Fracturing
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Fracturing (Bruch- oder Zerstörungssimulation) in Blender ist eine Methode, um Objekte physikalisch korrekt in Stücke zu zerbrechen, etwa bei einer Explosion, einem Aufprall oder einem Sturz. Es kombiniert Geometrieaufteilung und rigid body dynamics, um realistische Bruchmuster und Bewegungen zu erzeugen. Die zugrunde liegende Technik ist sowohl algorithmisch als auch physikalisch anspruchsvoll und bietet ein spannendes Feld für Forschende im Bereich Media Engineering.
Technische Grundlage
Fracturing simuliert, wie ein Material in kleinere Teile zerfällt, wenn es äußeren Kräften ausgesetzt wird. Dies basiert auf:
- Geometrischer Zerlegung: Aufteilung des Objekts in Fragmente (z. B. Scherben).
- Physikalischer Simulation: Berechnung, wie diese Fragmente sich bewegen, rotieren und miteinander interagieren.
Das Objekt wird vor der Simulation in StĂĽcke zerlegt, z. B. mit dem Cell Fracture-Add-on in Blender. Das ist geeignet fĂĽr Szenen, bei denen der Bruch vorhersagbar ist (z. B. ein fallendes Glas).
Die Grundlage jeder Fracturing-Simulation ist die Zerlegung eines Objekts in kleinere Fragmente. Eine der häufigsten Methoden basiert auf dem Voronoi-Diagramm:
- 1. Seed-Punkte: Eine Menge von Punkten wird im Volumen des Objekts verteilt. Diese Punkte bestimmen die Fragmente.
- 2. Voronoi-Zellen: Das Objekt wird in Regionen zerlegt, in denen jeder Punkt zu einem Seed-Punkt gehört. Die Grenzen zwischen den Regionen bilden die Bruchkanten.
Formel fĂĽr Voronoi-Zellen: $ V_i = \{ x \in \mathbb{R}^3 \mid \|x - p_i\| \leq \|x - p_j\|, \forall j \neq i \} $
- $ V_i $: Menge aller Punkte in einer Voronoi-Zelle.
- $ p_i $: Seed-Punkt.
- $ p_j $: Nachbar des Seed-Punktes.
Die Voronoi-Methode erzeugt natürliche, zufällige Bruchmuster, die gut für Glas, Beton oder Stein geeignet sind.
Andere Fracturing-Methoden
- Boolean-Zerlegung: Schneidet das Objekt entlang vordefinierter Muster.
- Partikelbasierte Erosion: Simuliert den Bruch durch partikelbasierte Kräfte.
Literatur:
- Yan, M., & Wu, D. (2023). Ghazvinian, E., Diederichs, M. S., & Quey, R. (2014). 3D random Voronoi grain-based models for simulation of brittle rock damage and fabric-guided micro-fracturing. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 6(6), 506-521.
- Yan, M., & Wu, D. (2023). A New Fracture Simulation Algorithm Based On Peridynamics For Brittle Objects. IEEE Access.
- Li, X., & Zhao, J. (2019). An overview of particle-based numerical manifold method and its application to dynamic rock fracturing. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(3), 684-700.
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