Национальный исследовательский Томский государственный университет
Разработана GPU-ускоренная реализация метода граничных элементов BEM-PMCHWT на платформе CUDA для моделирования рассеяния электромагнитных волн на несферических частицах. В отличие от метода дискретных диполей, BEM дискретизирует только поверхность, обеспечивая масштабирование вычислительной сложности O(ka)² вместо O(ka)³. Реализованы три режима ускорения матрично-векторного произведения: плотное LU-разложение, pFFT и Surface pFFT. Ошибка расчёта эффективности рассеяния составляет менее 0,5% для сфер при ka ≤ 15. Показано, что BEM превосходит ADDA по скорости вычислений при усреднений на ≥ 60 ориентаций при ka = 20, что делает метод перспективным для задач атмосферной оптики, требующих расчёта рассеяния на крупных нерегулярных частицах
метод граничных элементов, рассеяние света, несферические частицы, CUDA, усреднение по ориентациям
1. Yurkin M.A., Hoekstra A.G. The discrete-dipole-approximation code ADDA: capabilities and known limitations // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. № 13. P. 2234–2247.
2. Poggio A.J., Miller E.K. Integral equation solutions of three-dimensional scattering problems // Computer Techniques for Electromagnetics. 1973. P. 159–264.
3. Rao S.M., Wilton D.R., Glisson A.W. Electromagnetic scattering by surfaces of arbitrary shape // IEEE Trans. Antennas Propag. 1982. V. 30. № 3. P. 409–418.
4. Saad Y., Schultz M.H. GMRES: A generalized minimal residual algorithm for solving nonsymmetric linear systems // SIAM J. Sci. Stat. Comput. 1986. V. 7. № 3. P. 856–869.
5. Phillips J.R., White J.K. A precorrected-FFT method for electrostatic analysis of complicated 3-D structures // IEEE Trans. Comput.-Aided Des. 1997. V. 16. № 10. P. 1059–1072.
6. Graglia R.D. On the numerical integration of the linear shape functions times the 3-D Green's function or its gradient on a plane triangle // IEEE Trans. Antennas Propag. 1993. V. 41. № 10. P. 1448–1455.
7. Saad Y. Iterative Methods for Sparse Linear Systems. — 2nd ed. — SIAM. 2003.
8. Harrington R.F. Field Computation by Moment Methods. — Macmillan. 1968.
9. Chang Y., Harrington R.F. A surface formulation for characteristic modes of material bodies // IEEE Trans. Antennas Propag. 1977. V. 25. № 6. P. 789–795.
10. Ergül Ö., Gürel L. The Multilevel Fast Multipole Algorithm (MLFMA) for Solving Large-Scale Computational Electromagnetics Problems. — Wiley-IEEE. 2014.
11. Mishchenko M.I., Travis L.D., Lacis A.A. Scattering, Absorption, and Emission of Light by Small Particles. — Cambridge University Press. 2002.
