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《杭州电子科技大学》 2009年
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基于GPU加速的光子映射技术研究

林其选  
【摘要】:近年来,随着计算机硬件的快速发展,特别是图形硬件性能的快速提升,计算机图形学有了长足的发展。硬件的改进推动着各种应用需求的扩展和提高,使得渲染的真实感已经成为人们关注的一个热点。全局光照是真实感渲染领域的一个重要内容,而光子映射又是当前模拟全局光照效果最好的算法之一,因此光子映射也就成了一个研究热点。 光子映射是一种简单、灵活,但功能强大的全局光照渲染算法,但由于该算法在渲染过程中需要大量的计算而比较耗时,使得渲染速度比较慢,所以长期以来光子映射只能作为一种离线渲染技术,而无法应用于交互或者实时渲染领域。随着近年来计算机图形处理器(GPU)的高速发展,GPU已经具备高效的并行性和灵活的可编程性,以及强大的通用计算能力。现在可以利用其强大的并行计算能力,加速光子映射的渲染过程,从而使得光子映射方法在一定条件下达到实时渲染的性能。 本文首先分析和讨论了全局光照以及它的渲染方程,然后探讨了如何将光子映射转化为并行化渲染算法的设计过程,最后根据该过程详细地分析和讨论了光子映射算法在GPU中的实现过程,并对实现中存在的问题和难点,提出了一些改进的方法,具体如下: 1、本文在分析并行处理方式的基础上,探讨了光子映射算法中哪些过程可以并行化处理,以及如何将其转化为并行操作,从而使得光子映射成为一个并行渲染方法。文中还进一步讨论了如何合理地将场景数据分配到各个处理器上,使得各处理器的负载尽可能平衡,从而加快光子映射的实现过程。 2、深入研究了CUDA的编程模型,分析了在CUDA架构中CPU与GPU之间的关系;然后针对在CUDA中并行化实现光子发射和跟踪过程中出现的任务分配和负载平衡问题,提出了一些解决的方法,并且讨论了用于表示光子图的数据结构,以及如何并行化存储光子来构建光子图。 3、针对在实现光子跟踪过程中需要应用递归函数来多次跟踪光子,而目前CUDA却不支持递归函数调用的问题,本文通过引入队列结构来保存和恢复光子跟踪过程中的各种状态,将光子跟踪中的递归思想更改为循环方式实现,很好地解决了递归函数调用的问题。 4、在详细分析和讨论光子映射在CPU中的实现过程和探讨光子映射并行化设计方法的基础上,适当地修改了光子映射算法,使其能够通过CUDA完全运行在GPU上,从而利用GPU强大的并行计算能力,加速光子映射的实现过程。本文最后给出了实验结果,并作了结果的分析。
【学位授予单位】:杭州电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 林乐森;基于OpenCL的AES算法并行性分析及加速方案[D];吉林大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李建明;基于GPU加速的实时虚拟鱼系统[D];大连理工大学;2007年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李敏;基于协同异构模型的成形模拟计算加速[D];华中科技大学;2010年
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10 马安国;高效能GPGPU体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩君;近期数据流频繁项集挖掘[D];大连理工大学;2010年
2 魏卓群;GPU并行免疫算法在冷轧生产调度中的应用[D];大连理工大学;2010年
3 卢晓伟;基于GPU的数据流处理方法研究[D];大连理工大学;2010年
4 闫天峰;基于GPU的体绘制算法和Tomosynthesis投影数据模拟研究[D];大连理工大学;2010年
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7 付浩生;交互式海洋动漫平台场景特效制作[D];中国海洋大学;2010年
8 赵丽娜;液晶显示器缺陷自动识别系统研究与应用[D];苏州大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 马安国;高效能GPGPU体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 邓鹍;前瞻多线程编译优化技术的研究与实现[D];国防科学技术大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏华友;基于CUDA的H.264并行编码器研究与实现[D];国防科学技术大学;2010年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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1 陈皓;罗月童;刘晓平;;基于MPI的光子映射算法并行化[A];计算机技术与应用进展·2007——全国第18届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集[C];2007年
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6 陈钢;众核GPU体系结构相关技术研究[D];复旦大学;2011年
7 潘明皓;动态场景的真实感图形交互绘制技术[D];浙江大学;2010年
8 赵磊;面向复杂对象的实时虚拟展示关键技术研究[D];浙江大学;2009年
9 王辛刚;复杂目标电磁散射特性精确计算方法的并行化和实现[D];上海大学;2011年
10 梅春晖;基于预计算及采样的实时高真实感图像绘制技术研究[D];浙江大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林其选;基于GPU加速的光子映射技术研究[D];杭州电子科技大学;2009年
2 王维翊;GPU加速全局光照与红外多点触摸系统研究[D];北京化工大学;2011年
3 米楠;高质量全局光照的GPU研究与实现[D];浙江大学;2012年
4 任崇辉;基于GPU的高真实感集群渲染系统[D];浙江大学;2011年
5 张煜君;基于GPU的真实感实时渲染技术研究与实现[D];电子科技大学;2011年
6 覃方涛;基于GPU的车牌定位关键技术并行研究[D];重庆大学;2010年
7 姜松;包含光泽材质复杂场景全局光照明的高效绘制[D];浙江大学;2012年
8 刘丹;基于GPU的分子动力学模拟方法研究[D];武汉理工大学;2010年
9 陈枫;基于GPU技术的叠前时间偏移及其在玛湖地区的应用[D];中国地质大学(北京);2011年
10 朱丽莎;基于GPU的一维热传导算法研究[D];暨南大学;2011年
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