随着社会经济的发展,水泥在世界范围内被广泛应用,已经成为基础建设中必不可少的建筑材料,并且需求量越来越大,同时水泥的高质量和高性能也越来越受关注。从微观上来看,水泥的微观纹理结构的变化会直接影响水泥的各项特性,所以通过水泥实体微观结构来分析、预测水泥水化过程,进而提高水泥的性能具有非常重要的现实意义。水泥水化的过程中不仅伴随着复杂的化学变化,同时水泥的微观纹理结构也发生着微妙的变化。传统的方法是采用物理化学的方法来测定水泥样本指标,并且仅能局限于细微颗粒规模的实验,不能进行庞大规模的实验,例如高楼建筑、高架桥等建筑物。随着近年来的计算材料学的发展,利用计算机对材料进行仿真模拟实验成为了当下材料研究的热点。所以,针对水泥的各项特性,本文通过对水泥实体微观结构进行建模,并利用GPU平台对水泥微观建模过程进行加速,通过建立准确高效的水泥实体纹理模型来实现大规模水泥纹理合成,为预测大规模建筑的水泥不同时期水化过程提供初始状态。本文主要从以下几个方面进行水泥实体纹理建模研究:(1)基于二维真实水泥图像的水泥图像纹理结构建模(2D-2D)本文提出了基于真实二维水泥图像的纹理随机合成算法。水泥图像数据运用的是真实的实体水泥二维切片,以马尔科夫随机场模型为算法的基础思想,以及采用多层高斯模糊的方式,对二维水泥纹理进行合成。通过多组对比实验,对影响二维水泥纹理合成效果的因素进行详细分析。(2)基于三维真实水泥实体的水泥实体微观结构建模(3D-3D)将二维纹理合成算法融入到三维水泥实体纹理合成的方法中,首先针对二维参数的三维化,将算法重新定义。通过多组对比实验,分析影响三维水泥实体纹理合成的相关因素,同时采用三维显示软件对实验结果做可视化处理,便于实验结果观察评估。(3)基于二维真实水泥图像的水泥实体微观结构建模(2D-3D)由于水泥具有各向同性的特点,因此可以从二维水泥纹理图像获得水泥实体的三维化数据信息。通过,,ZYX三个方向来获取水泥纹理信息,通过邻域和灰度进行匹配,完成二维到三维实体纹理合成算法,然后详细分析实验结果。(4)三维水泥实体微观结构建模并行化对三维水泥实体纹理合成的串行算法进行分析,通过统计串行算法每个步骤的时间消耗,总结出消耗时间巨大并且独立性强的算法步骤,提出水泥实体微观结构合成的并行算法,其中包括基于三维真实水泥实体的水泥实体纹理合成算法和基于二维真实水泥图像的水泥实体合成算法,通过实验结果分析,并行实验的效率比较高,证明本文的并行算法具有高效性。