一、技術背景

   數(shù)字圖像相關法（Digital Image Correlation, DIC）是材料科學、航空航天、土木工程等領域研究材料力學性能、分析復雜結(jié)構(gòu)應變的關鍵技術。全局DIC測量因其能提供全場連續(xù)變形信息的優(yōu)勢，適用于大位移、復雜應變以及裂紋擴展等場景。然而，全局DIC計算復雜度高，CPU的單核計算耗時長，存在效率瓶頸。

   二、方法原理

   全局DIC技術，圖像被劃分為多個子區(qū)，每個子區(qū)對應一個有限元節(jié)點。這些子區(qū)的數(shù)量可能達到數(shù)十萬甚至更多，GPU的并行計算能力使得所有子區(qū)的計算可以同時進行，從而極大地縮短了處理時間。具體加速步驟如下：1）數(shù)據(jù)預處理，將圖像數(shù)據(jù)和子區(qū)網(wǎng)格位置信息輸入GPU。2）并行計算，GPU核心同時處理每個子區(qū)的有限元節(jié)點數(shù)據(jù)。3）結(jié)果輸出，將計算結(jié)果返回主機，生成全場位移場和應變場。

   三、實驗驗證

   為驗證GPU加速全局DIC測量實際效果，千眼狼工程師設計了四組實驗，實驗基于4070 GPU 與13790F CPU對比，涵蓋四大典型場景：

   場景1 仿真-大圖拉伸

   數(shù)據(jù)規(guī)模：步長5計算點數(shù)489982，步長10計算點數(shù)122700，步長15計算點數(shù)54600。

   計算結(jié)果：CPU無法完成步長5和步長10的計算，GPU在步長15的情況下加速比擴大101倍。

   場景2 帶孔洞拉伸

   數(shù)據(jù)規(guī)模：步長5計算點數(shù)36430，步長10計算點數(shù)9211，步長15計算點數(shù)4124。

   計算結(jié)果：GPU加速比分別為44.6倍、35倍和30倍，顯著提升計算效率。

   場景3 材料拉伸

   數(shù)據(jù)規(guī)模：步長5計算點數(shù)8055，步長10計算點數(shù)2070，步長15計算點數(shù)900。

   計算結(jié)果：GPU加速比分別為22.2倍、12.8倍和12倍，計算時間大幅縮短。

   場景4 擠壓圓盤

   數(shù)據(jù)規(guī)模：步長5計算點數(shù)12403，步長10計算點數(shù)3102，步長15計算點數(shù)1371。

   計算結(jié)果：GPU加速比分別為47倍、63.9倍和76.5倍，展現(xiàn)了卓越的加速性能。

   四、實驗結(jié)論

   通過四組實驗對比，相較于傳統(tǒng)CPU，GPU加速方法在精度、效率、適用性上有較大提升。

   1）精度：應變云圖對比顯示，GPU加速后的結(jié)果與CPU計算結(jié)果一致。

   2）效率：GPU加速全局DIC測量速度比CPU快10~70倍，顯著縮短了處理時間。

   3）適用性：無論是仿真數(shù)據(jù)和實拍數(shù)據(jù)，GPU加速均能高效完成。

   五、技術展望

   GPU加速全局DIC測量突破，不僅解決了傳統(tǒng)計算方式的效率瓶頸，還為材料科學、航空航天、土木工程領域帶來新的突破。GPU加速可應用于：

   •實時監(jiān)測：工業(yè)生產(chǎn)線上實時監(jiān)測材料變形，優(yōu)化工藝流程。

   •復雜結(jié)構(gòu)分析：對裂紋擴展、復合材料應變等復雜場景進行高效分析。

   •高精度研究：支持高分辨率圖像的全場測量，為科研提供更精確的數(shù)據(jù)支持。

   GPU加速全局DIC技術正在拓展數(shù)字圖像相關法DIC的效率邊界。千眼狼工程師們將持續(xù)迭代進化，為科學研究和工程實踐注入新的活力。