Haptická interakcia s tekutinou

Mgr. Peter Dunčák

Bakalářská práce

Haptic Interaction with Fluid

Abstract:

One of the methods to simulate the behavior of liquids is by using the particle system. This method simulates the behavior of liquid volume via particles. The focus is not just on the visualization. Today hardware's power allows to simulate particle system quick enough to be integrated with the haptic device. Student first rehearse some existing solutions of particle system simulations (PhysX engine or CUDA SDK) and implements the simulation of liquid in the container. Based on the simulation performance measurement (frames per second of the simulation) student will evaluate available hardware and which one is best suited for simulation and how extensive simulation (in terms of the number of used particles) could be, depending on the bottom limit of the frames per second. Subsequently, the student implements haptically controlled body, which will be able to interact with fluid. Because more complex systems can not achieve the frame rate of 1 kHz (minimal frequency for the smooth running of the haptic device), the virtual spring and damper (or other suitable hod) should be implemented to achieve a stable interaction even with a low refresh rate. Students will set the application in order to get sufficiently realistic haptic feel while maintaining the largest possible amount of particles.

Abstract:

Jednou z metod, jak simulovat chování kapalin, jsou tzv. částicové systémy. Tato metoda simuluje chování objemu kapaliny pomocí částic, nezaměřuje se tedy pouze na vizualizaci hladiny. Výkon dnešního hardwarwe umožňuje simulovat částicový systém dostatečně rychle na to, aby s ním mohlo být interagováno pomocí haptického zařízení. Student nejprve nastuduje nějaké existující řešení simulace systému částic (např. v knihovně PhysX či v CUDA SDK) a implementuje simulaci kapaliny v nádobě. Na základě této simulace změří výkon (počet iterací simulačního kódu za sekundu) na dostupném hardware a vyhodnotí, jaký hardware je pro simulaci nejvhodnější a jak rozsáhlá simulace (ve smyslu počtu částic v systému) je na něm realizovatelná v závislosti na dolní hranici počtu iterací za sekundu. Následně student implementuje hapticky ovládané těleso, kterým bude možné s kapalinou interagovat. Jelikož u složitějších systémů nebude možné dosáhnout frekvenci výpočtu okolo 1kHz (minimální frekvence pro hladký běh haptického zařízení), bude zapotřebí implementovat haptické ovládání s virtuální pružinou a tlumičem (či jinou vhodnou metodu), aby bylo dosaženo stabilní interakce i při nižší obnovovací frekvenci. Student vyladí aplikaci tak, aby byl haptický vněm dostatečně realistický při zachování co největšího rozsahu simulace.

Klíčová slova

PhysX, haptika, OGRE, SPH, Smoothed-particle hydrodynamics, simulace tekutiny, 3D, haptické teleso, PHANTOM, GPU

Jazyk práce: slovenština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 5. 1. 2010

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 4. 2. 2010
• Vedoucí: RNDr. Jiří Filipovič, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Jan Flasar, Ph.D.

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Bakalářský studijní program / obor:
Informatika / Informatika