《大規模幾何建模和自適應笛卡爾格線生成並行算法研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由陳軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大規模幾何建模和自適應笛卡爾格線生成並行算法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳軍
- 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在計算電磁學、計算流體力學等諸多領域，隨著實際工程計算中幾何外形和物理特性越來越複雜，幾何建模和格線生成這兩個前處理組成部分花費的時間越來越長。前處理已經成為大規模實際工程計算中的主要性能瓶頸，而並行和自適應計算是最有可能的解決途徑。本項目將針對笛卡爾格線套用的前處理部分，面向上萬個處理器核，系統地研究以下內容：高效的三維實體建模並行算法、面向特徵的複雜外形自適應格線生成並行算法；基於上述理論和技術，研製高效的三維並行前處理軟體包，作為共性層面的軟體模組服務於若干實際問題的大規模並行數值模擬。. 本項目的研究具有很強的套用牽引，是當前迫切需要解決的重要科學問題，並具有廣泛的套用價值。
結題摘要
在計算電磁學等諸多領域，隨著實際工程設計面臨的幾何外形和物理特性越來越複雜、以及龐大的計算量帶來的實效性問題，幾何建模和格線生成這兩個前處理部分變得越來越困難，成為制約大規模數值模擬實際套用的主要瓶頸之一。大幅減少前處理時間並實現高精度計算是這些領域具有挑戰性的問題，具有重大的科學意義。 本項目面向大規模計算，針對電磁等典型套用前處理中並行計算瓶頸問題展開，實現前處理與並行計算主體之間的無縫連線，系統地研究了以下內容：分析了對稱體旋轉掃描、拉伸掃描、耦合孔等多種基本幾何體建模方法，提出並實現了相對應的並行計算算法，形成了基本體素並行建模庫；提出了並行變換技術，實現了不同並行建模方法導致的不同通信模式之間的並行轉換；針對FDTD建模，提出了一種基於多重索引的影像區填充並行算法；在格線生成和自適應細化方面，提出了基於幾何和物理特性的格線重構方法，以及多塊結構格線拼接方法；在結合實際套用耦合併行前處理和計算主體程式研究中，提出了前後處理策略，以及基於共享與分布隨機數的粒子發射算法等。上述方法和技術被套用於多個典型並行套用中，其中，具有自主建模模組的全電磁粒子模擬程式突破了格線規模難以擴展的瓶頸，前處理的並行實現使得格線規模從原來的最大千萬量級擴展到上億量級；基於CAD建模的JEMS-FDTD並行程式在天河二號計算機上的19萬多個處理器核上實現了257億格線規模的模擬計算。 這些方法和技術的研究，著眼於實際套用瓶頸問題的解決，在促進具有複雜幾何的實際套用大規模數值模擬上具有重要意義。
