基于GPU的直接体绘制关键技术研究[专业：计算机科学与技术].pdf

知识水坝论文
国防科学技术大学
硕士学位论文
基于GPU的直接体绘制关键技术研究
姓名：刘光国
申请学位级别：硕士
专业：计算机科学与技术
指导教师：蔡勋
20071101
知识水坝论文
摘要直接体绘制技术是科学计算可视化的重要研究内容，目前在许多科学领域得到了广泛应用。传统直接体绘制技术存在绘制速度慢、交互性差的缺点，但应用领域对数据可视化结果的真实感、可视化过程的实时交互性要求却越来越高。本文在系统地研究与分析直接体绘制的基本原理、典型绘制方法以及相关加速绘制技术的基础上，针对目前直接体绘制技术存在的问题，结合奶氐悖绘制、基于幕旌鲜莩』嬷萍际踅辛松钊胙芯浚⑼瓿闪讼喙厮惴ㄓ朐型系统实现。本文的主要工作和取得的主要研究成果包括：岢鲆恢只贕的体数据预处理加速算法。本文对目前寤嬷屏魉结构进行了深入地分析，为消除流水线速度瓶颈，采用自适应数据划分剔除算法对体数据进行子划分，剔除空白子块后将子数据块定义成子纹理块，然后使用体纹理打包算法游评砜榇虬墒屎螱纹理内存的纹理，再依次传输至评砟诖嬷小Ｊ笛榻峁砻骷铀偎惴ㄓ行У靥岣吡肆魉呤导释吐率，与原始算法相比，加速算法节省了％．％的绘制时间。岢鲆恢只贕的单遍光线投射体绘制算法。本文在深入研究经典光线投射算法以及基于三维纹理切片算法的基础上，针对已有算法存在预先计算梯度耗时、存储空间需求大的问题，将传统基于墓庀咄渡渌惴ㄓ成涞紾上执行，通过片元程序动态计算梯度插值来节省存储空间和提高图像质量。与传统三维纹理切片体绘制算法相比，本文算法无需回读数据和回写颜色缓冲区即可在系囊桓鐾ǖ滥谕瓿苫嬷疲锏搅耸凳苯换サ幕嬷埔G蟆岢鲆恢只贕的混合数据场绘制方法。本文在研究已有混合数据场绘制算法的基础上，针对混合数据场求交复杂、绘制效果不理想的问题，结合改进的混合光照模型，提出了一种等值面快速求交算法。实验结果证明采用混合光线跟踪算法绘制混合数据场时，新算法比经典光线跟踪求交算法绘制速度快诙陨鲜鏊惴ń蟹治錾杓朴胧迪值幕∩希疚墓菇嘶贕的光线投射体绘制系统框架Ｊ笛榻峁砻鳎每蚣芡ü扇”疚奶岢龅幕贕的体数据预处理加速算法、单遍光线投射体绘制算法以及混合光线跟踪绘制算法，充分发挥了阅堋⒂行Ъ跎倭薈负担并显著提高了场景绘制速度，是一个简单、快速、易于实现和扩展的直接体绘制实时交互绘制框架。关键词：直接体绘制，光线投射，混合绘制，实时交互，对基于奶寤嬷屏魉咭约疤寤嬷圃ご砑铀偌际酢⒒贕的光线投射国防科学技术大学研究生院学位论文％。第
．甌篋琣甒国防科学技术大学研究生院学位论文琧第页琲琾，瑃琣瑆猵，甌．瑃，猟瑃猼琭，猼，，瑃琧瓹，——琣．，瑆，瑀甀，琑琀琑．瓽—．
表目录表体数据预处理链表数据结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．表鼠标交互类结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表光线投射算法伪码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．表足迹表算法伪码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。表剔除空白体元伪码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表蕹瞻滋逶:笮畔⒈４娴奈甭搿表两种体绘制算法的数据预处理时间与性能百分比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表动态计算梯度插值的程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．表光线遍历和插值伪码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表三种方法在数据集上的绘制速度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表查找等值面区域伪码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。表求解导数方程伪码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．表迭代求解光线与等值面交点伪码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表体数据抽象基类结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表体数据子划分类结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．表体纹理打包类结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表着色器管理基类结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表体绘制抽象基类结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．表四元数类结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．国防科学技术大学研究生院学位论文第页
图目录图图形渲染流水线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．嬷屏魉呓峁辜捌烤狈治觥璴寤嬷屏魉哂呕桨浮图体纹理打包示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．图采用本文算法的体绘制效果图⋯⋯⋯⋯⋯