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GPU加速全局光照与红外多点触摸系统研究

作　者: 王维翊
导　师: 曹柳林
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 虚拟植物全局光照 GPU计算多点触摸虚拟现实
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

虚拟植物生长(植物生长建模)研究是伴随着计算机科学、仿真科学及农林业科学等多个领域的发展而产生的一门交叉性学科。其主要研究目的和工作为：探索植物生长机理并在计算机中对该机理进行重建与仿真,从而进一步指导农林业及相关技术(地理信息系统、水土保持、沙漠化、数字城市等)的发展。在虚拟植物仿真中,光照的模拟是最重要的环节之一,除视觉效果模拟外,更重要的意义在于研究光照对植物生长过程的影响。本论文第一部分将计算机图形学全局光照理论、并行计算技术与虚拟植物生长相结合,探讨适合于虚拟植物的光照仿真模型及相应算法。该部分主要工作如下：1、研究辐射度算法及其在GPU上的并行实现；2、研究光子映射算法及其在GPU上的并行实现,并探讨其在三维虚拟植物上的应用；3、编写三维植物可视化及光照模拟软件wxVisualPlant。近年来多点触摸操控系统由于其高操作维度及更直观的操作模式,已成为人机交互的一个重要研究方向。在大尺寸交互平台(区别于手持设备)中,由于成本及可靠性等多方面原因,不适宜采用传统的电容式和电阻式多点触摸屏。本论文第二部分研发了基于红外光线、计算机视觉、图像处理等技术的多点触摸操控平台,并基于TUIO协议实现了该操控平台与虚拟现实软件的结合。该部分主要工作如下：1、研究并设计基于红外光的多点操控平台硬件及相关触摸识别系统；2、研发基于上述硬件平台及TUIO协议的控制驱动；3、该系统与虚拟现实应用的结合研究。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-19
  1.1 植物生长模拟及可视化  13-14
  1.2 全局光照  14-16
  1.3 GPU计算  16-17
  1.4 基于红外光的多点触摸平台  17
  1.5 本文主要研究内容及工作  17-18
  1.6 本文章节安排  18-19
第二章虚拟植物生长模型及可视化平台开发  19-27
  2.1 引言  19
  2.2 GreenLab虚拟植物模型介绍  19-21
  2.3 虚拟植物可视化平台开发  21-25
    2.3.1 开发平台  21-22
    2.3.2 wxVisualTree基本功能介绍  22-23
    2.3.3 wxVisualTree软件的实现  23-25
  2.4 小结  25-27
第三章辐射度全局光照模型及其GPU并行实现  27-39
  3.1 引言  27
  3.2 辐射度计算模型  27-35
    3.2.1 辐射度模型原理  27-35
  3.3 辐射度模型GPU加速求解的实现  35-36
  3.4 GPU计算模式性能对比实验  36-39
第四章光子映射全局光照模型及最邻近点搜索算法的GPU加速实现  39-53
  4.1 引言  39
  4.2 光子映射计算模型  39-44
    4.2.1 光线跟踪算法  39-42
    4.2.2 光子映射算法  42-44
  4.3 最邻近点搜索算法的GPU加速研究  44-51
    4.3.1 KD-Tree构建与平衡化  45-46
    4.3.2 并行搜索  46-48
    4.3.3 对比实验及分析  48-51
    4.3.4 GPU并行kNN搜索在光子映射中的应用  51
  4.4 小结  51-53
第五章基于红外光的多点触摸系统研制  53-69
  5.1 引言  53
  5.2 研发背景  53-54
  5.3 实现原理  54-62
    5.3.1 基本原理  54-56
    5.3.2 红外光发射  56-57
    5.3.3 触摸光信号采集  57-58
    5.3.4 图像滤波  58-59
    5.3.5 触摸屏显示机制  59-60
    5.3.6 触摸点定位与信号传输  60-62
  5.4 多点触摸鼠标控制实例  62-65
  5.5 多点触摸与虚拟现实结合实例  65-67
  5.6 小结  67-69
第六章总结与工作展望  69-71
参考文献  71-73
研究成果及发表的学术论文  73-74
致谢  74-75
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  75-76

GPU加速全局光照与红外多点触摸系统研究

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