光线追踪的OpenCL加速实现研究

目前GPU计算能力让kD-Tree划分实时场景光线追踪并行算法的执行变得更具有可行性。图像处理器(GPU)高效应用于多边形的渲染,GPU内部单元的可编程性已经让其广泛应用于多边形渲染以外的领域。本文详细描述使用OpenCL的kD-Tree遍历算法,对运算占主要部分的相交测试作出改进,同时提高了GPU计算能力与存储器的利用率,从而提升了光线追踪算法效率。     

基于CUDA的光线追踪优化算法研究与实现

在三维场景仿真过程中,为了实现真实的光影效果,通常采用光线追踪法对场景进行渲染。光线追踪算法的核心过程是光线与场景中的片元进行相交测试,而对于一个复杂的场景,该过程计算量非常大。为了改善光线追踪算法的计算速度问题,实现一种基于CUDA(Compute Unified Device Architecture)的光线追踪算法。该算法利用GPU的并行处理能力同时结合KD-Tree加速相交测试过程,最终提高仿真场景的渲染速度。通过实验表明,该算法的KD-Tree创建性能相比传统方法提升约20%,光线追踪性能提升约6倍。     

基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染

基于光线追踪,将屏幕图像像素分解为投射光线与场景对象交点面片辐射亮度和 纹理贴图的合成,每个面片的辐射亮度计算基于双向反射分布函数(BRDF)基的线性组合,并通 过图形处理器(GPU)处理核心并行绘制进行加速,最后与并行计算的纹理映射结果进行合成。 提出了一种基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染算法,利用GPU 并行加速,在提 高绘制效率的前提下,实现动态交互材质的全局光照实时渲染。重点研究：对象表面对光线的 多次反射用BRDF 基的线性组合来表示,将非线性问题转换为线性问题,从而提高绘制效率; 利用GPU 并行加速,分别计算对象表面光辐射能量和纹理映射及其线性组合,进一步提高计算 效率满足实时绘制需求。     

一种基于GPU的改进光线投射算法

针对传统光线投射算法计算量大、速度慢、在没有硬件加速情况下难以实时重建的问题,提出了一种基于GPU编程的快速计算重采样点值的光线投射算法。首先,设计一个GPU程序确定投射光线的终点与方向;其次,采用加速度步长采样方法确定重采样点的位置并利用快速复合插值方法计算重采样点的颜色值;最后,采用不透明度提前截止法进一步加速重建过程。实验结果表明,该方法计算复杂度低、执行效率高。在保证重建图像质量的同时,与现有基于CPU的光线投射算法相比,重建速度提高6倍,与基于GPU的传统光线投射算法相比,速度提高2倍。     

基于OpenCL的实时KD-Tree与动态场景光线跟踪

目前,基于GPU或多核CPU加速的光线跟踪算法是与硬件相关的.研究具有跨平台性能的实时光线跟踪算法既具有挑战性,又具有很强的应用价值.为此,提出一种基于OpenCL并且跨平台的动态场景实时光线跟踪绘制算法.首先通过对通用GPU并行处理性能进行发掘,将光线跟踪中KD-Tree建立、场景遍历和绘制3个过程均设计在GPU上,而CPU只负责其中各过程的调度,从而充分利用了GPU的计算性能,并有效地降低了数据传输开销;通过设计并行分区、并行SAH、紧密的数据管理以及区间性叶结点存储等算法,在GPU中高效、高质量地建立动态场景的KD-Tree,同时高质量的KD-Tree也有效地加速了场景的遍历速度.该算法以广度优先和大规模并行模式建立K D-Tree,更具通用性,既可以运行于NVIDIA GPU(CUDA GPU),也可以运行于AMD GPU.实验结果表明,文中算法可以在NVIDIA GPU和AMD GPU上对中等规模的动态场景实现实时光线跟踪绘制.     

