[發(fā)明專利]簡化的光滑粒子流體動力學(xué)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210135723.3
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號: CN102768698A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R.G.麥丹尼爾;Z.塔米米
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李少丹;盧江

相關(guān)申請

本專利文本根據(jù)35?U.S.C.§119(e)要求在2011年5月5日提交的臨時(shí)美國專利申請No.61/482,654的提交日的權(quán)利，通過引用將該臨時(shí)美國專利申請結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)施例涉及基于粒子的流體仿真。在光滑的粒子流體動力學(xué)（SPH）中，計(jì)算流體仿真基于蒙特卡洛方法。內(nèi)部力是在粒子對之間計(jì)算的。例如，密度被計(jì)算為????????????????????????????????????????????????，其中i和j是相鄰的粒子，m是質(zhì)量，r是半徑，h是限制對范圍的交互作用的光滑半徑，W是核函數(shù)。壓力被計(jì)算為

。粘度力被計(jì)算為

。這些力被用于對粒子的平流輸送（advecting）進(jìn)行仿真。通過多次迭代，速度被計(jì)算為

，以及位置被計(jì)算為

。

背景技術(shù)

由于只有光滑半徑h內(nèi)的粒子彼此交互作用，因此可以在該仿真避免以所有粒子的O(n²)計(jì)算。以交互作用速度對流體進(jìn)行仿真的需要進(jìn)一步導(dǎo)致了基于GPU的實(shí)施。通過將仿真空間分為多個(gè)單元（cell），每一次縮小等于光滑半徑h，可以在一個(gè)粒子的所有鄰居上以O(shè)(mn)為數(shù)量級迭代，其中m是每個(gè)單元的平均粒子數(shù)。如果粒子i位于,?，則相鄰粒子j屬于。即使具有這樣的效率，以交互作用速度進(jìn)行仿真仍然是困難的。在光滑半徑外部的粒子的影響并未得到考慮。

發(fā)明內(nèi)容

在各種實(shí)施例中，提供了系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)來用于光滑粒子流體動力學(xué)（SPH）。為了使用更多粒子信息來實(shí)現(xiàn)有效率的SPH，創(chuàng)建虛擬粒子。每個(gè)虛擬粒子代表針對單元中的流體粒子的平均特性。對于給定流體粒子的密度、力或其它計(jì)算，計(jì)算單元內(nèi)的粒子之間的交互作用。為了計(jì)算該單元外部的粒子對該單元內(nèi)的粒子的影響，使用來自相鄰單元的虛擬粒子。與這些集合的粒子的交互作用減少了計(jì)算的次數(shù)，同時(shí)仍然包括來自其它單元的粒子的影響。

在第一方面中，非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)在其中存儲了代表可由編程的處理器執(zhí)行以用于光滑粒子流體動力學(xué)的指令的數(shù)據(jù)。該存儲介質(zhì)包括用于定義第一粒子的指令，每個(gè)第一粒子代表一個(gè)或多個(gè)第二粒子，并且對每個(gè)第二粒子都針對一定范圍內(nèi)的第二粒子仿真第二粒子對第二粒子交互作用，并且仿真在該范圍內(nèi)的每個(gè)第二粒子與該范圍外部的第一粒子的第二粒子對第一粒子交互作用。

在第二方面，非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)在其中存儲了代表可由編程的處理器執(zhí)行以用于光滑粒子流體動力學(xué)的指令的數(shù)據(jù)。該存儲介質(zhì)包括用于以下步驟的指令：將仿真空間劃分為單元；將流體粒子分配給這些單元；對每個(gè)單元用至少一個(gè)流體粒子創(chuàng)建質(zhì)心粒子，質(zhì)心粒子從各自單元的流體粒子中創(chuàng)建；確定每個(gè)質(zhì)心粒子的質(zhì)量；根據(jù)相鄰單元的質(zhì)心粒子以及該流體粒子的單元的粒子來確定每個(gè)流體粒子的密度；以及作為流體粒子的密度和質(zhì)心粒子的密度的函數(shù)來平流輸送流體粒子。

在第三方面，提供用于光滑粒子流體動力學(xué)的方法。處理器將體積劃分為子體積。這些子體積被流體粒子填充。虛擬粒子代表每個(gè)子體積的流體粒子。對于每個(gè)流體粒子的力被基于在與該流體粒子相同的子體積中的流體粒子以及相鄰子體積的虛擬粒子來計(jì)算。該計(jì)算不是基于相鄰子體積的單個(gè)流體粒子的。

上述任何一個(gè)或多個(gè)方面可以單獨(dú)或組合使用。這些以及其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將由于下面對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述而變得明顯，該詳細(xì)描述是要結(jié)合附圖來閱讀的。本發(fā)明通過下面的權(quán)利要求定義的，并且在這一節(jié)中不應(yīng)當(dāng)有任何內(nèi)容作為對這些權(quán)利要求的限制。下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例討論本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)，并且稍后可以獨(dú)立或組合地要求保護(hù)。

附圖說明

組件和附圖不一定是按比例的，而是重點(diǎn)在于圖解實(shí)施例的原理。此外在附圖中，貫穿不同的視圖相似的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)的部分。

圖1是用于光滑粒子流體動力學(xué)仿真的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；

圖2是將粒子分布劃分為多個(gè)單元的一個(gè)實(shí)施例的圖解；

圖3是創(chuàng)建虛擬粒子的一個(gè)實(shí)施例的圖解；

圖4是在光滑粒子流體動力學(xué)中使用流體粒子和虛擬粒子的一個(gè)實(shí)施例的圖解；以及

圖5是用于光滑粒子流體動力學(xué)仿真的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的框圖。

具體實(shí)施方式