Презентация на 2 год конкурса http://www.fasie.ru/programmy/qumnikq

1. Информационная система
моделирования динамики пластических
деформаций биологических объектов
Новиков Иван Александрович
Н1: Информационные технологии. 2й год
2015 г.

2. 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

3. 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

4. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
Моделирование в реальном времени
В приложениях, связанных с визуализацией:
1 Мягкое реальное время.
2 Комфорт пользователя: FPS 30.
3 За ∆t 33 мс — все расчёты очередного кадра.
4 На моделирование деформаций отводится ∆t′ ≈ 3..10 мс.
1 сек
1
30 с 3 мс
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 3 - Иван Новиков

5. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
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.
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 4 - Иван Новиков

6. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
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.
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 4 - Иван Новиков

7. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
Цель
Цель проекта
Разработка системы моделирования пластических деформаций
биологических объектов в реальном времени.
Задачи:
1 Разработка алгоритма моделирования
2 Реализация его в виде программной библиотеки
3 Разработка на её основе интерактивного приложения
4 Интеграция их с 3D-редактором
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 5 - Иван Новиков

8. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
Новизна
1 Производительный алгоритм моделирования деформаций:
c○ M. M¨uller et al. Meshless deformations based on shape matching
объединение физических методов с геометрическими;
минимум ограничений на 3D-модель объекта
применение графического процессора (GPU).
2 Гибкий программный интерфейс (API).
3 Простота конфигурации.
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 6 - Иван Новиков

9. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
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 пользователем
Может применяться для обучения
Основные потребители: высшие учебные заведения
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 7 - Иван Новиков

10. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
Потенциальные заказчики
Учебные заведения
Научные организации
Разработчики САПР
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 8 - Иван Новиков

11. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
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 моделирования
Более полное использование параллельных вычислений
Расширение функций GUI
Интеграция с 3D-редакторами
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 9 - Иван Новиков

12. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
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 моделирования
Более полное использование параллельных вычислений
Расширение функций GUI
Интеграция с 3D-редакторами
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 9 - Иван Новиков

13. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
Результаты 1 года
Графический интерфейс
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 10 - Иван Новиков

14. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
Результаты 1 года
1. До удара
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 10 - Иван Новиков

15. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
Результаты 1 года
2. Вскоре после удара
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 10 - Иван Новиков

16. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
Результаты 1 года
3. После удара
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 10 - Иван Новиков

17. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
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)
Вспомогательные инструменты
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 11 - Иван Новиков

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

19. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
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 4
Физика (CPU) 2,96 2,04 4,33 2,57
Графика (CPU) 10,98 3,82 14,75 4,83
Графика (GPU) 0,22 0,24
Итого: физика: от 3 500 тчк/мс, графика: до 380 000 тчк/мс 1
1
Intel Core i5-2500K 3.3 GHz, NVIDIA GeForce GTX 560 Ti 448
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 13 - Иван Новиков

20. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
Использование в обучении
Высшее
образование
Биотехнологии
Биология
Медицина
Моделирование
тканей
Механика движения
Имплантация,
протезирование
Моделирование
органов в движении
Моделирование
воздействий на ткани
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 14 - Иван Новиков

21. Постановка задачи Содержание проекта План проекта
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, ...
Система моделирования пластических деформаций биологических объектов - 15 - Иван Новиков