本文中的微系统是泛指尺寸比较微小、在通常状态下用肉眼难以直接观察的系统，其含义较为宽泛，除了包含传统意义上的微机电系统(MEMS)外，还可以包括模式生物学领域中细胞群体组成的微小系统等。由于微系统尺寸微小，难以观察，对它们进行三维仿真就具有非常重要的意义。首先，通过对微系统的三维仿真，给出与现实事物一致的三维实体，使人门能够获得对微小物体的直观认识；其次，在此基础上，通过不断修正模型来逼近真实情况的这样一种虚拟和现实的交互过程，可以探索事物内在的本质。　　 将不同学科中微小尺寸系统的三维仿真问题进行归类研究的意义在于，他们具有尺寸微小、结构复杂，精度高，计算量大的共同特点，实现仿真精度和时间的平衡是他们面临的主要问题，通过对仿真步骤的抽象和归纳，再对比不同加速平台与微系统三维仿真的适应程度，本文提出了基于GPU的并行任务划分方法与并行程序优化方法来改善微系统三维仿真的效率。　　 在MEMS三维工艺仿真方面，首先给出MEMS器件几何形体描述方法，并使用数学形态学对MEMS常用工艺建模，然后针对这些模型进行面向并行加速的工艺分类，给出各类基于GPU的并行加速方法的具体实现。最后，通过多分辨率版图自动转换的实现和对工艺仿真系统的仿真流程进行集成和优化，实现了MEMS器件多分辨率三维工艺仿真功能。该功能与并行工艺仿真核心相结合，构成了完整的并行MEMS三维工艺仿真系统，验证了基于GPU的并行任务划分方法与并行程序优化方法的有效性。　　 接下来，为了验证并行加速方法的适用性，本文又实现了基于GPU的生物模式形成三维仿真程序。程序通过并行计算生物模式形成的反应扩散方程模型，并利用体绘制三维显示方法，实现了对肺血管分支结构的三维仿真。在验证并行加速方法有效性的基础之上，将仿真结果进一步推广，提出了腔体结构的肺血管生长模型，并利用基于GPU的三维仿真程序成功实现了对该结构模式形成过程的模拟。　　 经实验验证，使用基于GPU的并行加速方法，使MEMS三维工艺仿真速度获得了100倍左右的提升，为实现高精度、基于物理模型的完整三维工艺仿真以及高度依赖响应时间的在线仿真系统打下了良好的基础。而基于GPU的生物模式形成三维仿真程序使生物模型计算时间缩短了将近200倍，为生物模式形成仿真提供了快速确定模型正确性、搜索适用参数的平台。