Interaktive Simulation von Menschenmengen mittels Virtueller Welten

Transkript

1 Interaktive Simulation von Menschenmengen mittels Virtueller Welten Prof. Sergei Gorlatch Alexander Ploss, Frank Glinka, Allaithy Raed Arbeitsgruppe Parallele und Verteilte Systeme Projektseminar WS 08/09

2 Projektaufgabe (1/2) Im Team ein lauffähiges und kommentiertes Softwaresystem entwerfen, implementieren, beschreiben und öffentlich präsentieren Konkret: Entwicklung einer interaktiven Simulation in C++ Nutzung unserer Middleware für verteilte interaktive Anwendungen Real-Time Framework (RTF) entwickelt von der AG PVS Herausforderungen und Lernziele: Praktische Anwendung von Mechanismen verteilter Systeme: Konsistenz eines verteilten Datenmodells, Echtzeitberechnungen, Parallelisierung eines mathematischen Algorithmus Verstehen und Benutzen der Middleware; Feedback für Verbesserungen Ein interaktives System zur Simulation von Menschenmengen designen und implementieren 0-2

3 Projektaufgabe (2/2) Zu erfüllende Systemeigenschaften: Visualisierung der Simulation in 3D-Grafik (OpenSource Engine Ogre3D nutzen) Interaktion mit der virtuellen Umgebung Umsetzen eines vorgegebene Algorithmus zur Berechnung des mathematischen Modells Optionale Eigenschaften: Erweiterbarkeit / Verfeinerung des mathematischen Modells, verschiedene Algorithmen, Phase: Konzept, Grundlagen einer interaktiven virtuellen Welt implementieren, erste Umsetzung des Mathematischen Models Angeleitet durch unsere Vorgaben Streng iteratives Vorgehen: Teilaufgaben zur Bearbeitung 2. Phase: Vervollständigen der Implementierung, Ausbau des Systems Optimierung Erweiterungen des Modells Skalierbarkeit durch Parallelisierung 0-3

4 Anwendungsbeispiel Interaktive Simulation A. Treuille et al.: Continuum Crowds 0-4

5 Mathematische Modellierung Teilchen basierte Simulation: Einzelne Personen werden modelliert Beispiel: Helbings Model Veränderung der Bewegung bezgl. der Zeit t m i : Masse der i-ten Person dv i m i dt = m vi 0e0 i v i i + f ij + τ i j i W f iw vi 0e0 i : gewünschte Bewegung (Geschwindigkeit, Richtung) f ij : Kraft der Interaktion mit anderen Personen f iw : Kraft der Interaktion mit Wänden bzw. Gegenständen In diesem Seminar: Umsetzen eines bereits existierenden Algorithmus 0-5

6 Projekt Multiplayer-Spiele haben technisch (Echtzeit, interaktiv) viel mit anderen Anwendungen gemein: E-Learning/virtuelle Klassenräume Online-Training Anwendungen Interaktive Simulationen Real-Time Online Interactive Applications (ROIA) 0-6

7 Events und Entita ten-basierte Berechnungen Das RTF bietet high-level API zur Berechnung und Kommunikation von Entita ten und Events in der Grid-Architektur 0-7

8 Events und Entitäten-basierte Berechnungen Das RTF bietet high-level API zur Berechnung und Kommunikation von Entitäten und Events in der Grid-Architektur Periodische Zustandsberechnung von Entitäten in Real-Time Loop Hz, Analogie: interaktiv berechnete Einzelbilder eines Films 0-8

9 (Haupt-)Aufgabenbereich AG PVS: Real-Time Framework (RTF) und API 0-9

10 Skalierbarkeit durch Parallelisierung: Das Zoning-Konzept Geeignet für große, in Zonen aufteilbare virtuelle Welten Jede Zone wird von einzelnem Server betrieben Sehr gut geeignet und häufig angewandt für MMORPG Skaliert die Gesamtentitätenanzahl und die Weltgröße Skaliert nicht die Entitätendichte Nicht geeignet Action- und Strategiespiele (FPS und RTS) zu skalieren 0-10

11 Zoning angewandt Murk entwickelt (Projektseminar) RTF o Drom Murk: Gezonte Spielwelt, einzelne Zonen repliziert Aktuell laufendes Projektseminar mit 7 Teilnehmern, basierend auf RTF Entwickelt im SS08 auf Basis des RTF RTF o Drom: Gezontes Rennspiel mit verteilter Physikberechnung Entwickelt an der Johannes Keppler Universität Linz auf Basis des RTF 0-11

12 Ausrichtung des Projekts Teilchen basierte Simulation umsetzen in Entitäten Konzept des RTF Machbarkeitsstudie: Untersuchen der Anwendbarkeit der Middleware für Interaktive Simulation Trennung Berechung und Visualisierung: Simulation kann von HPC durchgeführt werden, Interaktion über Online-Client Parallelisierung: Primäres Ziel ist Untersuchen der Verteilbarkeit Praxisnähe, Beispiel: Evakuierung des M1 0-12

13 Projekt: Ablauf (1/2) Start: Vorlesungsbeginn Entwicklung in Teams, voraussichtlich: 1. Client-Team (Visualisierung, Eingabe) 2. Algorithmus-Team (Umsetzung des Mathematischen Modells) 3. Infrastruktur-Team (Verteilte Berechnung der Zustandsupdates) Jede/r Teilnehmer/in wird für eigenen Teilbereich verantwortlich sein! 0-13

14 Projekt: Ablauf (2/2) 1. Phase (Design, Prototyp), feste Vorgaben von uns: Komponenten, Aufbau, Algorithmus, Datenstrukturen Ziel: funktionierende Engine 2.Phase (Weiterführend), eigenständiges Design, Verbesserung der Features: Zusätzliche Features Ziel: verteilte, skalierbare Simulation 0-14

15 Projekt: Termine Meilensteine und Präsentation der (Zwischen-)Ergebnisse 1. Referat (Woche ): Vorstellung von Grundlagen Individuell von jedem Teilnehmer (!) Kurzer Vortrag (10 15min pro Teilnehmer) Präsentationsform: Laptop und Beamer 2. Referat / Prototyp (ca ): Funktionierende Engine für virtuelle Welt Algorithmus (Umsetzung), Grundlegende Features Diskussion: Konzepte und effiziente Realisierung Abschlusspräsentation / Ende 2. Phase (VL-Ende): Finale Version Erweiterte Features, Parallelisierung, entwickelte Konzepte Diskussion: Evaluation, Erfahrungsbericht 0-15

16 Projekt Wir erwarten viel, bieten aber auch einiges dafür: Starke Betreuung (mind. 3 wiss. Mitarbeiter) Einbindung in das edutain@grid Projekt Veröffentlichungen als Ziel Lernziel und Bewertungskriterien: Teamarbeit Anwendung Softwareentwicklungsprozess Verteilung eines Anwendungszustandes, Verteilte Berechnungen und Konsistenzhaltung Verständnis von Echtzeit- und Quality of Service-Anforderungen 0-16

17 Projekt: Organisatorisches Start des Projekts: Vorlesungsbegin Auf jeden Fall vor Start zu erledigen: Einarbeitung in ein Thema Einführungs Vortrag Einarbeitung in C++ allgemein Einarbeitung in RTF Handbuch / RTFDemo 2. Vorbesprechung: Termin? (spätestens Mitte September) Einführung in RTF Vorstellung der Aufgabengebiete Vergabe der Einführungs Vorträge Vertraulichkeitserklärung: spätestens zur 2. VB 0-17