基于GPU的三維煙霧模擬加速技術研究.pdf

1、流體動畫,尤其是自然現(xiàn)象中如翻騰的濃煙、湍流的溪水等的模擬,一直是計算機圖形學研究的熱點和難點。近年來,基于物理方法的流體模擬技術取得了很大的進展,在電影特效、電子游戲、廣告等領域得到了廣泛應用。但是,由于該種方法的計算過程復雜,不能滿足實時性要求,使得其應用費時費力。為了提高流體模擬的效率,本文主要從以下幾個方面做了深入的研究:
　　1.介紹了三種基于物理的流體模擬方法:歐拉方法、拉格朗日方法和格子波爾茲曼方法,選用基于網(wǎng)格的歐

2、拉方法來求解納維-斯托克斯(Navier-Stokes,簡稱NS)方程組。求解過程中采用半拉格朗日方法求解對流項,采用隱式迭代的方法求解擴散項和壓力泊松方程。并將這些具有并行特性的部分(對流項、擴散項、壓力泊松方程和外力項)分離出來,采用CUDA技術將其映射到GPU上并行執(zhí)行,將邏輯性強的部分交由CPU執(zhí)行。采用GPU+CPU的方式來提高流體的模擬速度。
　　2.引入多重網(wǎng)格法優(yōu)化求解NS方程組中的壓力泊松方程,以提高流體模擬的效

3、率。多重網(wǎng)格法通過構造不同精度的網(wǎng)格,實現(xiàn)在高精度網(wǎng)格上衰減掉振蕩分量,在低精度網(wǎng)格上對高精度網(wǎng)格的光滑分量進行衰減,并利用限制算子和差值算子消除在不同精度網(wǎng)格迭代時所產(chǎn)生的誤差。本文在 GPU上對多重網(wǎng)格法進行了實現(xiàn)。實驗結果證明,多重網(wǎng)格法可以加快迭代收斂率,提高計算速度,從而保證流體模擬的實時性要求。
　　3.引入共享系統(tǒng)多GPU方式加速對大規(guī)模流體現(xiàn)象的模擬。首先將大規(guī)模的流體區(qū)域劃分為若干個子區(qū)域,然后將這些子區(qū)域交由不