基于GPU的彩色显微光学图像快速三维可视化

彩色显微光学图像三维可视化计算量较大,针对基于CPU单线程串行计算的可视化方法无法满足实时显示要求,提出一种基于图形处理器(GPU)的显微彩色图像快速三维可视化算法。该方法采用最大密度投影函数(MIP)实现可视化,通过插值计算通过物体光线上等间距点的RGB值,取其最大亮度点的RGB作为该光线对应像素的颜色值。以上过程通过构筑的内核函数在GPU上以多线程方法完成,最终使用Open GL直接绘制投影图像。利用激光共聚焦显微镜获得的小鼠肾细胞彩色图像和多层细胞样本进行算法验证。实验结果表明,与基于CPU的单线程串行计算方法相比,基于GPU的可视化方法在显示效果一致的前提下,计算速度提高了90倍。该方法极大提升了显微图像处理过程中的实时显示性能。     

3D非均匀直线网格GPU体绘制方法研究

计算机图形硬件技术的快速发展可以用来加速可视化过程,为此针对非均匀直线网格,给出了基于均匀辅助网格的CPU光线投射算法、基于辅助纹理的GPU光线投射算法,以及基于切片的3D纹理体绘制算法,并在Nvidia Geforce 6800GT图形卡上对这些算法进行了测试。结果表明,GPU算法远远快于CPU算法,而基于切片的3D纹理体绘制算法则快于GPU光线投射算法。     

基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术

为克服传统算法中体绘制交互速度不流畅、重建耗时长、绘制效果单一的不足,实现了基于图形处理器(GPU)的光线投射算法用于医学层析图像实时体绘制,并能快速切换不同组织器官的绘制效果。首先,读入医学层析图像到计算机内存,构造体素;然后,设置相应体素属性(如插值方式、着色处理、光照参数)等,设计显示不同组织器官的颜色及不透明度传输函数;最后,GPU加载体素据并进行光线投射算法的计算。实验结果表明,在绘制速度上,GPU加速光线投射算法实现的多功能体绘制技术的绘制速度能达到每秒40帧以上,完全满足临床应用需求。在绘制质量上,用户交互中由于重采样而产生的锯齿现象明显低于CPU端实现的光线投射算法,GPU端与CPU端绘制时间的加速比在9倍左右。     

基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术

为克服传统算法中体绘制交互速度不流畅、重建耗时长、绘制效果单一的不足,实现了基于图形处理器(GPU)的光线投射算法用于医学层析图像实时体绘制,并能快速切换不同组织器官的绘制效果。首先,读入医学层析图像到计算机内存,构造体素;然后,设置相应体素属性(如插值方式、着色处理、光照参数)等,设计显示不同组织器官的颜色及不透明度传输函数;最后,GPU加载体素据并进行光线投射算法的计算。实验结果表明,在绘制速度上,GPU加速光线投射算法实现的多功能体绘制技术的绘制速度能达到每秒40帧以上,完全满足临床应用需求。在绘制质量上,用户交互中由于重采样而产生的锯齿现象明显低于CPU端实现的光线投射算法,GPU端与CPU端绘制时间的加速比在9倍左右。     

IMG CXT光线追踪图形处理器Imagination Technologies

Imagination宣布推出旗舰款图形处理器(GPU)知识产权(IP)产品IMG CXT,同时,其PowerVR Photon光线追踪架构也随该IP首次亮相.通过增加Photon硬件光线追踪功能,IMG CXT实现了GPU IP的又一次重大飞跃,能够为游戏和其他图形处理应用场景提供令人难以置信的性能.Photon 是业界最先进的光线追踪架构,可以为移动和嵌入式应用带来桌面级质量的视觉效果,并已在多个市场中进行了授权.     

面向信息安全的二维CAD工程图复杂度研究

针对二维CAD工程图的特点,研究了二维CAD工程图复杂度的度量方法。提出了实体复杂度、约束复杂度以及特征复杂度的定义,并分别给出了3种复杂度的计算方法。分析与讨论表明,上述3种复杂度能有效地对二维CAD工程图的复杂度进行度量。最后对二维CAD工程图复杂度在工程图内容加密以及数字水印中的应用进行了探讨。     

