基于CUDA的弱可压SPH流体建模与仿真

作     者：段兴锋 任鸿翔 神和龙 DUAN Xing feng;REN Hong xiang;SHEN He long

作者机构：大连海事大学航海动态仿真和控制交通行业重点实验室辽宁大连116026 集美大学航海学院福建厦门361021 

出 版 物：《计算机工程与科学》 (Computer Engineering & Science)

年 卷 期：2018年第40卷第8期

页      面：1375-1382页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家863计划(2015AA010504) 交通运输部应用基础研究项目(2015329225240) 福建省教育厅科技项目(JA15269) 

主　　题：光滑流体粒子动力学 边界处理 邻域搜索 Marching Cubes CUDA 

摘      要：为了实现小尺度范围流体场景的实时、真实感模拟,采用弱可压SPH方法对水体进行建模,提出了流体计算的CPU-GPU混合架构计算方法。针对邻域粒子查找算法影响流体计算效率的问题,采用三维空间网格对整个模拟区域进行均匀网格划分,利用并行前缀求和和并行计数排序实现邻域粒子的查找。最后,采用基于CUDA并行加速的Marching Cubes算法实现流体表面提取,利用环境贴图表现流体的反射和折射效果,实现流体表面着色。实验结果表明,所提出的流体建模和模拟算法能实现小尺度范围流体的实时计算和渲染,绘制出水的波动、翻卷和木块在水中晃动的动态效果,当粒子数达到1 048 576个时,GPU并行计算方法相较CPU方法的加速比为60.7。