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虚拟器官的建模与仿真是当前生物医学工程学研究的重要课题。眼睛作为人体中一个极为精密且十分重要的器官,其建模与仿真的实现具有十分重要的意义。本文是“中国人虚拟眼结构和功能模拟与建模研究”课题的组成部分之一,为建立“中国人虚拟眼”做先期的探索和研究。作为虚拟眼功能模型研究的组成部分,本文围绕视光学仿真系统的建立展开了一系列基础研究工作。文章较为充分地研究了当今热门的GPGPU(基于图形处理器的通用计算)技术概念原理以及实现方法,提出一套GPGPU通用计算框架,在GPU上实现了虚拟眼的光线跟踪算法,并对其进行了分析和一定的改进优化。在视光学仿真方面,文章集合了众多前期模型研究的成果,以基于GPGPU的光线跟踪技术为核心,提出虚拟眼视光学仿真系统的模型,并实现了初步的系统。本文的主要研究内容及创新之处:1.在对GPGPU技术的理论、实施要点以及其局限性进行了较为深入的研究之后,针对科学计算领域GPGPU普及困难以及标准混乱的现状,独创地提出了一套通用的GPGPU计算框架。2.将光线跟踪算法引入对角膜/晶状体等的光线折射等的研究,从微观角度和仿真计算的手段来研究眼的光学成像机制。研究并实现了基于GPU的虚拟眼光线跟踪算法,相比于CPU算法取得了非常显著的性能提升。3.突破了传统Gullstrand-Emsley模型眼,结合角膜地形图以及晶状体参数化模型构造了虚拟眼视光学仿真系统,进行了初步的仿真分析研究。在获得比较理想的实验效果的同时最大限度提高了提供了系统的灵活性,也为后续的综合仿真研究打下了良好的基础。