MCNP计算结果可视化分析系统的研究与实现

摘要

基于蒙特卡罗方法的粒子输运程序MCNP在进行核物理计算分析时，因具有几何适应性强、计算精度高等众多特点，已广泛应用于反应堆物理、辐射防护、核探测和航空航天等诸多领域。当前对MCNP计算结果进行分析仍然使用传统手工数据分析方法，工作量大且效率低，而且也不够直观和准确。随着物理计算分析要求的日益提高和MCNP使用的日益广泛，海量MCNP计算数据的后结果分析时表现出的人工干预量大、工作量大、易出错、分析过程不直观、效率低等缺点已日渐成为制约其分析效率的重要瓶颈。如何实现直观、高效的MCNP计算结果的可视化管理与分析已成为当前核物理分析工作中急需解决的重要问题。
　　 本文在FDS团队的软硬件资源的支撑下，结合科学计算可视化技术、基于图形处理器的可视化编程技术、以及蒙特卡罗粒子输运计算自动建模系统MCAM的反向转换技术，自主研发了集计算结果的自动分类提取、图形化管理以及结合几何的多风格数据可视化分析功能于一体的MCNP计算结果可视化分析系统，有效地解决了传统分析方法的上述问题。
　　 本文提出了一种数据重采样的方法，实现了对扇形网格数据的快速重采样；通过深入分析VTK的可视化管道机制，发展了基于VTK的三维纹理映射方法；利用图形处理器编程技术实现了基于裁减几何的体数据裁减可视化，进一步提升可视化分析的灵活性。以大型复杂工程实际装置ITER(国际热核实验装置)为代表的大量测试结果表明，该系统能够有效满足MCNP计算结果的各项分析要求，并且实现了数据分析的自动化与可视化，达到了预期的设计目标。该系统的开发为MCNP计算提供了直观高效可视的集成后处理环境。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章导论

1.1概述

1.1.1课题研究背景与意义

1.1.2国内外研究现状分析

1.2本论文的研究内容、拟解决的关键问题及创新之处

1.2.1研究内容

1.2.2拟解决的关键问题

1.2.3本论文的创新之处

1.3本文的工作和组织结构

第二章相关背景知识介绍

2.1 MCNP及其输入、输出文件简介

2.1.1 MCNP

2.1.2 MCNP输入文件

2.1.3 MCNP输出文件

2.2可视化相关技术

2.2.1科学计算可视化

2.2.2体绘制技术

2.2.3纹理映射技术

2.2.4区域填充算法

2.2.5相关可视化工具包简介

2.2.6图形处理器

2.3本章小节

第三章系统架构与总体设计

3.1设计目标与原则

3.2主要功能定义

3.3系统结构设计

3.4数据结构设计

3.5运行流程设计

3.6本章小节

第四章关键技术研究

4.1数据重采样

4.1.1常规重采样方法

4.1.2改进的重采样方法

4.1.3两种采样方法的时间比对

4.2基于VTK的三维纹理映射技术

4.2.1 VTK二维纹理映射

4.2.2基于VTK的三维纹理映射

4.2.3基于三维纹理映射的几何表面数据分布可视化

4.3基于GPU的体数掘裁减

4.4本章小节

第五章系统实现与测试

5.1 系统实现

5.2系统测试

5.2.1测试例题

5.2.2测试结果

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1本文工作总结

6.2下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间完成的论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目