Usage of a computer cluster for physics simulations using bullet engine and OpenCL

Олександр Юрійович Безносик; Олександр Васильович Сиротюк

doi:10.15587/2706-5448.2023.285543

Автор(и)

Олександр Юрійович Безносик Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-2775-6070
Олександр Васильович Сиротюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-4531-6290

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.285543

Ключові слова:

3D простір, неперервний простір, вирішення колізій, знаходження колізій, розподілені обчислення, високонавантажені обчислення

Анотація

Дослідження зосереджується на використанні комп’ютерного кластеру для реалізації фізичних симуляцій в реальному часі, відповідаючи на зростаючу потребу в такому використанні у різних сферах, включаючи медицину, обробку відео, автоматизоване керування транспортом, робототехніку та візуалізацію. Об’єктом дослідження є кластерні та хмарні технології для проведення фізичних симуляцій, що мають велику вартість для окремих галузей, особливо високобюджетних та розважальних, як кінематографія та інтерактивні розваги.

Методи дослідження включають використання модифікованого рушія Bullet для проведення фізичних симуляцій, інтегрованого з OpenCL для роботи з кластером. Вибір цих технологій обумовлений їх високою продуктивністю та адаптивністю до кластерних систем. Дослідження проводилось на основі стандартної для фреймворку Bullet бенчмарк-сцени падіння вежі, з метою вимірювання продуктивності обчислень в кадрах за секунду.

Результати показали, що використання кластерів не є доцільним при малій пропускній спроможності мережі та використанні неоднорідних вузлів. За таких умов, симуляції з використанням кластеру стають нестабільними на великій кількості об’єктів і контактів між ними та показують деградацію швидкодії в середньому на 50–60 % (до значень в 10–20 кадрів за секунду).

Незважаючи на посередні результати обрахунків на кластері, дослідження виправдало очікування в рамках заданих цілей та наявних ресурсів. Ці результати мають велике значення для подальшого розвитку кластерних та хмарних технологій у фізичних симуляціях, надаючи важливу інформацію про обмеження та можливості цих систем.

Біографії авторів

Олександр Юрійович Безносик, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра системного проектування

Олександр Васильович Сиротюк, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Кафедра системного проектування

Посилання

Lewis, N. S., Winter, A. O., Bonus, J., Motley, M. R., Eberhard, M. O., Arduino, P., Lehman, D. E. (2023). Open-source simulation of strongly-coupled fluid-structure interaction between non-conformal interfaces. Frontiers in Built Environment, 9. doi: https://doi.org/10.3389/fbuil.2023.1120518
Merchant, N., Sampson, A. T., Boiko, A., Falconer, R. E. (2023). Dense agent-based HPC simulation of cell physics and signaling with real-time user interactions. Frontiers in Computer Science, 5. doi: https://doi.org/10.3389/fcomp.2023.1085867
Jorissen, K., Vila, F. D., Rehr, J. J. (2012). A high performance scientific cloud computing environment for materials simulations. Computer Physics Communications, 183 (9), 1911–1919. doi: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2012.04.010
Serpa, Y. R., Rodrigues, M. A. F. (2020). Broad Phase Collision Detection: New Methodology and Solution for Standardized Analysis of Algorithms. Anais Estendidos Da Conference on Graphics, Patterns and Images (SIBRAPI Estendido 2020). doi: https://doi.org/10.5753/sibgrapi.est.2020.12982
Cohen, J. D., Lin, M. C., Manocha, D., Ponamgi, M. (1995). I-COLLIDE. Proceedings of the 1995 Symposium on Interactive 3D Graphics – SI3D ’95. doi: https://doi.org/10.1145/199404.199437
Kockara, S., Halic, T., Iqbal, K., Bayrak, C., Rowe, R. (2007). Collision detection: A survey. 2007 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics. doi: https://doi.org/10.1109/icsmc.2007.4414258
Xiaoguang, A., Ling, L. (2016). A Study of Collision Detection Algorithm Based on Cloud Computing Model. 2016 International Conference on Intelligent Transportation, Big Data & Smart City (ICITBS). doi: https://doi.org/10.1109/icitbs.2016.9
Erez, T., Tassa, Y., Todorov, E. (2015). Simulation tools for model-based robotics: Comparison of Bullet, Havok, MuJoCo, ODE and PhysX. 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). doi: https://doi.org/10.1109/icra.2015.7139807
Larsson, T., Akenine-Möller, T. (2006). A dynamic bounding volume hierarchy for generalized collision detection. Computers & Graphics, 30 (3), 450–459. doi: https://doi.org/10.1016/j.cag.2006.02.011
Barak, A., Ben-Nun, T., Levy, E., Shiloh, A. (2010). A package for OpenCL based heterogeneous computing on clusters with many GPU devices. 2010 IEEE International Conference On Cluster Computing Workshops and Posters (CLUSTER WORKSHOPS). doi: https://doi.org/10.1109/clusterwksp.2010.5613086
Yoon, J., Son, B., Lee, D. (2023). Comparative Study of Physics Engines for Robot Simulation with Mechanical Interaction. Applied Sciences, 13 (2), 680. doi: https://doi.org/10.3390/app13020680
Chau, S.-C., Fu, A. W.-C. (2004). Load Balancing between Heterogeneous Computing Clusters. Lecture Notes in Computer Science, 75–82. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-24679-4_19
Ströter, D., Mueller-Roemer, J. S., Stork, A., Fellner, D. W. (2020). OLBVH: octree linear bounding volume hierarchy for volumetric meshes. The Visual Computer, 36 (10-12), 2327–2340. doi: https://doi.org/10.1007/s00371-020-01886-6