基于GPU的光線(xiàn)跟蹤算法的加速結(jié)構(gòu)比較研究.pdf

1、近幾年來(lái)，隨著GPU運(yùn)算能力和可編程性的大幅提高，GPU已經(jīng)在需要大量運(yùn)算的密集運(yùn)算領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。越來(lái)越多的研究人員開(kāi)始把各種基于CPU的密集運(yùn)算引入到GPU上，從而利用GPU巨大的運(yùn)算能力，加速整個(gè)算法的運(yùn)算過(guò)程。光線(xiàn)跟蹤算法是生成真實(shí)感圖形的一種重要方法，在電影，游戲等娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)，獲得廣泛的應(yīng)用，而光線(xiàn)跟蹤算法也是典型的密集運(yùn)算算法，利用原始的基于CPU的光線(xiàn)跟蹤渲染一幅圖片需要大量的時(shí)間。因此，如果能夠?qū)PU上的光線(xiàn)跟蹤算

2、法，映射到GPU上，加速光線(xiàn)跟蹤算法的執(zhí)行時(shí)間，將會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，基于GPU的光線(xiàn)跟蹤算法成為國(guó)內(nèi)外科研人員的研究熱點(diǎn)。 本文將著重探討如何將基于CPU的光線(xiàn)跟蹤算法映射到GPU上。由于早期的GPU主要用來(lái)進(jìn)行圖形處理，從而利用GPU來(lái)做通用計(jì)算，需要一定的轉(zhuǎn)換過(guò)程。當(dāng)前的GPU已經(jīng)具有了強(qiáng)大的可編程性，可以將GPU視為一個(gè)可并行執(zhí)行的流處理器，基于這種流處理模式，利用片段著色程序，具體實(shí)現(xiàn)了GPU上的光線(xiàn)跟蹤器，以

3、及相對(duì)應(yīng)的三種不同的加速結(jié)構(gòu)。對(duì)于加速結(jié)構(gòu)在GPU上的表示形式，以及遍歷方法的實(shí)現(xiàn)本文給出了具體的解決方案。另外，本文還對(duì)于均勻柵格(Uniform Grid)，KD-tree，包圍體層次(BVH)這三種結(jié)構(gòu)實(shí)際在GPU上的加速效果進(jìn)行了試驗(yàn)比較，以此來(lái)確定哪種加速結(jié)構(gòu)對(duì)于GPU而言更加適合。本文所作的主要研究和創(chuàng)新性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于GPU的光線(xiàn)跟蹤器，將光線(xiàn)跟蹤算法映射到GPU上。 2)詳

4、細(xì)的討論了均勻柵格(Uniform Grid)，KD-tree，包圍體層次(BVH)這三種不同的加速結(jié)構(gòu)如何在GPU上進(jìn)行表示，在紋理中以何種數(shù)據(jù)布局來(lái)表示它們。又由于GPU中不存在像CPU那樣的堆棧結(jié)構(gòu)，所以，本文也探討了如何在GPU上，以非遞歸的形式來(lái)遍歷KD-tree，包圍體層次(BVH)這樣的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。 3)對(duì)于GPU上的這三種加速結(jié)構(gòu)，本文還以相同的場(chǎng)景對(duì)其進(jìn)行加速效果上的測(cè)試，從而找出何種加速結(jié)構(gòu)對(duì)于GPU而言更加的