Аналіз методів MPM/APIC та SPH для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ

Анотація

У даній науковій роботі розглядається проблема побудови ефективної та фізично обґрунтованої моделі для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ у середовищах реального часу, зокрема в сучасних ігрових рушіях. Актуальність дослідження зумовлена зростаючими вимогами до рівня реалізму інтерактивних візуалізацій, що використовуються не лише в індустрії відеоігор, але й у віртуальній реальності, тренажерних системах, інженерних симуляторах та наукових дослідженнях. Пористі середовища, такі як ґрунт, пісок, сипучі матеріали або біологічні структури, характеризуються складною механічною поведінкою, яка включає поєднання еластичних, пластичних і в’язкопластичних властивостей, а також значні геометричні деформації, що ускладнює їх адекватне чисельне моделювання.

У роботі досліджено застосування сучасних методів частинок, зокрема Метод Матеріальної Точки (Material Point Method (MPM)), його доповнення частинок в комірках (Affine Particle-In-Cell (APIC)), а також гідродинаміка згладжених частинок (Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)), як альтернативи класичним сітковим методам.

Розглянуто архітектурні особливості інтеграції зазначених методів у ігрові рушії на прикладі Unreal Engine. 

Отримані результати свідчать про доцільність використання гібридних підходів, зокрема APIC, для досягнення балансу між фізичною достовірністю та обчислювальною ефективністю. Запропонований підхід може бути використаний як основа для подальших досліджень у напрямку реалістичної симуляції складних матеріалів у режимі реального часу, а також для розширення функціональних можливостей сучасних інтерактивних систем.