Background

Physics-based snow simulation in real time is an unexplored area, the reason being the difficulty introduced by the multitude of factors that affect the snow behaviour, such as cohesion, thermodynamics, and compression. Simulating snow in real time when considering these factors can become computationally demanding. However, the continued advancement of graphics processing units makes the exploration of real-time snow simulation attractive. Recently published research on real time physics-based snow simulation shows promising results in a parallel solution and will serve as motivation and base for this thesis.

Objectives

This thesis aims to improve the time-step of a previously proposed method using an iterative method and improve the snow behaviour with a particle-based boundary handling implementation. The aim consists of the following objectives. Integrate an iterative method, extend the snow behaviour with additional snow types, and implement a particle-based boundary handling method with two-way coupling. The proposed method should remain comparable to the original method in terms of snow behaviour. In order to gather results, the methods are measured in performance and used in a questionnaire to analyse the behaviour.

Methods

An iterative method along with a particle-based boundary handling method is implemented. The methods are both measured and compared using quantitative tests. Additionally, a questionnaire is deployed to gather qualitative results about the behaviour of the snow.

Results

The proposed method outperforms the original method in terms of time-step size. The proposed method is capable of increasing the time-step tenfold while decreasing the execution time by approximately eight times. Finally, the results from the questionnaire verify the perceived naturalism of the snow and its comparability to the original method.

Conclusions

The proposed method can perform with an increased time-step and a lower execution time compared to the original method, at the cost of time spent per frame. Lastly, the snow is perceived as natural with the boundary handling method at a significance level of 1 %.

Bakgrund

Fysikbaserad snösimulering i realtid är ett outforskat område, anledning till detta är mängden faktorer som påverkar snö, exempelvis sammanhållning, termodynamik och kompression. Simulering av snö i realtid som tar hänsyn till dessa faktorer kan bli beräkningsmässigt krävande, däremot har den växande utvecklingen av grafikprocessorer gjort utforskning av realtidsmetoder ytterligare attraktivt. Nyligen publicerad forskning inom fysikbaserade snösimuleringar i realtid visar lovande resultat i en parallell lösning och kommer att användas som motivering samt bas i detta examensarbete.

Syfte

Detta examensarbete syftar till att förbättra tidsstegen i en tidigare implementerad metod med hjälp av att använda ett iterativt tillvägagångssätt samt förbättra snöbeteendet med en partikelbaserad gränshanteringsimplementation. Syftet är uppdelat i följande mål. Integrera en iterativ metod, utöka snöbeteendet med ytterligare snötyper, och implementera en partikelbaserad gränshanteringsmetod med tvåvägskoppling. Den föreslagna metoden ska förhålla sig jämförbar med originalmetoden med avseende på snöbeteendet. Slutligen för att samla in resultat mäts metoderna i prestanda och dessutom används ett frågeformulär för att analysera beteendet.

Metod

En iterativ metod tillsammans med en partikelbaserad gränshanteringsmetod är implementerad. Båda metoderna mäts och jämförs med hjälp av kvantitativa tester. Dessutom distribueras ett kvalitativt frågeformulär för att samla resultat om snöns beteende. 

Resultat

Den föreslagna metoden tillåter större tidsteg än originalmetoden. Den iterativa metoden är kapabel till att förstora tidsstegen tiofaldigt, samtidigt som den sänker exekveringstiden till en åttondel. Resultaten verifierar den uppfattade naturligheten av snön och jämförelsebarheten till originalmetoden.

Slutsatser

Den föreslagna metoden kan prestera med ett större tidssteg och en lägre exekveringstid jämfört med originalet i utbyte av högre tid spenderad per bildruta. Slutligen uppfattas snön som naturlig i sammankoppling med gränshanteringsmetoden vid en signifikansnivå på 1 %.