一种光线与三角形求交算法的硬件架构设计

为了实现实时性的光线追踪平台,提出了一种光线与三角形求交算法的硬件架构设计。首先介绍了一种光线与三角形求交的简洁算法。该算法与其它算法相比使用存储空间最少,却具有相似的性能,便于硬件实现。根据此算法,提出了相应的硬件架构,在架构设计过程中,通过折叠、资源共享、以及多线程等硬件架构设计方法来提高硬件使用率,使有限的硬件资源达到最高的性能。实验结果表明,与现有方案相比,本文硬件架构平台在速度和芯片面积两个方面都存在着较大的提高。为实时光线追踪的实现提供了依据。     

一种基于光线相关性的快速光线跟踪算法

在分析和比较现有光线跟踪快速求交算法的基础上，基于光线相关性研究和探索了逐步细分光线跟踪算法，以减少光线求交次数。本方法为实时生成真实感图形提供了一条很有潜力的实现途径。     

并行计算在光线追踪中的应用

目前,计算机图形学的技术包括有光栅化,光线追踪,辐射度3种主流算法.而光线追踪又以其绘制的真实感性及实现的方便性,受到了广泛的应用.但光线追踪的最大问题在于性能.围绕光线追踪中的核心算法-射线与三角形相交算法展开讨论,引入基于Intel TBB并行编程工具的线程级并行技术以及基于SIMD的指令并行技术,提高其算法的速度.其加速技术可以使光线跟踪的性能在计算机多核的情况下,相对于串行跟踪方法有明显的改善.     

基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法

在地质建模中,当待处理的曲面包含大量三角形时,求交速度成为了瓶颈。该文提出基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法,采用平均单元格技术对求交曲面进行预处理,以加快相交元素对的获取。实验结果表明,与同类求交算法相比,该算法能够有效提升求交速度,并已成功应用于某地质建模软件中。     

一种改进求交的自适应光线投射体绘制算法

光线投射算法是体绘制技术中的一种重要算法,但其自身存在采样效率低和绘制速度慢等问题。为了提高光线投射算法的绘制速度,本文提出了一种改进求交的自适应光线投射体绘制算法,算法采用一种快速求交方法和自适应采样来提高体绘制速度,试验结果表明该算法能在基本不影响图像质量的同时提高算法的速度。     

采用Intel集成众核架构的并行光线追踪加速方法

针对真实感渲染光线追踪流程中光线和场景求交计算量大、渲染速度慢的问题,提出一种基于Intel集成众核架构的并行光线追踪加速方法.在场景预处理阶段,首先构建四分支场景加速结构,以适应于MIC的硬件架构.在光线追踪阶段,首先通过CPU主核控制光线追踪整体流程,该主核采用多线程调度优化策略,调度MIC从核进行光线和场景树的求交操作,实现CPU和MIC的异步数据传输,充分利用主从核的计算能力;在MIC从核的光线和场景树求交过程中提出一种并行求交算法,充分利用MIC宽SIMD处理单元,实现光线和场景树4个结点并行求交的向量化操作,以加速求交过程.实验结果表明,与CPU原生模式相比,文中方法在光线求交阶段可达到2~4倍的加速效果,整体光线追踪流程渲染速度亦得到显著提升.     

TIN快速求交算法及其应用研究*

煤矿床地表与地质层面模型通常采用TIN表示,交线作为层面模型交叉部分的特征描述,在模型构建及后续的应用分析中都具有十分重要的作用。根据基于层面模型编制露天煤矿采剥计划的需要,提出并实现了一种基于空间索引与碰撞检测的TIN快速求交算法,算法通过建立TIN空间格网索引,使相交测试仅限于映射在同一个空间格网单元内的三角形对之间,在计算交线时,进一步应用AABB包围盒碰撞检测技术快速剔除不相交三角形对,并分别采用“边—面”及改进的“边—边”求交算法计算异面与共面三角形交线,最后,根据交线段之间的空间邻接关系实现交线的快速分离。实验分析表明,算法整体时间效率较基于OBBTree的TIN求交算法高,并在露天煤矿采剥计划CAD软件系统中应用于计划线生成、运输道路设计、追踪等值线、切割剖面等设计实践,提高了在三维图形环境下采剥计划设计的精度与可靠性。     

