[發明專利]一種基于進程并行的流線可視化并行加速方法

在審

• 申請號: 202210979580.8
• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115344383A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 魏貴義;方熔翔;張繼發
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06T1/20
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明公開了一種基于進程并行的流線可視化并行加速方法，首先通過KD樹將由流場網格點組成的大規模數據塊進行劃分，劃分后的葉節點和內部節點信息進行存儲，并將得到的小數據塊，通過多個進程并行讀取流場網格點數據并匯總。其次按設置的進程數，均勻分配數據塊，為每一個數據塊設置ID，并對應各自的進程號。然后每個進程計算各自數據塊的邊界值，并將邊界值匯總到0號進程，0號進程將邊界信息發送給其它進程。最后通過設定的積分步數，對積分任務量在進程間再分配，再分配完成后，開始下一輪積分計算，直到所有積分計算完成為止，再將計算結果可視化。本發明提高流線生成方法的并行加速比，加速流線可視化的過程。

技術領域

本發明屬于并行計算領域，具體涉及一種基于進程并行的流線可視化并行加速方法。

背景技術

科學可視化是將復雜的數據以視覺形式展示的方法。根據數值模擬產生的數據場的不同，可分為標量場可視化、矢量場可視化和張量場可視化。流場是一種應用最為廣泛的矢量場，通過將流場的可視化，便于人們觀察那些難以用肉眼觀察的流體運動。

流場可視化有多種實現方法，其中流線可視化技術以其簡單直觀、交互性強的特點被廣泛應用于工程中。通過流線描述粒子在流場中的運動軌跡，表現流場中的流體運動規律。

流線可視化中有基于數值積分和基于流函數的流線生成方法。其中基于數值積分的流線生成法最為常用。該方法通過確定一個種子點，然后積分得到固定時間步長下點的位置后，并將這些點連接后得到流線。

隨著可視化技術和高性能計算的快速發展，數值模擬的數據規模不斷擴大，模擬的幾何外形復雜化，以及人們對CFD(計算流體動力學)應用需求日益增加。需要一種方法更加快速的從模擬數據中通過流線的可視化獲取流場的特征，而傳統的串行求解算法早已無法滿足人們對大數據下數據實時性的需求。因此對算法的并行化、計算的負載均衡等等是進一步突破的方向。

傳統的流線算法，流線粒子的積分過程無法實現數據并行；大規模的數據分組劃分后，又可能導致負載不均衡，影響計算速率。如何充分利用高性能計算機，結合其體系特征，優化并行流線算法，加速其計算過程，是需要考慮的一個問題。許多并行算法主要從線程并行的角度去考慮，很少探索進程級別的并行性。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于進程并行的流線可視化并行加速方法。在流線生成算法采用數值積分法的前提下，在進程內線程并行的基礎上，采用進程并行，從并行數據讀取與積分階段負載均衡的角度優化流線算法，提高流線生成算法的并行加速比，加速流線可視化過程。

具體操作步驟如下：

步驟1，流場網格點劃分階段。通過KD樹將由流場網格點組成的大規模數據塊進行劃分，將劃分后的葉節點和內部節點信息進行存儲。

步驟1.1，由流場網格點構成數據集，為數據集的每個流場網格點建立索引，并統計流場網格點數量。

步驟1.2，讀取流場網格點坐標數據，按坐標的維度拆分坐標信息，并存儲。

步驟1.3，按照每個維度的數值信息排序。

步驟1.4，確定KD樹的最大劃分層級。

步驟1.5，按x、y、z軸的順序，循環進行層級劃分。

步驟1.6，存儲劃分后的葉節點和內部節點信息。

步驟2，按照步驟1得到大規模數據塊劃分后的若干個小數據塊，再通過多個進程進行并行讀取流場網格點數據。流場網格點數據全部讀取完成之后，再將數據匯總。

步驟3，流場網格點數據讀取完成之后，按系統設置的進程數，均勻分配數據塊，相鄰的數據塊分給同一個進程。