基于GPU的并行化人群实时仿真

针对大规模实时人群仿真往往需要在极短时间内完成大量的计算,而一般的串行算法无法完成该类计算任务的现状,提出了一种基于GPU(Graphic processing unit)的并行化人群实时仿真算法。该算法利用人群仿真中人群个体的独立性,将个体近邻查询,个体位置更新两个计算过程并行化,从而实现了大规模人群的实时仿真。     

复杂表面小尺度凝结现象真实感仿真

凝结是自然界中很常见的一种现象,其真实感仿真对虚拟现实、影视特效及游戏娱乐等领域都有重要的意义.针对传统的基于物理的仿真方法难以保持凝结小尺度液滴细节的问题,提出一种基于光滑粒子流体动力学与自适应流体隐式粒子法耦合的仿真方法.首先基于光滑粒子流体动力学离散建模空气的热传导,并辅以相对湿度模型和露点描述相变过程;然后结合...     

多加工单元并行调度仿真系统

由于计划调度问题本身的复杂性，很难寻求到最优解。从简化问题和满足加工系统实时性的要求，近年来提出各种解法，但由于这些方法的背景和目标不同。使其在性能上很难作出比较，这也正是仿真技术在此方面得到普遍应用的主要原因。该文就此介绍了一个基于多单元的并行仿真系统。     

基于GPU的加锁并行化非结构网格生成方法研究

非结构网格的生成在时间和内存上有一定的缺陷,这里提出了一种新的方法,命名为GPU-PDMG,是基于CUDA架构的GPU并行非结构网格生成技术。该技术结合了GPU的高速并行计算能力与Delaunay三角化的优点,在英伟达GPU模块下采用CUDA程序模型,开发出了加锁并行区划分技术,通过对NACA0012翼型、多段翼型等算例进行测试,分析此方法的加速比和效率,对其计算性能展开评估。实验结果表明,GPU-PDMG优于现存在的CPU算法的速度,在保证网格质量的同时,提高了效率。     

航天光学遥感器多单元并行实时通信仿真测试

设计了航天光学遥感器多单元并行实时通信仿真测试系统的体系结构及组成,阐述应用了航天光学遥感器内部多单元的通信机制与控制原理;提出了利用计算机检测与仿真技术结合,在通信控制电路基础上实现对相机内部单元并行的、实时的通信的新方法.通过对航天光学遥感器内部多单元实时通信原理分析和测试实验,以数理逻辑、信息技术和系统技术为基础,构造了航天光学遥感器内部多单元并行实时通信的半实物模型.应用高性能工业计算机与串行通信控制电路.以智能控制技术为指导搭建起仿真测试系统,经过测试实验证明,系统准确达到对航天光学遥感器内部多单元并行实时通信过程的仿真和检测要求,满足了对航天光学遥感器内部多单元运行状态长时间、高精度、高频率的实时监控.     

基于Unity物理引擎的多旋翼无人机仿真模型

本文主要基于Unity物理引擎,以四旋翼无人机作为研究对象,通过建立无人机运行模式的数学模型,进行仿真模型研究.一方面,通过将无人机受力模型直接应用在电机对应位置,来仿真现实物体的受力状态,从而免去了对模型的刚体数学建模,简化了仿真建模过程;另一方面,通过分析无人机运动原理,对无人机进行动力系统和控制系统建模,其中控制系统采用串级PID控制算法进行姿态控制;本文最后,通过飞行实验和测试验证了无人机模型的稳定性、有效性,满足了四旋翼无人机的仿真要求.     

多体卫星物理仿真动态调平衡干扰力矩分析

研究多体卫星的动力学,针对系统性能动态平衡问题,通常采用单轴气浮台进行仿真,但是单轴气浮台不能完全仿真卫星三自由度的平衡状态.为解决上述问题,三轴气浮台上实现带转动部件的多体卫星动力学仿真,研究了利用动态调平衡系统中质量块的移动,来实时补偿由于部件转动引起的质心变化而导致的重力不平衡力矩的方法.通过对气浮台系统动力学的研究,给出了动态调平衡执行机构质量块的移动规律.给出了由于引入动态调平衡装置而产生的额外干扰力矩的计算公式,通过数学仿真分析了干扰力矩对仿真系统的影响,为设计提供了科学依据.     

基于八叉树的柔性体切割仿真中并行化的碰撞算法EI北大核心CSCD

为了提高柔性体切割仿真中碰撞处理的运行效率,并解决切割影响变形计算稳定性问题,提出基于八叉树的柔性体切割仿真中碰撞算法的并行化实施方法.该方法使用基于链接体素和自适应八叉树网格的柔性体模型,前者用于描述物质的连接性和构造用于碰撞和图形显示的面网格,后者用于变形计算;在粗略碰撞阶段对八叉树网格构造空间Hash表并构造潜在碰撞对;在精细碰撞阶段根据体素中心的距离场值,使用考虑拓扑关系的距离场插值方法检测碰撞并计算入侵深度;柔性体之间的碰撞和自碰撞处理使用独创的多级检测和约简方法在GPU上运行,同时在CPU上使用多线程运行切割工具与柔性体的碰撞处理;切割算法切断被切割工具扫过的链接,重构切口附近的面网格,递归细分并复制被切割工具扫过的八叉树单元,并使用快速行进法更新距离场.仿真实验结果表明,与3个CPU线程的实现相比,文中GPU加速的柔性体碰撞和自碰撞算法可以将处理速度提高76%~215%;而与单个CPU线程的实现相比,3个CPU线程实现的切割工具与柔性体的碰撞算法可以将处理速度提高132%~190%.     