β-样条曲面的光线跟踪算法研究

提出了一种光线跟踪与β样条曲面快速求交算法。加快了光线跟踪技术的求交运算，以实现虚拟现实中真实感图形的实时绘制。实验结果表明，该算法较已有算法快，有一定的实用价值。     

雕塑物体的布尔运算

本文提出了一种带有trimmed曲面物体的快速布尔运算算法。算法首先对trimmed曲面在其trimmed区域内离散,并进行离散求交,在离散求交时保证三角形边面仅求交一次;算法采用交点表与连续跟踪相结的方法跟踪交线,并在跟踪交线的同时用Euler算子建立起交线的数据结构且对特殊交点进行特球处理;算法最后用一种新的交点修正法对离散交线进行求精。     

基于空间索引与碰撞检测的TIN求交算法

针对三维矿床地质模型构建及后续应用分析中的需求,提出一种基于空间索引与碰撞检测的不规则三角网(TIN)快速求交算法。通过建立TIN模型的空间格网索引,将相交测试与计算限定在映射于同一个空间格网单元内的三角形对之间,在求交计算过程中,应用包围盒碰撞检测方法快速剔除不相交三角形对,并分别采用边-面及改进的边-边求交算法计算异面与共面三角形交线,并根据交线段之间的空间邻接关系完成交线的快速分离。实验及应用结果表明,该算法效率高、运行稳定、计算结果可靠,能够满足大规模TIN快速求交计算的需要。     

基于二分内包围盒的玉米光照逆光线跟踪算法

为了在玉米仿真中构建逼真有效的光环境,提出一种基于二分内包围盒的玉米光照逆光线跟踪算法。首先,在玉米表面建立二分内包围盒进行预处理,减少光线与玉米相交运算量;其次,引入遮挡因子简化光能计算的复杂度;最后,通过调整光能阈值达到光环境逼真度和算法效率的统一。为了验证算法的快速有效性,建立玉米模型,对比不同包围盒求交运算的速率,得出二分内包围盒的求交速度最快,逆光线跟踪算法模拟出的玉米生长效果较为逼真。     

基于室内动静结合分割的射线跟踪加速方法

密闭环境的信道建模在许多应用场景中具有重要作用。在空间内障碍物较多时,传统射线跟踪算法在运算过程中会有无用的求交点次数过多的问题,使得算法的计算效率较低。为此,提出一种基于空间分割的射线跟踪加速方法。该方法根据三维空间中物体的分布情况,合理地结合静态与动态两种空间分割加速方法,大幅度减少了射线与空间内物体的求交点次数,提高了算法的计算效率。仿真分析表明,在相同预测精度的三维环境下,与原始算法对比,使用静态空间分割的射线跟踪算法随着分割等级的提升计算效率提高了至少50.2%;而与只使用静态空间分割的算法对比,使用静态与动态空间分割结合的加速方法的计算效率在已经提高的基础上至少还能提升8.9%。     

基于室内动静结合分割的射线跟踪加速方法

密闭环境的信道建模在许多应用场景中具有重要作用。在空间内障碍物较多时，传统射线跟踪算法在运算过程中会有无用的求交点次数过多的问题，使得算法的计算效率较低。为此，提出一种基于空间分割的射线跟踪加速方法。该方法根据三维空间中物体的分布情况，合理地结合静态与动态两种空间分割加速方法，大幅度减少了射线与空间内物体的求交点次数，提高了算法的计算效率。仿真分析表明，在相同预测精度的三维环境下，与原始算法对比，使用静态空间分割的射线跟踪算法随着分割等级的提升计算效率提高了至少50.2%；而与只使用静态空间分割的算法对比，使用静态与动态空间分割结合的加速方法的计算效率在已经提高的基础上至少还能提升8.9%。     

