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(shí)、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(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái),基于物理方法的流體模擬技術(shù)取得了很大的進(jìn)展,并且得到了廣泛應(yīng)用。但是,由于該種方法的計(jì)算過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜,所以模擬出的流體現(xiàn)象實(shí)時(shí)性較差。為了提高流體的模擬速度,本文主要在下述幾個(gè)方面做了較深入的研究:
　　 1.采用CUDA技術(shù)對(duì)流體現(xiàn)象進(jìn)行加速模擬。該方法首先將納維-斯托克斯流體運(yùn)動(dòng)方程中具有并行特性的部分(比如對(duì)流項(xiàng)、

2、外力項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)等)分離出來(lái),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(qiáng)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(jiǎn)化了傳統(tǒng)的GPU流體模擬方法。通過(guò)煙霧現(xiàn)象的模擬對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用該方法進(jìn)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(shí),兩者的加

3、速比達(dá)到128.57。
　　 2.采用多GPU方式對(duì)流體現(xiàn)象進(jìn)行加速模擬。該方法首先將流體域空間劃分成若干個(gè)子區(qū)域,然后將這些子區(qū)域分別交由不同的GPU來(lái)協(xié)同模擬。在模擬的過(guò)程中各個(gè)GPU通過(guò)對(duì)應(yīng)的主機(jī)端線程進(jìn)行彼此的數(shù)據(jù)通信,以及彼此與渲染部分的同步過(guò)程。這種CPU+多GPU協(xié)同模擬流體的方法不但提高了單個(gè)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(jì)提供了鋪墊。通過(guò)煙霧現(xiàn)象的模擬對(duì)該方法進(jìn)行了檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明