1、粒子系統(tǒng)是利用大量粒子進行模擬仿真的系統(tǒng),被廣泛應用于固顆粒體和流體相關(guān)的仿真中,包括可交互的流體的模擬,游戲中煙霧效果的模擬,天體物理學中的模擬和分子動力學等。
　　 離散單元法(DiscreteElementMethod,DEM)是粒子系統(tǒng)常用的數(shù)值方法之一[1]?；贒EM方法的粒子系統(tǒng)主要應用于泥石流,單螺桿擠出固體傳輸?shù)裙腆w顆粒流的模擬中。DEM將每個粒子看成介質(zhì)系統(tǒng)中獨立的實體,與其他粒子和邊界發(fā)生碰撞和接觸[2,3

2、]。使用這種方法可以動態(tài)的模擬粒子流的運動。
　　 本文使用CUDA,進行GPU+CPU異構(gòu)編程,實現(xiàn)基于離散單元法粒子系統(tǒng)。模擬單螺桿擠出的固體輸送部分,并用OpenGL演示整個交互過程。仿真系統(tǒng)分為主機端和設(shè)備端兩部分。主機端,使用C++語言編寫,構(gòu)造粒子系統(tǒng)類搭建仿真系統(tǒng)的框架,并完成設(shè)備端函數(shù)的封裝,再使用OpenGL繪制場景和螺桿模型;設(shè)備端,使用CUDA編寫,利用GPU多線程并行計算,實現(xiàn)鄰域搜索、粒子碰撞處理和粒子

3、狀態(tài)更新。
　　 本文使用了多種優(yōu)化策略。對粒子的鄰域搜索過程,使用一種更適合并行的搜索算法,采用設(shè)置sharedmemory變量減少對globalmemory的訪存;使用CUDA流,使用異步拷貝的方式提高主機端和設(shè)備端數(shù)據(jù)傳輸速度;使用CUDA與OpenGL互操作簡化主機端與設(shè)備端傳輸過程;另外,系統(tǒng)還使用程序分支控制、寄存器使用策略、線程維度劃分策略和合并訪問策略來優(yōu)化系統(tǒng)性能,并分別實驗比較策略的效果,選取最優(yōu)策略。分析系