基于DirectCompute的實時光線跟蹤算法研究與實現(xiàn).pdf

1、光線跟蹤算法是計算機圖形學的一個核心算法，在真實感圖形繪制中有著十分重要的地位。光線跟蹤算法以其高度逼真的渲染效果已經(jīng)在離線渲染領域得到廣泛的應用，隨著人們對交互系統(tǒng)中圖形的真實感要求越來越高，越來越多的研究人員開始研究實時的光線跟蹤渲染算法。但是，與高真實感圖形相對應的，光線跟蹤需要龐大的計算量和時間開銷。通過使用加速結構并且利用GPU的并行計算能力來提高光線跟蹤算法的速度是近年來的一個研究熱點。
　　光線跟蹤算法中光線的并行性

2、使它適合利用GPU硬件級別的并行提高速度。GPGPU技術的快速發(fā)展使基于GPU的編程變得比較容易，作為最新的GPGPU技術，DirectCompute的線程模型和內(nèi)存模型使開發(fā)者可以直接控制線程的分配。NVIDIA顯卡和AMD顯卡對DirectX的支持使DirectCompute技術具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　加速結構是提高光線跟蹤算法速度的關鍵，它的核心是分割方法，在介紹均勻網(wǎng)格的分解度及KD-Tee和層次包圍盒的SAH分割成本估

3、算模型的基礎上，基于PBRT中的算法，編程實現(xiàn)三種加速結構在CPU中的創(chuàng)建和在GPU中的遍歷。針對CPU中的部分數(shù)據(jù)不能直接復制傳遞給GPU的問題，改進了相關的節(jié)點數(shù)據(jù)結構和對應的創(chuàng)建及遍歷算法。
　　根據(jù)光線跟蹤的基本原理，將Whitted光線跟蹤算法分為三個階段:主要光線生成、求交和計算顏色。同時考慮場景模型的裝載，整個光線跟蹤渲染器包括:場景裝載、創(chuàng)建加速結構、主要光線生成、求交和計算顏色五個部分。前兩部分在CPU中實現(xiàn)，后

4、三部分在GPU中實現(xiàn)。在此框架基礎上，采用面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，實現(xiàn)了一個完整的光線跟蹤渲染器。
　　光線跟蹤渲染器的運行結果顯示:采用均勻網(wǎng)格和層次包圍體加速結構時，基于DirectCompute的光線跟蹤算法可以實現(xiàn)對常見的圖形學模型的實時渲染。此外，采用不同復雜度的場景模型測試和比較三種加速結構的性能，結果表明層次包圍盒的加速效果最好。同時，層次包圍盒的編程簡單、能更好的適應圖元分布不均勻的場景，因此，層次包圍盒可作為基于GP