基于CUDA技術(shù)的流體模擬方法的研究.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實、電子游戲等圖形學(xué)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,流體模擬已經(jīng)成為圖形學(xué)領(lǐng)域中研究的一個熱點問題。近年來,基于物理方法的流體模擬技術(shù)取得了很大的進展,并且得到了廣泛應(yīng)用。但是,由于該種方法的計算過程相對比較復(fù)雜,所以模擬出的流體現(xiàn)象實時性較差。為了提高流體的模擬速度,本文主要在下述幾個方面做了較深入的研究:
　　 1.采用CUDA技術(shù)對流體現(xiàn)象進行加速模擬。該方法首先將納維-斯托克斯流體運動方程中具有并行特性的部分(比如對流項、

2、外力項、擴散項等)分離出來,然后把它們分別映射成CUDA編程模型中的設(shè)備端內(nèi)核函數(shù),最后將這些內(nèi)核函數(shù)放到GPU上并行執(zhí)行；而方程中那些邏輯性強的部分則在CPU上執(zhí)行。這種CPU+GPU協(xié)同模擬流體的方法不但充分的發(fā)揮了GPU的并行處理能力,而且簡化了傳統(tǒng)的GPU流體模擬方法。通過煙霧現(xiàn)象的模擬對該方法進行驗證。實驗結(jié)果表明:采用該方法進行流體模擬的速度比采用一般CPU方式的快了幾十到上百倍。比如流體規(guī)模為3500*3500時,兩者的加

3、速比達到128.57。
　　 2.采用多GPU方式對流體現(xiàn)象進行加速模擬。該方法首先將流體域空間劃分成若干個子區(qū)域,然后將這些子區(qū)域分別交由不同的GPU來協(xié)同模擬。在模擬的過程中各個GPU通過對應(yīng)的主機端線程進行彼此的數(shù)據(jù)通信,以及彼此與渲染部分的同步過程。這種CPU+多GPU協(xié)同模擬流體的方法不但提高了單個GPU的執(zhí)行效率,而且為今后的超大規(guī)模流體模擬集群系統(tǒng)的設(shè)計提供了鋪墊。通過煙霧現(xiàn)象的模擬對該方法進行了檢驗。實驗結(jié)果表明