機器保修の訓練環境のためのPCクラスタを用いた剛体シミュレーションの並列化

设备维护训练环境中PC机集群刚体仿真并行化

基本信息

批准号：
14780212
负责人：
石井裕剛
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780212/
关键词：
PCクラスタ剛体シミュレーション並列処理仮想空間

项目摘要

本研究では、まず、機器保修の訓練環境を実現する際に必要なPhysically-baseの手法に基づく剛体挙動シミュレーションを単体の計算機上へ実装した。その後、剛体挙動シミュレーションの処理の一部を、PCクラスタ上で分散して処理する手法を開発し、現時点で容易に入手可能な計算機環境を用いたリアルタイムシミュレーションの実現の可能性を検討した。その後、PCクラスタ上への分散アルゴリズムの改良、予測処理機能の開発を行い、PC単体を用いてシミュレーションを行う場合に比べて、2台の場合は約65%、4台の場合は約140%の高速化が可能であることを示した。具体的には、剛体挙動シミュレーションの処理の内、どの処理にどの程度の計算量が生じるのかを調べるため、単体の計算機上で剛体挙動シミュレーションを実行できる環境を開発し、剛体挙動シミュレーションの各処理の負荷を計測する実験を行った。実験の結果、ポリゴンレベルでの厳密な衝突判定と衝突時の接点間に働く力の算出の負荷が高いことを確認した。次に、剛体挙動シミュレーションの処理を効率的に切り分ける方法や切り分けた処理を計算機に動的に割り当てる方法、計算機間の通信プロトコル等を開発した。そして、PCクラスタ環境上に剛体挙動シミュレーションを実行するシステムを開発した。その後、同一の仮想空間の剛体挙動シミュレーションのシミュレーション速度を各環境で比較し、剛体挙動のリアルタイムシミュレーションの実現可能性を検討した。その結果、一般に容易に入手可能なハードウエアを用いて高速化が可能であること、複雑大規模な仮想空間ほど分散・並列化に適していることを確認した。さらに、タスクの負荷の大きさが不均等な場合でも効率的に負荷分散が行えるアルゴリズム及び、計算負荷が小さい時に将来実行する必要があるタスクを予測して実行する予測処理機能の開発を行い、同じハードウエアでもより効率的に並列化を行える手法を実現した。

在这项研究中，首先，在独立的计算机上实现了基于实现设备维护训练环境所需的物理基础方法的僵化的身体行为模拟。之后，我们开发了一种在PC群集上分散和处理刚体行为模拟过程的部分过程的方法，并使用当前易于使用的计算机环境检查了实时仿真的可能性。之后，在PC群集和预测处理函数的开发上提高了分布式算法，并且与使用单个PC相比，两个设备的速度可以增加约65％，四个设备的速度约为140％。具体而言，为了研究刚体行为模拟的哪些过程导致产生多少计算，开发了一个环境，该环境允许在一台计算机上执行刚体行为模拟，并进行了实验以测量刚体行为模拟的每个处理的负载。该实验证实，在多边形水平上严格碰撞检测的负载并计算碰撞中触点之间作用的力很高。接下来，我们开发了用于在刚体行为模拟中有效隔离过程的方法，即动态分配已隔离到计算机的过程以及计算机之间的通信协议的方法。然后，我们开发了一个系统，该系统在PC群集环境上执行严格的身体行为模拟。之后，在每个环境中比较了同一虚拟空间中刚体行为模拟的模拟速度，并检查了对刚体行为的实时模拟的可行性。结果，已经确认可以使用一般可用的硬件来实现高速，并且更大的复杂虚拟空间更适合分布和并行化。此外，我们已经开发了一种算法，即使任务上的负载不均匀，也可以有效地分配负载，并且一个预测处理函数可以预测和执行任务较小时需要在将来执行的任务，并且可以通过相同的硬件更有效地执行并行化的方法。