Aceleração GPU da animação de superfícies deformáveis

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

A simulação de tecidos virtuais desempenha um papel importante em diversas áreas, como as indústrias dos jogos de computador e do cinema, sendo um tópico de investigação com grande actividade. A simulação é, normalmente, efectuada recorrendo a sistemas de partículas. Sobre as partículas são, de uma forma geral, definidas uma série de interacções com base num modelo físico de superfície, que caracteriza as propriedades do tecido, sobretudo no que diz respeito às suas deformações internas. A simulação é uma tarefa de computação extremamente intensiva graças a factores como a avaliação do modelo da superfície ou a utilização de métodos de integração numérica para a resolução do sistema de equações diferenciais que determinam a dinâmica do tecido. Qualquer destes factores depende, de forma directa, do número de partículas usado para discretizar a superfície. Na área da computação gráfica, alguns trabalhos foram já realizados no sentido de acelerar a animação da simulação de tecidos através da programação de GPU, como em [Zel05], [Zel07] e [Den06]. O GPU moderno contém vários processadores especializados em processar grandes quantidades de dados em paralelo, apresentando uma capacidade computacional, no que toca ao número de operações de vírgula flutuante por unidade de tempo, muito superior à do CPU, sendo particularmente apropriado a problemas que possam ser expressos como computações paralelas com alta intensidade de cálculo matemático. Neste trabalho, pretende-se contribuir com a aceleração de um simulador de tecidos com realismo acrescido, desenvolvido em [Birr07], recorrendo a um modelo de hardware e programação para GPU inovador, que o apresenta como um verdadeiro co-processador genérico ao CPU, o NVIDIA CUDA [Cud07]. As contribuições previstas estendem-se à realização de um estudo sobre as vantagens e desvantagens da utilização deste modelo quando comparado com outros, como [Zel05], [Zel07] ou [Den06], através de uma análise cuidada dos resultados obtidos, bem como quais as melhores soluções conseguidas na prática.