裁剪后二次曲面的光线跟踪

提出了一个对裁剪后二次曲面进行光线跟踪的新方法。在该方法中引进了一个易于由世界坐标求参数的辅助参数空间，通过预处理，事先将原参数域下的边界变换到新的参数空间。这样，光线与曲面的求交仍可按二次曲面的几何参数进行，求出交点后，再将交点变换到辅助参数空间，在新的参数域中判断交点是否在裁剪过的曲面上。     

Fast Ray Sorting and Breadth‐First Packet Traversal for GPU Ray Tracing

We present a novel approach to ray tracing execution on commodity graphics hardware using CUDA. We decompose a standard ray tracing algorithm into several data‐parallel stages that are mapped efficiently to the massively parallel architecture of modern GPUs. These stages include: ray sorting into coherent packets, creation of frustums for packets, breadth‐first frustum traversal through a bounding volume hierarchy for the scene, and localized ray‐primitive intersections. We utilize the well known parallel primitives scan and segmented scan in order to process irregular data structures, to remove the need for a stack, and to minimize branch divergence in all stages. Our ray sorting stage is based on applying hash values to individual rays, ray stream compression, sorting and decompression. Our breadth‐first BVH traversal is based on parallel frustum‐bounding box intersection tests and parallel scan per each BVH level. We demonstrate our algorithm with area light sources to get a soft shadow effect and show that our concept is reasonable for GPU implementation. For the same data sets and ray‐primitive intersection routines our pipeline is ～3x faster than an optimized standard depth first ray tracing implemented in one kernel.     

格网划分的双策略跟踪多边形裁剪算法

论文提出了一种高效稳定的多边形裁剪算法,算法支持带内环的平面简单 多边形,同时也支持多边形的“并”和“差”等布尔运算。首先,设计了算法所需的数据结构; 其次,基于直线扫描转换Bresenham 算法原理提出了边网格划分的有效算法,并应用一个简 单的方法避免不同网格内边的重复求交;最后,将交点分类为普通交点和顶交点,并针对这 两类交点构造了不同的跟踪策略,在跟踪过程中交替、递归地应用这两个策略来确保算法处 理特殊情况时的稳定性。与其它同类算法的比较表明,新算法具有更高的效率。     

Material interface reconstruction

The paper presents an algorithm for material interface reconstruction for data sets where fractional material information is given as a percentage for each element of the underlying grid. The reconstruction problem is transformed to a problem that analyzes a dual grid, where each vertex in the dual grid has an associated barycentric coordinate tuple that represents the fraction of each material present. Material boundaries are constructed by analyzing the barycentric coordinate tuples of a tetrahedron in material space and calculating intersections with Voronoi cells that represent the regions where one material dominates. These intersections are used to calculate intersections in the Euclidean coordinates of the tetrahedron. By triangulating these intersection points, one creates the material boundary. The algorithm can treat data sets containing any number of materials. The algorithm can also create nonmanifold boundary surfaces if necessary. By clipping the generated material boundaries against the original cells, one can examine the error in the algorithm. Error analysis shows that the algorithm preserves volume fractions within an error range of 0.5 percent per material.     

Fast Ray Tracing NURBS Surfaces

In this paper,a new algorithm wit extrapolation process for computing the ray/surface intersection is presented.Also,a ray is defined to be the intersection of two planes,which are non-orthogonal in general,in such a way that the number of multiplication operations is reduced.In the preprocessing step,NURBS surfaces are subdivded adaptively into rational Bezier patches.Parallelepipeds are used to enclose the respective patches as tightly as possible Therefore,for each ray that hits the enclosure(i.e.,parallelepiped)of a patch the intersection points with the parallelepiped‘s faces can be used to yield a good starting point for the following iteration.The improved Newton iteration with extrapolation process saves CPU time by reducing the number of iteration steps.The intersection scheme is facter than previous methods for which published performance data allow reliable comparison.The method may also be used to speed up tracing the intersection of two parametric surfaces and oter operations that need Newton iteration.