PhysX auf der GPU in Batman: Arkham Asylum & bei Fluid Simulations Universität zu Köln Historisch-Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung Softwaretechnologie.

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1 PhysX auf der GPU in Batman: Arkham Asylum & bei Fluid Simulations Universität zu Köln Historisch-Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung Softwaretechnologie II (Teil 2): Simulation und 3D Programmierung SS 2013 Dozent: Prof. Dr. Thaller Datum: 11.07.2013 Referent: Marvin Liu

2 Einführung Physikalisch basierte Simulationen werden immer wichtiger in Spielen Effekte wie Flüssigkeiten, Rauch, Trümmer, Stoffe (cloth) & rigid body dynamics erhöhen Realitätsgrad und Detailreichtum Diese Effekte sind „teuer“ und sollten nicht nur über CPU, sondern parallel auch über GPU berechnet werden

3 NVIDIA PhysX Eine in Echtzeit laufende Physikengine, die GPUs in Übereinstimmung mit CPUs nutzt, um physikalisch basierte Simulationen zu beschleunigen GPU Anteile werden durch CUDA Compiler integriert, welche C und C++ unterstützen

4 NVIDIA GPU Rigid Body Engine (GRB) Speziell entwickelt für rigid body simulations GRB bis zu 3x schneller als Simulationen auf der CPU → ermöglicht groß skalierte Zerstörungen an und von Spielobjekten

5 PhysX Zerstörung Video

6 NVIDIA APEX Destruction Module Wird in Batman für das Schreiben und Simulieren von zerstörbaren Spielobjekten verwendet Ermöglicht zu spezifizieren, wie ein Spielobjekt auseinanderbricht Übernimmt das Kreieren, Auseinanderbrechen und Zerstören von PhysX rigid bodies, wenn ein Spielobjekt beschossen, hochgejagt oder weggeweht wird

7 APEX Destruction Video

8 Requirements Performance Parallelism API Interaction with PhysX Shapes Multi-threading Buffering Streaming Authoring

9 Partikelsysteme Allgegenwärtige Nutzung in Games, um eine Vielzahl von Effekten zu erzeugen Sollen so wenig wie möglich mit Szene interagieren, um Kosten niedrig zu halten Verwenden vorausberechnete Kräfte Ziel ist die Implementation in reichhaltigen und dynamischen Szenen durch parallele Berechnung der GPU

10 Eigenschafte des Partikelkollisionsalgorithmus Durchdringen & künstlichen Energieverlust minimieren, um Partikel nicht austreten oder an Ränder haften zu lassen Konfigurierbarer Kollisionsradius Bewältigung von Hochgeschwindigkeits- kollisionen Partikel auf statischen Objekten können nicht von dynamischen Objekten hindurchgedrückt werden

11 Fluid Simulation

12 Rendering Anzeigen vom Materialien aus Partikeln in Spielen erfordern unterschiedliche Techniken: Körniges Material: instance meshes oder impostors Gase/Flüssigkeiten: billboard per particle und blending methodes Flüssigkeiten: zusätzlich smoothing methodes Schatten steigern Realismusgrad

13 PhysX Fluids Video

14 GPU Implementation & Resultat 100% des Codes parallel anzulegen ist sinnvoll, da so das volle GPU-Potential genutzt wird → Verzögerungen durch Transfer zwischen GPU und CPU werden minimiert und Synchronisation ist nicht erforderlich Batman erzielt mit GRB-Nutzung eine dreifache Leistungssteigerung

15 PhysX in Batman Video

16 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!