostavno, mali utrošak resursa

¨ Nedostaci: nerealističnost, nedovoljna nezavisnost

¨ Primjenjuje se na mjestima gdje je brzina izračuna važnija od realističnosti - videoigre

Zagreb, srpanj 2009.

Primjer

Zagreb, srpanj 2009.

Modeliranje poligonima i teksturama

¨ Drugi način: modeliranje trakama poligona

¨ Rade se teksture koje u profilu izgledaju kao pojedinačne vlasi kose te se prikazuju na vertikalno posloženim poligonima

¨ Prednosti: jednostavno

¨ Nedostaci: nerealističnost, ovisnost o kutu gledanja

¨ Moguća rješenja: ukošavanje, Billboarding

Zagreb, srpanj 2009.

Primjer

Zagreb, srpanj 2009.

Trake poligona

Billboarding

Model slojeva tekstura

¨ Prikaz više slojeva istih tekstura koje su jedna ispod druge – dobiva se dojam volumena

¨ Prednosti: jednostavno, mali utrošak resursa

¨ Nedostaci: nerealističnost kod pogleda izbliza i iz profila

Zagreb, srpanj 2009.

Model slojeva tekstura

Zagreb, srpanj 2009.

Metoda super zavojnica

¨ Razvijena u suradnji s L’Orealom

¨ Temelji se na teoriji motki

¨ Prednosti: najrealističniji prikaz od svih metoda

¨ Nedostaci: jako velika potrošnja resursa, nemogućnost prikaza u stvarnom vremenu za veći broj vlasi

Zagreb, srpanj 2009.

Metoda super zavojnica

Zagreb, srpanj 2009.

Metoda čestica povezanih oprugama

¨ Može se prikazati kao dva čvora između kojih se nalazi elastična opruga koja ih spaja

¨ Svaki čvor ima svojstva: Brzinu Poziciju Masu Silu

Zagreb, srpanj 2009.

Metoda čestica povezanih oprugama

¨ Računaju se: Unutarnje sile (između čestica, sile opruge):

Unutarnja sila trenja Elastična sila

Vanjske sile: Gravitacijska sila Razne druge sile uzrokovane vanjskim faktorima (npr. vjetar)

Zagreb, srpanj 2009.

Metoda čestica povezanih oprugama

¨ Sve sile koje djeluju na česticu se zbrajaju

¨ Na temelju ukupne sile i mase se određuje brzina čestice u 3D prostoru

¨ Dobivenom brzinom se određuje pomak čestice

¨ Opruga nema mase te se za nju ne računa utjecaj sila

Zagreb, srpanj 2009.

Implementacija

¨ Jezik: C#

¨ Razvojna okolina: Visual Studio 2008

¨ XNA Game Studio 3.0

Zagreb, srpanj 2009.

Programsko rješenje

¨ 3 glavne klase:

ČvorOpruga SimulacijaModela

Zagreb, srpanj 2009.

Klasa Čvor

¨ Sadrži sva svojstva čvora (brzina, pozicija...)¨ Sadrži metode koje izračunavaju silu i poziciju

čvora

Zagreb, srpanj 2009.

ČvorClass

Fields

brzina

masaČvora

pozicija

sila

Methods

InicijalizirajSiluNaČvor

PrimijeniSiluNaČvor

SimulirajSilu

Klasa Opruga

¨ Sadrži instance klase Čvor te varijable i metode koje služe za računanje sila opruge

¨ Opisuje odnose među čvorovima

Zagreb, srpanj 2009.

Klasa SimulacijaModela

¨ Klasa koja služi za spajanje čvorova i opruga u jednu cjelinu

¨ Jedna instanca klase = jedna vlas

¨ Sadrži metode za inicijalizaciju, crtanje te simulaciju ponašanja vlasi

Zagreb, srpanj 2009.

Odnos klasa

SimulacijaModela

Čvor

Opruga

Zagreb, srpanj 2009.

Utječe na ponašanje

2..n1..n-1

Rezultati

¨ Simulacija teorijski ispravna

¨ U praksi dosta problema i nerealistično ponašanje

¨ Uvođenje prigušenja, precizno podešavanje parametara

¨ Rezultat: poboljšanje ponašanja simulacije

¨ Negativni efekti: usporena simulacija zbog prigušenja, veći utrošak računalnih resursa

Zagreb, srpanj 2009.

Moguća poboljšanja

¨ Precizniji opis modela promjenom konstanti i uvođenjem dodatnih sila

¨ Detaljnije proučavanje ponašanja kose

¨ Međusobna kolizija

¨ Kolizija s drugim objektima

Zagreb, srpanj 2009.

Zaključak

¨ Model čestica povezanih oprugama – relativno jednostavan model za prikaz vlaknastih objekata

Povećavanje kompleksnosti

Povećavanje realističnosti

Veći utrošak računalnih resursa

Smanjenje performansi

Zagreb, srpanj 2009.

Zaključak

¨ Model čestica povezanih oprugama dobar za prikaz manjeg broja vlaknastih objekata

¨ Oko 100 do 150 vlasi na prosječnom računalu

¨ Za veći broj performanse drastično padaju

¨ Neučinkovit za prikazivanje u stvarnom vremenu

Zagreb, srpanj 2009.

Pitanja ?

Zagreb, srpanj 2009.