🧱 Bruchsimulation

Ein Voronoi-Diagramm unterteilt den Raum in Regionen um eine Menge von Startpunkten, sodass jeder Ort zur Region seines nächstgelegenen Startpunkts gehört. Formal ist die Zelle des Startpunkts sᵢ jeder Punkt, der näher an sᵢ liegt als an jedem anderen Startpunkt. In dieser Simulation wird jede Voronoi-Zelle zu einem Bruchfragment, weshalb dichtere Startpunkte kleinere Scherben erzeugen.

Sprödbruch ist, wenn ein Material plötzlich mit wenig oder keiner plastischen Verformung bricht, statt sich zu biegen. Glas, Keramik und Eis sind klassische spröde Materialien: Spannung baut sich auf, bis ein Riss entsteht und mit hoher Geschwindigkeit durch das Material rast und es in Stücke teilt — genau das Verhalten, das diese Simulation nachbildet.

Jedes Material hat seine eigene Farbe, Transparenz, Glanz und Restitution. Glas- und Eisfragmente sind durchscheinend und springfähig; Beton und Holz sind undurchsichtig, matt und prallen kaum zurück; Metall ist reflektierend und federnd. Diese Unterschiede ahmen nach, wie echte Materialien aussehen und wie energiereich ihre Fragmente streuen, wenn sie getroffen werden.

Jedes Fragment wird vom Aufprallpunkt nach außen gestoßen mit einer Geschwindigkeit, die mit dem Abstand abnimmt, gemäß v = F · 120 / (d + 30), wobei F die Aufprallkraft-Einstellung und d der Abstand des Fragments vom Einschlag ist. Nähere Fragmente fliegen schneller, ein Aufwärtsschub wird hinzugefügt, und jede Scherbe erhält eine zufällige Drehung.

Er legt fest, wie viele Startpunkte über das Objekt verteilt werden und damit, in wie viele Fragmente es zerbricht. Eine niedrige Anzahl ergibt wenige große Brocken, wie ein grober Betonbruch, während eine hohe Anzahl viele kleine Scherben erzeugt, wie fein zersplittertes Glas.

Schwerkraft steuert, wie stark Fragmente beim Fallen nach unten gezogen werden, während Restitution festlegt, wie springfähig sie sind, wenn sie auf Boden oder Wände treffen — eine Restitution von null bedeutet, sie bleiben sofort liegen, ein hoher Wert lässt sie energiereich zurückprallen.

Nicht exakt. Echte Materialien brechen entlang von Korngrenzen, Kristallebenen und bestehenden Fehlstellen, gesteuert von Spannungsfeldern und Bruchzähigkeit. Voronoi-Bruch ist eine geometrische Näherung, die überzeugende, schnelle Ergebnisse liefert, weshalb sie die Echtzeitgrafik dominiert, während für präzise technische Analysen Finite-Elemente-Methoden verwendet werden.

Zu verstehen, wie und wann Materialien reißen, ist entscheidend für die Sicherheit. Ingenieure nutzen Bruchmechanik, um vorherzusagen, ob ein Fehler in einem Flugzeugflügel, einer Brücke oder einem Druckbehälter zu einem katastrophalen Versagen anwächst, und um Materialien und Strukturen zu entwerfen, die Rissbildung widerstehen.

Während das Klicken ein einzelnes Objekt am getroffenen Punkt zerbricht, lässt der Explode-Button alle Objekte in der Szene gleichzeitig von der Mitte aus explodieren. Es ist der schnellste Weg, ein ganzes Feld von Objekten in Fragmente bersten zu sehen.

Sie sind nach dem Mathematiker Georgy Voronoy benannt, der sie 1908 formalisierte, obwohl das Konzept früher auftauchte. Berühmt nutzte der Arzt John Snow 1854 dieselbe Nächste-Nachbar-Geometrie, um einen Londoner Cholera-Ausbruch auf eine einzige verunreinigte Wasserpumpe zurückzuführen — dieselbe Geometrie, die heute Glas auf dem Bildschirm zerbricht.