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실시간 물리 시뮬레이션 기술의 최근 성과와 연구 동향 원문보기

정보과학회지 = Communications of the Korean Institute of Information Scientists and Engineers, v.31 no.11, 2013년, pp.39 - 45  

김태용 (NVIDIA)

초록이 없습니다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 예를 들어, 프레임당 최소 1시간 이상을 연산해야만 의미있는 결과가 나오는 알고리즘은 근미래의 실시간물리기술 연구에서는 배제되게 된다. 반대로, 1시간씩을 연산해야 나올 수 있는 효과를 시각적으로 최대한 근접하되 실시간에 연산할 수 있는 새로운 알고리즘 개발에 연구를 집중하게 된다.

가설 설정

  • 최근에는 CUDA 등의 범용 개발툴들의 발전과 확산으로 이런 병렬연산을 GPU(그래픽스 처리장치)에서도 수행할 수 있게 되었고, 다양한 물리 엔진 기법들이 GPU에 최적화되고 있다. 실제 성능향상은 경우에 따라 다양하나 GPU를 이용한 가속성능은 1) 주어진 문제가 얼마나 병렬처리에 적합한가?(parallelism) 2) 쓰레드간의 의존성이 얼마나 높은가? 3) GPU의 계층적 메모리 구조를 얼마나 잘 사용할 수 있는가? 등에 영향을 받게 된다.
  • 그러나, 정확도와 시각적요소가 가장 중시되는 과학 연산이나 영화효과와 달리 실시간물리엔진은 속도와 응답성을 위해 정확도의 감소나 시각적인 타협점을 감내하게 된다. 즉, 실시간엔진에서 가장 선호되는 알고리즘은 1) 고정 단위 시간 처리(fixed time stepping) 방식에서도 안정적으로 결과가 나오며 2) 연산시간의 증가에 따라 그 결과의 시각적인 효과가 질적으로 개선되고 3) 이러한 시각적인 개선이 가능한 빨리 일어나는 방식이 된다. 예를 들어, 프레임당 최소 1시간 이상을 연산해야만 의미있는 결과가 나오는 알고리즘은 근미래의 실시간물리기술 연구에서는 배제되게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유체역학 시뮬레이션 기법은 어떻게 나뉘는가? 전통적으로 유체역학 시뮬레이션 기법은 유체의 밀도(density)와 속도(velocity)를 삼차원 그리드에 저장하고 계산하는 오일러의(Eulerian) 방식과 파티클의 무게와 속도 등으로 유체를 표현하는 라그랑지의(Lagrangian) 방식으로 나뉜다.
고전적인 동역학법칙은 물체의 움직임을 어떻게 해석하는가? 뉴턴 등이 정의하는 고전적인 동역학법칙은 물체의 움직임을 1) 힘의 적용 2) 가속도의 증감 3) 속도의 증감 4) 위치의 변화의 단계로 해석한다. 따라서 현재 비실시간 분야(영화 등)에서 주로 사용되는 알고리즘은 이 과정을 시간에 대한 적분(numerical time integration)의 과정으로 해석하여 프로그램으로 구현한다.
시뮬레이션에서 단위시간을 증가해서 연산속도를 높이려는 시도의 두가지 문제는 무엇인가? 반대로, 단위시간을 증가해서 연산속도를 높이려는 시도는 두가지 문제를 일으키게 된다. 첫째, 단위시간을 키우면서 힘을 그대로 유지하는 경우, 비현실적으로 큰 충격량이 발생해서 시뮬레이션은 곧 불안정한 결과를 낳게 된다. 둘째, 단위시간의 증가에 비례해서 힘을 줄이는 경우, 시뮬레이션의 결과는 안정적일 수 있으나 비현실적인(예, 물체가 서로 통과하는 등의) 결과를 낳게 된다.
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참고문헌 (13)

  1. NVIDIA Apex https://developer.nvidia.com/apex 

  2. Havok Physics Engine. http://www.havok.com 

  3. Bullet Physics. http://www.bulletphysics.com 

  4. M. Muller, B. Heidelberger, M. Hennix, J. Ratcliff, Position Based Dynamics, J. Vis. Commun. (2007), vol 18, issue 2, pages 109-118, (Journal version) 

  5. M. Muller, T. Y. Kim, N. Chentanez, Fast Simulation of Inextensible Hair and Fur, in Proceedings of Virtual Reality Interactions and Physical Simulations(VRIPhys) 

  6. T. Y. Kim, N. Chentanez, M. Muller, Long Range Attachments- A Method to Simulate Inextensible Clothing in Computer Games, in Proceedings of ACM SIGGRAPH/EUROGRAPHICS Symposium on Computer Animation (SCA), 2012 

  7. Interactive Fluid-Particle Simulation using Translating Eulerian Grids. Jonathan M. Cohen, Sarah Tariq, and Simon Green. Interactive 3D Graphics and Games(I3D) 2010. 

  8. N. Chentanez, M. Muller, Real-Time Eulerian Water Simulation Using a Restricted Tall Cell Grid, ACM Transactions on Graphics(SIGGRAPH 2011), 30(4) 

  9. Macklin, M. Muller, Position Based Fluids, ACM Transactions on Graphics(SIGGRAPH 2013), 32(4) 

  10. M. Muller, N. Chentanez, T. Y. Kim, Real Time Dynamic Fracture with Volumetric Approximate Convex Decompositions, ACM Transactions on Graphics(SIGGRAPH 2013), 32(4) 

  11. J. Bender, M. Muller, M. A. Otaduy, M. Teschner, Position-based Methods for the Simulation of Solid Objects in Computer Graphics, in EUROGRAPHICS 2013 State of the Art Report 

  12. R. Tonge, F. Benevolenski, and A. Voroshilov, Mass splitting for jitter-free parallel rigid body simulation. ACM Trans. Graph. 2012, 31, 4(July), 105:1-105:8. 

  13. NVIDIA GTX680 Kepler Whitepaper, http://www.geforce.com/Active/en_US/en_US/pdf/GeForce-GTX-680-Whitepaper-FINAL.pdf 

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