本文關(guān)鍵詞：駕馭式虛擬心臟仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：心臟疾病是威脅人類健康的一大殺手,借助計(jì)算機(jī)仿真可以對(duì)心臟的工作原理、致病機(jī)制和藥物影響進(jìn)行定量和定性的研究。但是,進(jìn)行虛擬心臟仿真的效率問題一直困擾著相關(guān)研究人員。一方面,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常需要在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中修改參數(shù),試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。每次修改參數(shù),都需要重新開始仿真實(shí)驗(yàn),修改參數(shù)之前的仿真計(jì)算存在浪費(fèi)時(shí)間的問題,造成了實(shí)驗(yàn)效率的低下。本文提出借助駕馭式計(jì)算技術(shù)來解決這一問題。另一方面,在進(jìn)行組織模型仿真時(shí)計(jì)算量非常巨大,使用基于CPU的算法只能借助服務(wù)器集群技術(shù)才能使得虛擬心臟仿真成為可能,但是服務(wù)器集群硬件成本過高,本文討論了基于GPU的并行算法來解決仿真計(jì)算的效率問題,使得在個(gè)人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬心臟仿真成為可能。系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器模式,客戶端采用QT圖形界面技術(shù)和VTK數(shù)據(jù)繪制技術(shù)作為基礎(chǔ)構(gòu)件,使用Python語言編寫。駕馭式控制邏輯使用有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)描述。定義了一種基于TCP協(xié)議的通信方法在客戶端與服務(wù)端之間進(jìn)行通信。服務(wù)端使用CUDA(Compute Unified Device Architecture)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種虛擬心臟仿真的GPU并行計(jì)算算法,以及在多GPU系統(tǒng)上擴(kuò)展的算法。采用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)并結(jié)合Lua語言實(shí)現(xiàn)了一種細(xì)胞模型無關(guān)的仿真計(jì)算框架,使得系統(tǒng)可以方便的擴(kuò)展新的細(xì)胞模型。本文通過從縱向?qū)Ρ攘薈PU仿真算法與GPU并行仿真算法的速度,表明GPU并行算法在數(shù)據(jù)量較大時(shí)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。從橫向?qū)Ρ攘藛蜧PU與多GPU算法的速度,結(jié)果表明在組織模型中有多種細(xì)胞時(shí),多GPU算法可以獲得更好的性能,當(dāng)組織模型中只有一種細(xì)胞時(shí),多GPU算法與單GPU算法性能相同。虛擬心臟仿真為人們研究心臟工作機(jī)制、心臟致病機(jī)理提供了一種有效的研究方法,本文將駕馭式計(jì)算方法與虛擬心臟仿真結(jié)合,同時(shí)使用GPU并行計(jì)算算法,能夠有效地提高仿真實(shí)驗(yàn)的效率,為相關(guān)研究人員提供了一個(gè)有力的研究平臺(tái)。
【關(guān)鍵詞】：虛擬心臟 駕馭式 GPU CUDA 仿真
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R541;TP391.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-13
• 1.1 課題來源8
• 1.2 課題背景與研究意義8-9
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容11-13
• 第2章 虛擬心臟電生理模型與計(jì)算13-19
• 2.1 心肌細(xì)胞模型13-15
• 2.2 心肌組織模型15-17
• 2.3 數(shù)值求解方法17-18
• 2.4 本章小結(jié)18-19
• 第3章 GPU加速方法與計(jì)算框架設(shè)計(jì)19-33
• 3.1 CUDA編程模型19-21
• 3.2 GPU并行運(yùn)算算法及多顯卡系統(tǒng)上的擴(kuò)展算法21-26
• 3.2.1 仿真運(yùn)算的GPU加速方法21-23
• 3.2.2 多顯卡系統(tǒng)上的擴(kuò)展23-26
• 3.3 細(xì)胞模型無關(guān)的虛擬心臟仿真框架26-32
• 3.3.1 Lua語言與C++語言的交互26-28
• 3.3.2 細(xì)胞模型無關(guān)仿真框架的設(shè)計(jì)28-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第4章 駕馭式計(jì)算服務(wù)器與客戶端的設(shè)計(jì)33-46
• 4.1 客戶端服務(wù)器總體架構(gòu)與通信協(xié)議33-34
• 4.1.1 總體架構(gòu)33-34
• 4.1.2 通信協(xié)議34
• 4.2 駕馭式系統(tǒng)服務(wù)器的設(shè)計(jì)34-39
• 4.2.1 組織模型幾何數(shù)據(jù)解析34-36
• 4.2.2 仿真計(jì)算36-38
• 4.2.3 仿真計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)的讀寫38-39
• 4.3 駕馭式系統(tǒng)客戶端的設(shè)計(jì)39-45
• 4.3.1 客戶端通信機(jī)制的設(shè)計(jì)39-40
• 4.3.2 駕馭式狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)40-42
• 4.3.3 參數(shù)的可視化編輯42-44
• 4.3.4 駕馭式圖形控制接口的設(shè)計(jì)44-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第5章 系統(tǒng)功能與性能測(cè)試46-54
• 5.1 系統(tǒng)功能測(cè)試46-51
• 5.1.1 通信模塊測(cè)試46-47
• 5.1.2 體數(shù)據(jù)可視化測(cè)試47-48
• 5.1.3 參數(shù)可視化編輯測(cè)試48-49
• 5.1.4 仿真計(jì)算測(cè)試49-50
• 5.1.5 仿真狀態(tài)保存與恢復(fù)測(cè)試50-51
• 5.2 系統(tǒng)性能測(cè)試51-52
• 5.3 本章小結(jié)52-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果59-61
• 致謝61

【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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5 劉金秋;計(jì)算機(jī)模擬心臟電生理的研究進(jìn)展[J];中國(guó)心臟起搏與心電生理雜志;2001年01期

6 張力峰,劉鋒,呂維雪;虛擬心臟的研究與應(yīng)用[J];中國(guó)醫(yī)療器械雜志;2000年02期

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本文編號(hào)：550659