ASADO EN VENTOS ISCRETOS - upv.es
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Objeto 2 1.00 ms Objeto 3 66.67 ms Objeto Render 16.67 = 60 FPS Objeto 1 40.00 ms Objeto 4 16.67 ms Objeto n 0.001 ms N ÚCLEO DE S IMULACIÓN PARA A PLICACIONES G RÁFICAS EN T IEMPO R EAL B ASADO EN E VENTOS D ISCRETOS Autor: Vicente Broseta - Director: Ramón Mollá I NTRODUCCIÓN Las Aplicaciones Gráficas en Tiempo Real priorizan su ejecución en tiempo real por encima de la precisión. Algunos ejem- plos: Videojuegos, Realidad Aumentada, Si- muladores. . . Bucle Principal del Modelo Continuo Acoplado Tiempo de 1 ciclo = Máxima Frecuencia de Muestreo Fase de Simulación Fase de Entrada Fase de Salida Gestión Eventos de Usuario Actualizar Objeto 1 Actualizar Objeto 2 Actualizar Objeto 3 Actualizar Objeto 4 … Actualizar Objeto n Selección Visualización Efectos Audio Efectos Hápticos Inteligencia Artificial Cinemática Control de Colisiones I NCONVENIENTES Simulación y Visualización • Si Tiempo Simulación T. Visualización Acoplamiento: • Si Tiempo Simulación T. Visualización Mayor Uso de CPU Cinemática con Euler (orden 1) • Para Máxima Precisión • Frecuencia de Muestreo No Constante CPU al 100% ∆ = +∆ = − −∆ + ′′ ∆ + (() ) Verlet: Debe ser Constante Cinemática con Verlet (orden 2): • Si Frecuencia de Muestreo Fallos de Detección t t+2 Detección de Colisiones t-1 t+1 1/FreMues S OLUCIÓN PROPUESTA –>RT-DESK RT-DESK (Real Time Discrete Event Simu- lation Kernel) es un Núcleo de Simulación de Eventos Discretos sincronizado con el Tiem- po Real. Actualizar Objeto 1 Actualizar Objeto 2 Actualizar Objeto 3 Actualizar Objeto 4 ... Actualizar Objeto n Fase de Simulación Fase de Visualización Objeto 2 1.00 ms 16.67 ms = 60 FPS Objeto 3 66.67 ms Objeto Render 16.67 = 60 FPS Objeto 1 40.00 ms Objeto 4 16.67 ms Objeto n 0.001 ms Versatilidad ++ Precisión ++ Rendimiento ++ Típico Modelo Continuo Acoplado Modelo Discreto Desacoplado RT-DESK utilza un dispatcher que, alma- cena y espera a que llegue el instante para en- tregarlos. La gestión es muy eficiente, tanto en rapidez, como en gestión de memoria. Tie- ne capacidad de gestionar cualquier cantidad y tipo de mensajes heterogéneos en tiempo de ejecución. Gestión de Mensajes Obj 1 Obj 3 Obj 2 Obj n Obj Ren Obj 1 Cola de Mensajes Tiempo Simulación Tiempo Real Dispatcher RT-DESK Objetos envían mensajes a sí mismo o a otros objetos Frecuencias individuales variables en tiempo de ejecución Solo se utiliza la potencia de cálculo necesaria S PACE I NVADERS 3D → C ONTINUO VS RT-DESK • Las Naves rebotan como pelotas • Visualización fija a 60 FPS • Mismo estado inicial • Nave en modo Indestructible • 5 Ejecuciones de 30 s • Naves rebotando 30 s • Imagen del último frame • Disparos aleatorios con misma semilla Observar posición de naves, posición de disparos y estado de los bunker Modelo Continuo: Pequeños errores aleatorios. No hay garantía de una ejecución correcta. 1 2 3 4 5 RT-DESK: No hay errores. Garantía de una ejecución correcta. Comportamiento Determinista. 1 2 3 4 5 1. PRECISIÓN . No hay ningún error de colisión y cálculo de posiciones exacto. 2. RENDIMIENTO . Promedio del 60 % en ahorro de CPU manteniendo 60 FPS. 0 5 10 15 20 25 30 T. Visualización T. Simulación T. sobrante T. Rtdesk Segundos media fps: RT-DESK=60.13 Continuo = 57.81 Valores medios de las mediciones realizadas RT-DESK Modelo Continuo 0,003 ms Objeto lento Frecuencia de actualización baja para detección de colisión 500 ms v1 = 2 m/s Objeto rápido Frecuencia de actualización alta para detección de colisión v2 = 340 m/s diámetro = 1 m C ONTACTO Doctorado en Informática - Grupo de Informática Gráfica -DSIC {vbroseta,rmolla}@dsic.upv.es P OSIBLES A PLICACIONES RT-DESK puede aportar importantes me- joras en el campo de la simulación en tiem- po real. Se pretende, como futuros trabajos, evaluar sus capacidades en diferentes áreas de este campo: Videojuegos Realidad Virtual Realidad Aumentada Sistemas de Partículas Comportamiento de Fluidos Sistemas Dinámicos Multicuerpo Autómatas Celulares Comportamiento de Masas Dinámica Molecular ...
