冷冻电镜是一种对生物样本进行三维重构的技术,它能够获得近原子分辨率的三维结构。随着数据量的增大和图像分辨率的提高,人们对算法的速度和效率有了更高的需求。为了满足或适应日益增长的需求,便于开展更多的研究,人们研发了诸如THUNDER的重构算法软件包。THUNDER具有自适应参数调整的特点,可降低三维重构的难度。但其中的卷积算法依赖快速傅立叶变换（FFT）和逆变换（i FFT）,导致程序并行效果不好,所以对THUNDER进一步优化有很大意义。本文主要对THUNDER的卷积算法进行了优化。首先,对三维圆周卷积从内存空间和循环次数两方面进行改进;其次,将改进后的算法嵌入THUNDER中,不仅保持了三维重构结构的分辨率,并且成功实现了卷积的并行计算;最后,在图形处理器（GPU）中实现改进算法,并适配多GPU的情况,计算速度较单GPU提升了3.42倍左右。本文从以下四个方面进行研究:1.研究了THUNDER程序卷积计算部分的优化方案。本文制定的研究方案是利用卷积定理将THUNDER程序中使用FFT计算卷积的方法替换为直接计算卷积的方法。介绍了一维及三维离散频域卷积定理,从理论方面验证了优化方案的可行性。此外对优化方案的理论进行了相关验证,实现了具体的优化方案。2.对三维圆周卷积算法进行了改进。给出了改进算法的步骤,并利用MATLAB对其编程,得到的结果与卷积定理实现的结果一致。相较于传统算法,改进算法只需要更小的内存空间和更少的循环次数即可得到相同结果。3.实现了将改进算法嵌入THUNDER程序中。在神威·太湖之光超级计算平台中,对改进算法编制了并行计算程序,并对程序进行必要的优化,同时将其嵌入THUNDER程序中,运行修改后的程序,得到三维重构的结构。4.在GPU中实现改进算法,并将程序推广至多GPU运行的情况,取得了3.42倍左右的速度提升。