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

Информационная система
моделирования динамики пластических
деформаций биологических объектов
Новиков Иван Александрович
Н1: Информационные технологии

2013 г.

Постановка задачи

Содержание проекта

План проекта

Применения моделирования деформаций
Компьютерные игры

Обучающие тренажёры

Спецэффекты в кино

Системы авт. проектирования

Система моделирования пластических деформаций биологических объектов

-2-

Иван Новиков




Моделирование в реальном времени
В приложениях, связанных с визуализацией:
1

Мягкое реальное время.

2

Комфорт пользователя: FPS

3

За ∆t

4

На моделирование деформаций отводится ∆t ′ ≈ 3..10 мс.

30.

33 мс — все расчёты очередного кадра.

1 сек

1
30

с


3 мс

-3-





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.


-4-





Цель

Цель проекта
Разработка системы моделирования пластических деформаций
биологических объектов в реальном времени.
Задачи:
1

Разработка алгоритма моделирования

2

Его реализация в виде программной библиотеки

3

Разработка на её основе интерактивного приложения


-5-





Научная новизна
1

Собственные наработки по моделированию деформаций:

объединение физических методов с геометрическими;
минимум ограничений на 3D-модель объекта
применение графического процессора.
2

Гибкий программный интерфейс (API).

3

Адаптация алгоритма к физическим свойствам
биологических объектов.


-6-





Созданный задел
Публикации:
1

И.А. Новиков, Д.А. Гладкий. Система моделирования деформаций
неупругих тел в реальном времени // Материалы XLIX МНСК «Студент и
научно-технический прогресс», Физика. — Новосибирск: НГУ, 2011.

2

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

3

Л.Р. Григорьян, И.А. Новиков. Информационная система обработки
прецизионных сигналов // Коллективная монография. Современные
проблемы 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 для
ЭВМ №2013618780 от 18.09.2013 г.

Создан работающий прототип системы.

-7-





Работающий прототип
1. До удара


-8-





2. Вскоре после удара


-8-





3. После удара


-8-





Потенциальные заказчики
Учебные заведения

Научные организации

Разработчики САПР


-9-





Коммерциализация

Две формы продукта:
1

Модуль для встраивания в стороннее приложение
Основные потребители: разработчики САПР
Примерный объем рынка: 50–100 лицензий
Стоимость лицензии: ≈ 300 тыс. руб.

2

Автономное приложение (основанное на этой библиотеке)
Основные потребители: высшие учебные заведения
Примерный объем рынка: 1000–2000 лицензий
Стоимость лицензии: ≈ 15 тыс. руб.


- 10 -





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 GPU
Разработка 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.)


- 11 -





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


- 12 -





Конечный результат

Алгоритм моделирования пластических деформаций
биологических объектов в реальном времени
Программный модуль (библиотека), реализующий
алгоритм, с гибким интерфейсом (API)
Графическое приложение для запуска моделирования
(на основе этой библиотеки)
(В перспективе) Вспомогательные инструменты


- 13 -


Спасибо за внимание!
http://about.me/moonlighter
nia.afti@gmail.com




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

- 15 -





Использование в обучении
Механика движения

Биология

Биотехнологии

Имплантация,
протезирование

Медицина

Высшее
образование

Моделирование
тканей

органов в движении

воздействий на ткани


- 16 -





Другие области применения

Компьютерное моделирование крэш-тестов
Существующие системы моделируют только деформацию
автомобиля

Компьютерные игры
Отечественные производители игр пока сильно отстают от
зарубежных

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


- 17 -


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

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (11)

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

Similar to У.М.Н.И.К-2013: Информационная система моделирования динамики пластических деформаций биологических объектов (20)

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