检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机辅助设计与图形学学报 2017年第1期29卷 52-61页

作者：邵绪强聂霄王保义华北电力大学控制与计算机工程学院保定071003 NVIDIA半导体科技(上海)有限公司上海201203

针对现有的基于图像的三维重建方法难以实现真实物体的快速三维重建,无法满足虚实交互等应用需求的问题,提出一种基于gpu并行计算的实时三维重建及其虚实交互方法.首先把物体所在空间剖分成具有数据独立性的体素集合,结合可视外壳重建... 详细信息

针对现有的基于图像的三维重建方法难以实现真实物体的快速三维重建,无法满足虚实交互等应用需求的问题,提出一种基于gpu并行计算的实时三维重建及其虚实交互方法.首先把物体所在空间剖分成具有数据独立性的体素集合,结合可视外壳重建算法和精确行进立方体算法并行遍历每个体素得到体素状态序列;然后并行压缩体素状态序列得到非空体素集合,对非空体素进行并行三角形网格化,并利用图形硬件的多重纹理映射和可编程功能进行基于像素的纹理映射;最后假定虚拟物体的粒子为运动受限的拉格朗日流体粒子,重建物体网格顶点为流体边界,通过流体动力学方程的并行光滑粒子动力学方法求解来计算虚实交互.实验结果表明,该方法在gpu上进行完全并行求解,在32×32×32的空间剖分精度下,实现了实时三维重建和20帧/s左右的虚实交互计算,适用于计算机图形学和虚拟现实等领域中的虚实交互应用.

关键词：可视外壳三维重建 gpu并行计算虚实交互实时模拟

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基于Seed-PCG法的列车-轨道-地基土三维随机振动gpu并行计算方法

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Journal of Central South University 2024年第1期31卷 302-316页

作者：朱志辉冯杨杨啸李昊邹有 National Engineering Research Center of High-speed Railway Construction Technology Changsha 410075China School of Civil Engineering Central South UniversityChangsha 410075China School of Computer Science and Engineering Center South UniversityChangsha 410083China Information and Network Center Central South UniversityChangsha 410083China

为了解决列车-轨道-地基土三维有限元模型随机多样本计算效率低的问题,本文提出了一种基于Seed-PCG法的高效并行计算方法。基于有限元法和虚拟激励法建立轨道不平顺激励下的三维列车-轨道-地基土耦合随机振动分析模型;针对车致地基土随... 详细信息

为了解决列车-轨道-地基土三维有限元模型随机多样本计算效率低的问题,本文提出了一种基于Seed-PCG法的高效并行计算方法。基于有限元法和虚拟激励法建立轨道不平顺激励下的三维列车-轨道-地基土耦合随机振动分析模型;针对车致地基土随机振动分析产生的多右端项线性方程组求解问题,采用Seed-PCG方法进行求解。通过PCG方法求解种子系统得到的Krylov子空间进行投影,以改进其余线性方程组的初始解和对应的初始残量,有效提高了PCG法的收敛速度,最后,在MATLABCUDA混合平台上开发了并行计算程序。数值算例表明:相同计算平台下的该方法相比多点同步算法获得了104.2倍的加速;相比PCG法逐个求解方案减少了18%的迭代次数,获得了1.21倍的加速。

关键词： Seed-PCG法多右端项线性方程组随机振动 gpu并行计算列车-轨道-地基土耦合模型

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基于gpu并行计算的地下结构非线性动力分析软件平台开发

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工程力学 2019年第2期36卷 53-65,86页

作者：曹胜涛路德春杜修力赵密程星磊北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为解决地下结构隐式非线性动力分析收敛性差和计算效率低的技术瓶颈,该文建立了基于gpu并行计算的地下结构显式动力分析软件平台。在此平台中提出并实现了一种混凝土弥散开裂模型;给出并实现了一种钢筋纤维与实体单元的耦合方法;基于等... 详细信息

