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基于CUDA的光线投射体绘制方法研究的任务书
任务书
一、课题背景与研究意义
随着计算机图形学的不断发展，光线投射渲染技术被广泛应用于电影、游戏以及虚拟现实等领域中。光线投射技术能够模拟现实世界中光线的传播，能够更真实地呈现场景的光照效果和物体的阴影效果，提高图形渲染的真实感和逼真度。然而，光线投射算法的计算复杂度较高，对计算设备的要求也相应增加。
光线投射体绘制是光线投射算法中的一个重要步骤，即确定光线与物体的相交关系，并计算相交点的颜色和光照强度等参数。随着图形场景复杂度的提高和计算设备性能的增强，对于大规模的三维场景，传统的光线投射算法已经不能满足实时渲染的需求。因此，借助CUDA技术并结合GPU的并行计算能力，可以提高光线投射算法的计算性能，实现实时性的绘制效果。
本课题拟开展基于CUDA的光线投射体绘制方法的研究，通过并行计算的方式实现快速准确的光线投射体绘制，以满足大规模三维场景的实时渲染需求。具体研究内容如下。
二、研究目标
1.研究基于CUDA的光线投射体绘制方法，包括光线与物体的相交判断、相交点颜色计算等关键步骤。
2.利用CUDA技术，利用GPU的并行计算能力，提高光线投射算法的计算性能，实现实时渲染的效果。
3.设计与实现一个基于CUDA的光线投射体绘制框架，以方便后续的应用和扩展。
三、研究内容
1.光线与物体的相交判断：研究如何对光线与物体之间的相交关系进行判断，包括物体的几何形状表示、边界判断以及相交点的计算等。
2.相交点颜色计算：研究如何根据相交点的位置、光照参数以及材质等信息，计算相交点的颜色值和光照强度。
3.CUDA并行计算：研究如何将光线投射算法中的计算过程划分为多个任务，并利用CUDA技术在GPU上进行并行计算，提高计算效率。
4.框架设计与实现：设计与实现一个基于CUDA的光线投射体绘制框架，方便后续的功能扩展和应用。
四、研究计划与进度安排
1.第一阶段（1-2周）：阅读相关文献和资料，熟悉光线投射算法和CUDA并行计算的基本原理和方法。
2.第二阶段（3-4周）：研究光线与物体的相交判断方法，探讨几何形状表示和相交点计算的相关技术。
3.第三阶段（4-5周）：研究相交点颜色计算方法，包括光照参数和材质等的影响因素，并实现计算模块。
4.第四阶段（6-7周）：研究CUDA并行计算的实现原理和方法，将光线投射算法中的计算过程划分为多个任务进行并行计算。
5.第五阶段（8-9周）：设计与实现基于CUDA的光线投射体绘制框架，将前期的研究成果整合到框架中，并进行相关功能的测试和优化。
6.第六阶段（10-11周）：对实现的框架进行性能和效果测试，对研究结果进行分析和总结，撰写研究报告。
五、预期成果
1.报告：撰写一份研究报告，详细介绍基于CUDA的光线投射体绘制方法的研究过程和结果。
2.框架：设计并实现一个基于CUDA的光线投射体绘制框架，方便后续的应用和扩展。
3.论文：结合研究成果，撰写一篇学术论文，争取发表在相关领域的学术刊物上。
六、参考文献
[1]LafortuneEP,WillemsYD.Bi-directionalpathtracing[J].ACMSIGGRAPHComputerGraphics,1993,27(4):145-154.
[2]JensenHW.Globalilluminationusingphotonmaps[J].JournalofGraphicsTools,1996,2(2):21-28.
[3]HanikaJ,KroneM,ErtlT.AcceleratedGlobalIlluminationbyCross-LayerInterleaving[J].IEEETransactionsonVisualization&ComputerGraphics,2019.
[4]NikoloskiJ,DosovitskiyA,FischerP.RayNet:LearningVolumetric3DReconstructionwithRayPotentials[A].ACMTransactionsonGraphics(TOG)[C],2019