GPU-beschleunigte automatische Kontakterkennung

Bei der Simulation von Baugruppen im Computer Aided Engineering (CAE) spielt das Behandeln von Kontakt eine wichtige Rolle. Um Kontakt modellieren zu können, müssen Bereiche identifiziert werden, die in Kontakt sind oder innerhalb des nächsten Simulationsschrittes potenziell in Kontakt kommen können. Oft muss der Benutzer vorgeben, welche Bereiche als Kontaktflächen modelliert werden sollen. Für komplexere Baugruppen kann dies jedoch sehr aufwendig sein. Alternativ können solche Kontaktbereiche über Abstandsberechnungen automatisch identifiziert werden. Für die korrekte Simulation von Kontakt werden Abstandsinformationen der diskretisierten Geometrie benötigt, um diesen genau abzubilden. Diese Informationen zu generieren kann, je komplexer die Geometrie beziehungsweise, je mehr Freiheitsgrade die diskretisierte Geometrie hat, sehr zeitaufwendig sein.
In der Computergrafik ist die effiziente Abstandsberechnung insbesondere auch bei der Behandlung von Kollision in der Computeranimation ein etabliertes Forschungsfeld. Ein beliebter Ansatz sind räumliche Beschleunigungsstrukturen, wie zum Beispiel die "Bounding Volume Hierarchy" (BVH, dt. Hierarchie von Hüllkörpern). Diese unterteilt den betrachteten Raum, beziehungsweise die betrachteten Objekte, hierarchisch in Teilvolumen, mit Hilfe derer effizient räumlich nahe Teilgebiete identifiziert werden können (siehe Abbildung 1). Des Weiteren ist der Einsatz von Grafikprozessoren (engl. graphics processing unit - GPU) etabliert. Diese ermöglichen es, große Mengen an Daten parallel zu verarbeiten. Wir untersuchen, wie BVHs gepaart mit einem GPU-basierten Kontakterkennungsalgorithmus in der statischen Kontaktsimulation eingesetzt und die Berechnungen beschleunigt werden können.