面向十亿级晶格结构的仿射中心GPU元网格化与快速三角化

晶格结构因其优越的力学性能而在各类应用中得到广泛使用。制造此类结构时，常需采用一种称为三角化的几何处理步骤，将其转化为STL格式后再输入3D打印机。由于晶格结构具有高度的几何复杂性，这一步骤通常会生成大量三角形，构成计算和内存密集型任务。当面对拥有数百万甚至十亿个梁柱的大规模晶格结构时，这一问题表现得尤为突出。为此，本文提出将晶格结构转化为称为元网格的中间模型，再进行实际的三角化。相较于三角网格，元网格极轻且计算需求更低。元网格还可作为可重用的基础网格，用于便捷且高效地对任意分辨率的晶格结构进行三角化。我们开发了一套CPU+GPU异步的元网格生成管道，高效地从晶格结构中生成元网格。该方法通过采用新的数据压缩技术、GPU缓存感知数据结构以及可显著降低内存发散和分支发散的负载平衡调度方法，实现了从常用的CAD工具中沿用线程中心GPU算法设计范式转向最新仿射中心设计范式，从而实现高性能。通过对各种十亿级晶格结构的实验，表明所提方法的实现速度比以往可达的水平快了两个数量级。