为解决地下结构隐式非线性动力分析收敛性差和计算效率低的技术瓶颈,该文建立了基于gpu并行计算的地下结构显式动力分析软件平台。在此平台中提出并实现了一种混凝土弥散开裂模型;给出并实现了一种钢筋纤维与实体单元的耦合方法;基于等参元思想,提出了人工边界节点的单元从属面积的计算方法;为实现节点不协调情况下的土与结构相互作用分析,开发实现了一种实体单元间的两节点接触单元。利用该文开发的软件对日本大开地铁站进行了重力场分析、线性和非线性动力分析。将重力场和线性动力分析结果与ABAQUS分析结果进行了对比,结果表明该文软件计算结果与ABAQUS计算结果一致,且计算效率约为ABAQUS计算效率的5.68倍,验证了软件各模块的正确性和效率。另外,通过将非线性计算结果与灾害调查结果进行对比分析,验证了软件非线性分析的稳定性和合理性。

关键词：地下结构非线性动力分析 gpu并行计算本构模型软件平台

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gpu并行计算在粒子沉降晶格玻尔兹曼模拟中的应用与优化

GPU并行计算在粒子沉降晶格玻尔兹曼模拟中的应用与优化

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作者：党任正广西师范大学

学位级别：硕士

粒子沉降运动在自然界中是一种很常见的现象，而且这一运动现象也广泛存在于众多领域中，例如工业应用、生命科学、环境科学和医学科学等。因此，近年来对粒子沉降这一现象的研究引起了许多学者的关注。由于粒子沉降涉及复杂的计算，人... 详细信息

粒子沉降运动在自然界中是一种很常见的现象，而且这一运动现象也广泛存在于众多领域中，例如工业应用、生命科学、环境科学和医学科学等。因此，近年来对粒子沉降这一现象的研究引起了许多学者的关注。由于粒子沉降涉及复杂的计算，人们无法采用理论的方法将其求解，而实验的方法也受到了种种阻碍。随着数值计算方法的兴起，给粒子沉降现象的模拟带来了希望，而目前在流体力学领域应用比较多的数值模拟方法就是晶格玻尔兹曼方法(LatticeBoltzmannMethod，LBM)。\n LBM是近年发展起来的一种新流体力学计算方法，它算法较为简单，又易于处理复杂边界，并且还具有天然的并行性，非常适合大规模的并行计算。因此被广泛用来数值模拟各种复杂流体力学问题。关于LBM，在本文的第二章有简要介绍。本文采用LBM方法建立了单粒子的粒子沉降二维动力学模型，利用所建模型数值模拟单粒子在流体中的二维沉降运动。\n 通过运用LBM，目前对粒子沉降现象的研究已经有了很大的进展，但大多数仅仅只是实现对各种粒子沉降运动的模拟，却没有人考虑其模拟的效率问题。由于粒子沉降模型之复杂，数据量之大，当模型规模比较大时，模拟所耗时间就会相当长从而导致效率低下。在当今高速发展的社会，效率是一个很重要的因素。粒子沉降现象是可以被广泛运用的，因此对该模型的模拟进行加速，提高其效率非常有必要。本文的研究重点就是如何提高粒子沉降模拟效率。\n 虽然LBM有着天然的并行性，但也只是相对于传统的数值模拟方法有了一些改进，为了使其模拟过程更加高效，本文采用了近年发展并迅速流行起来的方法——在CUDA架构下基于gpu的并行计算方法。在LBM方法模型的基础上，使用“CPU+gpu”异构模式，采用CUDA编写程序，成功实现了对流体的模拟。也就是将LBM的并行性与gpu的并行性完美结合，达到最佳效果。关于gpu和CUDA，在第三章有简要的介绍。\n 本文在先用LBM的两个基本算例——Poisueille流和方腔流验证了基于gpu的并行计算方法的可行性和高效性，然后再在CUDA框架下设计并实现了粒子沉降运动在gpu上基于LBM的数值模拟的并行算法。在普通的个人计算机上，分别采用CPU和gpu进行模拟计算，实验结果证明在gpu上进行基于LBM的粒子沉降运动数值模拟的并行计算是完全可行的，其模拟结果与在CPU上进行模拟的结果完全一致，而且还可以获得非常可观的加速性能。\n 虽然基于gpu的并行计算大大提高了程序运行效率，但我们并不满足于此，在此基础上还可以通过多种方法对其进行优化。本文采用第四章介绍的几种重要的CUDA程序优化方法——维度划分优化、存储器访问优化、指令流优化以及综合优化方法分别对基于gpu的粒子沉降模拟程序进行进一步的优化，实验结果证明优化后的程序运行效率有了进一步的提高。其中属综合优化效果最为明显，最终获得了71倍多的加速比。实现粒子沉降模型LBM模拟的加速，为其更广泛的应用于实际生活中奠定了基础，也推动了gpu通用并行计算技术应用于更多实际问题的发展进程。

