基于GPU的直接體繪制技術(shù).pdf

1、近年來(lái)，直接體繪制技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于各個(gè)需要三維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的領(lǐng)域中，包括醫(yī)學(xué)、物理學(xué)和工程學(xué)等。直接體繪制技術(shù)在過(guò)去受制于硬件條件，許多高質(zhì)量的繪制效果只能在高端的圖形工作站上實(shí)現(xiàn)。而隨著圖形硬件的發(fā)展，在目前的家用個(gè)人電腦上，體繪制技術(shù)已經(jīng)能繪制出高質(zhì)量的三維重建效果。 本文提出了幾種基于目前最新的可編程圖形處理器(GPU)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)高速體繪制算法。同時(shí)也給出了這些算法的完整實(shí)現(xiàn)。本文還分析了傳統(tǒng)基于紋理的體繪制算法的優(yōu)缺

2、點(diǎn)，并基于繪制質(zhì)量和速度與新算法相比較，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明本文算法在光照?qǐng)D像效果上優(yōu)于傳統(tǒng)算法。 由于目前GPU的并行和專(zhuān)注計(jì)算的架構(gòu)，使得GPU的浮點(diǎn)運(yùn)算速度遠(yuǎn)大于CPU。本文提出的基于GPU的三維紋理映射算法通過(guò)編寫(xiě)頂點(diǎn)程序和片段程序，將傳統(tǒng)的基于紋理面片的體繪制算法在GPU中實(shí)現(xiàn)，由此將繁復(fù)的計(jì)算從CPU中轉(zhuǎn)移到了GPU，從而加快了繪制速度。傳統(tǒng)三維紋理映射算法使以面繪制為基礎(chǔ)的固定管線(xiàn)，因此難以實(shí)現(xiàn)體數(shù)據(jù)的光照計(jì)算，而本算法可

3、使用自定義光照算法，彌補(bǔ)了原先固定管線(xiàn)中，沒(méi)有像素級(jí)光照的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了該算法的局部照明效果，實(shí)現(xiàn)Phong光照模型，提高了重建的真實(shí)感效果。 光線(xiàn)投射算法是體繪制技術(shù)中的一種經(jīng)典算法，傳統(tǒng)算法所有的計(jì)算都由CPU完成，因此重建速度較慢，無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)效果。本文使用GPU編程技術(shù)，重新實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的光線(xiàn)投射算法。將原先在CPU中進(jìn)行的光線(xiàn)進(jìn)入點(diǎn)計(jì)算、離開(kāi)點(diǎn)計(jì)算和光線(xiàn)遍歷采樣等步驟，移入GPU中進(jìn)行，利用了GPU的高速浮點(diǎn)運(yùn)算能力，使實(shí)