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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于GPU的全局光照渲染技術(shù)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是一個(gè)全局光照渲染器。功能是由給出場(chǎng)景物體形狀、表面屬性、照明情況，以及觀察角度等數(shù)據(jù)，根據(jù)光傳播的物理規(guī)律，把觀察到的畫面繪制出來。本作品使用CUDA編程接口，利用GPU強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，完成關(guān)鍵部分的計(jì)算，較之于CPU渲染器明顯提高計(jì)算速度，并且采用無偏的路徑跟蹤算法，保證計(jì)算結(jié)果逼近真實(shí)值。本作品主要針對(duì)建筑表現(xiàn)、工業(yè)設(shè)計(jì)、影視制作等領(lǐng)域。
- 詳細(xì)介紹：
- 我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基本框架，其中具有以下特性： （1）能支持包含幾十萬個(gè)三角面的中等場(chǎng)景。 （2）支持漫反射，鏡面反射和折射材質(zhì)。 （3）采用路徑跟蹤算法，結(jié)果收斂于物理真實(shí)值。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- （1）目的 當(dāng)前在建筑表現(xiàn)，工業(yè)設(shè)計(jì)，影視制作普遍采用離線渲染技術(shù)。由于離線渲染本身計(jì)算量大，而對(duì)于大多數(shù)用戶，又不可能實(shí)現(xiàn)分布式渲染，而另一方面，圖形處理器的發(fā)展使得利用GPU進(jìn)行并行計(jì)算成為可能，因此利用GPU進(jìn)行渲染，將會(huì)成為提高渲染速度的另一種選擇，因此這方面的研究有明顯的實(shí)用價(jià)值。 （2）基本思路 a.使用路徑跟蹤方法，以此保證結(jié)果無偏性。 首先從視點(diǎn)發(fā)射一條光線，找到跟最近的物體的交點(diǎn)，并計(jì)算這個(gè)點(diǎn)上面的直接光照。然后從這個(gè)點(diǎn)再次發(fā)射一條光線，重復(fù)之前的步驟。最后根據(jù)光照公式，把各點(diǎn)的直接光照混合起來，得出最終的像素顏色值。這種辦法從物理上說是準(zhǔn)確的，也就是說隨著光線數(shù)增大，得到的圖像越趨近于真實(shí)的光照分布。 b.嘗試各種求交方法，提高效率。包括BVH樹的packet traversal方法，無堆棧方法等。 c.針對(duì)圖形硬件特點(diǎn)做出相應(yīng)改進(jìn)。包括隱藏訪存延遲，減少條件分支，減少寄存器消耗量，利用共享內(nèi)存等。 （3）創(chuàng)新點(diǎn) 提出一種適合GPU的路徑終止方法。 （3）技術(shù)指標(biāo) 下面是部分運(yùn)行數(shù)據(jù)： 三角形數(shù) 迭代次數(shù) 分辨率 渲染總時(shí)間 3466 42 640*480 13s 382376 79 640*480 153s
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 我們這個(gè)系統(tǒng)的創(chuàng)新主要是集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新。項(xiàng)目實(shí)施至今，我們已經(jīng)初步建立了系統(tǒng)框架，實(shí)現(xiàn)了模型的初步建立，主要有以下的特點(diǎn)及進(jìn)步： （1） 能達(dá)到更精確的效果。由于采用路徑跟蹤算法，結(jié)果收斂于真實(shí)值，理論上比光子貼圖等近似算法更加準(zhǔn)確。 （2） 使用GPU實(shí)現(xiàn)的路徑跟蹤算法，相比CPU實(shí)現(xiàn)速度有明顯提高，收斂速度加快。 （3） 目前，我們已經(jīng)根據(jù)圖形硬件特點(diǎn)，提出了一種新的終止路徑的方法，在保證結(jié)果無偏性的同時(shí)不降低效率。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 參加校挑戰(zhàn)杯比賽獲三等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 目前我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基本框架，具有以下特性： a.能支持中等場(chǎng)景。 b.支持基本的材質(zhì)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 未有這方面的計(jì)劃。
作品可展示的形式
- 圖片，視頻和原型系統(tǒng)。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用方法： 讀取obj格式文件，然后進(jìn)行渲染。場(chǎng)景為靜態(tài)場(chǎng)景，但可以動(dòng)態(tài)改變觀察視角。 技術(shù)特點(diǎn)： （1）能支持包含幾十萬個(gè)三角面的中等場(chǎng)景。 （2）支持漫反射，鏡面反射和折射材質(zhì)。 （3）采用路徑跟蹤算法，結(jié)果收斂于物理真實(shí)值。 適應(yīng)范圍： 工業(yè)設(shè)計(jì)、影視制作領(lǐng)域。 市場(chǎng)分析及經(jīng)濟(jì)效益： 當(dāng)前系統(tǒng)尚處于研究階段，具體效益尚不明朗。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前國外關(guān)于GPU光線追蹤的研究主要集中在光線求交上。針對(duì)圖形硬件的特性，需要解決的技術(shù)問題有： 1） 減少在求交過程中出現(xiàn)一個(gè)wrap內(nèi)各個(gè)線程走向不同分支的情況。 2） 因此應(yīng)該避免實(shí)現(xiàn)堆棧，或者采用二進(jìn)制位形式的小堆棧。 3） 采取措施隱藏訪問全局存儲(chǔ)器的延遲。 針對(duì)以上問題，尤其是前兩個(gè)問題，已經(jīng)有了很多的研究，基本的思路有以下幾點(diǎn)： 1） 把方向相近的光線集中在同一個(gè)wrap上，減少分支，這種方法稱為packet traversal。 2） 開發(fā)無堆棧的求交方法，稱為stackless traversal，此方面比較成功的有KD樹的rope方法。 3） 把數(shù)據(jù)保存成紋理，利用紋理緩存加速訪問。 按照國外論文報(bào)告的數(shù)據(jù)，采用當(dāng)前的高端圖形硬件（如GTX280），在幾十萬面的場(chǎng)景，能夠達(dá)到每秒對(duì)幾十到一百萬條光線求交。相比之下，我們的實(shí)現(xiàn)還是有比較大的差距。
