Evaluation of physics engines in context of manufacturing simulations
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2019-12-16
Department
Major/Subject
Control, Robotics and Autonomous Systems
Mcode
ELEC3025
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
71+12
Series
Abstract
Application of 3D simulation software to multiple phases of development of industrial projects, including design, commissioning, and monitoring, has seen increased interest as a part of Industry 4.0 effort. This study examines an approach to improve quality of simulations by extending simulation software with a physics engine. Additionally, attention is paid to evaluation of physics engines in general, independent of the context. Nine simulation models were designed to investigate simulation of unconstrained and constrained motion, and contacts with friction. These models were simulated and the simulation data was analyzed with respect to different configurations and multiple physics engines. Specific physics engines evaluated in this study were Bullet 2.88, PhysX 3.4.2, and PhysX 4.1.0. This study concludes that the quality of the simulation heavily depends not only on the choice of the physics engine and the configuration of the algorithms employed by the engine, but also on the properties of the simulated objects themselves. Additionally, it is found that joint constraint violation is present to some degree in all models independent of the physics engine and its configuration. Finally, an evaluation methodology where an ad-hoc benchmarking tool is developed independently for the purposes of a study, as employed by majority of similar studies, is concluded not to be future-proof in its current form. On this basis, it is suggested to incorporate results obtained with a physics engine into the real world with prudence and caution. Further research is needed to provide more depth (in terms of additional models) and breadth (in terms of additional physics engines) to this study, however, it is recommended that the issues associated with the methodology would be resolved beforehand.Kiinnostus soveltaa 3-D simultointiohjelmistoja teollisuusprojektien eri vaiheisiin, kuten suunnitteluun, käyttöönottoon ja seurantaan, on lisääntynyt osana Teollisuus 4.0 -hankkeita. Tässä diplomityössä tarkastellaan lähestymistapaa, jossa simulaation laadun parantamiseksi simulointiohjelmistoa laajennetaan fysiikkamoottorilla. Lisäksi huomio kiinnitetään fysiikkamoottoreiden arviointiin kontekstista riippumatta. Diplomityössä määriteltiin yhdeksän simulaatiomallia, joiden avulla tutkittiin vapaan ja rajoitetun liikkeen simulaatiota sekä kitkaa jäykkien kappaleiden kosketuksissa. Näitä malleja simuloitiin ja simulaatiotietoja analysoitiin suhteessa eri konfiguraatioihin ja fysiikkamoottoreihin. Tässä työssä arvioituja fysiikkamoottoreita olivat Bullet 2.88, PhysX 3.4.2 ja PhysX 4.1.0. Tämän tutkimuksen perusteella todetaan, että simulaation laatuun vaikuttavat fysiikkamoottorin valinnan ja sen käyttämien algoritmien konfiguraation lisäksi myös itse simuloitujen kappaleiden ominaisuudet. Lisäksi todetaan, että nivelrajoitteiden loukkauksia esiintyy jossain määrin riippumatta fysiikkamoottorista ja sen konfiguraatiosta. Tutkimuksessa on käytetty samankaltaista menetelmää kuin useassa muussa fysiikkamoottoreiden arviointiin keskittyvässä tutkimuksessa, joissa arviointi suoritetaan itsenäisesti kehitetyllä työkalulla. Lopulta todetaan tämän menetelmän olevan kestämätön nykyisessä muodossaan. Edellä mainittu huomioiden ehdotetaan, että fysiikkamoottoreilla saatuja tuloksia sovelletaan todelliseen maailmaan huolellisesti harkiten. Tämän tutkimuksen syventämiseksi (esimerkiksi lisämalleilla) ja laajentamiseksi (esimerkiksi fysiikkamoottoreita lisäämällä) tarvitaan lisätutkimuksia. Kuitenkin on suositeltavaa ratkaista ensimmäiseksi menetelmään liittyvät kysymykset.Description
Supervisor
Kyrki, VilleThesis advisor
Ubis, FernandoKeywords
virtual design, multibody dynamics, physics engines, evaluation, benchmarking