|
|
Simulace fyzikálních jevů s využitím celulárních automatů
Martinek, Dominik ; Smrčka, Aleš (oponent) ; Peringer, Petr (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá modelováním a simulací fyzikálních jevů, u nichž se využívají celulární automaty. Jsou zde vyjmenovány a popsány základní metody, které se k modelování fyzikálních jevů využívají. U každého modelu jsou uvedena přechodová pravidla zároveň s jejich odvozením. Tato pravidla se pak používají v implementovaných modelech. V práci je pak uveden návrh aplikace, která slouží k simulaci jednotlivých modelů. Podle tohoto návrhu byla vytvořena aplikace, s jejíž pomocí byla provedena simulace ukázkových příkladů. Každý příklad se zabývá jednou oblastí fyzikálních jevů. V práci jsou pak zaznamenány výstupy jednotlivých modelů včetně zhodnocení jednotlivých závěrů. Jeden vybraný příklad byl rovněž zparalelizován a byly změřeny časy výpočtu s využitím různého počtu procesorů.
|
|
|
Nelineární řízení komplexních soustav s využitím evolučních přístupů
Minář, Petr ; Ošmera, Pavel (oponent) ; Oplatková,, Zuzana Komínková (oponent) ; Matoušek, Radomil (vedoucí práce)
Problematika optimalizace složitých soustav za použití algoritmů umělé inteligence, je relativně nový vědní obor a má mnohé způsoby využití v technické praxi. Vhodné algoritmy na řešení podobných úloh jsou třeba genetický algoritmus, diferenciální evoluce, algoritmus HC12, metoda nelder-mead, fuzzy logika a gramatická evoluce. Kompletní řešení je prezentováno na vybraných příkladech od matematických soustav nelineárních systémů, až po praktické úlohy spolu s návrhem antén a stabilizace deterministického chaosu. Práce si klade za cíl navržení jednotlivých postupů využití algoritmů umělé inteligence při vícekriteriální optimalizaci. K dosažení optimálních výsledků slouží navržené softwarové řešení na základě multi-platformové aplikace v rámci Matlab a Java rozhraní. Softwarové řešení spojuje všechny algoritmy do ucelené aplikace a dále rozšiřuje možnosti uplatnění výsledků na reálných soustavách a v technické praxi.
|
|
|
Rychlá rekonstrukce fotoakustických obrazů
Kukliš, Filip ; Dvořák, Václav (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Schopnost rekonstrukce fotoakustických obrazů je důležitým předpokladem pro studium měkkých tkaniv, nebo vaskulárního a lymfatického systému v malém prostoru a ve vysokém rozlišení. V současné době řešení vyžaduje enormní výpočetní výkon a je znatelně časově náročný. V této studii by jsme rádi představili nové řešení, které by bylo mnohem rýchlejší a jednodušší na použití. Moje řešení je až 20x rychlejší a potřebuje o čtyřicet procent méně paměti. Toto řešení může být lepší alternativou pro vědce, kteří studují měkké tkáně pomocí fotoakustického zobrazování.
|
|
|
Miniaturní výpočetní cluster složený z mikrokontrolerů
Šídlo, Boleslav ; Mrázek, Vojtěch (oponent) ; Bidlo, Michal (vedoucí práce)
Cílem této práce je prozkoumat možnosti využití miniaturního výpočetního clusteru, složeného z jednoduchých mikrokontrolérů, pro paralelní výpočty. Práce zkoumá chování tohoto výpočetního clusteru při řešení různých typů úloh, popisuje jeho možnosti a omezení. Pokusy byly prováděny na výpočetním clusteru tvořeném čtyřmi vývojovými deskami, které byly osazeny 8-bitovými čipy a komunikovaly přes I2C rozhraní. Výsledkem pokusných měření je srovnání rychlosti výpočtu při použití jednoho mikrokontroléru a při použití clusteru. Experimentálně bylo zjištěno, že v případě aplikací, které nevyžadující velký objem přenášených dat, lze dosáhnout výrazného urychlení. Dále se potvrdil předpoklad, že takto jednoduché mikrokontroléry nejsou vhodné pro výpočty s desetinnými čísly, které vyžadují velkou přesnost.
|
|
|
Light Propagation Volumes
Růžička, Tomáš ; Tóth, Michal (oponent) ; Milet, Tomáš (vedoucí práce)
Cílem diplomové práce je popsat různé metody výpočtu globálního osvětlení scény včetně techniky Light Propagation Volumes. Pro tuto metodu jsou podrobně popsány všechny tři kroky výpočtu: injekce, propagace a vykreslení. Dále je navrženo několik vlastních rozšíření zlepšující grafickou kvalitu metody. Části návrhu a implementace jsou zaměřeny na popis scény, zobrazovacího systému, tvorby stínů, implementace metody Light Propagation Volumes a navržených rozšíření. Práci uzavírá měření, porovnání výsledných obrázků aplikace při různých parametrech výpočtu a shrnutí práce se zhodnocením dosažených výsledků s návrhy pro budoucí vylepšení.
