基于体矿化模型构模及可视化并行算法研究

The based voxel of orebody model is built directly orebody model based on volume visualization methods. When the drawing orebody scene is too large,or the number of voxel is excessive, orebody modeling of speed will be greatly reduced. Accordingly, this subject introduces in the orebody modeling processing based on the computer's parallel capabilities to study the parallel simulation technology and its 3D visualization of the orebody model based on voxel. First, study on rendering technique based on volume visualization for the parallel orebody modeling theory and algorithms according to orebody model based on volume visualization technique; second, research on the data processing mechanism for parallel communication, parallel computing and parallel rendering, taking parallel processing of the orebody data as the core; third, study on parallel volume rendering framework, and realize parallel rendering system prototype based on GPU parallel computing ability of microcomputer system, in order to solve speed problem of 3D volume visualization and modeling in the orebody model.

体矿化模型是基于体视化方法直接构建的矿化模型。但当场景过大、体素过多时，构模速度将大为降低。据此，本课题在体矿化模型的基础上引入计算机并行处理能力，来研究并行计算条件下的体矿化模型的构建及其三维可视化仿真技术。首先，以体矿化模型为基础，研究基于体视化绘制技术的并行构模理论及相关算法；其次，以矿体数据的并行处理为核心，研究并行通信、并行计算及并行绘制等数据处理机制；最后，研究并行体矿化模型的并行体绘制技术框架，并借助微机系统中GPU的并行计算能力实现系统原型，以期解决体矿化模型的三维体绘制与建模速度问题。

本项目进展顺利，基本上按照任务书中内容展开相关研究，项目的研究要点包括：.1）项目组基于体矿化模型中体素信息的离散性和独立性特点，引入并行计算理论，以分治处理方式并行构建体矿化模型。在该模型构模过程中，将体矿化模型所涉及的空间估值算法以其相应并行算法所代替。经分析，体矿化模型构模算法的空间复杂度主要来源于存储体素的数据多少，而时间复杂度主要决定于对样品数据的访问数量。但考虑到实际硬件条件的限制，矿体模型需要首先分割成若干子模型逐一并行处理后，再合并之，从而增加了构模时间。这时所用时间则主要取决于子模型个数，子模型计算时间、数据交换时间、逻辑处理等因素。总体来说，矿体并行构模所要计算的数据量越多越能获得较好的加速比。.2）并行体矿化模型是以三维空间上的体素集合来表达矿体，且传统光线投射算法的各条投射光线采样过程也具有独立性。基于此，课题组采用同时多条光线从视点出发穿过屏幕到达矿体体素集合，并沿视线方向从前到后对各体素进行重采样及合成，从而并行绘制出三维矿体模型。在体矿化模型体绘制中，存在大量不参与绘制的矿体体素，特别是在稀疏体数据情况下更加突出。针对该问题，本项目采用八叉树建立体素索引，利用包围盒方式对体素先行筛选、剔除，结果表明光线投射并行算法可获得较好优化。.3）采用CPU＋GPU框架完成体矿化模型的并行计算和并行绘制任务。按照代码具体实现位置的不同，框架分为CPU端系统和GPU端系统。其中，CPU端系统主要负责算法间的数据交换、进程调度、计算任务管理、逻辑事务处理等；GPU端系统主要执行并行计算和流水线型数据处理，实现各类并行算法。课题组以矿山真实数据为例，通过实现矿体模型管理、矿体模型构建、矿体绘制、数据管理等功能模块，实现了矿体快速建模及可视化并行系统原型。