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基于物理的光线追踪万核可扩展并行成像算法与软件的任务书
任务书
题目：基于物理的光线追踪万核可扩展并行成像算法与软件
一、任务背景
随着科技的不断进步，计算机图形学和计算机视觉的应用范围越来越广泛，包括游戏、电影制作、模拟设计、机器人视觉等领域。在计算机图形学和计算机视觉中，物理光线追踪是一种经典方法，其基本思想是通过在场景中追踪光线来计算像素值。然而，传统的光线追踪算法在大规模场景下的计算量较大，很难在短时间内完成。随着计算机体系结构的不断发展和高性能计算能力的提高，高性能计算（HPC）已经成为求解大规模问题的重要手段。因此，开发基于物理的光线追踪万核可扩展并行成像算法与软件具有重要的意义。
二、任务目标
本课题旨在开发基于物理的光线追踪万核可扩展并行成像算法与软件，具体目标如下：
1.研究并实现基于物理的光线追踪算法，并通过算法调优，提高光线追踪的计算效率。
2.设计并实现万核可扩展的并行光线追踪算法，确保算法能够在HPC平台上进行并行计算，以最大化计算机资源的利用率。
3.开发相应的软件工具，使得光线追踪工作能够在用户友好的界面下进行，并且能够支持各种不同的输入参数。
4.设计和实现算法的可视化功能，用于展示光线追踪算法生成的场景图像，提高程序的实用性和用户体验。
三、任务内容
本课题的主要任务包括：
1.信息收集和算法研究
通过查阅大量文献，收集光线追踪算法的优化技术，并进行分析和比较。选定最佳的算法，并进行算法调优，提高计算效率。
2.万核可扩展并行算法设计与实现
设计并实现基于万核可扩展并行计算的光线追踪算法。开发并行计算代码，使其能够在不同的HPC平台上运行。
3.软件工具开发
开发带有图形用户界面的软件工具，以便用户能够轻松地输入场景参数和其他运行参数，并控制运行过程。
4.可视化功能设计与实现
设计和实现光线追踪结果的可视化功能，使得用户能够直观地看到光线追踪生成的场景图像。
四、预期成果
本课题预期成功实现基于物理的光线追踪万核可扩展并行成像算法与软件，具体成果包括：
1.成功开发具有万核可扩展性的并行光线追踪算法，大大提高了计算效率。
2.成功开发具有用户友好界面的软件工具，使得用户能够更加便捷地进行光线追踪。
3.成功实现光线追踪结果可视化功能，用户能够更加清晰地看到光线追踪生成的场景图像。
五、实验计划
1.第一年
（1）调研光线追踪算法和高性能计算技术，熟悉相关概念和工具。
（2）选定适用于计算机视觉领域的光线追踪算法，进行算法调优，提高计算效率。
（3）设计和实现并行光线追踪算法，并进行测试和评估。
2.第二年
（1）设计并开发具有用户友好界面的软件工具。
（2）加入光线追踪结果的可视化功能，能够直观地展示生成的场景图像。
（3）进行基准测试，评估开发的算法和软件工具的效能和准确性。
3.第三年
（1）优化光线追踪算法和软件工具，继续提高计算效率和准确的程度。
（2）进行进一步测试和评估，并撰写论文和发表相关论文。
6.参考文献
[1]Shirley,P.(1990).PhysicallyBasedLightingCalculationsforComputerGraphics.Boston,MA:AKPetersLtd.
[2]Aila,T.(2014).Qualitychapterintherealtimeraytracingbook.Eurographics,71.
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[4]Aila,T.,&Laine,S.(2009).UnderstandingtheefficiencyofraytracingbyunderstandingitsROI.Proceedingsofthe2009ConferenceonHighPerformanceGraphics,9-15.
[5]Sharf,A.,&Teller,S.(2006).Interactivehigh-qualityrenderingwithcustomizableappearancemodels.ACMTransactionsonGraphics(TOG),25(3),579-585.