Benutzer:Johannes Schützel/Impulse-Based Dynamic Simulation
Impulse-Based Dynamic Simulation (Abk. IBDS, dt. impulsbasierte dynamische Simulation) bezeichnet sowohl eine Methode als auch eine Programmbibliothek für die numerische Simulation der Physik starrer Körper, basierend auf der Berechnung von Impulsen. Die Entwicklung von IBDS geschieht an der Universität Karlsruhe unter Jan Bender. Die Bibliothek ist Open Source und steht unter der Zlib-Lizenz zum Download bereit[1].
Die grundlegenden Konstrukte einer mit IBDS simulierbaren Szene sind starre Körper (engl. rigid bodies) und virtuelle Gelenke, durch die paarweise Verbindungen zwischen Körpern hergestellt werden können. Des Weiteren können Partikel simuliert werden. Wie gängige Physik-Engines beherrscht IBDS die Simulation der einfachen physikalischen Gesetzmäßigkeiten wie Schwerkraft und die Unzulässigkeit der gegenseitigen Durchdringung fester Objekte. Stöße und Reibung.
Die Kerneigenschaften von IBDS in Kürze[2]:
- Simulation von Starrkörpern und Partikeln
- Unterstützung verschiedener Gelenktypen, wie zum Beispiel Kugelgelenke, Kreuzgelenke, Scharniergelenke, Gelenke mit flächigen und linearen Beschränkungen, sowie kombinierte Gelenke (Auszug)
- Unterstützung von Kollisionsformen, wie Kugeln, konvexe Dreiecksnetze und konvexe Hüllen
- impulsbasierte dynamische Simulationsmethoden: iterative approach (described in PDF), linear-time simulation (described in PDF)
- Collision response: Newton's law of impact, Poisson's hypothesis
- impulsbasierte Behandlung ruhender Kontaktstellen (as described in PDF)
- Simulation statischer und dynamischer Reibung
- Shock propagation for the simulation of collisions and contacts
- Supports different force controllers in order to apply special external forces on a group of bodies
- Different integration methods: Taylor, Runge-Kutta
- The interface is written in C++ .
- The library is easy to extend because all methods are exchangeable.
- IBDS was developed for Linux and Windows (I was never able to test it on Mac OS).
Rohmaterial:
Impulse-Based Dynamic Simulation ist ein neuer Ansatz für die numerische Simulation physikalischer, gelenkgekoppelter Starrkörpersysteme. Im Fokus der von Bender an der Technischen Universität Darmstadt entwickelten Methode liegt die Behandlung von Kollisionen und Gelenkverbindungen mithilfe der Berechnung von Impulsen. Dabei werden Kollisionspunkte und dauerhaft definierte Gelenke gleichermaßen behandelt. Alle sich durch solche Gelenke ergebenden Bewegungsabhängigkeiten eines Objekts gehen in ein lineares Gleichungssystem ein, welches zur Bestimmung des jeweiligen Gesamtimpulses gelöst wird. Dieser Ansatz erlaubt die Behandlung von allen Gelenktypen, Beschränkungen von Geschwindigkeiten, Kollisionen und Kontakten mit Reibung. Die impulsbasierte Methode ist dabei einfach zu implementieren und genauer als herkömmliche Methoden, wie die Lagrange-Multiplikator-Methode oder die Simulation mit reduzierten Koordinaten. So wird das Drift-Problem der Lagrange-Multiplikator-Methode umgangen.
Bei der Simulation von bewegten Starrkörpern in einer Umwelt mit natürlichen physikalischen Bedingungen treten Interaktionen zwischen den Objekten dann auf, wenn sie sich berühren oder wenn sie miteinander verbunden sind. Bei Kollisionen führt die Unzulässigkeit von Oberflächendurchdringungen zur Einschränkung der Bewegungsfreiheit und zur gegenseitigen Beeinflussung der Bewegung. Gelenkige Verbindungen zwischen Objekten entfernen dauerhaft Freiheitsgrade in der Bewegung. Gewöhnlich wird die numerische Simulation physikalischer Systeme in Intervallen berechnet, in denen die Erkennung und Behandlung der beschriebenen Interaktionen stattfindet.
IBDS ist eine freie Bibliothek für die Simulation physikalischer gelenkgekoppelter Mehrkörpersysteme in C++. Die Bibliothek unterstützt die Simulation von starren Körpern, Partikeln und unterschiedlichen Gelenken zur Verbindung von Körpern. Kollisionen und durch Gelenke bedingte Abhängigkeiten zwischen Körpern werden erkannt und nach der Methode der impulsbasierten dynamischen Simulation behandelt. IBDS umfasst Implementationen für verschiedene einfache und kombinierte Gelenktypen, iterative oder linearzeitlich komplexe Simulation, Kollisionsbehandlung nach Newton oder nach Poisson, Simulation von statischer und dynamischer Reibung, Stoßübertragung bei Kollisionen und Berührungen, verschiedene Krafteinflüsse, sowie Integration nach Taylor oder nach Runge-Kutta.
Weblinks
- Offizielle Webseite (englisch)
- Benutzerhandbuch zur IBDS Bibliothek (englisch)
Einzelnachweise
- ↑ Downloads und Lizensierung Unterseite der offiziellen Webseite, 15. Februar 2011. (englisch)
- ↑ Auflistung der Kerneigenschaften von IBDS Unterseite der offiziellen Webseite, 15. Februar 2011. (englisch)
