Везде

RAS MathematicsПрограммирование Programming and Computer Software

  • ISSN (Print) 0132-3474
  • ISSN (Online) 3034-5847

Theoretical bases of mathematical apparatus of parallel computing realization in computer-aided design systems

You can
PII
10.31857/S0132347424050012-1
DOI
10.31857/S0132347424050012
Publication type
Article
Status
Published
Authors
E. Konopatskiy
  • Affiliation: Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering
Volume/ Edition
Volume / Issue number 5
Pages
3-13
Abstract
The purpose of the work is the development of mathematical apparatus and computational algorithms for the implementation of parallel computing in geometric modeling and computer-aided design systems. The analysis of existing approaches to the implementation of parallel computing in CAD systems has been carried out. As a result, it was found that for most information modeling and computer-aided design systems, there is no support for parallel computing at the level of the geometric kernel. A concept for the development of a CAD geometric kernel based on the invariants of parallel projection of geometric objects onto the axes of the global coordinate system is proposed, which combines the potential of constructive methods of geometric modeling capable of providing parallelization of geometric constructions by tasks (message passing) and the mathematical apparatus of “Point Calculus”, capable of implementing parallelization by data through coordinate-by-coordinate calculation (data parallel). The use of coordinate-by-coordinate calculation of point equations not only allows you to parallelize calculations along coordinate axes, but also ensures the consistency of computational operations along streams, which significantly reduces the idle time of calculations and optimizes the processor’s work to achieve the maximum effect from the use of parallel computing.
Keywords
САПР математический аппарат параллельные вычисления точечное исчисление покоординатный расчет координатный вектор инварианты параллельного проецирования скрытый параллелизм
Date of publication
17.09.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
19

