本文關(guān)鍵詞：大規(guī)模輻射場景三維實時仿真關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：在先進核能系統(tǒng)的設(shè)計以及現(xiàn)役核電站的運維、延壽、退役工作中,核電安全標準對涉核作業(yè)方案的設(shè)計和工作人員的綜合素質(zhì)提出更高的要求。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,以模擬推演形式的大規(guī)模輻射場景三維實時仿真,能真實地模擬工作環(huán)境、沉浸式交互體驗作業(yè)方案、評估人員輻射受照風險,已成為快速地設(shè)計與分析核領(lǐng)域作業(yè)方案和虛擬培訓(xùn)工作人員的一種重要手段,但依然存在三維輻射場景因設(shè)備模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜繁多而無法實時渲染、缺乏便捷高效的三維人機交互方式,人員受照劑量評估耗時嚴重等問題亟待解決。針對上述問題,本文在調(diào)研國內(nèi)外核領(lǐng)域仿真研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對涉核作業(yè)及核領(lǐng)域三維實時仿真存在的問題,進行了深入的研究,基于超級蒙特卡羅核計算仿真軟件系統(tǒng)SuperMC實現(xiàn)了針對大規(guī)模輻射場景的沉浸式三維實時仿真和精確受照劑量仿真評估,主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點如下：1)提出了基于K-dimensional tree (KD樹)的大規(guī)模輻射場景快速構(gòu)建與優(yōu)化管理方法以及基于雙目視覺方法的場景立體渲染方法,發(fā)展了面向核設(shè)施大規(guī)模輻射場景的實時交互渲染方法,實現(xiàn)了大規(guī)模虛擬場景實時交互渲染,結(jié)合六自由度三維人機交互,提高了人員作業(yè)方案設(shè)計與優(yōu)化的效率。2)提出并實現(xiàn)了基于統(tǒng)一計算框架(Compute unified device architecture, CUDA)的多人協(xié)同作業(yè)受照劑量實時評估方法。本文基于CUDA的流處理器、共享顯存硬件框架和并行計算流程模型,發(fā)展了輻射環(huán)境中人體體素級受照劑量的并行計算方法,顯著降低百萬量級體素人體模型的受照劑量計算時間,滿足涉核作業(yè)三維仿真中對人體輻射劑量計算的實時性要求。3)設(shè)計并構(gòu)建了能夠進行高沉浸感實時交互仿真原型系統(tǒng),并應(yīng)用到加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)鉛基堆換料機的維修更換作業(yè)方案設(shè)計與驗證中。該系統(tǒng)可直觀交互演練與優(yōu)化作業(yè)過程,并實時評估人體受照劑量,對于提高核設(shè)施的工作方案的設(shè)計與驗證效率、輔助優(yōu)化方案、豐富人員輻射安全防護培訓(xùn)方式和降低核能從業(yè)人員培訓(xùn)成本等具有重要意義。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.9;TM623

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