基于GPU的外科模拟器的基于位置的动力学
Doga Demirel1, Jason Smith1, Sinan Kockara2
1Department of Computer Science, Florida Polytechnic University, Lakeland, Florida.
HCI in Games : 5th International Conference, HCI-Games 2023, held as part of the 25th HCI International Conference, HCII 2023, Copenhagen, Denmark, July 23-28, 2023, proceedings. Part I. HCI-Games (Conference) (5th : 2023 : Copenhagen, ...
|November 14, 2023
概括
我们开发了一个基于图形处理单元 (GPU) 的基于位置的动力学 (PBD) 模拟器,用于手术模拟,实现了10倍的加速. 这种GPU-PBD实现显著提高了虚拟环境中的实时性能.
科学领域:
- 计算机图形 计算机图形
- 科学模拟科学模拟
- 医疗模拟 医疗模拟
背景情况:
- 基于位置的动力学 (PBD) 是计算机图形学中模拟动态系统的广泛使用的方法.
- 在虚拟场景中模拟带有线性变形的体积染仍然是一个计算挑战.
- 交互式多模式外科模拟需要高效和快速的物理计算.
研究的目的:
- 在iMSTK开源工具包中实现基于图形处理单元 (GPU) 的基于位置的动态解决方案.
- 为了加快互动手术模拟的物理计算.
- 评估基于GPU的PBD实现与现有解决方案的性能.
主要方法:
- 使用NVIDIA的CUDA工具包实现基于GPU的基于位置的动态.
- 在GPU内核上执行矢量计算,确保线程安全,以防止数据覆盖.
- 在两个具有不同规格的计算机上使用消费级GPU测试了实现.
- 在所有测试中保持一致的网状复杂性 (959个顶点,2591个四面体元素).
主要成果:
- 与基于CPU的方法相比,物理计算的速度提高了近10倍.
- 缩短了128x128模拟的计算时间,从7900ms (CPU) 减少到820ms (GPU).
- 在外科模拟的背景下证明了GPU加速对PBD的有效性.
结论:
- 基于GPU的基于位置的动态实现显著加快了手术模拟的物理计算.
- 这一进步使得虚拟外科培训环境更具响应性和现实性.
- 将其集成到iMSTK中,为交互式外科模拟器的快速原型设计提供了一个有价值的工具.
