2022-07-31
 
观察粘性流,但速度更快
2022年07月31日   阅读量:176

通过重新设计流体的模拟方式,考斯特研究人员证明,对于缓慢流动的粘性液体,其速度比以前的技术水平提高了十倍以上。

液体行为建模对于广泛的应用非常重要,从工业过程和医疗设备到计算机图形学和视觉模拟。

然而,尽管经过了多年的发展,已知的物理可以追溯到100多年前,但准确模拟液体流动的能力仍然是创建真实世界数字副本的最具计算挑战性的方面之一。

这是因为液体的流动和行为取决于通过液体的压力分布,对于粘稠液体,取决于该流动的压力相关内阻。精确计算这些复杂且随时间变化的分布需要大量计算,因此开发了许多优化方案来加快计算过程,但以牺牲精度为代价。

现在,韩、黄立波和多米尼克·米歇尔斯将高效数学与现代计算机处理器的低级并行计算能力相结合,在粘性液体的计算速度方面取得了重大突破。

邵说:“多年来,流体动力学模拟一直是计算机图形学研究中的一个常青主题,现有方法在性能改进方面仍有很大潜力。”。“在本研究中,我们提出了非光滑聚合代数多重网格方法,作为一种复杂的多重网格框架,它充分利用了现代CPU的特点,并引入了新的数值方法。”

研究团队的想法是,可以使用更有效的数学方法进行基本矩阵向量计算,以计算通过液体的压力分布,并简化流体边界处微小值的计算。

从本质上讲,研究人员能够证明,当矩阵中的许多值相同时(如粘性液体的体积),可以跨多个元素使用单个计算,从而跳过许多计算。

然后,该团队利用了将高效矩阵向量计算代码与现代CPU的单指令多数据(SIMD)功能相结合的协同作用,这使得相同的操作可以同时应用于多个数据输入。这使他们能够构建一种建模方法,该方法可以模拟粘性流体,速度比当前最先进的技术(胡迪尼物理引擎)快15倍。

邵说:“工业用户可以立即使用我们的框架,使用我们项目网站上提供的代码进行更快的模拟。”。

这项研究发表在《ACM图形学报》上。

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