海冰与海洋平台碰撞分析中的可视化方法

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1、海冰与海洋平台碰撞分析中的可视化方法　　摘要：针对基于离散元方法的海冰与海洋平台结构碰撞分析系统，对运行于CPUGPU异构高性能计算平台上的大规模粒子模拟进行可视化方法的研究.使用OpenGL完成不同规模的平整冰、浮冰、冰脊和不规则形态海冰的呈现，不同形状海洋平台结构与受力网格的绘制，海冰粒子的运动轨迹与速度的表达，海浪效果的模拟以及碰撞过程的动画演示等.通过定义合理的交互模式与接口，在一定程度上融合GPU加速的离散元计算与后处理显示，基于多进程管道通信、多线程并行输出等实现在GPU加速计算的同时实时显示粒子模拟计算结果.该方法在帮助研究者随时掌握程序执行状况的同时，大幅减少后续传输、处

2、理和存储的数据.　　关键词：海冰；海洋平台；碰撞分析；后处理；离散元方法；大规模粒子；可视化　　中图分类号：TB122，TP319文献标志码：B　　Abstract：ThevisualizationmethodaboutmassiveparticlessimulationrunningonCPUGPUheterogeneoushighperformancecomputingplatformisstudied，whichisappliedinananalysissystemforthecollisionbetweenseaiceandoffshoreplatformbasedondiscr

3、eteelementmethod.ByOpenGL，thedifferentsizesoflevelice，floatingice，iceridgeandiceofirregularformscanbepresented；thedifferentshapesofoffshoreplatformstructureand13forcemeshcanbedrawn；themovementpathandspeedofseaiceparticlescanbeexpressed；themotionofoceanwavescanbesimulated；theanimationofcollisionpr

4、ocesscanbedemonstrated，etc.Bydefiningreasonableinteractionpatternsandinterface，thediscreteelementcalculationacceleratedbyGPUandthepostprocessingdisplayaremergedinacertainextent.Basedonmultiprocesspipecommunication，multithreadparalleloutput，andsoon，therealtimedisplayofparticlesimulationresultsisim

5、plementedwhileGPUiscalculating.Bythemethod，theresearcherscanrealizeprogramexecutionstatusatanytimeandthesubsequenttransmission，processingandstorageofdatacanbesignificantlyreduced.　　Keywords：seaice；offshoreplatform；collisionanalysis；postprocessing；discreteelementmethod；massiveparticles；visualizati

6、on　　0引言13　　离散元方法是一种计算和分析大量颗粒在给定条件下的运动规律的数值计算方法，在工程应用中广泛使用，尤其在对滑坡、雪崩、泥石流和海冰等各类自然界现象的模拟中占据重要位置.[1]离散元计算规模往往很大，一般需要高性能计算平台的支持，同时会产生大规模科学数据集.科学可视化可以通过一系列复杂的算法将数据高精度、高分辨率地绘制出来，或者将先进的科学实验过程模拟呈现，帮助研究人员从这些庞大复杂的数据中快速、有效地获得有用的信息或直观的判断.[2]例如，颗粒可视化程序VMD使用OpenGL能够绘制70×106～300×106个高质量的三维分子颗粒.[3]TU等[4]在模拟地震过程中的

7、地表运动时，通过计算程序和可视化程序的紧密耦合实现并行可视化.KRGER等[5]开发的粒子系统可以将三维流交互可视化.方晓健等[6]针对运行在CPU与GPU混合架构的HPC系统上的并行粒子模拟进行在线可视化研究，通过GPU加速的粒子模拟与并行可视化的紧密耦合，实现并行粒子模拟运行过程中的在线可视化.　　本文针对海冰与海洋平台结构碰撞分析系统，对运行于单计算节点上的CPUGPU异构高性能计算平台上的大规模粒子模拟进行可视化方法研究.