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时变流场的并行粒子平移和FTLE计算 (Parallel Particle Advection and FTLE Computation for Time-Varying Flow Fields)

流场是一种很重要的科学模拟的产物,对流场进行可视化的一种很常见的方法是粒子平移(particle advection),追踪粒子在流场中的运行路线。我们可以利用粒子踪迹计算得到一种非常强大的分析工具:Finite-Time Lyapunov Exponent field (FTLE域)。在时变流场中,给定一个空间位置和时间点,它的FTLE值表示以接近于该位置为种子(seed)位置的粒子在有限时间步后的偏离情况,该偏离情况可以使用雅克比流图(Jacobian of the flow map)来度量。从相同的时变数据集中可以计算出多个FTLE值,用来分析流场特征随时间如何演变。多个FTLE值的计算需要在时间和空间上密集分布的迹线(pathline),这也导致产生了性能的瓶颈问题。因此,Boonthanome等人在2012年SC上的文章[1]中,提出了一种并行的时变粒子追踪技术,特别是针对于在大规模矢量场中计算多个FTLE值(需要在时间和空间上分布的很大数量的粒子)的需求。

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