基于GPGPU的快速體繪制算法研究.pdf

1、作為科學(xué)可視化的一個(gè)主要領(lǐng)域，體繪制是一種直接由三維數(shù)據(jù)場(chǎng)產(chǎn)生屏幕上二維圖像的技術(shù)。本文以典型體繪制算法為基礎(chǔ)，結(jié)合圖形處理器可編程性的特性，通過(guò)圖形處理器通用計(jì)算完成體繪制中數(shù)據(jù)密集型的計(jì)算，加速其成像過(guò)程。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下三個(gè)方面：提出一種基于硬件加速的光線投射算法；在頻率域體繪制中引入windowed-sinc函數(shù)作為濾波器實(shí)現(xiàn)高次插值；設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出大規(guī)模地震數(shù)據(jù)顯示和解釋系統(tǒng)。 首先，在對(duì)體繪制積分研究的基礎(chǔ)上，

2、分析基于圖像順序的體繪制算法的特點(diǎn)，針對(duì)光線投射算法中光線遍歷體數(shù)據(jù)較為耗時(shí)的情況，引入基于“厚板”的光線與包圍盒求交計(jì)算，通過(guò)在圖形處理器上的并行執(zhí)行，得到每條光線的進(jìn)入點(diǎn)和離開(kāi)點(diǎn)，最后采用從前往后的顏色累積運(yùn)算，極大提高繪制速度。同時(shí)，為了避免軟件實(shí)現(xiàn)三線性插值的問(wèn)題，引入三維紋理，實(shí)現(xiàn)硬件對(duì)體數(shù)據(jù)的重采樣。實(shí)驗(yàn)表明，在不影響成像質(zhì)量的前提下，此算法能獲得令人滿意的交互性。 其次，在基于域的體繪制方面，通過(guò)對(duì)傅立葉投影定理在

3、高維依然成立的證明，提出基于圖形處理器通用計(jì)算的頻率域體繪制算法。算法結(jié)合中央處理器和圖形處理器的多核異構(gòu)體系，在中央處理器完成簡(jiǎn)單的文件讀取和條件判斷的基礎(chǔ)上，利用圖形處理器實(shí)現(xiàn)傅立葉體繪制的全部流程。并使用Blackman-Window函數(shù)作為濾波器在頻率域?qū)崿F(xiàn)高次插值，最終得到具有實(shí)時(shí)交互性的圖像。此算法在將算法復(fù)雜度從O(N3)降為O(N2㏒N)的基礎(chǔ)上，獲得近7倍的加速比。 最后，在以上研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用