References

  1. 1. Разработка параллельного программного кода для расчетов задачи радиационной магнитной газодинамики и исследования динамики плазмы в канале КСПУ / В.А. Бахтин, Д.А. Захаров, А.Н. Козлов, В.С. Коновалов // Научный сервис в сети Интернет. 2019. № 21. С. 105–118. https://doi.org/10.20948/abrau-2019-80
  2. 2. Пекунов В.В. Предицирующие каналы в параллельном программировании: возможное применение в математическом моделировании процессов в сплошных средах // Программные системы и вычислительные методы. 2019. № 3. С. 37–48. https://doi.org/10.7256/2454-0714.2019.3.30393
  3. 3. Воробьев В.Е., Мурынин А.Б., Хачатрян К.С. Высокопроизводительная регистрация пространственных спектров морского волнения при оперативном космическом мониторинге обширных акваторий // Исследование Земли из космоса. 2020. № 2. С. 56–68. https://doi.org/10.31857/S0205961420020062
  4. 4. Goncharsky A.V., Romanov S.Y., Seryozhnikov S.Y. Implementation and performance of wave tomography algorithms on SIMD CPU and GPU computing platforms // Numerical Methods and Programming. 2021. V. 22. No 4. P. 322–332. https://doi.org/10.26089/NumMet.v22r421
  5. 5. Шмаков И.А., Иордан В.И., Соколова И.Е. Компьютерное моделирование св-синтеза алюминида никеля методом молекулярной динамики в пакете LAMMPS с использованием параллельных вычислений // Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии. 2018. Т. 2. № 1. С. 48–54.
  6. 6. Федотов В.Л. Использование архитектуры параллельных вычислений в подходе к построению самолетных комплексов систем управления // Навигация и управление летательными аппаратами. 2019. № 1(24). С. 12–20.
  7. 7. Пекунов В.В. Улучшенная балансировка загрузки процессоров при численном решении задач механики сплошной среды, осложненных химической кинетикой // Кибернетика и программирование. 2021. № 1. С. 13–19. https://doi.org/10.25136/2644-5522.2021.1.35101
  8. 8. Параллельный алгоритм трассировки лучей для анализа поля излучения и построения обскурограмм излучающего газа / О.Г. Ольховская, В.А. Гасилов, А.М. Котельников, М.В. Якобовский // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. № 143. С. 1–16. https://doi.org/10.20948/prepr-2018–143
  9. 9. Development of parallel algorithms for intelligent transportation systems / B.N. Chetverushkin, A.A. Chechina, N.G. Churbanova, M.A. Trapeznikova // Mathematics. 2022. V. 10. No. 4. https://doi.org/10.3390/math10040643
  10. 10. Кучеров Д.П., Моргун К.О., Аникеенко Л.С. Средства управления параллельными вычислениями в задачах компьютерной графики // Наукоємні технології. 2018. Т. 38. № 2. С. 178–186. https://doi.org/10.18372/2310-5461.38.12833
  11. 11. Nizovskikh A.S., Koporushkin P.A., Tarasenko R.R. Problems of parametric approach in some modern CAD // Современные проблемы теории машин. 2016. No. 4–1. P. 83–85.
  12. 12. Абрамов О.В. Вычислительная среда для решения задач автоматизации проектирования на многопроцессорных системах // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ. 2018. Т. 5. С. 28–30.
  13. 13. A large-scale parallel hybrid grid generation technique for realistic complex geometry / Z. Zhao [et al.] // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2020. V. 92. No. 10. P. 1235–1255. https://doi.org/10.1002/fld.4825
  14. 14. Kukreja A., Dhanda M., Pande S.S. Voxel-based adaptive toolpath planning using graphics processing unit for freeform surface machining. Journal of Manufacturing Science and Engineering. Transactions of the ASME. 2022. 144(1). https://doi.org/10.1115/1.4051535
  15. 15. de Matos Menezes M., Viana Gomes de Magalhães S., Aguilar de Oliveira M., Randolph Franklin W., de Oliveira Bauer Chichorro R.E. Fast parallel evaluation of exact geometric predicates on GPUs. CAD Computer Aided Design. 2022. 150. https://doi.org/10.1016/j.cad.2022.103285
  16. 16. Ощепков А.Ю., Попов С.Е. Разработка информационно-вычислительной системы на базе Apache Hadoop для обработки гипер-и мультиспектральных данных дистанционного зондирования земли. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии. 2016. № 3. С. 95–105.
  17. 17. Zieg J., Zawada D.G. Improving esri arcgis performance of coastal and seafloor analyses with the python multiprocessing module. Journal of Coastal Research. 2021. 37(6). P. 1288–1293. https://doi.org/10.2112/JCOASTRES-D-21-00026.1
  18. 18. Hariri S., Weill S., Gustedt J., Charpentier I. Pairing GIS and distributed hydrological models using MATLAB. 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-030-72543-3_103
  19. 19. Wang Y., Ai B., Qin C., Zhu A. A load-balancing strategy for data domain decomposition in parallel programming libraries of raster-based geocomputation. International Journal of Geographical Information Science. 2022. 36(5). P. 968–991. https://doi.org/10.1080/13658816.2021.2004603.
  20. 20. Волошинов Д.В., Соломонов К.Н. Программно-аппаратная реализация конструктивных геометрических моделей // Труды Международной конференции по компьютерной графики и зрению “Графикон”. 2020. № 30. С. 83–98. https://doi.org/10.51130/graphicon-2020-1-83-98
  21. 21. Балюба И.Г. Точечное исчисление: Учебно-методическое пособие / И.Г. Балюба, Е.В. Конопацкий, А.И. Бумага. – Макеевка: Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, 2020. 244 с.
  22. 22. Конопацкий Е.В. Моделирование дуги обвода на основе конфигурации Дезарга / Е.В. Конопацкий, И.Г. Балюба // Омский научный вестник. 2022. № 3(183). С. 5–9. https://doi.org/10.25206/1813-8225-2022-183-5-9
  23. 23. Глаголев Н.А. Проективная геометрия / Н.А. Глаголев // М.: Высшая школа, 1963. 244 с.
  24. 24. Konopatskiy E.V. Geometric modeling of multifactor processes and phenomena by the multidimensional parabolic interpolation method / E.V. Konopatskiy, A.A. Bezditnyi // Journal of Physics: Conference Series: XIII International Scientific and Technical Conference “Applied Mechanics and Systems Dynamics”, Omsk, 05–07 ноября 2019 года. V. 1441. Omsk: Institute of Physics Publishing, 2020. P. 012063. https://doi.org/10.1088/1742–6596/1441/1/012063.
  25. 25. Конопацкий Е.В. Геометрическое моделирование многофакторных процессов на основе точечного исчисления: специальность 05.01.00 “Инженерная геометрия и компьютерная графика»: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Конопацкий Евгений Викторович. – Нижний Новгород, 2020. 307 с.
  26. 26. Конопацкий Е.В. Геометрические основы параллельных вычислений в системах компьютерного моделирования и автоматизированного проектирования / Е.В. Конопацкий // Труды Международной конференции по компьютерной графике и зрению “Графикон”. 2022. № 32. С. 816–825. https://doi.org/10.20948/graphicon-2022-816-825
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library