一种光线追踪优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108876888A(43)申请公布日2018.11.23(21)申请号201810551302.6(22)申请日2018.05.31(71)申请人沈阳品尚科技有限公司地址110006辽宁省沈阳市和平区五里河街51号2407房间(72)发明人高天寒张一大(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人胡晓男(51)Int.Cl.G06T15/06(2011.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种光线追踪优化方法(57)摘要本发明提供一种光线追踪优化方法，包括：光线追踪优化的任务由GPU渲染端和CPU主机端来执行，其中CPU主机端负责模型解析和输出处理，GPU渲染端负责根据模型数据信息建立KD-Tree和光线追踪渲染。本发明通过合理使用GPU端的内存资源和应用OpenGL-CUDA图形互操作函数提高光线追踪的执行效率。同时本发明使用GPU端结合OpenGL-CUDA图形互操作函数，实现光线追踪结果的显示，使方法具有更好的跨平台性，有效解决数据频繁传输带来的效率问题。与传统的基于GPU上实现的光线追踪相比，渲染效率有明显提高，能够在较短时间内完成相同效果的模型渲染工作。CN108876888ACN108876888A权利要求书1/1页1.一种光线追踪优化方法，其特征在于，包括：光线追踪优化的任务由GPU渲染端和CPU主机端来执行，其中CPU主机端负责模型解析和输出处理，GPU渲染端负责根据模型数据信息建立KD-Tree和光线追踪渲染。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型解析和输出处理，包括：CPU主机端加载场景模型，为其开辟内存/显存，解析场景模型，将解析后的模型数据信息分类，其中的场景三角片元数据和场景材质数据打包发送给GPU渲染端的纹理存储区，光源信息、视线位置信息、场景分辨率和递归最大深度信息打包发送给GPU渲染端的常量存储区。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据模型数据信息建立KD-Tree，包括：创建场景中基本图元的轴对齐包围盒；边界确定，形成场景空间；若当前场景空间达到分割终止条件，则将其作为叶子节点插入到KD-Tree中，完成KD-Tree构造；否则：确定分割平面的位置，在当前场景空间中插入分割平面，将整个场景空间分成两个部分，即左侧空间和右侧空间，也即两个子节点；在左侧空间、右侧空间内，通过计算选择新的分割平面，将左侧空间、右侧空间分别分割成两个新的子空间作为两个新的子节点；直至达到分割终止条件时停止分割，得到最终的KD-Tree。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定分割平面的位置，具体是选择子节点内分割成本最小的位置作为分割平面的位置。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述分割成本采用如下公式计算：C(V)≈Kt+Ki(PlNl+PrNr)其中，V表示待计算的子节点，C(V)表示分割成本，Nl、Nr分别为左、右子节点中的图元数，Kt、Ki均为常数，Pl、Pr分别为光线进入左、右子节点的概率。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光线追踪渲染，包括：初始化当前光线簇，并与场景内物体进行相交测试；若当前光线簇与场景内物体相交，则记录交点处的颜色值，并将交点处的颜色值发送到OpenGL的帧缓存区；否则将场景的背景颜色值发送到OpenGL的帧缓存区；计算是否有次级光线簇，是，则将次级光线设为当前光线簇，否则维持当前光线簇；若当前光线簇缓存区非空且未到达预先设定的最大跟踪深度，则继续进行相交测试，否则通过调用OpenGL的图形互操作函数，显示渲染好的场景。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述次级光线簇指反射光线簇或折射光线簇。2CN108876888A说明书1/4页一种光线追踪优化方法技术领域[0001]本发明属于计算机图形学技术领域，特别涉及一种光线追踪优化方法。背景技术[0002]光线追踪，是通过跟踪与物体发生交互作用的光线，得到物体表面上产生的反射、散射的路径，模拟出真实的虚拟场景。光线追踪过程中需要跟踪场景中的每一条光线，成像过程中计算开销很大。[0003]近年来GPU在并行处理方面的优势凸显，NVIDIA推出了OptiX光线跟踪引擎及通用并行计算框架(ComputeUnifiedDeviceArchitecture，CUDA)这一编程模型，使得GPU成为高性能计算领域研究热点。高性能计算不仅仅是多个核心同时计算，还要求高效发挥计算核心性能，需要程序员针对体系结构进行特殊优化，比如向量化、数据合并访存、提高cache命中率等。[0004]基于GPU存储体系的光线追踪优化主要有两种方法：[0005]第一种方法是Carr等人提出来的，把GP