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图形处理器对ADI-FDTD算法的加速作用研究

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计算机应用 2008年第7期28卷 1882-1885,1889页

作者：刘瑜袁宏春梁正电子科技大学物理电子学院成都610054 电子科技大学计算机科学与工程学院成都610054

随着图形处理器(GPU)性能的大幅度提高以及可编程特性的发展,将通用数值算法的某些处理阶段从CPU迁移到GPU上已成为可能,从而达到加速计算的目的。首先简要介绍了一种常见的数值计算方法:交变方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD);然后详... 详细信息

随着图形处理器(GPU)性能的大幅度提高以及可编程特性的发展,将通用数值算法的某些处理阶段从CPU迁移到GPU上已成为可能,从而达到加速计算的目的。首先简要介绍了一种常见的数值计算方法:交变方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD);然后详细论述了利用GPU加速ADI-FDTD计算的基本原理与关键技术,并给出了在GPU上求解ADI-FDTD线性方程组的共轭梯度法实现框架;最后,通过具体的计算实例和相关的性能比较验证了这种加速算法的精确性与效率特点。

关键词：图形处理器可编程管线共轭梯度法数值计算

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基于众核架构的软件渲染器设计与实现

基于众核架构的软件渲染器设计与实现

作者：俞骁尧浙江大学

学位级别：硕士

随着CPU核心数的不断增多和SIMD指令的不断增强,CPU的并行运算能力有了大幅度的提升。因此基于CPU的软件渲染器在最近一两年逐渐受到大家的重视。运行在CPU上的软件渲染管线由于不依赖特定的图形硬件,设计与实现上都比硬件渲染管线更加... 详细信息

随着CPU核心数的不断增多和SIMD指令的不断增强,CPU的并行运算能力有了大幅度的提升。因此基于CPU的软件渲染器在最近一两年逐渐受到大家的重视。运行在CPU上的软件渲染管线由于不依赖特定的图形硬件,设计与实现上都比硬件渲染管线更加灵活。可扩展性与可移植性也都强于硬件渲染管线。在本文中,我们在一款国产众核处理器上实现了一个基于多线程的可编程渲染管线。本文详细描述了该渲染管线各个处理阶段的设计。该渲染管线采用中部排序架构,尽可能避免了线程间竞争和线程同步。该管线的几乎所有图元和片元处理阶段都可编程。同时该管线还提供了一个被称为像素着色器的额外渲染管线,为光线投射、光线跟踪等以像素为单位并行的算法提供了易于编写算法的框架。

关键词：软件渲染器多线程 CPU 众核可编程管线

基于数字孪生的数控机床虚拟交互系统设计与实现

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基于数字孪生的数控机床虚拟交互系统设计与实现

作者：何柳江电子科技大学

学位级别：硕士

随着“中国制造2025”、“工业4.0”等规划的提出,制造业的生产模式正向智能化转变。智能制造的目标是实现物理世界与信息世界的融合,数字孪生(Digital Twins,DT)作为虚实融合的最佳途径引起了国内外研究者的广泛关注。基于数字孪生“... 详细信息

随着“中国制造2025”、“工业4.0”等规划的提出,制造业的生产模式正向智能化转变。智能制造的目标是实现物理世界与信息世界的融合,数字孪生(Digital Twins,DT)作为虚实融合的最佳途径引起了国内外研究者的广泛关注。基于数字孪生“虚实映射”、“以虚控实”的内涵,本文以数控机床为研究对象,研究了使用GPU加速的三维监控技术、基于虚拟数控面板的远程控制技术,最终集成为数控机床虚拟交互系统。本文主要研究内容如下:(1)数控机床虚拟交互系统总体设计。提出了数控机床虚拟交互系统的设计目标,对其进行了需求分析和网络结构设计,将虚拟交互系统设计为五大模块和三层通信架构;对数控机床三维监控、远程控制的关键问题进行分析,得出虚拟交互系统核心目标是要提高客户端图形渲染效率以及增强人机交互体验感。(2)基于可编程管线的数控机床三维实时监控实现。绘制数控机床三维数字孪生模型,推导五轴数控机床在可编程管线中的运动学方程,实现数控机床运动仿真;对可编程管线GPU加速技术进行研究,应用GPU加速渲染的方法,解决了数控机床监控中图形渲染效率低的问题;采集数控系统数据,设计监控端数据接口,使用实时数据驱动机床模型,实现数控机床三维实时监控。(3)基于虚拟数控面板的数控机床远程控制实现。运用二次开发技术开发华中8型数控系统控制指令;采用鼠标拾取方法,运用OBB包围盒技术,使用射线与包围盒碰撞检测完成鼠标与虚拟数控面板交互;将开发完成的控制指令耦合到虚拟数控面板按钮中,实现基于虚拟数控面板的远程控制。(4)数控机床虚拟交互系统集成与性能分析。分析虚拟交互系统运行流程,设计系统主界面和子功能;对系统客户端进行性能测试,结果显示客户端占用资源较低、GPU加速效果显著;搭建实验环境,对虚拟交互系统进行实例验证,实验表明系统运行稳定可靠、实时性良好。

