基于分布式计算的水流倾泻效果仿真

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伴随着计算机软硬件技术的不断发展,人们越来越频繁地在游戏、电影中见到极为真实的虚拟场景,极大地提升了人们的视觉体验,这便是真实感图形绘制的应用。真实感图形绘制是图形学中的一个分支,其努力追求在计算机中真实模拟出现实世界的景观,并且带来震撼的视觉效果。而真实感图形绘制的一个分支——流体仿真也可以在计算机上为人们带来非常真实的视觉体验。流体仿真在电影特技,游戏等领域有广泛应用,如电影中模拟海洋、海浪或者海啸等,是图形学的研究热点之一。但是至今主流游戏引擎均未能支持基于物理原理的流体仿真,原因是基于SPH的物理方法需要巨大的计算量,而目前个人PC的CPU很难提供这么大的计算量。为了解决需要巨大的计算能力的问题,本文提出了一种基于分布式计算的流体仿真方法,流体仿真过程中的每个时间步都会将计算任务分配给多个机器进行计算,然后再将计算结果汇总,生成仿真的画面。这个方法能将计算压力分散到各个节点上,并且再在各个节点上使用GPU加速计算,以此解决计算能力不足的问题。考虑到网络延迟,本文使用允许比较大的时间步,同时保持良好稳定性的SPH仿真方法。本文主要工作:提出使用分布式计算来进行流体仿真的思路,提出适合流体仿真的分布式计算的框架,提出进行分布式计算适合的流体仿真的计算方法,设计出运行于总节点和每个计算节点的算法,设计出运行于计算节点GPU的算法。并且通过实验验证了本文所提出方法的可行性,分析了其效率。
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