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微电子学与计算机 2016年第11期33卷 95-98,103页

作者：梁志剑周文娟中北大学电子测试技术重点实验室山西太原030051 中北大学计算机与控制工程学院山西太原030051

为提高SPH方法中邻近粒子的搜索效率,采用条形Point-In-Box(PIB)搜索法和邻域区域相关搜索法交替执行机制,实现了一种邻近粒子融合搜索算法.实验中,分别用融合搜索法的SPH方法和条形PIB搜索法的SPH方法对溃坝现象进行了模拟,并对条形PI... 详细信息

为提高SPH方法中邻近粒子的搜索效率,采用条形Point-In-Box(PIB)搜索法和邻域区域相关搜索法交替执行机制,实现了一种邻近粒子融合搜索算法.实验中,分别用融合搜索法的SPH方法和条形PIB搜索法的SPH方法对溃坝现象进行了模拟,并对条形PIB搜索法、邻域相关搜索法和融合搜索法在搜索时间和准确率上进行了比较,证明了融合算法的可行性和高效性.

关键词：邻近粒子搜索条形PIB搜索邻域相关搜索融合搜索

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基于GPU的邻近粒子搜索优化算法

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计算机工程与设计 2017年第5期38卷 1273-1276页

作者：周文娟梁志剑马铁华中北大学电子测试技术重点实验室山西太原030051 中北大学计算机与控制工程学院山西太原030051

为提高邻近粒子的搜索速度,基于硬件图形处理器(GPU),采用SPH方法中交替使用邻域区域相关搜索法和条形Point-In-Box(PIB)搜索法的机制,实现一种基于GPU的邻近粒子融合搜索算法。利用该方法对典型的流体溃坝现象进行模拟,在搜索效率和搜... 详细信息

为提高邻近粒子的搜索速度,基于硬件图形处理器(GPU),采用SPH方法中交替使用邻域区域相关搜索法和条形Point-In-Box(PIB)搜索法的机制,实现一种基于GPU的邻近粒子融合搜索算法。利用该方法对典型的流体溃坝现象进行模拟,在搜索效率和搜索准确率方面,与基于CPU的融合搜索法和基于GPU的多维树搜索法进行对比。实验结果表明,该算法的性能随着粒子数的增多,表现更优。

关键词：图形处理器邻近粒子搜索条形PIB搜索邻域相关搜索融合搜索算法

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基于CUDA的邻近粒子搜索算法研究

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计算机工程与应用 2012年第18期48卷 53-56页

作者：刘丹陈捷捷武汉第二船舶设计研究所武汉430064 中国舰船研究设计中心武汉430064

在粒子方法中,运用邻近粒子搜索算法可以快速获取每个粒子的邻近粒子信息。由于粒子方法模拟一个体系的行为所采用的粒子数据是十分庞大的,对计算机的运算速度提出了挑战。研究了GPU的计算能力和CUDA开发环境,利用GPU的并行多线程处理技... 详细信息

在粒子方法中,运用邻近粒子搜索算法可以快速获取每个粒子的邻近粒子信息。由于粒子方法模拟一个体系的行为所采用的粒子数据是十分庞大的,对计算机的运算速度提出了挑战。研究了GPU的计算能力和CUDA开发环境,利用GPU的并行多线程处理技术,提出了一种并行邻近粒子搜索算法。实验结果表明,基于CUDA的并行邻近粒子搜索算法,加快了邻近粒子搜索过程,显著地减少了计算时间,成功实现了硬件加速,可获取290以上的加速比,对大规模粒子系统呈现出高效的处理能力。

关键词：统一计算设备框架(CUDA) 图形处理单元(GPU) 粒子方法邻近粒子搜索

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基于SPH方法的多相流界面模拟研究

基于SPH方法的多相流界面模拟研究

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作者：周韵若合肥工业大学

学位级别：硕士

流体模拟作为计算机图形学的一个重要分支,在诸如影视特效、电子游戏、制作动画以及医学成像等方面都有广泛的应用,而多相流模拟是流体模拟的一个重要的研究方向。在多相流模拟中,如何解决不相溶两相流交界面稳定性问题、大密度比两相流... 详细信息

