大规模粒子模拟并行前处理系统的设计与实现

• 作 者: 郭卫卫
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 粒子模拟 并行前处理系统 图形用户界面 三维模型

粒子模拟是科研和生产中重要的研究方法，随着研究的深入和计算机系统性能的提高，逐步开展了对实际体系的大规模粒子模拟。大规模粒子模拟期望的模拟对象是工业级设备，其特点是空间结构复杂，离散为粒子后，粒子数量可达百亿级别。数据前处理是为粒子模拟计算准备初始数据的必备环节。大规模粒子模拟的数据前处理任务难度大，需要专业的前处理软件。　　
本论文对大规模粒子模拟的数据前处理系统的建立方法进行了研究，完成了下面三个方面的工作：　　
1)本论文设计的粒子模拟数据前处理系统的实现方法是，首先建立模拟对象的三维模型，然后将三维模型表示的空间转换为长方体的集合，接着在长方体内填充粒子，同时通过冲突检测保证粒子的合法性，最后计算粒子的物性并将生成可以直接使用的初始粒子数据文件。本论文采用并行计算的策略实现了该系统，在实现并行系统的过程中解决了任务划分、并行边界处理等问题，并通过实例应用验证了该算法的正确性，通过压力测试验证了该系统的可扩展性。　　
2)在粒子模拟数据前处理系统设计和实现的基础上，本论文设计和实现了三维CFD网格并行生成系统。该系统的实现方法是首先建立模拟对象的三维模型，然后将三维模型网格化，最后计算网格的物性并生成可以直接使用的初始网格数据文件。本论文采用并行计算技术实现了该系统，并通过测试验证了该算法的正确性。　　
3)本论文为上述两套系统分别设计和实现了图形用户界面，该图形用户界面融合了前处理系统的参数编辑界面和程序运行界面，简单易用，方便了前处理系统的用户交互。　　
本论文的研究所形成的粒子模拟数据前处理软件是“多尺度方法大规模粒子并行模拟”软件的一部分，为多尺度方法粒子模拟的研究和应用提供了数据基础。