|
|
|
Knihovna pro zpracování obrazu v GPU
Čermák, Michal ; Španěl, Michal (oponent) ; Smrž, Pavel (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá architekturou grafických karet Nvidia a s ní související programátorské rozhranní CUDA, které je využito při tvorbě knihovny akcelerující algoritmy zpracování obrazu. Velký důraz je kladen na testování výkonnostního zisku oproti optimalizované a používané knihovně OpenCV.
|
|
|
Akcelerace numerického výpočtu vedení tepla v tuhých tělesech v inverzních úlohách
Ondruch, Tomáš ; Komínek, Jan (oponent) ; Pohanka, Michal (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá možnostmi urychlení numerických výpočtů, které jsou prováděny v rámci řešení úloh vedení tepla v tuhých tělesech. Práce shrnuje základní poznatky o principech přenosu tepla s důrazem na vedení. Dále se věnuje teorii metody kontrolních objemů, která umožňuje převést danou přímou úlohu vedení tepla do tvaru soustavy lineárních rovnic s řídkou maticí. Přehledově je popsána problematika inverzních úloh vedení tepla, v rámci kterých jsou výpočty přímých úloh intenzivně využívány. Jsou představeny vybrané numerické metody, které lze pro účely časově efektivního řešení přímých úloh vedení tepla využít. Vysvětleny jsou poznatky o implementaci výpočtů a jejich testování na modelové úloze dvourozměrného vedení tepla. Dosažené výsledky jsou porovnány a zhodnoceny z hlediska časové náročnosti testovaných přístupů.
|
|
|
Akcelerace zpracování dat z MRI na GPU
Kešner, Filip ; Nečas, Ondřej (oponent) ; Polok, Lukáš (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce byla vypracována v průběhu studijního pobytu na Universita della Svizzera italiana ve Švýcarsku. Identifikace trajektorií neuronových vláken uvnitř lidského mozku má velký význam v mnoha lékařských aplikacích, jako neurologická diagnostika, neuro-navigace, léčba epilepsie, chirurgické operace a tak dále. Za použití dat z MRI, metod postavených na Markovských řetězích a Monte Carlu mohou být možné trajektorie vypočítany a ty nejpravděpodobnější zobrazeny. Tyto informace o trajektoriích mohou sloužit jako vstup pro pokročilé metody lékařské diagnotiky a léčby. Vzhledem k obrovskému množství dat a velkého počtu iterací toto může být časově náročný proces. Za účely, jako jsou statistická analýza a/nebo porovnávání několika datových sad a/nebo pacientů, požadavky na výpočetní čas jsou enormní. Rychlejší diagnóza může také přinést nasazení léčby dříve. Nyní existuje jen velmi málo implementací softwaru pro neurální traktografii. Implementací softwaru pro pravděpodobnostní neurální traktografii je ještě méně. Nynější implementace, provádějící všechny operace postupně na CPU, jsou značně pomalé. Účelem této práce je poskytnout efektivní implementaci, která vvyužíva GPU. Za účelem implementace na GPU, je poskytnuto porovnaní technologíí CUDA a OpenCL.
|
|
| |
|
|
Acceleration of Axisymetric Ultrasound Simulations
Kukliš, Filip ; Vaverka, Filip (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
The simulation of ultrasound propagation through soft biological tissue has a wide range of practical applications. These include the design of transducers for diagnostic and therapeutic ultrasound, the development of new signal processing and imaging techniques, studying the aberration of ultrasound beams in heterogeneous media, ultrasonic tissue classification, training ultrasonographers to use ultrasound equipment and interpret ultrasound images, model-based medical image registration, and treatment planning and dosimetry for high-intensity focused ultrasound. However, ultrasound simulation presents a computationally difficult problem, as simulation domains are very large compared with the acoustic wavelengths of interest. But if the problem is axisymmetric, the governing equations can also be solved in 2D. This allows running simulations with larger grid size, with less computational resources and in a shorter time. This paper model and implements an acceleration of the Full-wave Nonlinear Ultrasound Simulation in an Axisymmetric Coordinate System implemented in Matlab using Mex Files for FFTW DST and DCT transformations. The axisymmetric simulation was implemented in C++ as an extension to the open source K-WAVE toolbox. The codes were optimized to run using one node of Salomon supercomputer cluster (IT4Innovations, Ostrava, Czechia) with two twelve-core Intel Xeon E5-2680v3 processors. To maximize computational efficiency, several stages of code optimization were performed. First, the FFTs were computed using the real-to-complex FFT from the FFTW library. Compared to the complex-to-complex FFT, this reduced the compute time and memory associated with the FFT by nearly 50%. Also, real-to-real DCTs and DSTs were computed using FFTW library, which ones in Matlab version, had to be invoked from dynamically loaded MEX Files. Second, to save memory bandwidth, all operations were computed in single precision. Third, element-wise operations were parallelized using OpenMP and then optimized using streaming SIMD extensions (SSE). The overall computation of the C++ k-space model is up to 34-times faster and uses less than one-third of the memory than Matlab version. The simulation which would take nearly two days by Matlab implementation can be now computed in one and half hour. This all allows running the simulation on the computational grid with 16384 × 8192 grid points within a reasonable time.
|
host ::
RSS.