[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

摘要

本发明涉及并行计算应用技术领域和高性能科学计算领域，特别是涉及一种具备TB级数据处理能力的CT切片数据可视化重构的八叉树并行构造方法。其基于MPI+OpenMP并行编程模型，利用原始体数据网格剖分、八叉树节点数据没有依赖性等特点，基于“按需构造‑Branch on need Octrees，BONOs”方案，根据体数据的实际三维尺寸进行八叉树并行构造，一方面减少构造过程中对计算资源、存储资源的浪费和I/O开销，另一方面通过并行计算的方式实现对TB级CT切片数据的快速八叉树数据结构构造，MPI+OpenMP并行编程技术满足TB级CT切片数据在不同分辨率要求下的八叉树数据结构体快速构造，该方法具备较好的并行加速比和并行效率。

主权项

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NX、NY和NZ，得到体数据的剖分网格数目N＝NX*NY*NZ，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PN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，将该过程迭代执行多次，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。