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基于GPU的Shader实时折射和焦散效果的研究

作　者: 周天河
导　师: 李自力
学　校: 华中科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 虚拟仿真图形处理可编程单元纹理贴图
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要

虚拟现实的仿真,自诞生之日起就备受关注和应用,而对现实世界中的光影效果的仿真可谓是其中的一个重点,因为有光,场景就会显得丰富。对虚拟场景中的光影渲染一般采用两种方式,即光线跟踪算法和纹理贴图处理。光线跟踪算法早期是在CPU上来运行的,效率较低,随着GPU的可编程的实现,出现了很多基于GPU的光线跟踪算法。这种方法渲染的光影效果真实感强,但由于GPU的性能限制,实时性一般都较差,如果应用到大型的虚拟场景中,场景的渲染会显得不流畅。本文主要采用纹理贴图技术,利用GPU的可编程处理,对虚拟场景中的折射和焦散现象进行了仿真研究,并且对仿真效果进行了实时渲染。(1)对GPU的发展,及Shader相关概念做了下引入介绍,了解了国内外对光影效果仿真的现状,并以此作为本研究一个理论基础,开展本研究的各项工作。(2)深入研究了GPU的图形绘制流水线,对其传统绘制流水线中的各环节做了深入的分析介绍,深入研究GPU顶点可编程单元和像素可编程单元,及GPU的两个计算体系,并以此作为本研究程序开发的主要流程依据。(3)讨论并研究图形绘制中的纹理贴图技术。深入研究了纹理混合技术,立方体贴图技术,并以此解决了场景仿真过程中背景绘制,焦散效果的模拟,及场景中相关动态显示的处理。(4)在研究最后,基于VS2003平台,实现了应用GPU的可编程性及纹理技术来动态模拟虚拟场景中的折射和焦散效果的仿真渲染。场景渲染效果的实时性较高,满足一定交互操作处理能力,图形绘制帧率高,而且真实感也很好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题背景与核心技术概述  8-12
  1.2 研究状况及意义  12-14
  1.3 本文的主要构成内容  14-15
2 GPU 图形流水线及可编程研究  15-30
  2.1 GPU 图形绘制流水线  15-24
  2.2 图形绘制可编程  24-28
  2.3 GPU 计算体系  28-30
3 Shader 实时折射效果研究及仿真  30-42
  3.1 相关理论  30-31
  3.2 总体方案设计  31-33
  3.3 主要环节详述  33-40
  3.4 结果分析  40-42
4 Shader 实时焦散效果研究及仿真  42-50
  4.1 相关介绍  42-43
  4.2 总体设计  43-44
  4.3 关键技术介绍  44-48
  4.4 结果分析  48-50
5 总结与展望  50-52
  5.1 总结  50
  5.2 展望  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-55

基于GPU的Shader实时折射和焦散效果的研究

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