基于圖形硬件的復雜織物模擬研究.pdf

1、在各種真實場景和人物動畫的虛擬現(xiàn)實應用中,織物模擬都是必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,其模擬效率和模擬效果往往對場景整體的效率和真實感起決定性作用。大量實踐表明,實現(xiàn)織物動態(tài)實時模擬的關(guān)鍵在于加速物理模擬計算過程和碰撞檢測過程,然而,由于基于物理的織物模擬計算量很大,僅僅依賴CPU的計算能力很難使其達到實時。近年來,GPU卓越的并行計算能力以及自身的高速發(fā)展越來越受到研究者的關(guān)注,"CPU+GPU"的桌面超級計算模式已成為計算機體系結(jié)構(gòu)的重要發(fā)

2、展方向。因此,本文以復雜織物的實時模擬為目標,利用GPU的并行計算能力,研究并提出織物模擬及碰撞檢測的并行算法,進而實現(xiàn)一個實時的織物模擬系統(tǒng)。
　　文中采用了經(jīng)典的彈簧-質(zhì)點模型對織物建模,并通過顯式歐拉迭代更新質(zhì)點狀態(tài)。在所提出的并行算法中,組成系統(tǒng)的質(zhì)點與GPU線程一一對應,質(zhì)點的速度和位置信息從而得以并行更新。算法通過運用線性存儲器紋理解決了越界問題,并借助CUDA的共享內(nèi)存以減少對全局內(nèi)存的訪問次數(shù)。為了使各線程負載均衡

3、地填充共享內(nèi)存,論文進一步提出了nPass方法。
　　在碰撞檢測階段,論文采用了層次四叉樹結(jié)構(gòu)對潛在碰撞集合作快速剔除,將其并行化以滿足GPU的并行計算模型。針對層次四叉樹的更新問題,算法在預處理階段對其進行重構(gòu),使四叉樹的葉子節(jié)點與GPU的線程標號相對應;隨后,論文分別給出了用數(shù)組/B+樹表示的層次四叉樹的并行更新算法,算法對層次四叉樹進行自底向上的更新,在每一個層次上,所有節(jié)點的更新是并行發(fā)生的。在層次四叉樹構(gòu)造完畢之后,所有