流体模拟作为计算机图形学的一个重要分支,在诸如影视特效、电子游戏、制作动画以及医学成像等方面都有广泛的应用,而多相流模拟是流体模拟的一个重要的研究方向。在多相流模拟中,如何解决不相溶两相流交界面稳定性问题、大密度比两相流(如气-液两相流)交界面的表面张力的研究、以及如何提高多相流邻近粒子搜索方法的效率都是多相流模拟研究中的重点和难点;相关研究不但具有一定的理论意义,而且具有较强的实际应用价值。本文首先介绍了不相溶两相流界面压力处理,大密度比多相流交界面的表面张力和邻近粒子搜索研究的背景、研究意义以及国内外相关研究的历史沿革和现状;在此基础上,针对上述三个问题,做了以下三方面工作:一、传统SPH方法模拟不相溶两相流(如水和油),两相流交界面处因剧烈的数值震荡导致交界面粗糙,不光滑,异相粒子滞留的现象。针对这个问题,本文提出一种改进的压力梯度公式和人工斥力公式;通过溃坝仿真实验、Rayleigh-Taylor界面不稳定性仿真实验、非Boussinesq锁定交换仿真实验,仿真结果验证了本文新的压力梯度公式和人工斥力公式的有效性。二、传统SPH方法模拟大密度比两相流(如气-液两相流)一些曲率较大的交界面的表面张力时,由于色标函数计算中的颜色梯度跳跃导致交界面细节的缺失,交界面毛糙等现象,针对这个问题,本文提出一种基于密度权重的色标函数计算公式;空气中圆形液滴形成仿真实验的结果,验证了本文方法的有效性。三、多相流模拟中,邻近粒子搜索耗时较多,如何提高多相流模拟邻近粒子搜索效率的研究较少。本文在这方面进行了初步探索:首先对直接搜索法、树形搜索法,条形PIB搜索法三种常用的单相流邻近粒子搜索算法进行了比较全面的整理,通过单相流二维溃坝实验,对上述三种算法的耗时和准确率进行了比较;然后通过多相流碰撞实验,寻找效率最高的多相流模拟邻近粒子搜索算法,为今后进一步优化多相流模拟邻近粒子搜索打下基础。

关键词：多相流流体模拟两相流交界面 SPH方法压力梯度近似公式人工斥力色标函数表面张力邻近粒子搜索

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SPH邻域搜索算法研究及其在溃坝模拟中的应用

SPH邻域搜索算法研究及其在溃坝模拟中的应用

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作者：周文娟中北大学

学位级别：硕士

基于SPH方法的流体模拟是将问题域化为一系列携带某一特定材料属性的粒子,利用每个粒子的运动确定整体的运动形态。而所有粒子的运动都可以通过其支持域内的全部粒子的运动属性加权得到,并且在每个时间步(整个模拟时间可划分为若干个时... 详细信息

基于SPH方法的流体模拟是将问题域化为一系列携带某一特定材料属性的粒子,利用每个粒子的运动确定整体的运动形态。而所有粒子的运动都可以通过其支持域内的全部粒子的运动属性加权得到,并且在每个时间步(整个模拟时间可划分为若干个时间步)内需要对每个粒子的邻近粒子进行搜索,从而确定粒子在当前时间及下一个时间步的运动属性。因此,邻近粒子搜索算法的好坏对整个模拟过程的执行效率起着决定性作用。本文以目前现有的邻域搜索算法为基础,从算法本身和依赖硬件加速两个角度,对邻近粒子搜索算法进行优化,以期更快、更准的搜索到邻近粒子。首先,对目前流体模拟及邻近粒子搜索算法的现状进行了分析,简要介绍了如何用SPH方法离散Navier-Stokes方程,确立了本文的研究重点及主要工作。其次,介绍了目前常见的邻近搜索算法,引出条形PIB搜索法及邻域相关搜索法并对这两种搜索算法的具体实现步骤进行了详细说明,分析并结合了条形PIB搜索法和邻域相关搜索法的优势,为实现进一步提高SPH方法中邻近粒子的搜索效率,提出了一种邻近粒子融合搜索算法,该算法采用条形Point-In-Box(PIB)搜索法和邻域区域相关搜索法交替执行机制进行搜索。实验从搜索效率和搜索准确率两个方面对改进的搜索算法与常见搜索算法进行了测试,验证了邻近粒子融合搜索算法的可行性。最后,结合图形处理器(GPU)的高并行性和可编程性,将融合搜索法用于SPH方法对二维溃坝流体现象进行模拟。实验中,分别用基于融合搜索法的SPH方法和基于条形PIB搜索法的SPH方法对溃坝现象进行了模拟,实验结果表明基于融合搜索算法的SPH方法增强了对结构复杂、细节丰富流体的模拟效果。实验结果也证明,在粒子数量相等的条件下,基于GPU的融合搜索法的搜索效率比基于CPU的融合搜索法、基于GPU的多维树搜索法的搜索效率提高了数倍,进一步说明改进算法的高效性。

关键词：流体模拟邻近粒子搜索 SPH方法条形PIB搜索邻域相关搜索融合搜索图形处理器

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