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利用光线跟踪加速欧几里德符号距离场的地图构建

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陕西科技大学学报 2023年第4期41卷 158-165页

作者：唐嘉宁刘志聪李孟霜彭志祥谢翠娟陈云浩云南民族大学电气信息工程学院云南昆明650031 云南民族大学无人自主系统研究院云南昆明650031

针对现有小型无人飞行器在复杂未知环境中执行自主探索任务时,存在机载端GPU计算资源不足,在线建图速度慢、探索效率低的问题.本文在传统欧几里德符号距离场(ESDF)方法的基础上,融合光线跟踪原理,加速构建ESDF地图,以提高飞行器在复杂... 详细信息

针对现有小型无人飞行器在复杂未知环境中执行自主探索任务时,存在机载端GPU计算资源不足,在线建图速度慢、探索效率低的问题.本文在传统欧几里德符号距离场(ESDF)方法的基础上,融合光线跟踪原理,加速构建ESDF地图,以提高飞行器在复杂未知环境中的探索效率.首先使用整数运算提高光线跟踪遍历体素的速度,从而加速体素占用概率的更新;然后通过调整哈希数据结构,减少地图占用内存;最后使用广度优先搜索算法(BFS)实现地图更新与融合.为验证本文方法的有效性,分别在公开数据集、仿真环境和真实环境下,与当前前沿的建图方法进行对比,实验结果表明,本文所提出的方法在三种不同情况下的地图平均更新时间分别减少了72.37%、60.80%和56.79%,显著提高了建图速度,为小型无人飞行器在线探索奠定基础.

关键词：地图构建光线跟踪符号距离场梯度优化

基于贪心策略的多结点并行光线跟踪负载均衡算法

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图学学报 2020年第2期41卷 237-245页

作者：刘云彪陈纯毅胡小娟邢琦玮杨华民长春理工大学计算机科学技术学院吉林长春130022

为了提高利用光线跟踪集群绘制生成高分辨率复杂场景画面的并行度,提出基于贪心策略的多结点并行光线跟踪负载均衡算法。首先根据GPU的并行特性将屏幕空间划分成若干正方形图像块,并基于移动物体球形包围体在屏幕空间的投影构建二值绘... 详细信息

为了提高利用光线跟踪集群绘制生成高分辨率复杂场景画面的并行度,提出基于贪心策略的多结点并行光线跟踪负载均衡算法。首先根据GPU的并行特性将屏幕空间划分成若干正方形图像块,并基于移动物体球形包围体在屏幕空间的投影构建二值绘制时间影响度图。然后依据时空相关性利用上一帧图像块耗时和二值绘制时间影响度图建立渲染任务队列,通过两步负载均衡实现多渲染结点任务的动态分配。最后进行了实验验证和分析,结果表明该方法具有良好的负载均衡效果,在5个渲染结点的绘制效率最高能提升4.96倍。

关键词：光线跟踪高分辨率图像负载均衡多结点绘制贪心策略

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偏振光线跟踪绘制技术研究进展综述

软件学报 2016年第1期27卷 136-154页

作者：王驰谢昭高隽姚婷婷合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230009

光线跟踪是计算机图形学中一种高真实感绘制方法,传统的绘制算法忽略了光的偏振效应.而研究表明:在光线跟踪中加入光的偏振效应,能对绘制结果产生重要的影响.偏振光线跟踪是预测绘制技术的研究核心,它不仅可以提供高真实感的绘制效果,... 详细信息

光线跟踪是计算机图形学中一种高真实感绘制方法,传统的绘制算法忽略了光的偏振效应.而研究表明:在光线跟踪中加入光的偏振效应,能对绘制结果产生重要的影响.偏振光线跟踪是预测绘制技术的研究核心,它不仅可以提供高真实感的绘制效果,而且已被应用于偏振场景仿真和导航等领域.目前,偏振光线跟踪在国内尚未有相关工作.在预测绘制的框架下,根据偏振光线跟踪的流程,对偏振光线跟踪绘制技术的要点与关键问题进行了分析、总结与展望.

