GPU加速的幾何處理若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著CPU（中央處理器）的計(jì)算速度提升遇到瓶頸以及計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，GPU（圖形處理器）技術(shù)已經(jīng)在各項(xiàng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用中體現(xiàn)出日益重要的價(jià)值，GPU早已廣泛應(yīng)用于電腦游戲、模擬仿真、計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理、生物運(yùn)算等各個(gè)領(lǐng)域。
　　幾何處理作為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要組成部分，已經(jīng)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。同時(shí)，幾何處理本身也是與GPU密切相關(guān)的，例如幾何處理算法程序的輸入和輸出結(jié)果往往需要通過GPU進(jìn)行顯示、繪制。因而

2、，基于GPU的幾何處理具有重要的研究意義。
　　本文圍繞著幾何處理中的若干關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)研究了細(xì)分曲面的陰影算法、多維凸包計(jì)算及網(wǎng)格模型并行解壓縮等幾方面的GPU加速算法。論文工作包括:
　　1.分析了GPU加速技術(shù)和幾何處理的特點(diǎn)以及關(guān)系，總結(jié)了基于流計(jì)算的幾何處理加速的常用方法，包括最大化并行執(zhí)行、優(yōu)化存儲(chǔ)器使用、減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間、流數(shù)據(jù)縮減算法、CPU與GPU相結(jié)合、處理Out-of-Core數(shù)據(jù)。分析了GPU加速的幾

3、何處理的通用處理策略。
　　2.在陰影算法方面，提出了一種性能更好的細(xì)分曲面陰影體生成算法。提出了基于CUDA的曲面細(xì)分算法，通過并行處理和共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)使表面細(xì)分過程更加高效。提出了基于CUDA的陰影體算法，產(chǎn)生陰影輪廓線以及拉伸出陰影體，并通過流式縮減算法對(duì)陰影體數(shù)組進(jìn)行壓縮，通過優(yōu)化CUDA和OpenGL的互操作，使得算法的繪制過程更加高效。該算法與之前的GPU的算法相比，可以生成更復(fù)雜細(xì)分曲面的陰影體，陰影體數(shù)組占用顯存空間

4、更低，并可顯著提升繪制速度。
　　3.在多維凸包計(jì)算方面，提出了基于GPU的頂點(diǎn)剔除算法和基于GPU的凸包生成算法。基于GPU的頂點(diǎn)剔除算法可以顯著剔除凸包生成中的冗余數(shù)據(jù)，并且可以在GPU上獲得高倍加速，同時(shí)該算法可以適用于多維凸包以及凸包大數(shù)據(jù)的處理。在變形凸包數(shù)據(jù)處理中，基于GPU的頂點(diǎn)剔除算法可以獲得額外的性能提升?；贕PU的凸包生成算法可以在GPU上對(duì)于頂點(diǎn)剔除之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行并行凸包生成，并且將生成的凸包進(jìn)行合并。算法

5、總體上可以獲得幾十倍的性能提升，優(yōu)于目前其他的并行凸包算法。
　　4.在網(wǎng)格壓縮和解壓縮方面，提出了一種新的GPU友好的大型三維網(wǎng)格劃分算法，算法著重于最大限度地減少各個(gè)分塊間重疊的頂點(diǎn)，平衡各個(gè)分塊的面片數(shù)量以便更好地適應(yīng)并行解壓。首先，根據(jù)原始網(wǎng)格刪除頂點(diǎn)坐標(biāo)，生成簡(jiǎn)化模型;然后通過最遠(yuǎn)測(cè)地線頂點(diǎn)采樣算法指定每個(gè)分塊的中心點(diǎn)，并且根據(jù)距中心點(diǎn)測(cè)地距離進(jìn)行面片分類;在分類后交換邊界頂點(diǎn)以解決鋸齒形邊界，并且存儲(chǔ)邊界頂點(diǎn)以便解壓之