高性能计算平台的可视化方法研究与实现

摘要

海冰模拟在海洋观测中占据至关重要的地位。海冰作为全球海-气系统的一员，与海洋及大气的相互作用对人类的海上活动造成巨大影响，包括海上运输、海洋渔业、海洋油气资源的开发等活动。在对海冰的模拟计算中，对计算之后所得的大规模数据进行可视化的实现是一项至关重要的环节，在有了计算数据后将数据显示出来才能直观的判断海冰的运动情况，以预测海冰在之后的运动轨迹，来得到海冰在后续漂流过程中的波及范围，及时预警给附近的渔业人群及轮船的航行线，以避免海冰所造成的巨大经济损失。本文就是来描述在对数据进行可视化研究与实现中所遇到的问题及做出的相应对策，以更好的继续对海冰研究。
　　本文根据海洋观测中所用到的各种模型单元，基于实际情况，设计并实现了一套海冰碰撞模拟可视化系统。在本文所实现的软件系统中，前处理界面通过对海冰的不同属性定义不同结构的海冰模型，对海洋平台结构模型的不同结构定义形状不一的结构体模型。系统根据所定义的参数模拟相应的效果图，使得研究人员可以直观的判断所定义的属性与实际情况中的符合程度，及时做出相应的修改，而后通过系统所集成的高性能GPU计算程序开始对大规模模拟海冰及海洋平台结构的离散颗粒进行计算，再得到大规模数据后启动系统的后处理模块，对所得到的结果进行显示，根据显示结果预测海冰的运动轨迹，以进行更深层次的海冰研究。在GPU计算程序执行时，通过使用进程通信的手段，使得显示程序和计算程序交互通信，实现了实时显示的功能，让研究人员可以提前观察到计算结果。而RAMDISK技术的引入，使得实时显示的过程更加流畅。
　　基于本文所实现的软件系统，使得研究人员在对海冰的建模过程更加容易、直观。通过各种针对于实际情况的海冰和海洋平台结构的模型的设计，以定义更加精确的模型参数，保证后期计算过程的合理性，尽可能的使模拟过程接近于实际情况。研究人员根据建模计算之后得到的结果，分析海冰的运动情况及海冰与海洋平台结构的碰撞情况，以达到对海冰的检测目的。