NEPTUNE:并行三维全电磁粒子模拟软件

为求解具有复杂几何的高功率微波电磁场问题,本文研制了一个三维全电磁粒子并行软件NEPTUNE。本文介绍了该并行软件的基本结构和采用的一些并行算法。目前,该软件已经成功模拟了多种高功率源器件,并可扩展到数千台处理器核上运行。     

电磁跟踪系统磁传感器性能的数值模拟研究

为了研究电磁跟踪系统磁性环天线型传感器性能,采用基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术实现了并行时域有限差分(FDTD)算法.为了克服系统激励源频率较低难以模拟的困难,引入快速傅立叶变换(FFT)算法,分析了所需频段的传感器磁场特性.通过数值模拟结果验证了所提算法的正确性,分析了磁传感器线圈尺寸与磁芯材料导磁率对传感器性能的影响,分析了系统工作环境中存在金属物体时的磁场畸变规律,为系统的改进与误差机理的研究提供了理论基础.     

并行化技术与工具

程序并行化工具由它能有效地解决了多种并行机结构间的代码可移植性和大大地减轻用户使用并行机的困难，已成为当今并行处理领域的一个热门研究课题。相信随着对并行机系统越来越广泛的使用。它还将会得到不断的发展和完善。本文着重介绍了并行化关键技术和工具系统的研究历史与现状，并就这一研究课题今后的发展趋势提出一些看法。     

光子晶体并行Matlab仿真研究与实现

由于Madab软件的网络通信局限,使得在并行时域有限差分(FDTD)计算仿真中,难以实现子域间的消息发送与接收操作.针对这个问题,提出一种新的基于磁盘-内存互逆映射的解决方法,在简化并行FDTD算法实现的同时,显著提高了算法执行性能.作为算法实现的应用,对光子晶体光波导的电磁耦合效应进行了数值仿真研究,结果证实:波导耦合区域内不同半径比介质柱所导致的结构变化将造成耦合长度的改变,且其耦合关系曲线具有平稳区与迅变区两类不同特性的变化范围区间.     

并行化编译器中基于工作量的条件并行化研究

并行化编译器通过发掘串行程序中的并行性来提高程序的运行性能。但当可并行的工作量与并行的线程数目之比较小时，有可能采用并行执行反而会降低程序的整体性能。本文工作基于SUIF结构．研究精确的工作量计算方法，并实现了基于工作量的条件并行化技术．有效地提高了并行程序的执行性能。     

声波数值模拟中的多核并行方法研究

波动方程数值模拟普遍存在计算量大的问题,如何根据波动方程有限差分方法的特点开展并行化方法研究是适应微机多核发展的必然趋势。结合波动方程数值模拟中的多层循环嵌套问题和OpenMP的特点,通过确定循环体并行顺序、减少串行环节、合并循环体、准确设置制导语句以及线程绑定优化等方法有助于实现微机多核的高效并行。针对波动方程特点的多核并行不仅有助于提高单机计算效率,对于提高计算机集群上常用的MPI+OpenMP混合并行效率也具有重要意义。     

直接模拟Monte Carlo方法并行化研究

传统的直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法大部分应用于稀薄气体的数值模拟计算,在较高密度和较大尺度模拟的情况下该方法需要的大计算量限制了其向更广泛领域发展.结合高性能计算发展带来的契机,提出利用并行化作为提升DSMC方法计算效率的手段,以推动更多对DSMC的研究,使其使用范围得到发展.对DSMC方法进行并行化分析,发现其属于不易并行的方法.同时根据分析结果提出了全局网格并行化解决方案,通过数值验证了该并行策略对于DSMC方法在计算效率上确实有显著的提升.     

三维FDTD众核算法的设计与实现

在电磁学中,时域有限差分算法(FDTD)能够精确地模拟空间中电磁场的变化,在电介质器件设计领域得到了广泛的应用。众核(many-core)处理器片上计算资源丰富,对于计算密集型课题有较好的适应性。通过对麦克斯韦方程FDTD仿真算法的分析,并根据众核处理器的特性,实现了FDTD算法的众核并行。实验结果表明,FDTD算法在众核处理器平台上具有较好的计算效率,能够很好地发挥众核结构的优势。     

基于切片技术的并行化研究

程序可以看作由很多计算组成(例如一个循环或一个平直代码片断),它们彼此相关或者无关,共同为计算最终的结果服务,其中彼此不相关的计算是并行性的重要来源。程序切片(Program Slicing)是一种程序分解技术,能够根据切片标准从程序中提取出特定的计算,切片技术的应用很广泛,例如程序调试、理解、维护等软件工程应用。切片技术作为一项程序分解技术,也可以用来帮助串行程序并行化。研究利用切片技术表示和发掘程序中的无关计算带来的并行性。首先提出一种基于OpenMP扩展的切片并行编程模型,用以表达程序中的切片并行性。另外,开发了一个基于切片的并行化分析系统,用来辅助程序员发掘程序中的切片并行性。     

