연기와 오브젝트 간의 상호작용 시뮬레이션
시뮬레이션 설명
Jos Stam의 논문 기반으로 작성된 Real Time Smoke Simulation을 CUDA를 이용하여 구현하였으며 그 연기 시뮬레이션에 구체를 던졌을 때 상호작용이 어떻게 일어나는지 확인 할 수 있다.
함수 설명
- 연기
add_source: 초기 속도와 밀도를 현재의 속도와 밀도에 추가
diffuse: 유체의 점성에 의한 속도의 확산을 처리
- gauss seidel 대신 병렬 처리에 용이한 red black gauss seidel이 사용되었다.
project: 속도 필드를 발산성이 없는 상태로 만듦
- 압력을 포아송 방정식으로 구하고, 이 압력을 사용하여 속도를 수정한다.
- 이 방정식을 해결하기 위해 red black gauss seidel이 사용된다.
advect: 유체의 속도에 의해 속도 자체가 어떻게 이동되는지 계산
- 이 단계에서 semi-Lagrangian이 사용된다.
set_bnd: 시뮬레이션의 경계 조건을 정의하여 연기의 흐름을 제한함
- 구체
클래스 형식으로 구체의 크기, 현재 위치, 이전 위치, 방향, 속도, 그리드와 충돌이 일어난 셀, 진행 방향과 충돌이 일어난 셀을 저장하여 메인 함수에서 솔버에 경계 조건을 전달한다.
check_collision: 그리드와 충돌이 일어난 셀 중 연기의 흐름을 변화할 셀, 연기가 구체를 통과하지 못하도록 경계 조건을 정의한 셀, 구체의 내부에 해당하는 셀을 정의함
(main 소스에 있는)collision_direction_force: 구체에 저장된 방향과 속도를 기반으로 각 방향에 해당하는 소스를 전달함
사용 API
- OpenGL
- GLEW
- GLFW
- GLM
- CUDA 12.2
시뮬레이션 환경
- CPU : intel i7-10 10700K
- GPU : RTX 3070 BLACK EDITION OC D6 8GB
- RAM : samsung DDR4-3200(8GB) x 2
참고 논문
- "Real-time fluid dynamics for games" by jos stam
- "Stable fluids" by jos stam
실행하기 위한 환경
- visual studio2022
- cuda 12.2
컨트롤
- WASD : 카메라 이동
- 마우스 이동 : 카메라 방향 전환
- 마우스 좌클릭 : 오브젝트 상호작용
- 키보드 1번 : 연기 표시
- 키보드 2번 : 속도 표시
- Z : 소스항 추가 및 외력 추가
- M : 모드 변경
- C : 연기 초기화
추가 사항
- main 코드의 add_force_source 함수를 통해 외력의 방향을 수정할 수 있음
- main 코드의 mouse_callback 함수를 수정하여 좌클릭 시 구체가 발사되는 지점을 정할 수 있음
- density.cu에서 그리드의 충돌 영역에 대해 그리기 가능
결과
