生物膜材料的GPU并行运算和图像处理

来源 :桂林电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jswrde
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
晶格玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method,简称LBM)是一种用于计算流体动力学的方法,其最早起源于格子气自动机(Lattice Gas Automate,简称LGA)模型,而后经过几代科研工作者的不断研究与改进最终得到完善。LBM由于天然的并行性、易于实现的边界处理以及较高的计算精度,特别适合当今热门的并行计算领域,这也极大地促进了物理学与计算机科学两门学科的交叉与互融。随着5G时代的来临,信息传输速度得到极大提升。同时在LBM数值计算领域,有关于计算速度方面的问题也开始被人们所关注。现如今发现显卡计算服务集群在云计算中的应用较为突出,于是将LBM与图形处理器计算结合的想法应运而生。图形处理器(Graphics Processing Unit,简称GPU)本来的任务是做计算机中图形图像的,即把数据处理成图形图像。早些时候的GPU是不可编程的,而后英伟达公司研发了基于GPU上的并行计算构架——CUDA(Compute Unified Device Architecture,简称CUDA),于此便开启了CUDA渲染时代。这同时也大大提高了LBM方面的计算速度,经测试最大加速比可达到百倍。当今生物膜材料应用得非常广泛,很多心脏瓣膜病患者在确诊之后,都会选择使用心脏瓣膜置换术来进行治疗,这就需要对于瓣膜结构有一个比较全面的了解与认识。因此研究清楚瓣膜如何优化输出,就显得格外重要。本文的研究内容包括以下三方面:1.对CUDA并行计算架构进行解析,并对CUDA在图像处理的上的应用前景进行介绍。2.利用CUDA并行计算架构来对LBM计算进行加速,以泊松流来为研究对象,来证程序结果的正确性。3.使用LBM模拟了嵌入多孔组织的初始淋巴管和有两对瓣膜的集合淋巴管。淋巴系统是人体内重要的防御功能系统,它没有像血液循环系统中心脏一样的动力泵,淋巴液的驱动主要靠淋巴管的自主收缩来完成(肺淋巴系统是靠肺泡的运动)。淋巴管内一氧化氮产生、扩散和衰减对淋巴管的自主收缩起重要作用。
其他文献
结构化矩阵低秩逼近及其相关优化问题是数值代数和非线性优化领域中研究和探讨的重要课题之一.它在信号处理,图像处理,模型约化,计算机视觉等科学计算领域中有着广泛的应用.本文系统研究了如下几类结构化矩阵低秩逼近问题的理论与数值方法.第二章,研究了 Hankel矩阵低秩逼近问题(?)利用矩阵的秩函数与其奇异值之间的关系将问题的秩约束转化为等式约束,再通过罚函数方法和Ky Fan的极大极小值定理处理等式约束
Nosé-Hoover系统是热力学中的一类重要模型.当储层质量适当时,该模型具有较好的遍历性,能准确地描述热力学中的Gibbs现象;随着储层质量的增大,系统展示出非遍历性,模型偏离了假设.因此,系统的遍历性研究在热力学中具有重要的意义.本文以热力学为背景,围绕耦合Logistic恒温器Nosé-Hoover谐振子模型展开,并对接触哈密顿系统的动力学进行研究.本论文的主要内容包括两部分.第一部分,我
压缩感知理论近年来被很多学者研究,其主要用于解决稀疏信号及图像恢复问题.本文基于压缩感知理论,研究在已知部分支撑集条件下,修正的迭代硬阈值追踪算法恢复稀疏信号的充分条件,并且提出修正的共轭梯度硬阈值追踪算法,主要研究结果如下:第一、研究了在已知部分支撑集条件下,修正的迭代硬阈值追踪算法恢复稀疏信号的充分条件.给出可以稳定恢复稀疏信号的理论证明,相比传统的硬阈值追踪算法表明在已知部分支撑集的情况下可
本文利用平面动力系统分支理论研究了修正的Camassa-Holm(mCH)方程行波解的具体参数表达式以及椭圆周期peakon解的轨道稳定性.首先,我们将mCH方程转化为一个平面系统,然后得到了该系统的首次积分和代数曲线.利用首次积分和代数曲线,我们得到了由双曲函数表示的新的peakon解.除此之外,我们还得到了由椭圆函数和三角函数表示的新的周期peakon解.对于该方程椭圆周期peakon解的轨道
随着各国对海洋资源开发力度的不断加大,人们迫切地希望找到一种更高效、稳定的水下定位技术以满足探索海洋的需求。当前水下定位常用的技术有声波定位技术与视觉定位技术。视觉定位由于易受到水下复杂环境的影响且增加了自主式水下潜航器(AUV)的体积与功耗,严重限制了其在海水中的应用。目前声波定位技术发展已较为成熟,但是仅能满足远距离的粗略定位,近距离的定位精度依然不能满足需求,且声波传输在水下存在着信息易被窃
Stiefel流形优化问题广泛应用于低秩相关矩阵、线性特征值问题、稀疏主成分分析、组合优化、原子化学等领域.本学位论文主要研究Stiefel流形约束下广义Sylvester方程最小二乘问题,以及机器学习特征提取中一类乘积流形约束矩阵迹函数方程极小化问题.结合问题模型特点,引入不同的黎曼优化方法对问题进行求解.具体研究内容如下:第二章基于欧式空间中的MPRP共轭梯度法研究Stiefel流形约束下广义
本文主要研究非线性稳态Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程的两网格有限元算法.PNP方程是一类偏微分方程耦合系统,用于描述溶质生物分子体系中移动离子的电扩散.本文的研究内容有以下三部分.第一,针对一类非线性稳态的PNP方程,给出了有限元离散形式以及有限元法的H1模误差估计,并用数值实验验证了理论的正确性.第二,针对这类非线性稳态的PNP方程,设计了半解耦和全解耦两类两网格有限元
本文系统研究了基于超出值的合作博弈的解和向量值合作博弈的解及其应用.首先,提出合作博弈基于个人超出值的最小二乘预核仁与核仁求解模型并分析相关性质.进一步,将合作博弈拓展到多维空间,给出了向量值合作博弈一种新的基于超出值的目标规划求解方法.分别给出基于联盟超出值和基于个人超出值的目标规划求解方法,并将其应用于求解多目标线性生产问题和多情况成本分摊问题中.取得的成果如下:一、基于个人超出值建立经典合作
随着电子技术与计算机科学的不断发展,尤其是近年来人们在智能机器人、自动驾驶、导航与制导等领域技术的不断突破,使得图像的获取正发挥着越来越大的作用,在这一背景下、研究对图像的实时采集与高速传输就具有非常迫切的需求。利用FPGA能够进行并行处理数据的特点,本文设计一种基于FPGA的高速图像传输系统设计的方案。本文所做的工作主要有:(1)制定基于FPGA的高速图像传输系统设计方案。通过对现有的方案进行分
近年来,我国面临着错综复杂的国家安全形势,防空的任务愈加繁重,防空预警和反制更加困难,因此,一系列新式地空武器系统开始列装部队,在训练和教学中,若完全采用传统实弹训练方式,不仅不利于针对性的训练和提高,也不符合军费效能最大化利用的实际需求。因此研制配套训练系统,对针对性训练和节省军费开支具有较强的现实意义。在训练过程中,训练操作指令触发和训练成绩的评估均基于飞机目标的检测,针对低空飞机目标,由移动