雅可比迭代法在图形处理器上实现的研究

雅可比迭代法是求解大型线性方程组的基本方法。利用GPU（Graphics Processing Unit,图形处理器）的并行处理能力,将雅可比迭代求解线性方程组过程中运算量较大的部分移植到GPU上执行,以提高运算速度。并分析了影响运算速度的两个因素：CPU-GPU数据交换和共享变量的访问;实验结果表明采用单个thread访问共享变量判断迭代是否收敛时,线性方程组的阶数为500,速度可以提高45倍以上。     

基于PC硬件的大规模数据场快速可视化方法

科学可视化技术在众多领域具有十分广泛的应用,然而直接体绘制技术却有着计算量大、计算时间长的缺点,在普通的PC机上很难实现对大规模数据的实时交互绘制。目前的三维可视化系统通常需要架构在高端的图形工作站或转用计算机上。随着计算机软硬件技术的发展,普通的PC机图形处理器GPU(Graphic Processing Unit)具有了可编程功能。正是借助GPU的可编程功能及其强大的并行处理能力,研究并实现了一种基于普通PC硬件的体会之方法。最后应用该方法对工业、医学等体数据进行可视化,结果证明该方法可以在普通PC上实现较大规模数据的快速可视化。     

图形处理器通用计算的实现与验证

讨论了显示卡用于通用科学计算的问题,并以大型矩阵的基本运算问题详细比较了CPU和GPU计算之间的差别。在基本的矩阵运算中,运用适当的矩阵分块,GPU的计算速度比CPU快50倍左右。而且,显示卡低廉的价格为更多科研工作者实现大规模运算提供了可能。     

基于二叉树和GPU的无缝地形场景渲染方法

设计了一种基于图形处理器(GPU)的无缝地形渲染方法。该方法基于二叉树构建多层次地形网格,该网格用基于行、列号的地形模板表示。在设计过程中,将高程数据转化为适于GPU读取的高程纹理图,再通过顶点纹理提取(VTF)技术从纹理图中采样出高程值用于渲染,整个过程在GPU端完成,提升了地形数据访问效率。同时,采用实时优化自适应网格(ROAM)算法的强制拆分法,通过控制相邻地形块的等级来消除裂缝。最后,采用TriangleStrip方式进行渲染,避免了相邻三角形中顶点坐标数据的重复传递,减少了传递到GPU的数据量。用两块地形数据对算法渲染效率进行了检验,并将算法与Clipmap算法进行了帧率对比。结果表明,该算法有效解决了分块数据的裂缝问题,达到了交互式地形渲染的要求。     

基于GPU的虚拟战场红外仿真技术研究

实时红外视景仿真已成为红外成像武器系统设计与评估的重要方法,在军事和国民经济中有着广泛的应用前景。红外仿真的关键环节在于红外视景图像的生成,提出了一种基于GPU实现红外辐射计算模型的方法,将辐射传输模型中温度、辐射特性等数据的计算移植到GPU中,充分利用了GPU的可编程特性以及强大的并行运算能力,高效生成了精度较高的红外场景图像。     

一种在GPU上高精度大型矩阵快速运算的实现

设计了一种在图形处理器(GPU)上完成大型矩阵快速运算的方法,主要通过使用Kahan求和公式来确保计算精度,根据GPU特点设计矩阵分块方式和内存分配机制来减少对数据访问频次,以发挥GPU的并行体系结构特性来提高计算速度。实验结果表明此方法能够取得较好的效果,可大大提升大型矩阵乘法的运算速度和精度。     

基于GPU的串匹配算法研究

BF算法是串匹配算法中最基础的算法，但它是串行算法，不适合图形处理器（Graphic Processing Unit, GPU）的体系结构。结合GPU的特殊体系结构，通过数据存取方式和计算策略的改进，充分利用了GPU的并行处理能力，从而基于GPU实现了BF算法。实验结果表明基于GPU的并行算法能够取得较好的加速比，同时也给出了在现有GPU架构上有效实现通用计算的瓶颈。     

基于GPU的实时雾效模拟

在复杂的三维仿真系统中模拟雾效对系统的实时性和真实性都提出了较高的要求。在分析传统雾效模拟方法的基础上,提出了一种基于GPU的实时雾效模拟方法。基本思想是建立一个表示雾随高度渐变的指数函数,然后根据提出的算法公式在GPU上实时计算出雾浓度,最后将所计算出的雾效因子与片元颜色进行混合计算。实验证明,该方法能够实时生成真实感较强的雾效。     

基于GPU的MD5高速解密算法的实现

MD5快速碰撞算法由于不支持逆向过程而无法在MD5密码攻击中得到实际应用。针对上述问题,通过分析基于图形处理单元(GPU)的MD5密码并行攻击算法原理,设计基于GPU的MD5高速解密算法,在此基础上实现一个MD5高速密码攻击系统。测试结果证明,该算法能有效加快MD5密码破解速度。     

基于GPU的动态地形实时可视化

针对动态地形中车辙实时可视化的要求,利用OpenGL帧缓冲区对象（framebuffer object）和顶点纹理拾取（vertex texture fetch）功能,提出了一种基于GPU的动态地形可视化算法。首先利用高程图（heightmap）直接产生初始的地形深度纹理,然后通过配置渲染状态生成车辆深度纹理,接着生成表示地表顶点下陷位移的地形深度偏移纹理,最后利用顶点纹理拾取实现了连续更新的车辙效果。给出了完整的动态地形可视化算法,最后通过实验证明该方法是可行的、有效的。