利用GPU实现基于物理模型的流体运动仿真

纳维-斯托克斯方程是描述流体运动的基础物理模型。首先简要介绍了在计算机上实现该模型的数值解算方法。在流体运动的计算机视觉仿真中,密度渲染才是最终结果,因此,又阐述了流体的密度场与速度场的关系,并且给出了流体仿真的基本流程。由于可编程图形处理器(GPU)具有并行性和速度快等特点,流体模拟的解算和渲染在图形处理器上运行更加高效,但是利用GPU编程实现流体仿真必须要实现3个核心转换,最后以支持3维纹理的Direct3D10为例,给出了利用GPU实现流体运动仿真两个简单实例。     

动态边界条件下实时流体模拟的研究

对流体的可视化仿真已经成为计算机图形领域中最令人感兴趣和最具有挑战性的课题之一。文章首先介绍了利用GPU实现基于物理的流体模拟的基本原理。而边界条件是流体模拟的重要内容,文章对基于GPU处理边界条件进行了归纳总结,并根据DirectX 10的新特性提出一种可以实时处理动态边界的流体模拟方法。     

3维数字地球快速缓冲区分析算法

提出一种应用在3维数字地球中的通过图形处理器(GPU)快速实现矢量数据缓冲区分析的算法。使用一张4通道的纹理图作为容器将地理实体的矢量数据传入GPU,利用GPU的高效并行特性,将目标缓冲区纹理中的每个像素所对应的矢量坐标与原实体进行距离量算,在一次渲染中得到缓冲区纹理,最后提取出缓冲区纹理的边界。选择中国的流域和湖泊矢量数据,将本文算法与两种传统的CPU算法进行了缓冲区分析计算、测试和对比。结果显示,本文算法相对于传统矢量算法效率提高了9—16倍,相对于传统栅格算法效率提高11—20倍。实验证明,该算法计算简单,效果明显,特别是随着数据量增大,缓冲区计算速度显著优于传统算法,并能有效解决传统矢量法缓冲区分析中的数据自相交问题。     

大规模遥感影像全球金字塔并行构建方法

金字塔模型是大规模遥感影像可视化的基础,是在保证精度的前提下,采用不同分辨率的数据来提高渲染速度,从而在网络环境下实现大规模数据共享、服务和辅助决策支持。在构造金字塔的过程中,由于遥感数据经常会突破内存的容量,同时会产生大量的小瓦片,小瓦片存贮非常耗时,传统的串行算法很难满足应用需求。本文提出了一种并行大规模遥感影像的全球金字塔构造算法,利用图形处理器(graphics processing unit,GPU)的高带宽完成费时的重采样计算,使用多线程实现数据的输入和输出,在普通的计算机上实现大规模影像的全球金字塔的快速构建。首先,采用二级分解策略突破GPU、CPU和磁盘的存储瓶颈;然后,利用多线程策略加速数据在内存和磁盘之间的传输,并采用锁页内存来消除GPU全局延迟的影响;最后,用GPU完成大规模的并行重采样计算,并利用四叉树策略提高显存中数据的重复利用率。实验结果表明,本文方法可以明显地提高全球金字塔的构造速度。     

一种基于GPU的实时水波模拟方法

大范围动态水面场景的实时三维仿真是虚拟海洋环境以及三维游戏中研究的难点和热点。由于水的动态性以及各种复杂的光照等效果,传统基于CPU的模拟很难达到实时交互的能力。近年来图形处理器(GPU)性能得到大幅度提高,尤其引人注意的是出现可编程特性,这使得人们可以充分利用GPU上提供的运算器来设计算法完成一定的任务。基于此,针对目前实时水波模拟的瓶颈及提倡的"解放CPU"(Offload CPU)的思想,本文对水波模拟的模型进行了研究,提出了一种基于GPU的水波模拟方法,充分利用GPU的并行运算及浮点运算能力.加快水面模拟的速度。文章给出了一定网格大小下,数量不同的点波源模拟水面的效果,并给出了单纯利用CPU和基于GPU两种方法的对比情况。     

异构环境下的快速质量引导相位解缠算法

提出了一种异构环境下的快速质量引导相位解缠算法。将干涉相位图进行分块,载入图形处理器(GPU)中共享存储器,实现干涉相位质量图的高密度并行计算。然后将质量图下载到主机内存,通过CPU进行量化质量引导,求解最终的解缠相位。该算法充分利用了GPU和CPU的计算特点实现快速质量引导相位求解。最后通过对InSAR和InSAS干涉相位图的解缠试验验证了所提算法的高效性。     

基于可编程图形硬件的遥感影像并行处理研究

通过对遥感影像处理算法中并行特性的分析,利用可编程图形处理器GPU的并行流处理特性和灵活的可编程性,实现基于GPU的遥感影像并行处理,在保证影像处理质量的前提下,大大提高了处理速度,能够满足一定情况下影像实时处理的要求。     

GPS历书计算与卫星星座预报仿真

利用Matlab软件解算GPS历书信息,对GPS卫星星座进行预报仿真。给出了计算仿真的整体流程和部分主要实现代码,最后通过实际接收卫星数据的计算,得出了预报仿真结果。此方法既能直观理解星座运动分布,也能满足工程实践中快速捕获卫星的需求。     

基于切片的3维树木绘制算法

树木的3维渲染是地形仿真的重要组成部分.在基于经典广告牌3维树模型绘制基础上,应用一种切片方案模拟树的体特征,实现视觉效果更为真实的3维树模拟.在切片绘制时,算法充分利用图形硬件的可编程特性,使整个顶点变换和纹理单元都在图形硬件上装配实现,同时应用LOD原理绘制切片,提高绘制效率.最后,通过实验验证了算法的正确性和实用性.     

基于 VisIt与地球系统格网的并行可视化实验

利用集群架构和分布式并行可视化工具 VisIt,编写了自定义插件,实现了基于大规模地球系统格网组织下的全球科学数据并行可视化,并设计实验对其并行可视化性能进行了对比分析.实验发现: VisIt完成一次渲染的加速比及并行效率随着核数的增加逐渐降低;采用 GPU 渲染,可以很好地提高并行渲染的效率.但在核数和 GPU 个数同步增加的情况下,由于核间通信、 GPU 间通信以及核- GPU 间通信等,VisIt一次渲染的并行运行时间并无明显降低.随着数据量增加,VisIt对单位数据量的运行时间却逐渐减低.实验表明,VisIt可较高效地完成大数据量的并行渲染.该方法和结论可供地学领域大规模海量数据可视化研究参考.