基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115082287A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202210752839.5(22)申请日2022.06.28(71)申请人广东工业大学地址510000广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人王卓薇谭华兴程良伦王涛(74)专利代理机构深圳市创富知识产权代理有限公司44367专利代理师侯腾腾(51)Int.Cl.G06T1/20(2006.01)G06T15/00(2011.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法及系统(57)摘要本发明公开了基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法及系统，该方法包括：获取灰度图的像素点并确定可用的GPU设备；根据灰度图的像素点对灰度图进行二值化处理，并存储至可用的GPU设备；基于可用的GPU设备，设置事件回调函数，构建显示窗口；基于显示窗口，实时显示流体模拟流动。通过使用本发明，能够充分利用GPU的计算能力和图像渲染能力进而显著减少数据在CPU和GPU之间传输的时间。本发明作为基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法及系统，可广泛应用于高性能计算技术领域。CN115082287ACN115082287A权利要求书1/2页1.基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：获取灰度图的像素点并通过CUDA函数确定可用的GPU设备；根据灰度图的像素点对灰度图进行二值化处理，并存储至可用的GPU设备；基于可用的GPU设备，设置OpenGL事件回调函数，构建显示窗口；基于显示窗口，实时显示流体模拟流动。2.根据权利要求1所述基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法，其特征在于，所述获取灰度图的像素点并通过CUDA函数确定可用的GPU设备这一步骤，其具体包括：输入灰度图，获取灰度图的长度与宽度，得到灰度图的尺寸；根据灰度图的尺寸进行流场计算域的网格划分，得到灰度图的像素点；通过CUDA函数遍历所有GPU设备数量，得到返回值；根据返回值判断可用GPU设备数量，确定可用的GPU设备。3.根据权利要求2所述基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法，其特征在于，所述根据灰度图的像素点对灰度图进行二值化处理，并存储至可用的GPU设备这一步骤，其具体包括：对灰度图的像素点进行计算，得到不同网格像素点灰度值；对不同网格像素点灰度值进行判断，将小于预设阈值的网格像素点灰度值设置为0；将大于或等于预设阈值的网格像素点灰度值设置为255；根据网格像素点灰度值构建对应的二维数组并分配至可用的GPU设备。4.根据权利要求3所述基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法，其特征在于，所述基于可用的GPU设备，设置OpenGL事件回调函数，构建显示窗口这一步骤，其具体包括：通过OpenGL指令的GLUT事件回调函数，对不同网格像素点就进行绑定；将绑定后的不同网格像素点与CUDA函数进行绑定，构建显示窗口。5.根据权利要求4所述基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法，其特征在于，所述基于显示窗口，实时显示流体模拟流动这一步骤，其具体包括：基于显示窗口，通过调用核函数计算不同网格中粒子的流动概率；根据网格粒子的流动概率，通过麦克斯韦‑玻尔兹曼分布计算网格粒子因流动碰撞后产生的新向量；通过数密度计算产生新向量后的网格粒子密度，实现实时显示流体模拟流动。6.根据权利要求5所述基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法，其特征在于，所述麦克斯韦‑玻尔兹曼分布的计算公式如下所示：上式中，m表示每个分子的质量，k表示玻尔兹曼常数，T表示系统热力学温度，表示分子热速度，表示每个分子速度的概率分布。7.根据权利要求5所述基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法，其特征在于，所述数密度的计算公式具体如下所示：上式中，表示迭代之后的各个dir方向的数密度，表示迭代之前各个dir方向2CN115082287A权利要求书2/2页的数密度，表示平衡数压，即粒子在给定向量上运动的近似密度，ω表示碰撞频率。8.基于OpenGL和CUDA的流体模拟系统，其特征在于，包括以下模块：设置模块，用于获取灰度图的像素点并通过CUDA函数确定可用的GPU设备；分配模块，用于根据灰度图的像素点对灰度图进行二值化处理，并存储至可用的GPU设备；构建模块，基于可用的GPU设备，设置OpenGL事件回调函数，构建显示窗口；显示模块，基于显示窗口，实时显示流体模拟流动。3CN115082287A说明书1/6页基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法及系统技术领域[0001]本发明涉及高性能计算技术领域，尤其涉及基于OpenGL和CUDA的流体模拟方法及系统。背景技术[0002]CUDA是NVIDIA的一个设计用于专有G