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基于kd-tree的分布式实时光线跟踪渲染技术研究

作　者: 黄龙江
导　师: 张菁; 高滨
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 软件工程
关键词: 虚拟现实光线跟踪 kd-tree 分布式计算
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 29次
引　用: 0次
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内容摘要

随着信息技术的不断发展，越来越多的高新技术应用到社会的各个领域中来，而作为信息技术发展重要驱动力的虚拟现实技术也越来越多地应用到规划领域中来。虚拟现实对于城市规划设计、售楼促销、虚拟社区及娱乐和汇报展示等都具有很重要的意义，人们对虚拟现实中的画质要求也更高，要求画质更加的趋近真实以及更加流畅的画面。目前采用的光线跟踪技术可以很好的模拟光线的传播行为，包括环境光、漫反射光、镜面光、软阴影以及光的折射、反射，光线跟踪虽然可以生成较为真实的图形，但是这种算法的缺点是计算量太大，每计算一帧都需要花费大量的时间，所以这就限制了光线跟踪只能应用在电影、广告和CG动画等离线渲染中，而无法应用在像游戏和模拟驾驶等实时渲染应用程序中。本文以光线跟踪渲染为研究对象，首先根据光线跟踪计算方法的特点，分析算法中最消耗时间的步骤，在王征等人自适应八叉树算法的基础上，结合大规模室内场景中光源数量较多的特点，提出一种基于kd-tree的潜在可见光源集算法，提高不可见光源剔除的效率，从而提高大规模室内场景下的帧速；另一方面，在晋国涛的论文研究基础上，从分布式计算中的客户端计算机任务分配方面改进，提出一种实时反馈任务分配算法，该算法根据各个客户端的时间消耗反馈来调整任务下发的策略，使各个客户端的平均帧速趋于相近，从而提高分布式光线跟踪计算中的有效渲染帧速。最后，根据改进的算法方案，结合OpenGL设计并实现出一个基于kd-tree的分布式实时光线跟踪渲染系统。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
  1.3 论文的主要工作  13
  1.4 论文的主要内容以及结构  13-15
第2章 kd-tree 改进光线跟踪渲染的研究  15-40
  2.1 光线跟踪算法概念以及王征等人的改进  15-24
    2.1.1 现实生活中的光行为  16-18
    2.1.2 光线跟踪渲染的算法  18-19
    2.1.3 光线跟踪算法性能消耗分析  19-22
    2.1.4 八叉树对算法中射线求交的的改进  22-24
  2.2 kd-tree 中潜在可见光源集对算法的改进  24-33
    2.2.1 kd-tree 中 BSP 二叉树的背景  25-26
    2.2.2 潜在可见光源集对算法的改进  26-28
    2.2.3 潜在可见光源集的生成算法  28-33
  2.3 BSP 生成算法及实验结果对比分析  33-38
    2.3.1 最佳分割面评估函数的选择  33-37
    2.3.2 算法改进后的实验结果对比分析  37-38
  2.4 本章小结  38-40
第3章分布式计算加速光线跟踪渲染的研究  40-55
  3.1 分布式计算的相关技术  40-41
  3.2 分布式计算对实时光线跟踪渲染的改进  41-48
    3.2.1 任务分配算法测量标准  42-44
    3.2.2 两种不同的任务分配算法  44-48
  3.3 对网络通讯协议的研究及实验对比分析  48-54
    3.3.1 分布式光线跟踪采用的架构  48-50
    3.3.2 研究适用于光线跟踪的通讯协议  50-52
    3.3.3 改进算法后的实验结果对比分析  52-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章系统的实现及分析  55-69
  4.1 概要设计和地图建模  55-60
    4.1.1 概要设计  55-58
    4.1.2 地图建模以及 3DS 文件格式  58-60
  4.2 模块详细设计  60-65
    4.2.1 二叉树生成模块设计  60-64
    4.2.2 模型读取模块及控制信息包详细设计  64-65
  4.3 实验结果以及分析  65-68
  4.4 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-75
致谢  75

基于kd-tree的分布式实时光线跟踪渲染技术研究

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