随着计算机技术和数值仿真方法的不断发展,国内各高校和研究机构在各个领域的数值仿真方面都取得了很多进展,形成了很多成熟的数值仿真计算程序,为科学研究工作做出了重要贡献。然而,目前国内的大多数数值仿真软件并不完整,只有数值仿真计算模块,前处理和后处理都需要借助其他软件,使用起来比较繁琐,需要很深的专业背景知识,软件的计算模块只注重功能实现而忽略的计算性能,这样就限制了国内数值仿真软件的推广和进一步发展。因此开展数值仿真前后处理可视化研究和高性能计算方法研究具有重大意义。本文主要针阴极保护数值仿真的边界元模型的前后处理和高性能计算问题,论述如何以面向对象的软件开发思想,开发一套阴极保护可视化化前后处理软件模块和阴极保护数值仿真高性能计算模块。本文对Direct3D三维显示应用程序的体系架构、程序基本结构、渲染流水线进行了介绍,并对Dirct3D与OpenGL进行了对比,主要介绍了Direct3D相对于OpenGL的优点。目前在数值仿真可视化中,与OpenGL相比,Direct3D的应用相对较少,因此本文利用Direct3D进行边界元数值仿真可视化研究是一种新的探索。本文可视化模块借助微软Direct3D三维图形编程接口,使用C#编程语言在.NetFramework4.0环境下开发。可视化软件模块可以快速准确地读写边界元模型文件和仿真结果数据文件,并实现了光照模型显示、网格模型显示、三维变换操作、单元和区域拾取、单元属性赋值、阳极自动化建模、管道参数化建模、保护电位和保护电流密度云图显示等功能。本文对阴极保护边界元数值仿真的域内控制方程,边界积分方程的推导、边界积分的离散和边界条件的类型进行了介绍。对于边界元数值仿真中生成的大规模非对称非稀疏系数矩阵,其生成、读写和求解耗时都很长,计算效率较低,因此对阴极保护数值仿真高性能计算方法进行研究十分必要。本文基于.NET4.0开发环境,利用C#编程语言和Lapack矩阵运算函数实现了阴极保护数值仿真的系数矩阵并行生成、大规模矩阵存储、大文件快速读写、大规模线性方程组快速求解,显著提高了阴极保护数值仿真的计算效率。