关键词：粒子沉降 gpu并行计算晶格玻尔兹曼数值模拟

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基于gpu并行计算的浅水波运动数值模拟

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计算力学学报 2016年第1期33卷 113-120页

作者：许栋徐彬 David PAyet 白玉川及春宁天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

利用有限体积法求解描述水流运动的二维浅水方程组,模拟洪水波运动传播过程,并通过gpu并行计算技术对程序进行加速,建立了浅水运动高效模拟方法。数值模拟结果表明,基于本文提出的gpu并行策略以及通用并行计算架构(CUDA)支持,能够实现相... 详细信息

利用有限体积法求解描述水流运动的二维浅水方程组,模拟洪水波运动传播过程,并通过gpu并行计算技术对程序进行加速,建立了浅水运动高效模拟方法。数值模拟结果表明,基于本文提出的gpu并行策略以及通用并行计算架构(CUDA)支持,能够实现相比CPU单核心最高112倍的加速比,为利用单机实现快速洪水预测以及防灾减灾决策提供有效支撑。此外,对基于gpu并行计算的浅水模拟计算精度进行了论证,并对并行性能优化进行了分析。利用所建模型模拟了溃坝洪水在三维障碍物间的传播过程。

关键词：洪水波二维浅水方程组 gpu并行计算 CUDA

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gpu并行计算及其在光声图像重建中的应用

GPU并行计算及其在光声图像重建中的应用

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作者：高明杰曲阜师范大学

学位级别：硕士

随着gpu计算时代的到来,大量并行性的程序越来越多地使用gpu的并行计算能力来获得更高的性能和效率。如今,gpu并行计算使以前认为由于执行时间长而无法实现的程序成为可能。压缩感知光声计算机层析成像(compressed sensing-photoacousti... 详细信息

随着gpu计算时代的到来,大量并行性的程序越来越多地使用gpu的并行计算能力来获得更高的性能和效率。如今,gpu并行计算使以前认为由于执行时间长而无法实现的程序成为可能。压缩感知光声计算机层析成像(compressed sensing-photoacoustic computed tomography,CS-PACT)是一种常用的医学图像重建方法,可以在稀疏采样的情况下生成高质量的图像。然而,由于CS-PACT是一个需要几十到几百次迭代的重建过程,计算复杂度高,使得图像重建过程非常慢。因此,为了提高图像重建速度,本文将gpu应用到光声图像重建中,重点探索了CS-PACT算法的gpu并行计算框架和计算方法。本文的主要研究内容如下:(1)小图像尺寸下的gpu并行计算模型和方法。本文提出了迭代重建算法的gpu并行计算架构,主要是提取了5类主要的并行化算子,然后对其进行并行设计,并运用优化方法对其优化。最后通过两个不同的人手数据(128*128,256*128)进行定性与定量分析,来证明gpu重建图像的准确性。对于128*128(像素)人手1的B-scan光声图像实现了1.9-2.5s的图像重建速度,比CPU性能快24-31倍。对于256*128的人手2的B-scan光声图像实现了5s-8s的图像重建速度,比CPU性能快26-28倍。(2)大图像尺寸下的gpu并行计算模型和方法。在对大图像进行重建的过程中,测量矩阵K造成内存溢出,无法对图像进行重建。针对这个问题,本文提出了基于CUDA流的gpu并行计算架构,将大块图像分成多块小图像,采用CUDA流对小块图像进行光声重建。针对每一小块图像的光声重建,本文分析并设计具体的核函数来实现,然后通过仿体插针实验和小老鼠实验来证明gpu重建图像的准确性以及与CPU相比性能加速效果,对于仿体插针实验实现了与CPU相比37倍的加速,并测出在使用不同CUDA流数目下,小块图像的重建时间,证明了使用CUDA流可以实现运算加速,对于小老鼠实验实现了38-42倍的加速。

关键词： gpu并行计算 CUDA编程光声成像

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gpu并行计算重力异常三维反演在南海南沙地区的应用

GPU并行计算重力异常三维反演在南海南沙地区的应用

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作者：林巍中国科学院大学

学位级别：硕士

作为最早的地球物理方法，重力位场方法一直是非震勘探的重要方法之一。在上世纪80年代末，由于方法本身存在多解性限制和垂向分辨能力差的缺点，渐渐被其它地球物理方法取代。近年来，由于位场观测数据的多样化，例如卫星重力、航空重... 详细信息

