可編程圖形加速器相關(guān)應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、作為虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)，虛擬場景的渲染，一直是虛擬現(xiàn)實研究工作中的一個重點(diǎn)。在三維游戲，虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)，三維地理信息系統(tǒng)等應(yīng)用中，如何使虛擬場景給予用戶更為真實的體驗，是虛擬現(xiàn)實研究工作者的目標(biāo)之一?？删幊虉D形加速器（GPU）的迅速發(fā)展為更好的虛擬場景渲染效果提供了硬件基礎(chǔ)。自1993年以來，GPU的處理能力以每年2.8倍以上的速度飛速發(fā)展，當(dāng)前最先進(jìn)的民用圖形處理器，其數(shù)據(jù)處理能力已經(jīng)不亞于甚至在某些方面已經(jīng)超越了最先進(jìn)的CPU。不僅是

2、處理能力的提升，GPU還在原有的固定流水線中引入了可編程功能，給予用戶在使用GPU進(jìn)行圖形的渲染著色上有更多的自由度，更使GPU擁有了通用處理器的一些特性，給GPU的應(yīng)用提供了更為廣闊的空間。在這樣飛速發(fā)展的圖形處理能力面前，許多在不久前還無法想象的實時圖形特效都成為了可能。如何充分利用GPU如此強(qiáng)大的處理能力來實現(xiàn)一些復(fù)雜的圖形應(yīng)用，增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實場景中的用戶體驗真實度，成為了虛擬現(xiàn)實研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 本文的研究工作主要包括以下

3、內(nèi)容： 首先，本文對實時陰影的渲染算法進(jìn)行了研究。分析了目前流行的硬陰影生成算法的實現(xiàn)原理，比較各算法的局限性和優(yōu)越性，并且針對陰影圖算法中由于算法本身所帶來的偏移量問題，提出了一種改進(jìn)的自適應(yīng)偏移量算法。該算法只需設(shè)置簡單的幾個參數(shù)，由程序自動分析場景特性取得一個合理的偏移量，這種方法相對于目前存在的解決方案具有不再需要由程序員依據(jù)場景手動調(diào)整偏移量大小的優(yōu)點(diǎn)。 其次本文研究并實現(xiàn)了一種完全基于GPU的粒子系統(tǒng)。在虛擬

4、場景中，粒子系統(tǒng)能夠相當(dāng)真實得模擬諸如云，雨，氣流等不定型物體，有著廣泛的應(yīng)用。但是普通的粒子系統(tǒng)在實時仿真中，粒子總數(shù)最多只能達(dá)到10 000個左右。其中瓶頸在于粒子數(shù)據(jù)從主處理器到圖形硬件的傳輸和CPU的并行處理能力。利用GPU的多通道并行處理功能，提高處理速度，可以很大程度地增加粒子系統(tǒng)實時仿真應(yīng)用中的粒子數(shù)量，從而可以提高虛擬環(huán)境的逼真程度。實驗證明基于GPU的粒子系統(tǒng)的實時性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通粒子系統(tǒng)。 論文的第三部分對在