多相空间数值模拟并行化研究

1 引言三维绕流气体运动论数值模拟基于从稀薄流到连续流的气体运动论统一数值算法,是由中国空气动力研究与发展中心张涵信院士指导下发展起来的一种新算法,其数学模型和计算方法在文[1]中进行了详细论述。本文以此为例着重讨论多相空间并行化技术。三维绕流气体运动论数值模拟的计算空间是由离散速度坐标空间和位置空间组成的六维空间,形成二相空间。算法分成两个主要部分,一部分是在各个离散速度点处基于时间和     

A Parallel Algorithm to Reconstruct Bounding Surfaces in 3D Images

The growing size of 3D digital images causes sequential algorithms to be less and less usable on whole images and a parallelization of these algorithm is often required. We have developed an algorithm named Sewing Faces which synthesizes both geometrical and topological information on bounding surface of 6-connected 3D objects. We call such combined information a skin. In this paper we present a parallelization of Sewing Faces. It is based on a splitting of 3D images into several sub-blocks. When all the sub-blocks are processed a gluing step consists of merging all the sub-skins to get the final skin. Moreover we propose a fine-grain approach where each sub-block is processed by several parallel processors.     

场景漫游系统中基于粒子函数库的3D粒子系统构造方法

粒子系统在描述自然景物中具有很大的优势,建立一种简单有效可扩展的粒子系统构造方法是必要的。方法:通过分析北卡罗来纳大学开发的粒子系统API函数库(API for Particle Systems)功能以及接口,在此基础上构造了几种常见的粒子系统。结果:在该函数库基础上进行适当扩展或将其它方法(如纹理贴图)与其相结合构造具有较强真实感与实时性粒子系统是一种简单有效的方法。     

三维角色动画制作关键技术分析

在综述三维角色动画制作的角色建模、骨骼创建、蒙皮绑定、运动控制等技术的基础上,详细介绍了当前三维角色动画制作中的关键技术—角色建模技术和运动控制技术,并对各种角色建模技术和各种运动控制技术分别进行了分析与对比,可为科学、合理选择和综合运用三维动画制作技术提供参考,以提高三维角色动画制作的效率和质量。     

Highly efficient switched‐mode transmitter using a current mode class‐D RF amplifier

This article presents a switched‐mode transmitter architecture using a current mode class‐D (CMCD) amplifier. To achieve high average efficiency for a modulated signal the envelope of the complex baseband signal is transformed into pulses such that the CMCD amplifier is operated either at its peak efficiency or completely switched off. The CMCD amplifier has been designed based on single‐tone active harmonic load‐pull measurements to achieve a power‐added efficiency (PAE) of 61.5% with 25 W output power at 900 MHz using LDMOS FETs. Removing the losses of the demodulation filter and of the amplifier a 10% higher efficiency than in an ideal class‐B amplifier can be obtained for burst‐mode operation with a peak‐to‐average power ratio of 10 dB. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2010.     

变压器数字实时仿真及在电力系统中的应用

提出了一个三相、双绕组,Y0/Δ-11变压器的实时仿真模型,给出了合适的数字积分方法,并将该变压器应用于高压远距离单回输电系统中,对空载合闸涌流的电磁暂态过程进行了仿真。仿真实例在PC机系统上的运行结果表明,所提出的模型和选用的数字积分方法是正确的,并且能实时实现。     

单微粒三维纳米级实时定位算法的研究

单微粒定位技术为研究纳米微粒的动力学特性提供了重要手段。文章通过研究纳米微粒的离焦图像,分析计算出离焦图像与离焦距离的关系。由此开发出单微粒三维纳米级实时定位算法,为研究复杂环境中纳米微粒的动力学特性提供了有效地研究手段。     

虚拟仿真三维复杂路面的实现

现有的虚拟仿真软件提供的路面十分简单和规则化,在拖拉机虚拟样机性能仿真分析时,不能真实地反映实际作业情况.本文针对这一问题,分析了ADAMS和虚拟现实软件Vega中的三维路面,提出了适合拖拉机虚拟仿真的三维复杂路面的实现方法,并使用数字高程模型实现了两种路面的同构,提高了仿真的真实性.     

视景仿真系统中三维建模的优化方法

为了提高虚拟现实系统的实时响应性能和真实性,讨论了基于Multigen Creator建模的关键技术,给出了建模的优化策略,在此基础上实施了一个少数民族文字“女书”碑林园的视景仿真漫游系统。系统运行结果表明,实例化技术、外部引用技术和阴影技术等优化的建模技术降低了三维模型的资源开销,提高了虚拟视景仿真系统的渲染效果和运行效率。     

视景仿真系统中三维建模的优化方法

为了提高虚拟现实系统的实时响应性能和真实性,讨论了基于Multigen Creator建模的关键技术,给出了建模的优化策略,在此基础上实施了一个少数民族文字女书碑林园的视景仿真漫游系统。系统运行结果表明,实例化技术、外部引用技术和阴影技术等优化的建模技术降低了三维模型的资源开销,提高了虚拟视景仿真系统的渲染效果和运行效率。