[發(fā)明專利]一種基于GPU八叉樹加速和SPH算法的流體模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211111028.3
• 申請(qǐng)日: 2022-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN115438600A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙雅彬;張文輝;史翔天;林鎮(zhèn)源;陳少坤;車向明;丁逸飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06T15/00;G06T9/40;G06T17/00;G06T1/20;G06F111/08;G06F113/08
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

1.一種基于GPU八叉樹加速和SPH算法的流體模擬方法，其特征是，包括步驟如下：

步驟S1、初始化DirectX渲染管線；

步驟S2、使用CPU在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)隨機(jī)生成水體粒子的坐標(biāo)；

步驟S3、在CPU中根據(jù)水體粒子的坐標(biāo)建立線性八叉樹；

步驟S4、在CPU中將水體粒子的坐標(biāo)和線性八叉樹一并傳至GPU；

步驟S5、在GPU中以深度優(yōu)先的順序遍歷線性八叉樹來檢測查詢水體粒子的近鄰水體粒子；

步驟S6、將水體粒子的坐標(biāo)從GPU返回CPU；

步驟S7、在CPU中運(yùn)用渲染方案對(duì)水體粒子進(jìn)行著色。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPU八叉樹加速和SPH算法的流體模擬方法，其特征是，步驟S2中，隨機(jī)生成的水體粒子的坐標(biāo)的位于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)為[-10,10]的立方體內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPU八叉樹加速和SPH算法的流體模擬方法，其特征是，步驟S3的具體過程如下：

步驟S3.1、基于所有水體粒子的坐標(biāo)計(jì)算出所有水體粒子所形成的包圍盒的中心坐標(biāo)，以及該包圍盒的長寬高；

步驟S3.2、新建一個(gè)空的線性八叉樹；定義線性八叉樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均指向一塊立方體的三維空間，且每個(gè)子節(jié)點(diǎn)是對(duì)父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維空間細(xì)分所得到；其中對(duì)父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維空間細(xì)分即以父節(jié)點(diǎn)所指向的三維空間的中心坐標(biāo)為三維坐標(biāo)原點(diǎn)，以X軸、Y軸和Z軸為分割線，將父節(jié)點(diǎn)的三維空間均勻分割為8個(gè)大小相等的子三維空間，這些子三維空間即為子節(jié)點(diǎn)所指向的三維空間；采用線性表來存儲(chǔ)線性八叉樹的節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)的序號(hào)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在線性表中的下標(biāo)，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)中存放父節(jié)點(diǎn)的序號(hào)和所有子節(jié)點(diǎn)的序號(hào)來實(shí)現(xiàn)返回根節(jié)點(diǎn)和對(duì)子樹的遍歷；

步驟S3.3、向空的八叉樹中插入根節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)的中心坐標(biāo)和長寬高即為包圍盒的中心坐標(biāo)和長寬高，并標(biāo)注根節(jié)點(diǎn)為不含水體粒子的節(jié)點(diǎn)；

步驟S3.4、循環(huán)遍歷每一個(gè)水體粒子，獲取當(dāng)前水體粒子的坐標(biāo)，并執(zhí)行如下操作；

步驟S3.4.1、從根節(jié)點(diǎn)開始遍歷線性八叉樹：

若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為線性八叉樹的非葉節(jié)點(diǎn)，則根據(jù)當(dāng)前水體粒子的坐標(biāo)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的中心坐標(biāo)的位置關(guān)系決定當(dāng)前水體粒子應(yīng)放入當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的哪一個(gè)子節(jié)點(diǎn)，并繼續(xù)執(zhí)行S3.4.1；

若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為線性八叉樹的葉節(jié)點(diǎn)，則跳轉(zhuǎn)至步驟S3.4.2；

步驟S3.4.2、判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)中是否含有水體粒子：

如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)中不含水體粒子，則將當(dāng)前水體粒子的放入當(dāng)前葉子節(jié)點(diǎn)；

如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)中含有水體粒子，則把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)中的原有水體粒子拿出來，并將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維空間細(xì)分；細(xì)分完成后，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)中原有水體粒子和葉節(jié)點(diǎn)中心的位置關(guān)系決定原有水體粒子應(yīng)放入當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的哪一個(gè)子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前水體粒子的坐標(biāo)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的中心坐標(biāo)的位置關(guān)系決定當(dāng)前水體粒子應(yīng)放入當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的哪一個(gè)子節(jié)點(diǎn)；若此時(shí)原有水體粒子和當(dāng)前水體粒子仍處于同一子節(jié)點(diǎn)中，則將該子節(jié)點(diǎn)視為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，并重復(fù)執(zhí)行步驟S3.4.2；若此時(shí)原有水體粒子和當(dāng)前水體粒子不處于同一子節(jié)點(diǎn)中，則繼續(xù)執(zhí)行3.4。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPU八叉樹加速和SPH算法的流體模擬方法，其特征是，步驟S4中，在GPU中，水體粒子的坐標(biāo)采用DirectX11框架中的SRV緩沖區(qū)作為輸入，采用DirectX11框架中UAV緩沖區(qū)作為輸出；線性八叉樹采用SRV緩沖區(qū)進(jìn)行存儲(chǔ)。