基于GPU的微系統三維仿真.pdf

1、本文中的微系統是泛指尺寸比較微小、在通常狀態(tài)下用肉眼難以直接觀察的系統，其含義較為寬泛，除了包含傳統意義上的微機電系統(MEMS)外，還可以包括模式生物學領域中細胞群體組成的微小系統等。由于微系統尺寸微小，難以觀察，對它們進行三維仿真就具有非常重要的意義。首先，通過對微系統的三維仿真，給出與現實事物一致的三維實體，使人門能夠獲得對微小物體的直觀認識；其次，在此基礎上，通過不斷修正模型來逼近真實情況的這樣一種虛擬和現實的交互過程，可以探索

2、事物內在的本質。
　　 將不同學科中微小尺寸系統的三維仿真問題進行歸類研究的意義在于，他們具有尺寸微小、結構復雜，精度高，計算量大的共同特點，實現仿真精度和時間的平衡是他們面臨的主要問題，通過對仿真步驟的抽象和歸納，再對比不同加速平臺與微系統三維仿真的適應程度，本文提出了基于GPU的并行任務劃分方法與并行程序優(yōu)化方法來改善微系統三維仿真的效率。
　　 在MEMS三維工藝仿真方面，首先給出MEMS器件幾何形體描述方法，并使

3、用數學形態(tài)學對MEMS常用工藝建模，然后針對這些模型進行面向并行加速的工藝分類，給出各類基于GPU的并行加速方法的具體實現。最后，通過多分辨率版圖自動轉換的實現和對工藝仿真系統的仿真流程進行集成和優(yōu)化，實現了MEMS器件多分辨率三維工藝仿真功能。該功能與并行工藝仿真核心相結合，構成了完整的并行MEMS三維工藝仿真系統，驗證了基于GPU的并行任務劃分方法與并行程序優(yōu)化方法的有效性。
　　 接下來，為了驗證并行加速方法的適用性，本文

4、又實現了基于GPU的生物模式形成三維仿真程序。程序通過并行計算生物模式形成的反應擴散方程模型，并利用體繪制三維顯示方法，實現了對肺血管分支結構的三維仿真。在驗證并行加速方法有效性的基礎之上，將仿真結果進一步推廣，提出了腔體結構的肺血管生長模型，并利用基于GPU的三維仿真程序成功實現了對該結構模式形成過程的模擬。
　　 經實驗驗證，使用基于GPU的并行加速方法，使MEMS三維工藝仿真速度獲得了100倍左右的提升，為實現高精度、基于