关键词：光线跟踪偏振 BRDF(bidirectional reflection distribution function) 偏振可视化

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三锥体的光线跟踪动态仿真

湘南学院学报 2023年第2期44卷 99-105页

作者：龚圳贾晓坤宫彦军陈勇国史小飞湖南科技学院智能制造学院湖南永州425199 湖南科技学院土木与环境工程学院湖南永州425199 湖南科技学院图书馆湖南永州425199

在个人通信以及移动通信环境中,光线跟踪是预测无线电波传播特性的常用技术,光线跟踪算法是真实感图形生成中最好的方法并且也能用于光散射特性的计算。把光线抽象为射线,基于射线方程和三锥体表面方程计算射线与三锥体侧面的交点,如果... 详细信息

在个人通信以及移动通信环境中,光线跟踪是预测无线电波传播特性的常用技术,光线跟踪算法是真实感图形生成中最好的方法并且也能用于光散射特性的计算。把光线抽象为射线,基于射线方程和三锥体表面方程计算射线与三锥体侧面的交点,如果光线与三锥体相交,离光线发射点最近的点,就是射线与三锥体的交点,得到交点,可以计算折射光线和反射光线。设计三锥体的光线跟踪算法,开发了三锥体的光线跟踪动态仿真程序。三锥体的光线跟踪的结果表明:仿真程序能够准确地模拟出光线在三锥体外面和内部的传播过程,设计的三锥体光线跟踪算法是正确的。

关键词：光线跟踪三锥体仿真折射反射几何光学

光线跟踪算法在SAR数据仿真及在遥感数据分析中的应用

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光线跟踪算法在SAR数据仿真及在遥感数据分析中的应用

作者：刘婷婷上海交通大学

学位级别：硕士

合成孔径雷达成像由于具有全天时、全天候成像的优点在遥感领域获得越来越多的应用。随着高分辨率雷达的出现，高分辨SAR由于可以反映地物的空间分布及结构等复杂特征，常被用于大场景内的目标检测。与中低分辨SAR相比，高分辨率SAR图... 详细信息

合成孔径雷达成像由于具有全天时、全天候成像的优点在遥感领域获得越来越多的应用。随着高分辨率雷达的出现，高分辨SAR由于可以反映地物的空间分布及结构等复杂特征，常被用于大场景内的目标检测。与中低分辨SAR相比，高分辨率SAR图像能够更好地呈现出雷达目标细节上的结构特征，反映目标间的差异性。SAR向高分辨率发展的趋势同时也对SAR仿真的质量提出了更高的要求。一般对于大场景、复杂的目标，通过电磁仿真技术计算量会过于庞大。本文提出了一种应用于SAR大场景实时仿真的方法，把计算机图形学中光线跟踪技术应用到SAR图像仿真中并结合GPU的高性能计算，实现对三维复杂场景高效、精确的SAR仿真。本文通过使用光线跟踪算法并模拟SAR的合成孔径过程，进行面向SAR回波数据的仿真，生成用于成像的原始数据，再用距离多普勒算法成像。软件的开发利用了GPU强大的并行计算能力，解决了算法本身求交计算量大导致的运行时间过长的问题，在仿真的效率上有很大的提升。在此基础上，对每个发射脉冲下的阴影区域进行计算，实现SAR成像阴影区域的精确仿真。此外，结合凝视成像在微波成像中的应用前景，本文同时还研究了新体制下的微波成像方法。与传统的实孔径雷达不同，本文引用量子光学领域中的鬼成像理论，求解波束照射区域的目标成像结果。在对经典的成像效果进行实验研究后，将压缩鬼成像算法作为主要实验算法。对于光线跟踪获得的实验数据，通过脉冲压缩区分距离向上的信息，方位向信息利用鬼成像算法计算，以此作为微波凝视成像的一种实现手段。实验结果证明了在计算机仿真阶段，凝视成像作为一种新体制下微波成像算法的可行性。

关键词：光线跟踪 SAR仿真凝视成像鬼成像

基于光线跟踪和BRDF模型的红外高光反射仿真

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激光与红外 2018年第1期48卷 68-72页

作者：李敏解鸿文徐中外邢宇航火箭军工程大学908室陕西西安710025

仿真红外高光反射现象是实现红外场景真实感的必要内容。本文从红外辐射传输过程出发,提出一种基于光线跟踪和双向反射分布函数(Bidirectional Reflection Distribution Function,BRDF)模型的红外高光反射仿真方法,该方法利用光线跟踪... 详细信息

仿真红外高光反射现象是实现红外场景真实感的必要内容。本文从红外辐射传输过程出发,提出一种基于光线跟踪和双向反射分布函数(Bidirectional Reflection Distribution Function,BRDF)模型的红外高光反射仿真方法,该方法利用光线跟踪模型确定红外高光反射现象中起主要贡献的光线,减少计算量;同时,为了解决传统方法仅应用反射率进行仿真带来的真实感不强的问题,引入BRDF计算红外辐射反射分量,提高红外高光现象仿真的真实感。实验结果表明,本文方法通过将光线跟踪模型与双向反射分布函数相结合实现了红外仿真中真实感和计算量的统一,为红外高光反射现象仿真提供了新思路。

