Armadillos
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Hintergrund:

Die physikalisch-basierte Animation ist ein wichtiges Forschungsgebiet in der Computergraphik, in dem in den letzten Jahren intensiv geforscht wird. Die Anwendungsgebiete sind u.a. Virtual Reality, Computeranimationen, Computerspiele und Spezialeffekte in Filmen. Diese Vorlesung soll einen Einblick in dieses Themengebiet geben.

Zunächst werden in der Vorlesung die Simulation von einzelnen Partikeln und Partikelsysteme betrachtet, mit denen Effekte wie Rauch simuliert werden können. Anschließend wird gezeigt, wie verschiedene Arten von deformierbaren Körpern simuliert werden. Dabei wird u.a. die Simulation von Haaren, Kleidung und Volumenkörpern behandelt. In diesem Zusammenhang werden diskrete und kontinuierliche Simulationsmodelle und auch positionsbasierte Verfahren diskutiert. Die Simulation von Flüssigkeiten ist ein weiteres Thema der Vorlesung. Außerdem werden Starrkörper vorgestellt und erklärt, wie Gelenke zwischen diesen Körpern effizient simuliert werden können. Es wird gezeigt, wie Kollisionen bei deformierbaren Modellen und bei Starrkörpern erkannt werden. Schließlich wird ein Einblick in die Simulation von Brüchen gegeben.

 

Lehrinhalte:

1. Grundlagen der physikalisch-basierten Animation
  • Anwendungen
  • Simulationsmodelle
  • Definition holonomer und nichtholonomer Zwangsbedingungen
  • Bewegungsgleichungen für Partikel
  • Gewöhnliche Differentialgleichungen
  • Numerische Integrationsverfahren
2. Partikelsysteme
  • Aufbau von Partikelsystemen
  • Simulation physikalischer Effekte
3. Simulation von Haaren
  • Haarmodelle
  • Simulationsverfahren
  • Haar-Haar Interaktion
4. Simulation von Kleidung
  • Masse-Feder-Systeme
  • Finite-Elemente-Methoden
  • Positionsbasierte Verfahren
5. Simulation von Weichkörpern
  • Generierung von Volumennetzen
  • Masse-Feder-Systeme
  • Finite-Elemente-Methoden
  • Positionsbasierte Verfahren
  • Volumenerhaltung
6. Flüssigkeiten
  • Navier-Stokes Gleichungen
  • Smoothed Particle Hydrodynamics
  • Nachbarschaftssuche
  • Koppelung mit Starrkörpern
7. Starrkörper
  • Grundlagen
  • Bewegungsgleichungen für Starrkörper
  • Simulation von Gelenken
8. Kollisionserkennung
  • Hüllkörper
  • Hüllkörperhierarchien
  • Zellrasterverfahren
  • Kollisionstests für Starrkörper
  • Kollisionstests für deformierbare Körper
  • Kontinuierliche Kollisionserkennung
  • Bildbasierte Verfahren
9. Brüche
  • Animation von Brüchen mit Bruchmustern
  • Simulation spröder Brüche
  • Anpassung des Simulationsnetzes

 

Voraussetzungen:

Grundlegende Kenntnisse von Numerik, Algorithmen und Datenstrukturen, Computergraphik

 

Vorlesungsverzeichnis:

Tucan