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NVIDIAs PhysX 5.0 unterstützt FEM für Materialphysik auf der GPU und kontert AMDs FEMFX Programmbibliothek für Physik per CPU-Multithreading

Nvidia hat PhysX 5.0 angekündigt und wird “recht bald im Jahr 2020” verfügbar sein. Laut den GeForce-Machern führt diese neue Version des Physik-Middleware-SDKs (das vor etwa einem Jahr als Open Source verfügbar wurde) die Unterstützung eines ‘Unified particle simulation framework’ ein. Zu den neuen Features, die NVIDIA für PhysX 5.0 auflistet, gehört auch die FEM-Simulationstechnik, die AMD auch in seinem kürzlich angekündigten FEMFX verwendet. Es sieht so aus, als ob Spiele eine Menge Deformationseffekte bekommen werden und AMDs FEMFX einen Konkurrenten…

Das Ganze ist insofern interessant, da sich AMD mit der kürzlich veröffentlichten FEMFX  definitiv auf die CPU als ausführendes Organ festgelegt hat, während PhysX  die GPU in den Vordergrund rückt. Welcher der beiden leider wieder proprietären Ansätze sich leztendlich durchsetzen wird, ist allerdings noch unklar. Am Ende können beide eigentlich nur verlieren, wenn es keine einheitliche Basis gibt. Betrachten wir zunächst Nvidias Offerte für PhysX:

  • Das Finite-Elemente-Modell (FEM) ist ein Industriestandard-Simulationsverfahren für verformbare Körper. Es wird in der Automobil- und Fertigungsindustrie umfassend eingesetzt, um die strukturelle Festigkeit sowohl starrer als auch weicher Baugruppen genau zu simulieren. Es wird in PhysX 5.0 eingebaut.
  • Für Flüssigkeitssimulationen werden die Entwickler in der Lage sein, diskrete Partikelsimulationen zu verwenden, um Flüssigkeiten und Granulatströmungen zu modellieren. Die Implementierung ist skalierbar; große Zeitschritte können genutzt werden, um eine Vielzahl von Flüssigkeiten stabil zu simulieren. Das Diskrete-Elemente-Modell (DEM) bietet Unterstützung für Reibung und Adhäsion. PhysX 5.0 verwendet auch eine Implementierung der Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), um Flüssigkeiten mit diskreten Partikeln zu simulieren, eine Technik, die in der Ozeanographie und Vulkanographie verwendet wird.
  • Mit dem Constrained-Particle-Modell von PhysX 5.0 können beliebige Netze als Gewebe oder Strang simuliert werden. Diese Netze können mit Volumenerhaltungsbedingungen mit anwendungsdefinierten Drücken gekoppelt werden, um aufblasbare Formen zu simulieren. Die netzbasierten Simulationen bieten auch ein Modell zur Simulation von aerodynamischem Auftrieb und Widerstand. Das Constraint-Modell unterstützt Federn, so dass es zur Erstellung von Masse-Feder-Systemen verwendet werden kann. Das Shape Matching bietet einen Mechanismus für Gruppen von Partikeln, um eine starre Struktur aufrechtzuerhalten. Damit kann die Starrkörperdynamik annähernd simuliert werden. Darüber hinaus kann die starre Struktur zur Laufzeit verformt werden, um plastisch verformungsähnliche Effekte zu realisieren.

Und was bietet AMDs FEMFX?  Es handelt sich dabei um eine neue Physik-Bibliothek zur Berechnung von Effekten per CPU als Bestandteil seiner Middleware GPUOpen, die am Ende auf Basis der FEM grob betrachtet ausch nichts anderes macht als Nvidia, wenn es um Materialverformungen geht, die möglichst realistisch dargestellt werden sollen. Auch hier kann man der Beschreibung von GPUOpen entnehmen, was man an Effekten plant:

  • Elastische und plastische Verformung von verschiedensten Materialien und die implizite Integration für die Stabilität bei steifen Materialien. Dazu kommt das Definieren von nicht brechenden Flächen zur Generierung von Rissen und Bruchtstücken sowie Brüche zwischen tetraedrischen Flächen
  • Die Kinematische Steuerung von Mesh-Eckpunkten und eine kontinuierliche Kollisionserkennung (CCD) für schnell bewegte Objekte
  • Einschränkungen bei der Kontaktauflösung und der Verknüpfung von Objekten untereinander sowie zur Begrenzung der Verformung als solcher
  • Dynamische Steuerung der Tetraeder-Materialparameter und der Support des Verformens eines Render-Meshs unter Verwendung des Tetraeder-Meshs

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Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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