基于DirectCompute的實(shí)時(shí)光線跟蹤算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、光線跟蹤算法是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)核心算法，在真實(shí)感圖形繪制中有著十分重要的地位。光線跟蹤算法以其高度逼真的渲染效果已經(jīng)在離線渲染領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，隨著人們對(duì)交互系統(tǒng)中圖形的真實(shí)感要求越來(lái)越高，越來(lái)越多的研究人員開(kāi)始研究實(shí)時(shí)的光線跟蹤渲染算法。但是，與高真實(shí)感圖形相對(duì)應(yīng)的，光線跟蹤需要龐大的計(jì)算量和時(shí)間開(kāi)銷。通過(guò)使用加速結(jié)構(gòu)并且利用GPU的并行計(jì)算能力來(lái)提高光線跟蹤算法的速度是近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　光線跟蹤算法中光線的并行性

2、使它適合利用GPU硬件級(jí)別的并行提高速度。GPGPU技術(shù)的快速發(fā)展使基于GPU的編程變得比較容易，作為最新的GPGPU技術(shù)，DirectCompute的線程模型和內(nèi)存模型使開(kāi)發(fā)者可以直接控制線程的分配。NVIDIA顯卡和AMD顯卡對(duì)DirectX的支持使DirectCompute技術(shù)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　加速結(jié)構(gòu)是提高光線跟蹤算法速度的關(guān)鍵，它的核心是分割方法，在介紹均勻網(wǎng)格的分解度及KD-Tee和層次包圍盒的SAH分割成本估

3、算模型的基礎(chǔ)上，基于PBRT中的算法，編程實(shí)現(xiàn)三種加速結(jié)構(gòu)在CPU中的創(chuàng)建和在GPU中的遍歷。針對(duì)CPU中的部分?jǐn)?shù)據(jù)不能直接復(fù)制傳遞給GPU的問(wèn)題，改進(jìn)了相關(guān)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的創(chuàng)建及遍歷算法。
　　根據(jù)光線跟蹤的基本原理，將Whitted光線跟蹤算法分為三個(gè)階段:主要光線生成、求交和計(jì)算顏色。同時(shí)考慮場(chǎng)景模型的裝載，整個(gè)光線跟蹤渲染器包括:場(chǎng)景裝載、創(chuàng)建加速結(jié)構(gòu)、主要光線生成、求交和計(jì)算顏色五個(gè)部分。前兩部分在CPU中實(shí)現(xiàn)，后

4、三部分在GPU中實(shí)現(xiàn)。在此框架基礎(chǔ)上，采用面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，?shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的光線跟蹤渲染器。
　　光線跟蹤渲染器的運(yùn)行結(jié)果顯示:采用均勻網(wǎng)格和層次包圍體加速結(jié)構(gòu)時(shí)，基于DirectCompute的光線跟蹤算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)常見(jiàn)的圖形學(xué)模型的實(shí)時(shí)渲染。此外，采用不同復(fù)雜度的場(chǎng)景模型測(cè)試和比較三種加速結(jié)構(gòu)的性能，結(jié)果表明層次包圍盒的加速效果最好。同時(shí)，層次包圍盒的編程簡(jiǎn)單、能更好的適應(yīng)圖元分布不均勻的場(chǎng)景，因此，層次包圍盒可作為基于GP