基于FPGA的分子动力学模拟系统设计

FPGA加速分子动力学模拟在材料科学、分子科学等方面应用广泛,一直是高性能计算领域的热门话题之一.在分子动力学模拟中,分子间作用力(LJ力)的计算是整个过程耗时最长的部分,文中设计的系统将其放在FP-GA上完成,其余部分由CPU完成.根据LJ力的特点,FPGA加速的计算采用以下方法进行设计:利用邻近粒子搜索算法-元胞列表算法选取粒子对,并使用过滤模块进一步减少计算量;计算LJ力时采用先离散后插值的方法计算公式中的高次幂同时避免了开方运算.所有部件组成流水线结构,进一步提高整体的性能.

基于Agent的社会力模型实现及地铁通道行人仿真

行人微观仿真技术已经成为地铁站等行人密集场所方案评价和疏散评估的主要研究手段.社会力模型从受力角度进行建模,可得到行人的运动状态和受力状态,不引入复杂的判断规则即能得到丰富的自组织现象.文中针对该模型存在的算法复杂度高和物理粒子运动盲目性的问题,引入分子动力学的Gear预测校正法和链接列表元胞算法,基于Agent感知-决策建模方法,构建了改进模型及其面向对象的编程实现框架.采用椭圆形的行人形体描述方法,标定了行人形体、运动及模型参数,设计了密度扫描转向、变作用强度及碰撞预测规避等行人Agent交互方法及算法,在VC++2008平台实现了改进模型并进行地铁站通道的单、双向仿真.结果显示链接列表元胞法可以明显减少仿真时间,模型可较好地实现自动渠化,与车站调研得到的通道客流密度-流量关系吻合.