基于SVG的矢量图形编辑系统的数据描述模型

SVG是W3C组织制定的一套基于XML的可扩展矢量图形语言描述规范，可以用来描述矢量图形、图像、文本等图形对象。为了在Web上显示图形并对图元进行操作，提出了一个支持SVG的矢量图形编辑系统的数据模型。该模型采用面向对象的方法来描述，主要包括类结构、图元描述模型和SVG解析模型。实践证明，根据这个模型能够设计出高效率的独立于具体应用的图形编辑系统，为生成SVG图形文件提供一个可视化环境。     

嵌入式系统图形处理平台设计与实现

介绍了嵌入式系统图形处理平台的研制背景和目的,即是为了屏蔽各种嵌入式环境底层的不同,如操作系统和底层图形开发工具包以及硬件的差异,为上层图形应用程序开发提供统一的接口和图形服务,构建图形支撑环境.采用了以图形核心系统(graphical kernel system,GKS)为基础的方法进行设计,实现了应用程序开发的设备无关性.介绍了该嵌入式图形处理平台的层次结构,以及该平台在VxWorks操作系统Windml版本实现中所用的一些关键技术.     

IDECAP Interactive Pictorial Information System for Demographic and Environmental Planning Applications

IDECAP is a database type information system. It is different from regular database systems as the information is mainly presented via thematic maps displayed on a graphics screen. Retrieval of information is usually achieved by means of graphical interaction with these images. The system utilizes interaction techniques and systems software from interactive computer graphics, using vector graphic and colour raster graphic stations for output. The present databank contains data based on grids and polygonal data. The system is being applied, but not restricted, to the Dutch 1971 Census data and the 1978 land use data. It allows the mapping of grid variables against a topographic background. Areas of interest can be investigated in detail by zooming in on a window drawn on the graphics screen by the user. Maps can be adjusted by user-definable class distributions shown in the form of histograms with standard deviations.     

矢量图形编辑系统的数据模型及其实现

以电力行业为实际应用背景，本文提出了一组基于SVG的矢量图形编辑系统的数据模型，主要包括类结构、图元描述模型和SVG解析模型；同时，以该模型为基础设计和实现了一个独立于具体应用的矢量图形编辑系统，讨论了该系统的设计思想和体系结构，并对各部分功能进行了分析。     

Graphic design for computer graphics

Because computer graphics systems are capable of sophisticated displays of typography, symbols, color, spatial organization, and temporal sequencing, it is appropriate to seek principles for designing effective communication from the discipline of graphic design whose expertise lies in programming visible language. Examples of the author's work are cited to demonstrate how graphic design can improve three different types of computer graphics.     

试题库中图文数据混合输入输出的研究

探讨了智能组卷系统中试题库设计和研发中,图形和文本的混合存储以及输出技术这一问题的解决,在很多应用中所采用的方案是将图形信息和文本信息分开处理,或者存储图形的存放路径,使用上述方法得到的排版结果均不够理想,而且存储繁琐,针对这一问题,利用Visual basic开发了专门的图文数据共同存储输出程序,并实现了预期的效果。     

超级计算机图形学和可视化

近两年,超级计算机、计算机图形学和科学可视化是三个引人注目的论题。今天,大量的计算机应用问题是运用超级计算机以及图形系统和科学可视化来解决的。本文介绍了超级计算机图形学产生和发展的背景,着重阐述了更高级的图形学及其应用的研究与发展,总结了超级计算机可视化的研究现状和发展趋势。最后,本文指出,基于超级计算机图形学的可视化时代已经到来。     

Design philosophy of particle system animated on graphics accelerator

The distribution design of the computing load between the central processor and graphics accelerator for particle animation systems is presented. A method for compressing data streams between the system and graphic memory is proposed. The method for formations and animations of particle shapes directly on a graphics accelerator is described. An efficient particle-sorting method is presented.     

基于OpenGL的一种三维拾取方法

本文介绍了一种基于OpenGL的三维拾取方法，该方法可对三维地形图上的任意点进行拾取，并反馈拾取点的三维信息。在正交投影模型中，将整个图形划分成若干块均匀区域，先判断二维输入点落在哪块区域；然后再对选中的区域细化，判断输入点所选中的图元，并根据该图元的顶点信息求出二维输入设备所对应的第三维的值；最终返回该拾取取点在物体坐标系下的真实三维坐标，从而实现图形交互功能。