基于GPU加速的光线跟踪技术研究与实现_计算机专业论文-经管之家官网！

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摘要

随着图形处理器性能的提高、可编程特性的发展，及可编程硬件高级语言(如CG语言)的发展,人们开始将图形处理流水线的某些处理阶段和图形算法逐渐从CPU向GPU 转移。
光线跟踪算法是一种经典的真实感绘制算法,它利用光路可逆原理,通过追踪光线,能很好地渲染真实世界。本论文介绍了可编程图形硬件基础，分析了基于GPU 的光线跟踪技术的实现原理。设计的6 个实验场景所包含的三角形面片数，从2016 个到60960 个成复杂度递增；在3 种不同分辨率下，分别实现GPU 和CPU 的光线跟踪绘制。对实验结果比较、分析后，得到了GPU 加速的光线跟踪技术的特点。

关键词 CG；openGL；光线跟踪；图形处理器

ABSTRACT

With the improvement of the performance, the characteristics of programmable on graphics processor, and the high-level programmable hardware language (such as C for Graphics), people began to deal with the certain stage of graphics processing and graphics algorithm gradually translating to GPU from GPU.
Ray tracing algorithm which is one of the classic photorealistic rendering algorithm, uses optical reversible principle, by tracing light, can render the real world well. This paper introduces the basis of the programmable graphics hardware, and analysis the achievement of principle with the Ray tracing technology based on the GPU.The number of triangles drawed in the six scenes, increase complexitily from 2,016 to 60,960.Achieve the ray tracing map algorithm based on the CPU and GPU ,respectively, in three different resolutions.The characteristics of ray tracing technology based on GPU-accelerated will be got, after the comparison and analysis of the results.

Keyword CG;openGL;Ray tracing algorithm;GPU

目录

摘要I
ABSTRACTII
第一章 绪论1
1.1背景1
1.1.1 计算机图形学的发展和应用1
1.1.2 图形处理器(GPU)的现状和地位2
1.1.3 图形及硬件编程语言3
1.2 课题主要研究的内容4
第二章 光照6
2.1 光照模型6
2.1.1 放射光6
2.1.2 环境光7
2.1.3 漫反色和Lambert模型7
2.1.4 镜面反色和Phong模型9
2.1.5 简单局部光照模型10
2.2 插值算法10
2.3 光线跟踪11
第三章 CPU下的光线跟踪算法实现13
3.1 openGL基础知识13
3.1.1 openGL工作流程13
3.1.2 openGL数据类型和函数名14
3.1.3 openGL描述图元15
3.2 算法中的变换实现16
3.2.1 几何变换16
3.2.2 投影变换17
3.2.3 视口变换18
3.2.4 视景转换18
3.3 算法中的回调函数实现19
3.4 算法中的绘图和分割面片实现20
3.4.1 场景中物体顶点的确定20
3.4.2 三角形面片的分割算法21
3.5 CPU模型下参数设置及其他函数实现22
3.5.1 设置光源属性22
3.5.2 设置材质属性23
3.5.3 启动光照23
3.5.4 其他函数实现24
第四章 GPU下的光线跟踪算法实现25
4.1 算法中的变换实现25
4.1.1 几何变换25
4.1.2 投影变换25
4.1.3 视口变换26
4.1.4 视景转换26
4.2 算法中的回调函数实现27
4.3 算法中的绘图和分割面片实现27
4.4 GPU模型下的其它函数实现27
4.5 GPU模型下参数设置28
4.5.1 设置光源属性28
4.5.2 设置材质属性28
4.5.3顶点程序配置29
4.5.4 片段程序配置30
4.6 CG光照程序31
4.6.1 顶点的光照程序31
4.6.2 片段的光照程序33
第五章 实验结果与分析34
5.1 实验结果34
5.2 结果分析35
第六章 结束语37
致谢38
参考文献39

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