基于cuda粒子系统烟花仿真

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1、基于CUDA粒子系统烟花仿真　　文章编号:10019081(2013)07205904doi:10.11772/j.issn.10019081.2013.07.2059摘要:粒子系统的基本理论符合自然世界的客观规律，适用于烟花等复杂现象的仿真。针对粒子系统仿真存在的计算和内存资源消耗巨大等问题，建立了基于统一计算设备架构(CUDA)框架的粒子系统基本模型，讨论了模型中粒子的存储与运动更新，研究了基于CUDA的并行KDTRIE邻近粒子搜索算法。运用建立的CUDA粒子系统，研究了烟花仿真的具

2、体实现。仿真结果表明，系统能够较逼真地仿真烟花的上升与绽放过程，帧率高达每秒312帧，仿真的真实感和实时性得到增强。关键词:统一计算设备架构；粒子系统；K维二叉树；烟花；仿真中图分类号:TP391.9文献标志码:A英文标题FireworkssimulationbasedonCUDAparticlesystem英文作者名CHENXiuliang*,LIANGYingjie,GUO5Fuliang英文地址(ElectronicEngineeringCollege,NavalUniversit

3、yofEngineering,WuhanHubei430033,China英文摘要)Abstract:Theelementarytheoryoftheparticlesystemcoincideswiththeobjectivelawsofthenaturalworld.Asaresult,theparticlesystemcanbeusedforfireworksandothercomplexphenomenasimulation.Tosolvetheproblemthatthesimulationo

4、fparticlesystemisofhugecomputationandmemoryresourcesconsumption,thepaperbuiltthebasicparticlesystemmodelbasedonComputeUnifiedDeviceArchitecture(CUDA)framework.Thestorageandmovementupdateofparticlesinthemodelwereconsidered.ThentheparallelKDTRIEneighborpar

5、ticlesearchalgorithmbasedonCUDAwasstudied.Finally,thedetailedimplementationofthefireworkssimulationwasdiscussedbasedontheCUDAparticlesystem.Theresultsshowthatthemodelcansimulatethe5riseandbloomofthefireworksrealisticallywiththeframerateofupto320framespers

6、econd,enhancingthefidelityandrealtimeperformanceofthesimulation.英文关键词Keywords:ComputeUnifiedDeviceArchitecture(CUDA)；particlesystem；KDimensionalTRIE(KDTRIE)；fireworks；simulation0引言火、爆炸、烟、水流、火花、落叶、云、雾、雪、尘自然现象或流星尾迹、发光轨迹等视觉效果的可视化是图形学中极具挑战性的研究课题，传统的造型方法

7、很难真实地描述它们的形状和特征。根据拉格朗日的观点，可以将这些复杂现象离散为大量粒子［1］。随着人们对微观世界的深入研究，作为目前研究微观现象的重要手段，粒子方法发挥着越来越重要的作用［2］,其基本理论符合自然世界的客观规律，适合大多数物理化学变化过程的研究。5粒子模拟本身对计算速度和内存的需求是非常巨大的，单台计算机的处理能力即使不断增加，往往也是无能为力，因此研究粒子的并行仿真就成了必然的选择［3-4］。目前，国内外已经取得了一定的研究成果，英伟达公司(nVIDIACorporat

8、ion)利用图形处理器(GraphicProcessingUnit，GPU)实现了基于离散元方法(DiscreteElementMethod，DEM)的粒子系统Particles［5］，该系统模拟了16384个粒子，平均可达110帧，但模拟的主要是无状态粒子，不便于仿真复杂场景；国内对统一计算设备架构(ComputeUnifiedDeviceArchitecture，CUDA)在粒子系统中的应用研究相对较少，陈曦等