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1、第22卷第3期计算机辅助设计与图形学学报Vol.22No.32010年3月JournalofComputer2AidedDesign&ComputerGraphicsMar.2010GPU中的流体场景实时模拟算法3陈曦,王章野,何戬,延诃,彭群生(浙江大学CAD&CG国家重点实验室杭州310027)(chexiz@cad.zju.edu.cn)摘要:为了实时模拟真实的大规模流体场景,提出一种基于平滑粒子流体力学(SPH)进行流体场景模拟的算法.首先提出了新的精细程度函数作为非均匀采样的依据,以减少实际模拟时所需的粒子数,提高模拟的速度;
2、然后引入一种三维空间网格划分算法和改进的并行基数排序算法,以加快模拟过程中对邻域粒子和边界的查找及其相互作用的计算;最后使用最新的NVIDIACUDA架构,将SPH的全部模拟计算分配到GPU流处理器中,充分利用GPU的高并行性和可编程性,使得对SPH方法的流体计算和模拟达到实时.实验结果表明,采用文中算法能对流体场景的计算模拟达到实时,并实现比较真实的模拟效果.与已有的SPH流体CPU模拟方法相比,其加速比达到2个数量级以上,同时相比已有GPUSPH方法,能模拟出更为丰富的细节效果.关键词:流体场景;实时模拟;GPU加速;基于物理的模拟
3、;自适应平滑粒子水动力学中图法分类号:TP391AnIntegratedAlgorithmofReal2TimeFluidSimulationonGPU3ChenXi,WangZhangye,HeJian,YanHe,andPengQunsheng(StateKeyLaboratoryofCAD&CG,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027)Abstract:Simulatinglarge2scalefluidscenesinreal2timeisofgreatvalueinbothresearchandap
4、plication.Toachievethisgoal,wepresentanintegratedalgorithmforfluidscenesimulation.Anewfunctionoffinenessisproposedtomakedecisioninournon2uniformparticlere2samplingprocesstobothreducethenumberofparticlesinneedofsimulationandenhancesimulationspeed.Wealsoproposeanovel3Dspat
5、ialgridpartitionalgorithmandparallelradixsortalgorithmtoincreasespeedforsearchingneighboringparticlesandinteractingwithboundaries;WeusethenewNVIDIAComputeUnifiedDeviceArchitecture(CUDA)tocomputeSPHentirelyonGPU,whichmakesfulluseofthehighparallelismandprogrammabilityofGPU
6、tosimulatefluidinreal2timeusingSPHmethod.Experimentsshowthatthemethodproposedcanbeusedtosimulatefluidsceneinreal2timewithsatisfactoryeffect,andthecomputationspeedincreasesuptomorethantwoordersofmagnitudeincomparisonwiththeexistingCPUSPHmethods.MoredetaileffectsthanotherG
7、PUSPHmethodscanbegenerated.Keywords:fluidscenes;real2timesimulation;GPUaccelerating;physicallybasedsimulation;SPH自然场景的真实感实时模拟,特别是流体场景有着广泛的应用.但由于基于物理复杂模型的真实的模拟,在数字娱乐产业中(如电影特效、游戏制作、感建模与快速实时模拟一直存在着矛盾,因此它一计算机动画、虚拟现实以及航海模拟和灾难救援等)直是国际计算图形学领域研究的热点与难点之一.收稿日期:2009-06-15;修回日期:2009
8、-11-05.基金项目:国家“九七三”重点基础研究发展计划项目(2009CB320802);国家自然科学基金重点项目(60833007);国家“八六三”高技术研究发展计划(2007AA01Z316);国家自