作为最早的地球物理方法，重力位场方法一直是非震勘探的重要方法之一。在上世纪80年代末，由于方法本身存在多解性限制和垂向分辨能力差的缺点，渐渐被其它地球物理方法取代。近年来，由于位场观测数据的多样化，例如卫星重力、航空重力梯度仪等先进的探测手段与方法，三维重力反演方法成为位场反演研究的热点。随着科技的发展，位场勘探仪器的精度不断得到提高，数据存储和数据处理能力则提高了数十倍的数量级，而传统的交互式反演手段已经不能适合精细三维物性反演需求，因此，大尺度区域位场三维反演与成像计算成为当今国际勘探地球物理与计算地球物理领域的研究前沿。\n 反演过程由大量的正演计算组成，随剖分单元增加，传统CPU计算方法的耗时呈指数递增。本文研究工作内容主要是三维位场反演和定量解释，利用gpu并行处理技术提出一种新的反演计算方法，即把每个地面观测点的重力异常计算分配到gpu并行线程中，充分发挥gpu计算数十倍乃至上百倍的数量级加速性能，因此，反演效率得到极大的提升。同时，作者将该方法应用到南海南沙靶区三维重力异常遗传算法反演中，结合南沙地区油气资源勘探，对该区域的中生代残留沉积地层进行了研究，给出了一些对构造反演有借鉴意义的成果。\n 论文结构如下:\n 第一章给出了重力位场反演的基本内容，主要方法和研究进展，并对南海南沙地区中生代油气资源勘探的地球物理问题做了简要的概述，提出了本文的主要研究目标。\n 第二章分为两个部分，首先介绍了遗传算法在重力位场地球物理反演中的应用及其优点，然后回顾了前人在CPU并行计算地球物理应用领域中的成果。其次介绍和引入gpu并行技术，结合遗传算法提出基于gpu并行的重力异常三维遗传算法反演方法，并比较其与CPU计算技术的效率和加速比。\n 第三章针对南海南沙地区地球物理调查现状，以上述反演方法分析反演靶区中生代残留沉积地层，并给出了靶区三位密度分布与NH973-1剖面上的实验结果和详细的分析结论。\n 最后在第四章系统地总结了本文的主要内容，讨论了存在的问题，提出改进的方案。\n 主要成果如下:研究结果表明，在遗传600代的情况下，使用gpu并行方法可以将反演耗时从超过17天降至7小时，大大减少计算时间。靶区重力异常反演结果和实际观测结果进一步说明了该方法的有效性。通过计算确定三维密度分布，并给出了NH973-1测线上的密度剖面，分析认为地震剖面乱反射区密度在2.24-2.53g/cm3，可能是中生代沉积地层。最后通过提取地层界面深度及厚度，发现靶区部分区域中生代地层埋深浅、厚度大，具有较高的油气前景和勘探价值。\n 此外，本文在附录中附上基于Fortran90语言编写的gpu并行重力异常三维遗传算法反演源程序，为广大研究者提供参考。

关键词：三维重力反演 gpu并行计算南海南沙地区密度结构中生代沉积地层

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基于SPH方法与gpu并行计算的复杂阶梯流数值模拟

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安全与环境学报 2019年第3期19卷 774-779页

作者：吴建松李娜刘文雨周世禄中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院

为了更有效地模拟和分析地铁站内复杂楼梯上洪水流动的动力学特征,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)并借助gpu并行计算技术对复杂形态(带1、2、3个休息平台的直行、直角转弯L型)阶梯上洪水流动特征和漫延过程进行数值建模和计算分析。基... 详细信息

为了更有效地模拟和分析地铁站内复杂楼梯上洪水流动的动力学特征,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)并借助gpu并行计算技术对复杂形态(带1、2、3个休息平台的直行、直角转弯L型)阶梯上洪水流动特征和漫延过程进行数值建模和计算分析。基于SPH方法和gpu并行加速的复杂阶梯流模型的数值模拟结果表明:该模型不但可以计算获得更好的阶梯流流态,而且具有较高的计算效率;不同休息平台数、不同形态阶梯上洪水水流呈现差别较大的水流特征;该模型借助gpu并行加速,适合研究大尺度复杂楼梯上洪水漫延问题,可为分析和评估洪水水流对地铁站楼梯上被困人员疏散过程的影响提供有力的工具。