关键词：红外高光反射光线跟踪 BRDF

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基于八叉树邻域分析光线跟踪的云三维模拟

计算机工程与设计 2020年第5期41卷 1489-1493页

作者：郑义谢永华姬瑜朱超凡南京信息工程大学计算机与软件学院江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省网络监控中心江苏南京210044

针对目前三维云模拟绘制效率低、计算资源消耗大、绘制效果差等问题,提出基于八叉树邻域分析的光线跟踪算法,并用于WRF模式云数据的三维模拟。使用八叉树结构优化传统光线跟踪算法的数据存储结构,通过存储节点编码和划分层次改进邻域分... 详细信息

针对目前三维云模拟绘制效率低、计算资源消耗大、绘制效果差等问题,提出基于八叉树邻域分析的光线跟踪算法,并用于WRF模式云数据的三维模拟。使用八叉树结构优化传统光线跟踪算法的数据存储结构,通过存储节点编码和划分层次改进邻域分析算法,通过简化光线的折射公式优化Whitted光照模型,借助OpenGL和Vapor工具实现云数据的三维可视化。实验结果表明,该方法降低了绘制时间,提高了渲染效率,更好体现了云的真实物理特征。

关键词：八叉树邻域分析光线跟踪三维模拟 WRF数据

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光线跟踪加速技术的研究与应用

光线跟踪加速技术的研究与应用

作者：秦亚军合肥工业大学

学位级别：硕士

在电子游戏、虚拟现实和电影电视特效等众多的应用推动下,场景生成在整个计算机图形图像技术发展中所占的作用越来越大,而光线跟踪算法作为重要的场景生成技术被广泛研究,并得到大力发展。光线跟踪加速算法越来越受到广大研究者的重视... 详细信息

在电子游戏、虚拟现实和电影电视特效等众多的应用推动下,场景生成在整个计算机图形图像技术发展中所占的作用越来越大,而光线跟踪算法作为重要的场景生成技术被广泛研究,并得到大力发展。光线跟踪加速算法越来越受到广大研究者的重视。本文主要研究复杂场景的光线跟踪算法及其加速策略,具体的工作如下：首先,在分析研究传统光线跟踪技术基础上,针对八叉树结构进行光线跟踪加速,并对八叉树的结点数据结构进行优化,使其具有更加精简的结构,以利于数据的快速交换和存储。然后,针对传统八叉树结构有待优化和场景快速剖分问题,本文提出基于贪婪八叉树的剖分算法：对读入场景中景物的AABB包围盒构建和存储,将景物在场景中构建成规则结构;在场景剖分过程中出现剖分面穿过景物时,利用其包围盒面作为剖分面,加速场景剖分,保证景物能够被存储到贪婪八叉树中尽可能深的叶结点之中,便于遍历时对景物的快速查找和求交。在对光线跟踪模型的研究基础上,本文使用基于微面元模型的双向反射分布函数（BRDF）对场景中景物表面光照物理光学效果进行计算和分析,提高了场景生成图像质量;再使用层次化采样和多重重要性采样对场景中景物边缘和光源光线进行处理,使图像在显示中能够有很好的视觉效果。最后,对整个场景中的景物进行分层管理,可以在场景遍历过程中获得更好的时间效率。分析光线跟踪过程,分别对光线传输和景物求交采用任务队列分步对场景光线跟踪进行计算,使其效率不会因两个过程耗时不同而等待,提升光线跟踪效率,实现对光线跟踪过程的加速,从而进一步提高光线跟踪的速度。

关键词：光线跟踪贪婪八叉树 BRDF 任务队列

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基于空盒自适应生成的动态场景光线跟踪计算

计算机学报 2009年第6期32卷 1172-1182页

作者：李静王文成吴恩华中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190 澳门大学科技学院计算机与信息科学系中国澳门

提出了一项光线跟踪新技术,能有效提高光线在空白区域的行进速度.该技术首先用一种新方法创建均匀空间网格,然后用较少的空盒自适应聚集空的空间网格,以加快光线跟踪的计算.新加速结构的创建时间复杂度和空间复杂度均是O(n),而相应的光... 详细信息

提出了一项光线跟踪新技术,能有效提高光线在空白区域的行进速度.该技术首先用一种新方法创建均匀空间网格,然后用较少的空盒自适应聚集空的空间网格,以加快光线跟踪的计算.新加速结构的创建时间复杂度和空间复杂度均是O(n),而相应的光线跟踪计算的时间复杂度为O(logn),与kd树结构相当.当该结构与已有的一些加速结构结合后,能很好地处理大规模动态场景.比如,光线逐根跟踪且计算二次衍生光线时,新技术可在普通PC机上高真实感地交互绘制包含6G三角面片的多Buddha动态场景.

关键词：加速光线跟踪空间网格二次衍生光线动态场景