JP5371221B2 - 粒子法シミュレーションのためのスライスデータ構造、およびスライスデータ構造を利用した粒子法シミュレーションのgpuへの実装方法 - Google Patents
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Description
田中正幸等、「粒子法を用いた剛体計算手法の開発とコンピュータ・グラフィックスへの適用」、日本機械学会、第19回計算力学講演会講演論文集、701−702頁、2006 T. Harada, S. Koshizuka, and Y. Kawaguchi Real-time fluid simulation coupled with cloth. In Proc. of Theory and Practice of Computer Graphics, 2007. T. Harada, S. Koshizuka, and Y. Kawaguchi Smoothed particle hydrodynamics on gpus. In Proc. of Computer Graphics International, pages 63-70, 2007.
最初に、図6の処理フローを参照して、GPU12上での実装を可能にするためのデータ構造を説明する。GPU12上で計算を行うためには、計算空間におけるスライス、ボクセル、および粒子に関するデータをテクスチャ13B−1としてビデオメモリ13Bに格納することが必要である。
次に、図7の処理フローを参照してバウンディングボックスの決定の手順を説明する。スライス31aでのバウンディングボックスを決定するためには、まず各スライスでの最大と最小のボクセルの開始座標を計算する(ステップS31)。この計算の処理では、粒子のY座標値から当該粒子が属するスライスの番号を計算し、さらに各スライスに存在する粒子の座標の最大値と最小値を計算することにより行われる。GPU12を用いているので、当該GPU12では、粒子1個につき1個の頂点を割り当て、用意した前述の1次元テクスチャに書き込む(ステップS32)。
通常、複数のスライス31aの各々でのXZ座標の最大値と最小値を用いることでそのスライス上のボクセルの数を計算することが可能である。先頭番号の計算は、各スライスにおいて式(3)を計算しなければならない。この処理を、スライスiについてn0からni−1までの値を読み出して計算することになる。スライスの総数がmであるとすると、従来の計算手法によれば、(m(m+1))/2回のメモリアクセスが必要になり、このためメモリ転送速度により処理の速度が制限されることになる。
上記のごとくして計算したスライスの先頭番号とバウンディングボックスを定義する値を用いて粒子番号をインデックスプールテクスチャに格納していく。
図9に示した処理フローを参照する。粒子のY座標値からスライス番号を計算し(ステップS41)、当該スライスの先頭番号piとスライスでの最小値bxi,min、bzi,min、スライスでのX軸方向のボクセル数nxiを読み出す(ステップS42)。これらの値を用いて上記の式(5)を計算し、その粒子に割り当てられているボクセルのインデックスを計算する(ステップS43)。計算されたインデックスに対応するテクセルへの値の書き込みは、粒子1個に頂点を1個を割り当て、そのテクセルの粒子番号を読み出すことで行われる(ステップS44)。
11 CPU
12 GPU
13A メインメモリ
13A−1 近傍粒子探索プログラム
13A−2 画像処理プログラム
13B ビデオメモリ
13B−1 テクスチャ
Claims (6)
- 粒子法シミュレーションの計算で用いられる空間についてのデータ構造であって、
前記空間は多数のボクセルで構成される3次元計算空間であり、
前記3次元計算空間で任意の1つの軸に直交する複数の2次元スライス領域を形成することにより、前記多数のボクセルを前記複数の2次元スライス領域で分割し、
分割された前記複数の2次元スライス領域の各2次元スライス領域ごとで、粒子が存するボクセルの存在範囲について最大と最小のボクセルの各々の開始座標を計算することにより、前記存在範囲を矩形の形状で囲む矩形範囲を決定し、
前記複数の2次元スライス領域の各々の前記矩形範囲内に含まれる前記ボクセルについてメモリを確保し、
前記複数の2次元スライス領域の各々の前記矩形範囲内における或る点(x,y,z)が存在する前記ボクセルのボクセル番号v(x,y,z)の計算は、各々の前記2次元スライス領域の前記矩形範囲を定義する値、スライス番号を決定する値、先頭番号を用いて行われる、
ことを特徴とする粒子法シミュレーションのためのスライスデータ構造。 - 前記粒子が存在する前記ボクセルについて確保された前記メモリの格納要素には前記粒子を特定する値が格納されることを特徴とする請求項1記載の粒子法シミュレーションのためのスライスデータ構造。
- 前記粒子法シミュレーションの前記計算は近傍粒子探索の計算であり、前記近傍粒子探索の計算を効率化するために前記3次元計算空間が前記2次元スライス領域により分割されることを特徴とする請求項1記載の粒子法シミュレーションのためのスライスデータ構造。
- 前記粒子法シミュレーションの前記計算について前記3次元計算空間を前記2次元スライス領域により分割する計算はGPUを用いて行われることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の粒子法シミュレーションのためのスライスデータ構造。
- 粒子法シミュレーションの近傍粒子探索の計算を効率化するためのデータ構造を構築し、そのデータ構造を用いて近傍粒子探索をGPU上で行うため必要なデータをテクスチャとしてビデオメモリに格納してGPUへ実装する方法であって、
多数のボクセルで構成される3次元計算空間で任意の1つの軸に直交する複数の2次元スライス領域を形成して前記多数のボクセルを前記複数の2次元スライス領域で分割し、
分割された前記複数の2次元スライス領域の各2次元スライス領域ごとで、粒子が存するボクセルの存在範囲について最大と最小のボクセルの各々の開始座標を計算することにより、前記存在範囲を矩形の形状で囲む矩形範囲を決定し、
少なくとも1次元のテクスチャを用意し、
前記複数の2次元スライス領域の各々を定義するに最低限必要な4つの値を前記テクスチャのRGBAチャンネルに格納し、
2次元テクスチャを用意し、
前記粒子の粒子番号を前記2次元テクスチャに格納する、
ことを特徴とするスライスデータ構造を利用した粒子法シミュレーションのGPUへの実装方法。 - 最低限の前記4つの値は、任意の2次元スライス領域(i)における先頭のボクセルの番号pi、最小のボクセルの開始座標bxi,minとbzi,min、所定の軸方向のボクセル数nxiであることを特徴とする請求項5記載のスライスデータ構造を利用した粒子法シミュレーションのGPUへの実装方法。
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