[发明专利]一种CT切片数据可视化重构的八叉树并行构造方法

权利要求书

1.一种CT切片数据可视化重构的八叉树并行构造方法，其具备TB级数据规模处理能力，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、按照CT切片数据组合而成的原始体数据尺寸X、Y和Z，树节点设定尺寸为x、y和z，计算获得X方向、Y方向和Z方向的剖分网格数目N_X、N_Y和N_Z，得到体数据的剖分网格数目N＝N_X*N_Y*N_Z，按照该数目构造一份线性满八叉树的索引列表，剖分网格即代表八叉树的叶子节点；

B、完成索引列表各个属性字段填充，包括八叉树属性字段和树节点属性字段，按照按需构造-BONOs原则，根据实际存在的体数据进行划分：若节点内包含实际存在的体数据，则该节点被标识为存在，若节点只包含扩充的体数据，则该节点被标识为不存在；

C、根据原始体数据尺寸X、Y和Z，以及设定的节点分辨率尺寸x、y和z，进行体数据预取操作，将Z方向的z个CT切片数据文件预取至所有计算节点内存中；

D、将预取至内存的体数据子块，即其三维尺寸为X、Y和Z的体数据子块，在XOY平面进行X和Y方向进行等分，X方向划分，Y方向划分，将该体数据块划分为(X/x)*(Y/y)个叶子节点；

E、基于MPI+OpenMP编程模型，执行叶子节点数据并行转换操作，由P_N个MPI进程将N个叶子节点进行并行转换，每个进程内部启动OpenMP多线程完成数据重排，使得切片文件数据转换为八叉树叶子节点数据格式，并存储为自定义二进制文件，将该转换操作迭代执行多次，完成整个体数据由CT切片数据格式向叶子节点二进制数据格式的转换操作；

F、根据线性满八叉树索引列表属性信息和MPI+OpenMP编程模型，从叶子节点所在层位开始进行自底向上八叉树并行构造，逐层向上合并构造中间节点，并将构造结果存储为自定义文件，存储路径保存至索引表中；

G、完成整棵八叉树构造，获得线性满八叉树索引列表和八叉树节点数据文件，满足体数据三维可视化重构目的。

2.根据权利要求1所述的CT切片数据可视化重构的八叉树并行构造方法，其特征在于，索引列表内包括以下信息：

a.体数据三维尺寸，即拟处理体数据的实际三维大小X、Y和Z；

b.节点三维尺寸，是BONOs树节点表示的体数据三维大小x、y和z；

c.实际节点数，是当前BONOs树的节点个数，包括根节点、中间节点和叶子节点；

d.八叉树深度，指当前BONOs树的深度；

e.是否BONO树：标识当前八叉树是否为BONO树；

f.是否压缩：标识当前八叉树存储前是否经过压缩；

g.线性八叉树地址向量，满线性八叉树，包括：

①节点标识：根据BONOs算法，若该树节点实际存在，则为真，否则为假；

②树节点坐标：树节点的三维坐标x1，y1和z1；

③节点Morton编码：节点的Morton编码；

④节点实际内存地址：节点数据所在的实际内存地址；

⑤节点邻域索引：标识出子节点相邻的其余体数据索引下标，包括面邻域、边邻域和角邻域，共27个；

⑥文件存储绝对路径：表示当前节点的文件存储路径。

3.根据权利要求1所述的CT切片数据可视化重构的八叉树并行构造方法，其特征在于，所述步骤C中，体数据子块数据预取操作步骤为：

a.按照节点尺寸x、y和z，以及切片数据大小，申请动态内存空间，等待数据缓存至内存；

b.按照OZ坐标轴方向将z个切片数据读取至节点内存；

c.根据体数据Z方向尺寸Z和树节点Z方向尺寸z，计算迭代次数K，其中K表示该数据预取过程将持续K次，K＝┌Z/z┐。

4.根据权利要求1所述的CT切片数据可视化重构的八叉树并行构造方法，其特征在于，所述步骤D中，叶子节点网络并行划分的操作步骤为：

a.按照MPI并行规模P_N，对本次叶子节点网格数N进行平均划分；

b.每一个进程P，确定拟处理的叶子节点个数和节点编号，确保所有节点能够被处理；

c.根据拟处理叶子节点数目，申请动态内存空间，分配待处理数据缓存区域。