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Objeto 2
1.00 ms
Objeto 3
66.67 ms
Objeto Render
16.67 = 60 FPS
Objeto 1
40.00 ms
Objeto 4
16.67 ms
Objeto n
0.001 ms
NÚCLEO DE SIMULACIÓN PARAAPLICACIONES GRÁFICAS EN TIEMPO REAL
BASADO EN EVENTOS DISCRETOSAutor: Vicente Broseta - Director: Ramón Mollá
INTRODUCCIÓNLas Aplicaciones Gráficas en Tiempo
Real priorizan su ejecución en tiempo realpor encima de la precisión. Algunos ejem-plos: Videojuegos, Realidad Aumentada, Si-muladores. . .
Bucle Principal del Modelo Continuo Acoplado Tiempo de 1 ciclo = Máxima Frecuencia de Muestreo
Fase de Simulación
Fase de Entrada
Fase de Salida
Gestión Eventos de Usuario
Actualizar Objeto 1
Actualizar Objeto 2
Actualizar Objeto 3
Actualizar Objeto 4
…
Actualizar Objeto n
Selección
Visualización
Efectos Audio
Efectos Hápticos
Inteligencia Artificial
Cinemática
Control de Colisiones
INCONVENIENTESSimulación y Visualización
• Si Tiempo Simulación T. Visualización
Acoplamiento:
• Si Tiempo Simulación T. Visualización
Mayor Uso de CPU
Cinemática con Euler (orden 1)
• Para Máxima Precisión • Frecuencia de Muestreo No Constante
CPU al 100%
∆𝒕𝒕 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑀𝑀𝐹𝐹𝐹𝐹𝑀𝑀𝑀𝑀𝐹𝐹𝐹𝐹𝑀𝑀
𝒙𝒙𝒊𝒊+∆𝒕𝒕 = 𝟐𝟐𝒙𝒙𝒕𝒕 − 𝒙𝒙𝒕𝒕−∆𝒕𝒕 + 𝒙𝒙′′ 𝒕𝒕 ∆𝒕𝒕𝟐𝟐 + 𝚶𝚶((𝚫𝚫𝒕𝒕)𝟒𝟒) Verlet:
Debe ser Constante
Cinemática con Verlet (orden 2):
• Si Frecuencia de Muestreo Fallos de Detección
t t+2
Detección de Colisiones
t-1 t+1
1/FreMues
SOLUCIÓN PROPUESTA –>RT-DESKRT-DESK (Real Time Discrete Event Simu-
lation Kernel) es un Núcleo de Simulación deEventos Discretos sincronizado con el Tiem-po Real.
Actualizar Objeto 1
Actualizar Objeto 2
Actualizar Objeto 3
Actualizar Objeto 4
...
Actualizar Objeto n
Fase de Simulación
Fase de Visualización
Objeto 2
1.00 ms
16.67 ms = 60 FPS
Objeto 3
66.67 ms
Objeto Render
16.67 = 60 FPS
Objeto 1
40.00 ms
Objeto 4
16.67 ms
Objeto n
0.001 ms
Versatilidad ++
Precisión ++
Rendimiento ++
Típico Modelo Continuo Acoplado Modelo Discreto Desacoplado
RT-DESK utilza un dispatcher que, alma-cena y espera a que llegue el instante para en-tregarlos. La gestión es muy eficiente, tantoen rapidez, como en gestión de memoria. Tie-ne capacidad de gestionar cualquier cantidady tipo de mensajes heterogéneos en tiempo deejecución.
Gestión de Mensajes
Obj 1 Obj 3 Obj 2 Obj n Obj Ren Obj 1
Cola de Mensajes
Tiempo Simulación
Tiempo Real
Dispatcher RT-DESK
Objetos envían mensajes a sí mismo oa otros objetos
Frecuencias individuales variables entiempo de ejecución
Solo se utiliza la potencia de cálculonecesaria
SPACE INVADERS 3D → CONTINUO VS RT-DESK• Las Naves rebotan como pelotas
• Visualización fija a 60 FPS
• Mismo estado inicial
• Nave en modo Indestructible
• 5 Ejecuciones de 30 s
• Naves rebotando 30 s
• Imagen del último frame
• Disparos aleatorios con misma semilla
Observar posición de naves, posición de disparos y estado de los bunker
Modelo Continuo: Pequeños errores aleatorios. No hay garantía de una ejecución correcta.
1 2 3 4 5RT-DESK: No hay errores. Garantía de una ejecución correcta. Comportamiento Determinista.
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1. PRECISIÓN. No hay ningún error de colisión y cálculo de posiciones exacto.2. RENDIMIENTO. Promedio del 60 % en ahorro de CPU manteniendo 60 FPS.
0
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15
20
25
30
T. Visualización T. Simulación T. sobrante T. Rtdesk
Segundos
media fps:RT-DESK=60.13Continuo = 57.81
Valores medios de las mediciones realizadas
RT-DESK
Modelo Continuo
0,003 ms
Objeto lento Frecuencia de actualización baja para detección de colisión 500 ms
v1 = 2 m/s
Objeto rápido Frecuencia de actualización alta para detección de colisión
v2 = 340 m/s
diámetro = 1 m
CONTACTODoctorado en Informática - Grupo de Informática Gráfica -DSIC
{vbroseta,rmolla}@dsic.upv.es
POSIBLES APLICACIONESRT-DESK puede aportar importantes me-
joras en el campo de la simulación en tiem-po real. Se pretende, como futuros trabajos,evaluar sus capacidades en diferentes áreasde este campo:
VideojuegosRealidad VirtualRealidad AumentadaSistemas de PartículasComportamiento de FluidosSistemas Dinámicos MulticuerpoAutómatas CelularesComportamiento de MasasDinámica Molecular. . .
