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發(fā)現(xiàn)探索

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實(shí)驗(yàn)分享|自研局部DIC-GPU算法與開源GPU算法對比實(shí)驗(yàn)

1實(shí)驗(yàn)背景

數(shù)字圖像相關(guān)法DIC是材料力學(xué)領(lǐng)域研究的關(guān)鍵技術(shù),其中局部DIC憑借亞像素級精度、全場測量等優(yōu)勢,成為材料局部變形分析的優(yōu)選方案。傳統(tǒng)CPU計(jì)算難以應(yīng)對局部DIC數(shù)萬個(gè)子區(qū)并行計(jì)算需求,新興GPU算法一定程度提高了計(jì)算效率,如OpenCorr-GPU開源方案。

千眼狼研發(fā)工程師們,自主研發(fā)局部DIC-GPU算法,針對自研的DIC軟硬件生態(tài)深度優(yōu)化。研發(fā)人員通過開展幾組經(jīng)典實(shí)驗(yàn),并與開源GPU算法進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

2技術(shù)原理

自研局部DIC-GPU算法核心是將圖像數(shù)據(jù)、子區(qū)網(wǎng)格位置和寬高信息預(yù)加載至GPU顯存,利用數(shù)千核心并行處理所有子區(qū)的互相關(guān)計(jì)算。工程師們優(yōu)化了線程調(diào)度,減少內(nèi)存訪問冗余,并自研子區(qū)網(wǎng)格動(dòng)態(tài)分配策略,以最大化調(diào)用GPU算力資源。


3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證實(shí)際效果,千眼狼工程師設(shè)計(jì)了六組實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)基于同一測試環(huán)境GPU 4070開展:


場景1 仿真旋轉(zhuǎn)

數(shù)據(jù)規(guī)模:有效子區(qū)個(gè)數(shù)0.4W

計(jì)算結(jié)果:左 開源算法耗時(shí)160ms,右 自研算法耗時(shí)僅54ms

場景1 仿真旋轉(zhuǎn).jpg

場景2 仿真輻射

數(shù)據(jù)規(guī)模:有效子區(qū)個(gè)數(shù)1.7W

計(jì)算結(jié)果:左 開源算法耗時(shí)696ms,右 自研算法耗時(shí)僅85ms

場景2 仿真輻射.jpg

場景3 圓桿拉伸

數(shù)據(jù)規(guī)模:有效子區(qū)個(gè)數(shù)0.3W

計(jì)算結(jié)果:左 開源算法耗時(shí)826ms,右 自研算法耗時(shí)僅64ms


場景3 圓桿拉伸.jpg

場景4 三點(diǎn)彎

數(shù)據(jù)規(guī)模:有效子區(qū)個(gè)數(shù)0.7W

計(jì)算結(jié)果:左 開源算法耗時(shí)2011ms,右 自研算法耗時(shí)僅109ms

場景4 三點(diǎn)彎.jpg

場景5 孔洞拉伸

數(shù)據(jù)規(guī)模:有效子區(qū)個(gè)數(shù)3.2W

計(jì)算結(jié)果:左 開源算法耗時(shí)2755ms,右 自研算法耗時(shí)僅148ms

場景5 孔洞拉伸.jpg

場景6 拉伸裂紋

數(shù)據(jù)規(guī)模:有效子區(qū)個(gè)數(shù)6.6W

計(jì)算結(jié)果:左 開源算法耗時(shí)3855ms,右 自研算法耗時(shí)僅217ms

場景6 拉伸裂紋.jpg

六大實(shí)驗(yàn)場景耗時(shí)對比

千眼狼自研GPU加速算法較開源GPU 提速3–18倍,且子區(qū)規(guī)模越大優(yōu)勢越顯著。如圓桿拉伸0.3W子區(qū)提速3倍,6.6W子區(qū)拉伸裂紋場景提速18倍。

圖片2.png

六大實(shí)驗(yàn)場景精度對比

千眼狼工程師們使用帶有位移真值的仿真素材做精度對比,素材位移真值為振幅衰減的正弦函數(shù),繪制自研GPU計(jì)算結(jié)果、開源GPU計(jì)算結(jié)果和位移真值曲線如下:

圖片3.png

將兩組計(jì)算結(jié)果與真值的平均絕對誤差和均方根誤差如下:

搜狗高速瀏覽器截圖20250617184714.png

4實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過上述實(shí)驗(yàn)對比,千眼狼自主研發(fā)的局部DIC-GPU算法與開源GPU算法在精度一致的前提下,在效率、適用性、穩(wěn)定性上有較大提升。


1)效率:實(shí)現(xiàn)了較開源算法同計(jì)算場景下的3~18倍的提升。 

2)適用性:涵蓋從仿真到實(shí)拍不同場景,可高效處理萬級以上子區(qū)。

3)穩(wěn)定性:計(jì)算結(jié)果與開源方案誤差≤0.03pixel,滿足科研級精度需求。

5實(shí)驗(yàn)展望

千眼狼自主研發(fā)的局部DIC-GPU加速算法已融入DIC軟硬件生態(tài)系統(tǒng),幫助科研人員提高在焊接殘余應(yīng)力、裂紋尖端變形等局部應(yīng)變分析場景中的科研效率, 以更先進(jìn)的性能賦能科學(xué)研究與工業(yè)智造。

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