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基于多图形处理器的高效波动声学模拟器及其应用

作　者: 陈韬
导　师: 周昆；任重
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: GPU 波动方程声学模拟空间矩形分割法并行化
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 16次
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内容摘要

基于波动方程的声学模拟能够获得声波在空间中真实的传播效果,在许多工程应用中起着基础作用。但因其巨大的计算量,一直是工程计算中的难点。利用现代GPU技术对波动方程求解进行加速,是一项能够有效提升仿真效率并且在编程上富有挑战性的工作。将波动方程求解器在GPU上进行加速的难点在于如何最大程度的发掘算法中的并行性以及克服GPU硬件体系结构的限制。本文在对多种波动方程求解方法以及声学仿真匹配层技术进行深入研究的基础上,实现了一种完全基于GPU的波动声学仿真管线并针对Geforce GTX285架构作了深入的优化,将室内声学仿真的时间从数周缩减为数小时。本文将求解管线迁移到多GPU的平台上,解决了GPU间数据通信以及GPU负载调度等问题,实现了较好的扩展性,改善了求解空间规模受显存的限制,使对更大规模场景的声学模拟成为可能。本文同时还提出了一种将声学仿真结果应用于三维游戏引擎的集成方案。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目次  7-10
第一章绪论  10-15
  1.1 声学模拟的背景与沿革  10
  1.2 声学模拟的流程  10-11
  1.3 计算挑战  11-12
  1.4 适应性空间矩形分解技术  12
  1.5 GPU加速与编程挑战  12-13
  1.6 本文的研究目的和主要工作  13-15
第二章理论基础  15-23
  2.1 波动方程的时域求解方法  15-19
  2.2 完美匹配层(PML)介质技术  19-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章基于单GPU的波动声学模拟管线  23-36
  3.1 场景预处理器  23-28
  3.2 空气介质中波动状态求解  28-31
  3.3 完美匹配层PML基于GPU的加速  31
  3.4 边界补偿处理  31-33
  3.5 模拟结果  33
  3.6 本章小结  33-36
第四章基于多GPU的波动声学模拟管线  36-43
  4.1 多GPU并行加速分析  36-37
  4.2 多GPU求解管线的一种简单实现  37-40
  4.3 对多GPU管线设计的改进  40-42
  4.4 本章小结  42-43
第五章针对交互式场景漫游的可听化处理流水线  43-47
  5.1 数据压缩  43-44
  5.2 数据抽取与处理  44-46
  5.3 运行时插值方法  46
  5.4 本章小结  46-47
第六章声学模拟结果在游戏引擎中的集成  47-51
  6.1 Irrlicht游戏引擎介绍  47-49
  6.2 OpenAL介绍  49
  6.3 集成方案  49-50
  6.4 本章小结  50-51
第七章总结与展望  51-53
  7.1 总结  51-52
  7.2 展望  52-53
参考文献  53-55
致谢  55

基于多图形处理器的高效波动声学模拟器及其应用

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