基于GPU加速的光子映射技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)硬件的快速發(fā)展，特別是圖形硬件性能的快速提升，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。硬件的改進(jìn)推動(dòng)著各種應(yīng)用需求的擴(kuò)展和提高，使得渲染的真實(shí)感已經(jīng)成為人們關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。全局光照是真實(shí)感渲染領(lǐng)域的一個(gè)重要內(nèi)容，而光子映射又是當(dāng)前模擬全局光照效果最好的算法之一，因此光子映射也就成了一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　 光子映射是一種簡(jiǎn)單、靈活，但功能強(qiáng)大的全局光照渲染算法，但由于該算法在渲染過(guò)程中需要大量的計(jì)算而比較耗時(shí)，使得渲染速度比較

2、慢，所以長(zhǎng)期以來(lái)光子映射只能作為一種離線渲染技術(shù)，而無(wú)法應(yīng)用于交互或者實(shí)時(shí)渲染領(lǐng)域。隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)圖形處理器(GPU)的高速發(fā)展，GPU已經(jīng)具備高效的并行性和靈活的可編程性，以及強(qiáng)大的通用計(jì)算能力?，F(xiàn)在可以利用其強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，加速光子映射的渲染過(guò)程，從而使得光子映射方法在一定條件下達(dá)到實(shí)時(shí)渲染的性能。
　　 本文首先分析和討論了全局光照以及它的渲染方程，然后探討了如何將光子映射轉(zhuǎn)化為并行化渲染算法的設(shè)計(jì)過(guò)程，最后根據(jù)該過(guò)

3、程詳細(xì)地分析和討論了光子映射算法在GPU中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并對(duì)實(shí)現(xiàn)中存在的問(wèn)題和難點(diǎn)，提出了一些改進(jìn)的方法，具體如下：
　　 1、本文在分析并行處理方式的基礎(chǔ)上，探討了光子映射算法中哪些過(guò)程可以并行化處理，以及如何將其轉(zhuǎn)化為并行操作，從而使得光子映射成為一個(gè)并行渲染方法。文中還進(jìn)一步討論了如何合理地將場(chǎng)景數(shù)據(jù)分配到各個(gè)處理器上，使得各處理器的負(fù)載盡可能平衡，從而加快光子映射的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
　　 2、深入研究了CUDA的編程模型

4、，分析了在CUDA架構(gòu)中CPU與GPU之間的關(guān)系；然后針對(duì)在CUDA中并行化實(shí)現(xiàn)光子發(fā)射和跟蹤過(guò)程中出現(xiàn)的任務(wù)分配和負(fù)載平衡問(wèn)題，提出了一些解決的方法，并且討論了用于表示光子圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及如何并行化存儲(chǔ)光子來(lái)構(gòu)建光子圖。
　　 3、針對(duì)在實(shí)現(xiàn)光子跟蹤過(guò)程中需要應(yīng)用遞歸函數(shù)來(lái)多次跟蹤光子，而目前CUDA卻不支持遞歸函數(shù)調(diào)用的問(wèn)題，本文通過(guò)引入隊(duì)列結(jié)構(gòu)來(lái)保存和恢復(fù)光子跟蹤過(guò)程中的各種狀態(tài)，將光子跟蹤中的遞歸思想更改為循環(huán)方式實(shí)現(xiàn)