Квазижидкость из 100 тысяч частиц на gpu

[Zolden]

Используя ComputeShader для вычислений на видеокарточке, я сделал симуляцию жидкости из 100.000 взаимодействующих частиц. Работает шустро, в реальном времени 30fps на карточке nvidia geforce 750m.

phpBB [video]

Физическая модель, то есть математика взаимодействия между частицами, пока что не доведена до задуманной сложности. Хочу, чтоб моделируемое вещество вело себя как твёрдое тело.

[Cr0c]

Тогда надо частиц как минимум в 10^6 раз больше. И симулировать либо очень упрощенно, либо более глубоко, чем просто квазичастицы, но это ещё раз 10-100 больше элементов понадобится.

[Zolden]

Cr0c

Я попробую "более глубоко". А именно, добавлю химические связи между частицами, которые сделают контакт более жёстким. Сейчас реализованы столкновение, вязкость (как бы трение, обмен скоростью в небольшом радиусе), и магнитное отталкивание. Вряд ли понадобится больше частиц, мне ведь не нужно абсолютное правдоподобие, просто чтоб они друг за друга держались в составе кристалла, не способного быть разрушенным гравитацией, но разрушимого более сильным воздействием. Если это сработает на небольшом количестве частиц, то же самое будет и для большего их числа.

Конечно, интересней было бы поэкспериментировать с большим количеством, но даже при всех мерах оптимизации, 100К - предел на моей видюшке. А если взять самую современную, у которой 2560 ядер и шина 512 бит, то можно до миллиона в реальном времени обсчитывать.

[waruiyume]

У Вас интерес исключительно академический, или есть практическая цель для применения?

[Zolden]

waruiyume
Играл когда-нибудь в старую игрушку "Scorched earth"? Хочу её ремейкнуть с "настоящей" землёй.

[Zolden]

Продолжение.

Пришлось решить массу проблем: отсечь и растоптать к херам саму возможность появления неточностей из-за неуправляемого параллельного чтения и записи одних и тех же данных; радикально уменьшить шаг дискретизации и связанные с этим погрешности; полностью переработать физическую модель взаимодействия частиц; переделать визуализацию.

В итоге, удаётся с приемлемой для рилтайма скоростью моделировать только 30 тысяч частиц (по сравнению с сотней тысяч из предыдущего видео). Но я доволен, получилось что-то похожее на твёрдую землю, годную для езды по ней танчиков и взаимной перестрелки.

Подумываю добавить ещё симуляцию воздуха на основе уравнений Навье-Стокса, может быть с переменной плотностью, чтоб с ударными волнами.

phpBB [video]

[Cr0c]

Красивенько. Для оптимизации могу посоветовать использовать частицы при взрыве, а не постоянно - уровень из статичных частиц, а обрабатываются только те, которые в радиусе взрыва.

[Zolden]

уровень из статичных частиц, а обрабатываются только те, которые в радиусе взрыва.

Да, это одна из идей, которые были у меня с самого начала, потому что ясно было: так много частиц невозможно быстро считать. Но это было прежде, чем я открыл для себя могущество вычислений на gpu. Так что я на некоторое время оставил эту идею в стороне.

Но в итоге получилось, что есть довольно заметная вычислительная цена у проверок "достигнуто ли условие перевода частицы в спящее положение" и "оказано ли на частицу достаточное воздействие, чтобы сделать её активной".

Например, если частица спит, но снизу взрывом оторвало кусок земли, и частица висит над пропастью. Весь этот кусок нужно подвергнуть действию гравитации, чтобы посмотреть, не упадёт ли он вниз. То есть, целую кучу частиц надо сделать активными. А сама проверка на то, что снизу не на что опереться - так же вычислительно сложна, как код активных частиц.

И это один из примеров нетривиальности идеи со спящими частицами. Так что я пока не спешу эту идею реализовывать, но и не отказываюсь от неё совсем. Потому что вроде бы текущей производительности хватает.

[Paul Siberdt]

Зефи-и-и-ирка!

А если создать несколько полей а-ля лоды и частицы будить согласно состоянию ведущей частицы предыдущего поля?

[Zolden]

Зефи-и-и-ирка!

А если создать несколько полей а-ля лоды и частицы будить согласно состоянию ведущей частицы предыдущего поля?

"Зефирка" - потому что шаг дискретизации времени великоват, и частицы успевают далеко переместиться вдоль градиента поля соседей. Но если его уменьшать, пришлось бы уменьшать количество частиц, чтоб динамика не замедлялась.

А насчёт побудки частиц - да, что-то вроде лодов уже используется, например, сетки плотности и гравитации. Возможно, удастся придумать быстрый способ перехода в сон и обратно.

[Zolden]

Сделал прототип игры. Танк сделан тоже из частиц. Может стрелять.

[Diab10]

Офигеть
Как такое вообще на ГПУ можно сделать, не представляю
Сорцы не будете открывать? Если нет, то мб дадите какие-нибудь полезные ссылки почитать?

[samana]

Как такое вообще на ГПУ можно сделать, не представляю

А я даже не представляю, как такое вообще можно сделать . Выглядит очень классно!

[Syberex]

Охренеть, желейный танк в пшенной каше
Сделайте пшенный майнкрафт

[Zolden]

Офигеть
Как такое вообще на ГПУ можно сделать, не представляю
Сорцы не будете открывать? Если нет, то мб дадите какие-нибудь полезные ссылки почитать?

С туториалами по Compute Shader слабенько, я нашёл только вот этот:

http://kylehalladay.com/blog/tutorial/2 ... Nifty.html

Или вот ещё видосик есть:

https://www.youtube.com/watch?v=qDk-WIOYUSY

И что-то ещё там-сям нагуглил, уже не помню. В основном пришлось методом проб и ошибок разбираться.

А что касается симуляции множества взаимодействующих частиц, то это вещь довольно простая: создаёшь массив, для каждой частицы координаты, скорость и ещё какие угодно параметры, и на каждом шаге делаешь расчёт взаимодействий, на его основе меняешь скорости, и в соответствии с текущей скоростью изменяешь координаты. Только оптимизации нужно много, чтоб сложность O(N * log(N)) была, а не O(N^2).

Думаю, вскоре я выложу проект, в котором с помощью GPU рисую фрактал мандельброта (очень быстро получается). Код хорошо откомменчен, можно разобраться, как всё работает. Мне бы такой пример пригодился, когда я только начал.

А вот прямо этот проект с частицами я пока не буду выкладывать, но когда доделаю игру - может и выложу.