基于GPU的直接體繪制技術(shù).pdf

1、近年來，直接體繪制技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于各個需要三維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的領(lǐng)域中，包括醫(yī)學、物理學和工程學等。直接體繪制技術(shù)在過去受制于硬件條件，許多高質(zhì)量的繪制效果只能在高端的圖形工作站上實現(xiàn)。而隨著圖形硬件的發(fā)展，在目前的家用個人電腦上，體繪制技術(shù)已經(jīng)能繪制出高質(zhì)量的三維重建效果。 本文提出了幾種基于目前最新的可編程圖形處理器(GPU)實現(xiàn)的實時高速體繪制算法。同時也給出了這些算法的完整實現(xiàn)。本文還分析了傳統(tǒng)基于紋理的體繪制算法的優(yōu)缺

2、點，并基于繪制質(zhì)量和速度與新算法相比較，通過實驗證明本文算法在光照圖像效果上優(yōu)于傳統(tǒng)算法。 由于目前GPU的并行和專注計算的架構(gòu)，使得GPU的浮點運算速度遠大于CPU。本文提出的基于GPU的三維紋理映射算法通過編寫頂點程序和片段程序，將傳統(tǒng)的基于紋理面片的體繪制算法在GPU中實現(xiàn)，由此將繁復的計算從CPU中轉(zhuǎn)移到了GPU，從而加快了繪制速度。傳統(tǒng)三維紋理映射算法使以面繪制為基礎(chǔ)的固定管線，因此難以實現(xiàn)體數(shù)據(jù)的光照計算，而本算法可

3、使用自定義光照算法，彌補了原先固定管線中，沒有像素級光照的缺點，增強了該算法的局部照明效果，實現(xiàn)Phong光照模型，提高了重建的真實感效果。 光線投射算法是體繪制技術(shù)中的一種經(jīng)典算法，傳統(tǒng)算法所有的計算都由CPU完成，因此重建速度較慢，無法達到實時效果。本文使用GPU編程技術(shù)，重新實現(xiàn)了傳統(tǒng)的光線投射算法。將原先在CPU中進行的光線進入點計算、離開點計算和光線遍歷采樣等步驟，移入GPU中進行，利用了GPU的高速浮點運算能力，使實