У.М.Н.И.К-2013: Информационная система моделирования динамики пластических деформаций биологических

Информационная системамоделирования динамики пластическихдеформаций биологических объектов

Новиков Иван Александрович

Н1: Информационные технологии

2013 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 аналогов (ANSYS, DEFORM-3D):не адаптированы для биологических объектов;нельзя применить к расчётам в реальном времени;высокая цена.



Актуальность

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

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



Цель

Цель проектаРазработка системы моделирования пластических деформацийбиологических объектов в реальном времени.

Задачи:1 Разработка алгоритма моделирования2 Его реализация в виде программной библиотеки3 Разработка на её основе интерактивного приложения



Научная новизна

1 Собственные наработки по моделированию деформаций:

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

2 Гибкий программный интерфейс (API).

3 Адаптация алгоритма к физическим свойствамбиологических объектов.



Созданный задел

Публикации:1 И.А. Новиков, Д.А. Гладкий. Система моделирования деформаций

неупругих тел в реальном времени // Материалы XLIX МНСК «Студент инаучно-технический прогресс», Физика. — Новосибирск: НГУ, 2011.

2 I.A Novikov, M.Y Fursov, I.E. Efremov. UGENE Assembly Browser: a tool forNGS data visualization // Abstracts of VIII BGRS. — Novosibirsk, 2012.

3 Л.Р. Григорьян, И.А. Новиков. Информационная система обработкипрецизионных сигналов // Коллективная монография. Современныепроблемы физики, биофизики и инфокоммуникационных технологий. —Краснодар: ЦНТИ, 2013. С. 185 - 198.

Интеллектуальная собственность:1 Программа ProcessData. Свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ №2013612036 от 12.02.2013 г.2 Программа графической визуализации и анализа данных медицинских

измерений. Свидетельство о государственной регистрации программы дляЭВМ №2013618780 от 18.09.2013 г.

Создан работающий прототип системы.



Работающий прототип

1. До удара




2. Вскоре после удара




3. После удара



Потенциальные заказчики

Учебные заведения

Научные организации

Разработчики САПР



Коммерциализация

Две формы продукта:1 Модуль для встраивания в стороннее приложение

Основные потребители: разработчики САПРПримерный объем рынка: 50–100 лицензийСтоимость лицензии: ≈ 300 тыс. руб.

2 Автономное приложение (основанное на этой библиотеке)Основные потребители: высшие учебные заведенияПримерный объем рынка: 1000–2000 лицензийСтоимость лицензии: ≈ 15 тыс. руб.



Календарный план

1й год:1 Разработка алгоритма моделирования деформаций.2 Создание библиотеки, реализующей алгоритм.3 Тестирование, в т. ч. на 3D-моделях реальных объектов.4 Разработка графического интерфейса приложения.

Дальнейшее развитие:Оптимизация, более глубокое использование GPUРазработка дополнительных инструментов(конвертация из различных форматов 3D-моделей,

задание физических свойств прямо в 3D-редакторе и т. п.)

Поддержка возможности расширения системы(добавление новых алгоритмов, обработчиков событий и т. п.)



Календарный план

1й год:1 Разработка алгоритма моделирования деформаций.2 Создание библиотеки, реализующей алгоритм.3 Тестирование, в т. ч. на 3D-моделях реальных объектов.4 Разработка графического интерфейса приложения.

Дальнейшее развитие:Оптимизация, более глубокое использование GPUРазработка дополнительных инструментов(конвертация из различных форматов 3D-моделей,

задание физических свойств прямо в 3D-редакторе и т. п.)

Поддержка возможности расширения системы(добавление новых алгоритмов, обработчиков событий и т. п.)



Перспективы и риски

Перспективы:Поддержка аппаратной части обучающих тренажёров— сотрудничество с НИИ

Интеграция в популярные САПР— сотрудничество с разработчиками

Риски:Аппаратная несовместимость=⇒ добавление режима совместимости

Консервативность потребителей=⇒ демонстрация, реклама, опытное апробирование

Интеллектуальная собственность=⇒ регистрация авторских свидетельств на ПО и алгоритм



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)

(В перспективе) Вспомогательные инструменты


Спасибо за внимание!

Иван Новиковhttp://about.me/moonlighter

[email protected]

http://about.me/moonlighter

mailto:[email protected]


Производительность

Intel Core 2 Quad Q6660 2.4 GHz, NVIDIA GeForce 8800 GTX

За 3 мс/кадр: до 6 000 физ. точек и до 200 000 отображаемых вершин



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, ...


Technology

У.М.Н.И.К-2013: Информационная система моделирования динамики пластических деформаций биологических