Modelos de simulación en tiempo real de sistemas granulares mediante autómatas celulares.

Abstract

Las herramientas de formación basadas en simulación y realidad virtual se han convertido en las últimas décadas en una potente erramienta para la formación y el entrenamiento de multitud de tareas, especialmente aquéllas que conllevan un coste o un riesgo elevado.<br/> <br/>Debido a las exigencias de este tipo de aplicaciones, los modelos dinámicos utilizados deben reproducir el comportamiento del sistema simulado con suficiente realismo como para qu los hábitos adquiridos por los aprendices sean correctos. Además, deben ser suficientemente robustos y eficientes como para poder ejecutarse de forma interactiva en tiempo real.<br/> <br/>Dentro del ámbito de la simulación de maquinaria pesada, los sistemas granulares y la interacción con el terreno (arena, grava, material granel, etc.) forman parte de las tareas fundamentales que realiza el usuario. Sin embargo, como consecuencia de una metodología inadecuada, existe una deficiencia importante en los modelos existentes para simulación interactiva en tiempo real.<br/> <br/>A lo largo de este trabajo se revisa la metodología de modelado utilizada habitualmente, y se desarrolla un conjunto de modelos dinámicos para la simulación de sistemas granulares.<br/> <br/>Para conseguir modelos con un comportamiento suficientemente realista, se parte de estudios teóricos sobre el comportamiento de los sistemas granulares y la interacción con el suelo. A partir de estos estudios, y utilizando el modelo computacional de los Autómatas Celulares, se desarrolla un conjunto de modelos dinámicos que permiten la simulación interactiva de un sistema granular y una herramienta<br/> <br/>Los modelos se validan utilizando los trabajos teóricos anteriores, y se analiza el significado de los parámetros para permitir su ajuste en función del tipo de material que se desee simular.<br/> <br/>Para conseguir una implementación eficiente de los modelos que permita la simulación en tiempo real, se analizan las propiedades estadísticas de la dinámica del sistema. Gracias a este análisis se consigue alcanzar un coste inferior a cuadrático respecto a las dimensiones del sistema simulado.<br/> <br/>Se revisan las técnicas de representación gráfica existentes y se mejora la representación de las zonas de flujo por medio de l utilización de técnicas de multitextura programadas en el procesador gráfico.

The training tools based on simulation and virtual reality have become in recent decades into a powerful tool for education and training of many tasks, especially those that involve a cost or a high risk.<br/> <br/>Due to the demands of such applications, the dynamic models have to reproduce the behavior of the system simulated with sufficient realism so that the habits acquired by trainees are correct. Furthermore, they must be sufficiently robust and efficient to be able to run interactively in real time.<br/>Within the scope of the simulation of heavy machinery, granular systems and the interaction with the ground (sand, gravel, bulk material, etc..) are part of the fundamental tasks performed by the user. However, as a result of inadequate methodology, there is a major deficiency in existing models for real-time interactive simulation.<br/>Throughout this work we review the modeling methodology used routinely, and developed a set of dynamic models for the simulation of granular systems.<br/>To obtain models with a sufficiently realistic behavior is part of theoretical studies on the behavior of granular systems and interaction with the ground. From these studies, and using the computational model of cellular automata, we develop a set of dynamic models that allow for interactive simulation of a granular system and a tool.<br/>The models are validated using the previous theoretical work, and discusses the significance of the parameters to allow adjustment of the type of material you want to simulate.<br/>To achieve an efficient implementation of the models to allow the simulation in real time, we analyze the statistical properties of the dynamics of the system. Thanks to this analysis we reach a cost of less than quadratic with respect to the dimensions of the simulated system.<br/>We review the existing techniques of graphic representation and improving the representation of the flow areas through the use of techniques multitextured programmed in the processor graph.