基于GPU的导弹飞行中段温度场可视化仿真技术研究

【摘要】：本文以导弹飞行可视化仿真为背景,研究了三维数据场的可视化重构、导弹飞行中段温度场的建模和计算以及基于CUDA架构的计算方法,构建了完整的可视化仿真系统,实现了导弹飞行中段的温度场可视化。针对数据场重构展开研究,阐述了Open GL的相关概念和绘图的一般流程与方法,分析了网格的绘制方法和颜色与标量值的对应关系,利用云图的形式对温度场进行了重构;针对Open GL的不足,阐述了Geometry的概念和方法,利用Vega Prime提供的Geometry函数实现了标量场的绘制。对导弹温度场进行仿真计算,构建了导弹弹头几何模型,确定了网格划分的方法,分析了在大气层外影响导弹弹头温度的七方面因素,推导了反映空间辐射关系的三个角系数,建立了导弹温度场计算数学模型,得到了温度场计算结果并简要分析了其物理过程。对基于CUDA的温度场并行编程计算展开研究,阐述了CUDA设计架构、硬件结构、线程结构、内核函数、执行模型、并行方式等基本理论;构建了计算软硬件平台,设计了并行算法流程,研究了数据通信和同步、核函数执行配置等基本问题,实现了温度场计算并行化,得到了并行计算的仿真结果,并分析了其计算误差和加速效果;对并行效率展开探索研究,利用不同的并行方式和不同的计算平台对并行计算速度进行测量,对影响并行效率的因素进行了分析。构建了导弹飞行可视化仿真系统,设计了该系统的结构框架、执行流程以及功能模块,分析了Vega中的坐标转换关系和帧频协调关系,实现了导弹飞行过程的可视化仿真;分析了导弹在中段飞行过程中弹道数据与温度场计算的耦合关系,计算得到了导弹飞行中段的温度场数据;利用Open GL方法在Vega中实现了导弹温度场的显示。
【关键词】：可视化仿真 弹道导弹中段温度场 云图显示 GPU并行计算 CUDA应用
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TJ760