文档介绍：硕士学位论文
基于 GPU 的虚拟心脏可视化系统
设计与实现
DESIGN AND REALIZATION OF THE VIRTUAL
HEART VISUALIZATION SYSTEM BASED ON
GPU
吴云峰
哈尔滨工业大学
2012 年 9 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
基于 GPU 的虚拟心脏可视化系统
设计与实现
硕士研究生: 吴云峰
导师: 王宽全教授
申请学位: 工学硕士
学科: 计算机科学与技术
所在单位: 计算机科学与技术学院
答辩日期: 2012 年 9 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
DESIGN AND REALIZATION OF THE VIRTUAL
HEART VISUALIZATION SYSTEM BASED ON
GPU
Candidate: Wu Yunfeng
Supervisor: Prof. Wang Kuanquan
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Computer Science and Technology
Affiliation: School puter Science and
Technology
Date of Defence: September, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
心肌细胞的数学模型是描述整个器官组织的电生理活动的基础模型。在基
础科学和临床诊断研究领域,研究人员使用这些模型来创建心脏的数值模拟,
并能取得比较理想的效果。心室的仿真和可视化涉及大量的数据和复杂的计算,
因此需要消耗巨大的内存带宽和计算能力。本文通过对细胞模型分析,发现仿
真计算过程可以使用并行方法进行加速。
GPU 是特别为计算密集,高度并行计算设计的。本文针对 GPU 的特点对
传统的电生理仿真进行改进,在 CUDA 架构实现心室的三维电生理仿真的并行
计算,提高心室的仿真效率。本文针对 GPU 硬件特点对仿真过程进行优化,重
新设计仿真核函数,最终实现了心室电生理仿真的在线可视化。
光线投射是科学计算可视化的一种重要方法,在绘制体数据内部细节方面,
它具有实现灵活,绘制质量高的优点,但也有运算量大,绘制速度慢的缺点。
针对这一问题,本文使用着色语言对基于 GPU 的可编程图形管线进行控制,利
用较为复杂的光照模型进行绘制。同时对于利用各种硬件加速办法对绘制流程
优化,在不降低绘制质量的同时,得到较快的绘制速度。
基于上述研究,本文实现了基于 GPU 的心室电生理仿真计算,并实现了在
线可视化。为了方便灵活的地对仿真过程控制,本文实现了在线仿真程序的交
互设计和解剖数据实时可视化与交互,并对功能模型及解剖数据的融合可视化
做了进一步的研究。在此基础上,本文设计开发了基于 GPU 的虚拟心脏的交互
式可视化平台。
关键词:CUDA;在线可视化;电生理仿真;数据融合;光线投射算法
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The numerical simulation of the cellular membranes form the basic model
describing the the electrical activity of the ans tissue. In the field of the
basic science and the clinical diagnosis, the numerical simulations of hearts are
created using these models and some desired results are achieved