[发明专利]一种基于线程并行的结构化网格流线积分方法

说明书

本发明提供一种基于线程并行的结构化网格流线积分方法，包括：步骤1、对多块结构化网格进行数据块的重划分；步骤2、对于重划分后的每一个数据块，计算其属性数据的类型和数目；步骤3、反馈步骤2的计算结果，把数据块中的每一种类型的属性数据提取出来单独存储；步骤4、在进行三维矢量场流线可视化过程中，将需要的属性数据使用多线程进行并行读取；步骤5、使用读取的属性数据构建动态搜索树；步骤6、读取动态搜索树中计算种子点数，根据计算种子点的任务规模进行动态分组，再将分组后的计算种子点数分配给多线程并行积分计算；步骤7、将计算结果用于后续的可视化工作。本发明能够提高多核处理器利用率、加速科学可视化中流线积分。

技术领域

本发明涉及科学计算可视化技术领域，具体而言，涉及一种基于线程并行的结构化网格流线积分方法。

背景技术

在流体力学与空气动力学等领域，为了对流体的运动状况进行分析，需要运用可视化技术对流场进行处理，将不可见的流场运动转化为可见的流场图像信息。流场可视化技术发展到现在，已经提出了许多方法，如几何形状可视化、纹理可视化、体可视化和特征可视化等。

就流场而言，流线积分是常用的可视化方法之一，因为流线能较好揭示流场走向，是实现流带、流管、流面等方法及粒子动画的基础。传统的串行流线可视化流程如图1所示，其主要性能瓶颈在于网格遍历和步长积分。

随着计算机硬件与计算方法的发展，数值模拟产生的数据集规模日趋变大，串行的流线可视化算法逐渐不能满足需求。硬件的发展导致多核、众核CPU成为当前计算机的主流配置，串行的流线可视化算法会造成严重的资源浪费，也不能满足在流线绘制过程中实时交互的需求。因此，开展并行流线积分工作是必须的也是必要的。

针对以上问题，国内外学者提出了许多并行流线积分方法。其中比较典型的有：Peteka等人采用多线程并行粒子追踪对定场流场和非定场流场进行可视化（参见PeterkaT and Nouanesengsy B,A Study of Parallel Particle Tracing for Steady-Stateand Time-Varying Flow Fields.Parallel Distributed ProcessingSymposium.IEEE,2011:580-591）,Nouanesengsy等人使用多线程并行执行流线积分，实现节点间负载均衡（参见Nouanesengsy B and Lee T Y.Load-Balanced ParallelStreamline Generation on Large Scale Vector Fields,IEEE EdccationalActivities Department,2011:1785-1794），张文耀等人提出了中适用于二维了流场的并行流线放置方法（张文耀，一种适用于二维流场的并行流线放置方法，中国专利，CN102521854A），郭雨蒙等人提出了并行流线种子点放置策略（郭雨蒙，基于特征的流线种子点分布并行算法研究与实现[D]. 2014.），吕天耀等人提出了任务均等划分与冗余任务再划分的并行任务划分方法（吕天耀，基于流线相似性的流场并行可视化方法研究[D].2018.）

上述这些方法，在技术上各有特色，都能较快较好的产生流线可视化结果。但是这行方法是针对特定的情况构建的并行模型，且并行代码覆盖率不高。为了提高流线可视化算法效率，需要提高并行代码覆盖率，充分利用多线程进行并行处理。同时，随着数据规模变大，搜索树的构建也在发生变化，为了达到想要的细分粒度，大规模的数据需要进行更多次的划分，导致生成的搜索树深度较大且体积庞大，在后续的深度信息和维度信息处理上也会变得困难。

综上所述，使用多线程并行技术，对流线可视化算法的数据传输，网格单元定位以及种子点任务划分进行优化，可以提高流线可视化算法效率，满足科研人员实时交互的需求。

发明内容

本发明旨在提供一种基于线程并行的结构化网格流线积分方法，通过多线程并行的快速流线可视化算法实现并行流线积分，以达到提高多核处理器利用率、加速科学可视化中流线积分的目的。