光滑粒子流体动力学算法多层次并行加速的研究

admin · 发表于 2023-10-2 12:23:31

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流体仿真一直是虚拟现实的一个重点研究领域。SPH方法作为流体动力学中的一种重要算法，在数字媒体艺术、计算机游戏开发、医疗图像、工程仿真研究、军事仿真等诸多领域发挥巨大的作用。但另一方面，模拟流体的真实效果最为关键的是其运动的真实性，而为了运动的高真实性所付出的代价是在计算上的高复杂度。同时由于SPH算法上诸如邻域搜索、迭代计算等性质，使得其运算耗时极多。本论文针对SPH算法运算量大等题目，从多核多处理器以及多机并行的多层次并行角度研究SPH算法在并行方面的相关特性、并行的方法以及影响并行效率的主要因素。本论文首先介绍了SPH算法的基本方法以及过程和特点；其次详细分析和阐述了串行程序的设计、多核多处理器以及多机并行的并行性分析、数据相关性分析、并行设计等；再次详细分析和阐述了串行程序的实现、多核多处理器以及多机并行的实现以及优化；最后介绍了并行实验平台的相关设计与实现，并对SPH并行性能进行了实验，同时具体分析与总结了实验结果。本论文的主要研究工作和成果包括：1. SPH算法的研究与关键步骤的分析。2. SPH算法的串行设计、实现与优化。研究完成了从SPH算法至程序的映射，采用空间网格法的形式进行邻域搜索，提出了链式表结构。3. SPH算法多核多处理器并行的并行性分析、数据相关性分析。完成了并行化设计、实现与优化工作，提出了三维网格的线程分配方法。4. SPH算法多机并行的并行性分析、数据分割与负载平衡分析。完成了并行化设计、实现与优化工作，提出了邻域数据的优化交换方法和基于小数据量空间切分预测方法。5. 给出了SPH算法并行性的影响因素，建立了较通用的实验平台。本论文的研究在单机八核的平台上获得了93%的加速效率，在双机十六核平台上获得了95%的加速效率，加速效果良好。

光滑粒子流体动力学算法多层次并行加速的研究

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