Аналіз методів MPM/APIC та SPH для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ
This scientific paper addresses the problem of developing an efficient and physically grounded model for the computer simulation of the stress-strain state of porous media in real-time environments, particularly in modern game engines. The relevance of the study is driven by the growing demand for r...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Kamianets-Podilskyi National Ivan Ohiienko University
2026
|
| Онлайн доступ: | https://mcm-tech.kpnu.edu.ua/article/view/354827 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences |
Репозитарії
Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences| _version_ | 1865214124691030016 |
|---|---|
| author | Биков, Віктор Жуковська, Наталія |
| author_facet | Биков, Віктор Жуковська, Наталія |
| author_sort | Биков, Віктор |
| baseUrl_str | http://mcm-tech.kpnu.edu.ua/index.php/2308-5916/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-05-12T19:50:46Z |
| description | This scientific paper addresses the problem of developing an efficient and physically grounded model for the computer simulation of the stress-strain state of porous media in real-time environments, particularly in modern game engines. The relevance of the study is driven by the growing demand for realism in interactive visualizations used not only in the video game industry, but also in virtual reality, training systems, engineering simulators, and scientific research. Porous media, such as soil, sand, granular materials, or biological structures, are characterized by complex mechanical behavior that includes a combination of elastic, plastic, and viscoplastic properties, as well as significant geometric deformations, which makes their adequate numerical modeling particularly challenging.
The paper investigates the application of modern particle-based methods, in particular the Material Point Method (MPM), its extension Affine Particle-In-Cell (APIC), as well as Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), as alternatives to classical grid-based methods.
The architectural features of integrating these methods into game engines are considered using Unreal Engine as an example.
The obtained results demonstrate the feasibility of using hybrid approaches, particularly APIC, to achieve a balance between physical accuracy and computational efficiency. The proposed approach may serve as a foundation for further research into the realistic simulation of complex materials in real time, as well as for expanding the functional capabilities of modern interactive systems. |
| doi_str_mv | 10.32626/2308-5916.2026-29.5-13 |
| first_indexed | 2026-05-15T01:00:05Z |
| format | Article |
| id | mcmtechkpnueduua-article-354827 |
| institution | Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-05-15T01:00:05Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Kamianets-Podilskyi National Ivan Ohiienko University |
| record_format | ojs |
| spelling | mcmtechkpnueduua-article-3548272026-05-12T19:50:46Z Analysis of the MPM/APIC and SPH Methods for Implementing a Physical Model in a Game Engine for Computer Computational Simulation of the Stress-Strain State of Porous Media Аналіз методів MPM/APIC та SPH для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ Биков, Віктор Жуковська, Наталія This scientific paper addresses the problem of developing an efficient and physically grounded model for the computer simulation of the stress-strain state of porous media in real-time environments, particularly in modern game engines. The relevance of the study is driven by the growing demand for realism in interactive visualizations used not only in the video game industry, but also in virtual reality, training systems, engineering simulators, and scientific research. Porous media, such as soil, sand, granular materials, or biological structures, are characterized by complex mechanical behavior that includes a combination of elastic, plastic, and viscoplastic properties, as well as significant geometric deformations, which makes their adequate numerical modeling particularly challenging. The paper investigates the application of modern particle-based methods, in particular the Material Point Method (MPM), its extension Affine Particle-In-Cell (APIC), as well as Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), as alternatives to classical grid-based methods. The architectural features of integrating these methods into game engines are considered using Unreal Engine as an example. The obtained results demonstrate the feasibility of using hybrid approaches, particularly APIC, to achieve a balance between physical accuracy and computational efficiency. The proposed approach may serve as a foundation for further research into the realistic simulation of complex materials in real time, as well as for expanding the functional capabilities of modern interactive systems. У даній науковій роботі розглядається проблема побудови ефективної та фізично обґрунтованої моделі для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ у середовищах реального часу, зокрема в сучасних ігрових рушіях. Актуальність дослідження зумовлена зростаючими вимогами до рівня реалізму інтерактивних візуалізацій, що використовуються не лише в індустрії відеоігор, але й у віртуальній реальності, тренажерних системах, інженерних симуляторах та наукових дослідженнях. Пористі середовища, такі як ґрунт, пісок, сипучі матеріали або біологічні структури, характеризуються складною механічною поведінкою, яка включає поєднання еластичних, пластичних і в’язкопластичних властивостей, а також значні геометричні деформації, що ускладнює їх адекватне чисельне моделювання. У роботі досліджено застосування сучасних методів частинок, зокрема Метод Матеріальної Точки (Material Point Method (MPM)), його доповнення частинок в комірках (Affine Particle-In-Cell (APIC)), а також гідродинаміка згладжених частинок (Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)), як альтернативи класичним сітковим методам. Розглянуто архітектурні особливості інтеграції зазначених методів у ігрові рушії на прикладі Unreal Engine. Отримані результати свідчать про доцільність використання гібридних підходів, зокрема APIC, для досягнення балансу між фізичною достовірністю та обчислювальною ефективністю. Запропонований підхід може бути використаний як основа для подальших досліджень у напрямку реалістичної симуляції складних матеріалів у режимі реального часу, а також для розширення функціональних можливостей сучасних інтерактивних систем. Kamianets-Podilskyi National Ivan Ohiienko University 2026-05-15 Article Article Рецензована Стаття application/pdf https://mcm-tech.kpnu.edu.ua/article/view/354827 10.32626/2308-5916.2026-29.5-13 Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences; 2026: Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences. Issue 29; 5-13 Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки ; 2026: Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки. Випуск 29; 5-13 2308-5916 10.32626/2308-5916.2026-29 uk https://mcm-tech.kpnu.edu.ua/article/view/354827/346512 Авторське право (c) 2026 Віктор Биков, Наталія Жуковська https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | Биков, Віктор Жуковська, Наталія Аналіз методів MPM/APIC та SPH для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ |
| title | Аналіз методів MPM/APIC та SPH для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ |
| title_alt | Analysis of the MPM/APIC and SPH Methods for Implementing a Physical Model in a Game Engine for Computer Computational Simulation of the Stress-Strain State of Porous Media |
| title_full | Аналіз методів MPM/APIC та SPH для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ |
| title_fullStr | Аналіз методів MPM/APIC та SPH для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ |
| title_full_unstemmed | Аналіз методів MPM/APIC та SPH для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ |
| title_short | Аналіз методів MPM/APIC та SPH для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ |
| title_sort | аналіз методів mpm/apic та sph для імплементації фізичної мо-делі в ігровий рушій для комп’ютерної симуляції напружено-деформованого стану пористих середовищ |
| url | https://mcm-tech.kpnu.edu.ua/article/view/354827 |
| work_keys_str_mv | AT bikovvíktor analysisofthempmapicandsphmethodsforimplementingaphysicalmodelinagameengineforcomputercomputationalsimulationofthestressstrainstateofporousmedia AT žukovsʹkanatalíâ analysisofthempmapicandsphmethodsforimplementingaphysicalmodelinagameengineforcomputercomputationalsimulationofthestressstrainstateofporousmedia AT bikovvíktor analízmetodívmpmapictasphdlâímplementacíífízičnoímodelívígrovijrušíjdlâkompûternoísimulâcíínapruženodeformovanogostanuporistihseredoviŝ AT žukovsʹkanatalíâ analízmetodívmpmapictasphdlâímplementacíífízičnoímodelívígrovijrušíjdlâkompûternoísimulâcíínapruženodeformovanogostanuporistihseredoviŝ |