关键词：安全工程地铁站洪水阶梯流光滑粒子流体动力学 gpu并行计算

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基于gpu并行计算的雷达杂波模拟研究

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计算机工程 2020年第11期46卷 306-314页

作者：徐国伟陈建成怡天津工业大学电气工程与自动化学院天津300387 天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室天津300387

现代雷达杂波模拟需使用杂波数据实时分析与处理回波信号,然而传统球不变随机过程(SIRP)方法生成杂波数据耗时较长。通过对SIRP方法进行改进,提出一种利用图形处理器(gpu)并行计算提升杂波生成实时性的方法。在计算统一设备架构(CUDA)下... 详细信息

现代雷达杂波模拟需使用杂波数据实时分析与处理回波信号,然而传统球不变随机过程(SIRP)方法生成杂波数据耗时较长。通过对SIRP方法进行改进,提出一种利用图形处理器(gpu)并行计算提升杂波生成实时性的方法。在计算统一设备架构(CUDA)下,对相关相干K分布杂波算法进行多任务串-并行分析,采用cuBLAS库对细粒度卷积计算进行优化,利用OpenMP+CUDA多任务调度机制改进粗粒度任务并行计算,以提高CPU-gpu利用率并减少数据等待时间。实验结果表明,该方法生成杂波数据的实时性显著提升,且随着杂波数据量增大其加速效果更好,相较传统gpu方法计算速率提高61%。

关键词：雷达杂波 gpu并行计算球不变随机过程法卷积计算 cuBLAS库

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基于gpu并行计算的等离子动理论平衡重建及控制研究

基于GPU并行计算的等离子动理论平衡重建及控制研究

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作者：黄耀中国科学院合肥物质科学研究院

学位级别：博士

等离子体平衡重建技术对磁约束聚变装置是一个重要的工作，无论对装置的参数设计、控制运行、物理研究以及实现 EAST 先进稳态高参数等离子体运行模式都重要意义，快速准确的实时等离子体平衡与剖面反演为等离子体实时控制提供必要的信... 详细信息

等离子体平衡重建技术对磁约束聚变装置是一个重要的工作，无论对装置的参数设计、控制运行、物理研究以及实现 EAST 先进稳态高参数等离子体运行模式都重要意义，快速准确的实时等离子体平衡与剖面反演为等离子体实时控制提供必要的信息。实时平衡重建提供托卡马克位形控制的基础信息，其精度对最终的位形控制质量有着重要影响，然而平衡重建算法是一个十分耗时的算法，特别是在要求精度较高的时候。在本文中，首先讨论了等离子体平衡及数值计算方法，然后描述了采用gpu并行计算架构，基于EFIT平衡重建算法，重新设计并行数值算法，用CUDA C语言开发了gpu并行平衡反演程序P-EFIT，可以在300μs的时间内完成一次 65×65 网格的磁测量反演迭代，满足实时位形控制的要求。建立了基于反射内存高速网络的数据接口，实现了等离子体控制系统（plasma control system）与P-EFIT gpu服务器之前的实时数据通信。目前已经实现了在（65×65）网格精度下，ISO-FLUX/P-EFIT 实时等离子体位形控制，并运用在EAST实验中。研究了基于偏振干涉仪诊断（POINT）的等离子体电流剖面重建算法，在P-EFIT程序中加入了加入了实时偏振干涉仪诊断约束模块，可以在 EAST实验中提供实时等离子体电流剖面反演。在高网格密度下（257×257）的离线平衡计算中，P-EFIT相对于EFIT可以达到100 倍左右的加速比，在加入动斯塔克效应（Motional-Stark-Effects）以及动理论（kinetic）约束模块后，P-EFIT可以在相比 EFIT 少很多的时间内，完成动理论平衡重建，减少线下物理分析的耗时，并为将来动理动平衡重建进一步推广应用在等离子体实时控制中提供基础。目前，P-EFIT已经在运用在EAST等离子体实时控制系统中，并且推广到了DIII-D、MAST托克马克装置上。

关键词：等离子体平衡 gpu并行计算等离子体控制动理论反演

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