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龙图腾网获悉南昌大学申请的专利一种基于GPU加速的LBM烟雾仿真方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119132620B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-03发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411152579.3，技术领域涉及：G16H50/50；该发明授权一种基于GPU加速的LBM烟雾仿真方法是由李春泉;刘卓龙;刘国俊;胡立杨;黄水源;陈利民;伍军云;陈荣伶;陶凌;赵庆敏;喻俊志设计研发完成，并于2024-08-21向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于GPU加速的LBM烟雾仿真方法在说明书摘要公布了：一种基于GPU加速的LBM烟雾仿真方法，包括1构建器官软组织和手术器械模型；2进行存储空间分配、数据结构定义和核函数定义等；3在CPU创建和初始化烟雾效果的粒子实体，为ComputeShaders所使用的缓冲区buffer在CPU侧分配所需空间；4调用定义好的计算着色器接口，并且将buffer绑定到LBM方法的碰撞、流动和边界条件步骤的核函数上，其分别对应于碰撞处理、流动处理和边界条件处理；5启动CPU上的循环计算流程，调用ComputeShader代码，执行在GPU上的并行计算；6清理CPU上为缓冲区分配的内存空间。本发明利用LBM方法并行性，用ComputeShader进行并行计算，通过绑定核函数的方式，数值求解LBM方程，大大缩短了运算时间，且具有较强的实时性和真实性。

本发明授权一种基于GPU加速的LBM烟雾仿真方法在权利要求书中公布了：1.一种基于GPU加速的LBM烟雾仿真方法，其特征是包括以下步骤： 步骤1、构建器官软组织和手术器械模型，首先搜集和输入诊疗影像，包括CT、MRI扫描图像及相关视频资料，随后，利用Blender三维建模工具进行加工处理，以生成软组织模型以及手术工具的OBJ格式立体图档； 步骤2、使用GPU加速的之前，作包括如下事项的准备：指定计算着色器的调用接口，定义在计算过程中所需要使用的数据类型，预分配计算时所需要的存储空间大小，用以存放计算过程中的全局常量和粒子数据，定义计算所需的Kernel函数，并对其指定相应的线程组向量，该核函数即LBM方法中所对应的各个方程；当上述的准备完成之后，ComputeShaders自动的导入到所使用的Unity项目中，然后采用C#脚本进行计算； 步骤3、在CPU创建和初始化烟雾效果的粒子实体，并为这些粒子系统预留CPU内存，并且为ComputeShaders所使用的缓冲区buffer在CPU侧分配所需空间，在仿真窗口的中心构建100×100×300网格，每个小网格的边长为10，涡粒子初始涡量为0.5s-1，粒子的浮力大小为0.35N；将3000个涡粒子放置在坐标轴中心，涡粒子沿竖直方向±15°随机发射，发射速度为每秒500个涡粒子； 步骤4、调用定义好的计算着色器接口，并且将buffer绑定到LBM方法的碰撞、流动和边界条件步骤的核函数上，其分别对应于碰撞处理、流动处理和边界条件处理； 其中，本地碰撞的公式为： 其中，和分别为方向上碰撞前后的分布函数，是碰撞算子，一般采用单个弛豫时间碰撞算子； 流动的公式为： 其中，表示下一时间步长之后，在i方向上的新分布函数；Δt是两个时间步长之间的经过时间，s是到相邻单元的方向矢量； 当确定了平衡分布函数后，使用简单的求和来计算宏观变量，其中，密度和速度u为： 在边界条件的处理上，采用反弹边界条件： 设从流体点P到固体点P的距离长度为一个单位1，则，表示流体点P到物理边界P的距离占流体点P到固体点P连线总长度的比例，对其进行插值计算可得： 同时，将反弹边界条件应用于墙节点Pw： 最后，边界条件可以表示为： 其中，Wi为D3Q15方案的权重因子；Cs为格子速度,Cs=δxδt，其中δx为格子步长，δt为时间步长；Si为到相邻单元的方向矢量； 施加位置约束后，如果仍然出现两个滑动约束点的间距小于安全阈值L0的情况，将对其中的任意一点进行删除操作，避免冗余的滑动约束点对缝合交互模拟过程造成干扰，其中uw为物理边界点Pw处的速度； 步骤5、启动CPU上的循环计算流程，调用ComputeShader代码，利用其提供的功能执行在GPU上的并行计算；再通过已经定义好的ComputeShader的接口，在CPU上更新计算结果，将GPU处理过的烟雾粒子信息回传至CPU内存； 步骤6、在所有计算完毕后，清理CPU上为缓冲区分配的内存空间。

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