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基于GPU加速的光子映射渲染算法研究与实现开题报告
一、选题背景
计算机图形学技术可以产生非常逼真的图像和动画，在电影、游戏、虚拟现实等领域已经得到了广泛的应用。光子映射（PhotonMapping）是一种基于蒙特卡罗方法的全局光照计算方法，其将光线投射扩展为了光子投射，这种方法可以在三维场景中进行更为真实的渲染，并且可以处理阴影、反射和折射等效应。
由于光子映射算法需要大量的计算，因此需要极大的计算能力才能进行实时渲染。GPU的并行计算能力可以显著提高光子映射算法的效率和速度，因此本项目将基于GPU加速的光子映射渲染算法展开研究和实现。
二、选题的目的和意义
本项目旨在提高光子映射渲染算法的渲染速度，使其能够在实时场景中进行渲染。此外，本项目还将实现光子映射算法在虚拟现实和游戏领域应用的可行性研究，进一步推广光子映射算法的应用范围。
三、研究内容
1.光子映射算法原理的深入理解和分析。
2.文献综述，对目前光子映射算法的应用、改进、优化等方面进行深入分析和研究。
3.GPU加速的光子映射算法研究，包括并行计算、优化算法等方面，以提高光子映射算法的效率和速度。
4.基于OpenGL和CUDA的光子映射渲染器的实现。
5.测试、优化和改进，针对实际场景进行测试和优化，并对算法进行改进和扩展。
四、预期成果
1.实现一个基于GPU加速的光子映射渲染器，能够在实时场景中进行渲染。
2.基于光子映射渲染算法的虚拟现实和游戏应用的可行性研究报告。
3.发表一篇优秀的计算机图形学论文，以介绍本项目的研究和成果。
五、研究难点
1.GPU并行计算程序设计需要较高的计算机语言水平和经验，对硬件和软件的能力要求较高。
2.光子映射算法的实现需要较高的计算资源和算法优化经验，不能只依赖计算机运行速度的提升来提升渲染速度。
3.虚拟现实和游戏应用的可行性研究需要对虚拟现实、游戏以及计算机图形学领域有较深入的了解和分析。
六、研究计划
1.第一阶段：调研和文献综述。确定研究的方向、内容和目标，对国内外已有的光子映射渲染算法进行深入调研和综述。
2.第二阶段：算法分析和设计。对光子映射算法进行分析和设计，把算法进行优化和改进。
3.第三阶段：GPU算法实现和测试。使用CUDA对算法进行GPU加速实现，对实现的结果进行测试，对实验数据进行收集和分析。
4.第四阶段：应用研究和论文撰写。研究基于光子映射算法的虚拟现实和游戏应用的可行性，并编写研究报告，让更多人了解到本项目的成果。
七、参考文献
[1]PharrM,HumphreysG.PhysicallyBasedRendering:FromTheorytoImplementation[M].2nded.SanFrancisco:MorganKaufmann,2010.
[2]JensenHW.Globalilluminationusingphotonmaps[J].Proceedingsofthe18thAnnualConferenceonComputerGraphicsandInteractiveTechniques,1991:21-30.
[3]程双平，张利军，王洪涛.光子映射渲染算法的研究与实现[J].计算机工程与设计，2017，38（4）:1037-1041.
[4]HensleyJ,WuX,SüsstrunkS.Interactiveglobalilluminationusingfastraytracingandphotonmapping[J].ComputerGraphicsandApplications,IEEE,2003,23(6):28-35.
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