学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于GPU投影网格的曲面渲染技术在飞行器飞行实时仿真系统中的应用

作　者: 王志铭
导　师: 杨新
学　校: 上海交通大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 飞行器飞行实时仿真系统 视点相关 实时交互性 图形处理器 投影网格 曲面渲染 地形渲染 细节层次
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 63次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


飞行器飞行实时仿真系统主要利用飞行数据可视化技术,以三维的形式动态地模拟飞机飞行的实际情况,全面、综合地展现飞机飞行状态及各种综合信息,从而有效地发现和分析飞行中所存在的问题,为进一步的飞行测试提供可靠的依据。因而,飞行实时仿真系统的研究具有重要的现实应用意义。但是,飞行器飞行实时仿真系统需要处理大规模的网格数据,比如飞机造型的虚拟仿真,庞大的地形网格数据等。因此,如何有效地防止数据堵塞或“闪屏”现象,加快系统在计算机上运行的速度,成为飞行实时仿真系统研究领域的一个重要课题。近年来,随着计算机图形显卡硬件的迅猛发展,新一代图形硬件可编程的图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)应运而生。图形处理器作为一个专门的图形处理单元,采用了并行处理以及专注于计算的体系架构,从硬件上对整个图形渲染管线进行加速,具有完整的几何变换、光照和纹理计算等功能。因此,有效地应用最新的图形学可编程GPU技术,对实时仿真系统中大规模网格数据实现GPU硬件加速,成为计算机图形学和实时仿真领域的一个研究热点。传统的曲面渲染方法具有交互性能差、运行时计算成本开销大、光照走样等缺点。为了克服其不足,本文充分利用图形处理器(GPU)的可编程性和高度并行计算特性,在GPU上实现了基于投影网格的视点相关的曲面渲染技术,并将这种渲染技术应用到飞行器飞行实时仿真系统的地形渲染中,为解决大规模地形网格数据的处理提供了一个有效的途径。基于GPU投影网格的曲面渲染技术具有如下优点:第一,方法的紧凑一致性,方便所有的计算都在GPU上进行,运算速度快,大大减轻了CPU的负荷;第二、穿过投影网格的投射光线将自动生成具有不同细节层次的曲面网格,不用在CPU中预先设置好细节层次的结构,并且随着视点的动态移动,实时更新网格的细节层次;第三,每一帧都是仅渲染投影网格的三角形,保证了稳定的帧率,生成与视点相关的曲面。这些优点都归功于GPU不断提高的并行运算处理能力。因此,这种渲染技术具有很好的实时交互性,在工程上有着广泛的应用前景。本文给出了基于GPU投影网格框架的Bezier曲面渲染和地形渲染的具体应用例子。作为这种渲染技术的应用,本文最后介绍了ARJ 21新支线客机飞行实时仿真系统的总体架构。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-13
  1.1 科学计算可视化和可编程图形硬件的发展  11
  1.2 本课题论文研究的意义  11-12
  1.3 本章小结  12-13
第二章 研究背景  13-22
  2.1 飞行器飞行实时仿真系统功能与接口设计  13-18
    2.1.1 任务和功能设计  13-17
    2.1.2 接口关系  17-18
    2.1.3 GPU 硬件加速  18
  2.2 曲面渲染技术的研究概述  18-21
    2.2.1 细分曲面  18-20
    2.2.2 GPU 曲面  20-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章 可编程图形硬件  22-31
  3.1 传统图形管线  22-24
  3.2 应用程序编程接口  24-26
    3.2.1 OpenGL  24-25
    3.2.2 Direct3D  25-26
  3.3 GPU 编程  26-30
    3.3.1 GPU  26-27
    3.3.2 可编程管线  27-28
    3.3.3 高级着色语言  28-30
  3.4 本章小结  30-31
第四章 投影网格（PROJECTED GRID）框架  31-36
  4.1 投影网格（PROJECTED GRID）框架的基本原理  31-33
  4.2 基于GPU 投影网格的曲面渲染技术的通用步骤  33-34
  4.3 基于GPU 投影网格的曲面渲染技术的视点相关性  34
  4.4 本章小结  34-36
第五章 基于GPU 投影网格框架的BEZIER 曲面渲染  36-48
  5.1 基本定义  36-37
  5.2 基于GPU 投影网格的BEZIER 曲面渲染  37-39
  5.3 基于GPU 投影网格的BEZIER 曲面渲染技术的视点相关性.  39-40
  5.4 算法实现和程序设计  40-44
  5.5 实验结果  44-47
  5.6 本章小结  47-48
第六章 基于GPU 投影网格框架的地形渲染技术  48-56
  6.1 基于GPU 投影网格的地形渲染技术的基本原理  48-49
  6.2 基于MIPMAP 的采样滤波器  49-54
    6.2.1 MIPMAP 技术  49-51
    6.2.2 基于MIPMAP 技术的采样滤波  51-54
  6.3 实验结果  54-55
  6.4 本章小结  55-56
第七章 在飞行器飞行实时仿真系统软件中的应用  56-64
  7.1 数据格式  57-59
  7.2 三维可视化  59-60
  7.3 实时仿真系统的操作  60-63
    7.3.1 实时飞行模式  61-62
    7.3.2 回放模式  62
    7.3.3 测试模式  62-63
  7.4 本章小结  63-64
第八章 总结与展望  64-67
  8.1 总结  64
  8.2 本文创新点  64-65
  8.3 展望  65-67
参考文献  67-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  70-73
上海交通大学学位论文答辩决议书  73

相似论文

  1. 基于多核计算平台的视频压缩算法研究,TN919.81
  2. 基于CUDA架构的H.264并行计算研究,TN919.81
  3. 虚拟空间环境构建及红外成像仿真,TP391.9
  4. Web图像搜索中基于GPU的图像分割技术术究,TP391.41
  5. 流体场景的屏幕空间实时绘制研究,TP391.41
  6. 基于GPU的H.264到AVS视频转码并行设计,TN919.81
  7. 驾驶模拟器方向盘实时力感模拟的研究,U463.46
  8. H.264并行编码算法设计及其在GPU上的实现,TP391.41
  9. 单张图像去雾研究,TP391.41
  10. 基于高性能计算的脑电信号分析,R318.0
  11. 基于FPGA的3D图形处理器IP核的设计与实现,TP391.41
  12. 基于GPU的医学图像三维重建算法及其应用,TP391.41
  13. HLA环境下海天背景/目标红外成像实时仿真系统研究,TP391.41
  14. 基于GPU的程序分析与并行化研究,TP332
  15. 基于GPU的高速正则表达式匹配技术研究,TP393.08
  16. 海底地形三维可视化,TP391.41
  17. 视点相关的地形模型简化与精度评估研究,TP391.41
  18. 基于地理空间信息网格的全球空间数据管理与渲染的关键技术研究,TP391.41
  19. 虚拟水电仿真系统中视景同步技术的研究与应用,TP391.9
  20. 基于GPU的椭圆曲线相关算法并行化效率分析,TN918.1
  21. 基于GPU的时域有限差分方法及应用于LED性能优化的研究,TN312.8

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
© 2012 www.xueweilunwen.com