关键词：数字孪生数控机床可编程管线 GPU加速远程控制

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基于CG的Shader技术研究与应用

基于CG的Shader技术研究与应用

作者：栾小雨中国美术学院

学位级别：硕士

近年来,计算机图形学、科学可视化等学科蓬勃发展,GPU处理的性能也得到大幅提高。无论是理论研究的深入,还是硬件设备制造上的飞跃,都极大地推动了计算机图像渲染能力,从而使虚拟现实、3D实时渲染游戏、3D数字媒体等计算机可视化应用产... 详细信息

近年来,计算机图形学、科学可视化等学科蓬勃发展,GPU处理的性能也得到大幅提高。无论是理论研究的深入,还是硬件设备制造上的飞跃,都极大地推动了计算机图像渲染能力,从而使虚拟现实、3D实时渲染游戏、3D数字媒体等计算机可视化应用产业快速迭代。在三维虚拟游戏产业中,实时光照计算、真实感图形学、非真实感图形学的应用对游戏画面风格的塑造至关重要,尤其对写实类游戏而言,空间真实感更是其产品质量的重要指标。本文首先介绍了GPU技术框架及其图形渲染流程,包括流水线处理、顶点处理器、片段处理器、基本算法,等等。其次,通过对可编程管线的各个功能与着色器语言规范的研究,来深入探讨各类凹凸纹理映射技术、环境映射技术和卡通渲染技术的基本原理与算法基础。最后,基于CG语言在Unity引擎下对上文各个技术所进行的shader实现,并结合个人毕业设计中对上述凹凸贴图、CubeMap、卡通渲染的综合实现,以及对贴图中R、G、B、ALPHA通道对高度图、灰度图、CubeMap进行存储,再通过片段Shader对画面效果进行输出,在达到理想画面效果的同时,最大程度上优化美术资源与算法。

关键词：可编程管线真实感图形学非真实感图形学 Shader Language Unity3d 凹凸纹理贴图技术卡通渲染

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基于GPU的实时水下场景渲染并行算法研究

基于GPU的实时水下场景渲染并行算法研究

作者：陈凯中国海洋大学

学位级别：硕士

现代计算机技术的发展大大促进了计算机图形学的发展，尤其是虚拟现实技术，使其广泛应用到社会的各个领域，直接改变了人们观察和认识这个世界的方式。二十一世纪是海洋的世纪，中国又是个海洋大国，海洋技术在国民经济中起着非常重要... 详细信息

现代计算机技术的发展大大促进了计算机图形学的发展，尤其是虚拟现实技术，使其广泛应用到社会的各个领域，直接改变了人们观察和认识这个世界的方式。二十一世纪是海洋的世纪，中国又是个海洋大国，海洋技术在国民经济中起着非常重要的作用。因此，海洋虚拟环境的模拟变得十分紧迫，这打开了人们认识海洋的又一个窗口。近年来，图形处理器（GPU）以前所未有的速度迅猛发展，大有赶超并取代CPU之势，其应用范围已经不仅仅只是图形渲染，而是开始涉足通用计算领域。特别是当NVIDIA公司推出面向通用计算的CUDA并行计算平台之后，GPU以其超多核心的优势，能够快速解决十分复杂的问题，成为高性能计算领域迅速崛起的一个新星。对于图形渲染方面，以前由于复杂场景计算导致的实时交互难的问题也有望得到解决，我们可以把复杂的数据计算部分交给GPU，利用其强大的并行计算能力快速地得到结果。本文研究的主要是水体的真实感渲染，水下场景光学效果的渲染包括对水下光束，光斑和水中物体阴影等的渲染。本文首先介绍了一种实时渲染水下光束的一种经济且令人信服的方法，首先对水下场景建模，然后模拟水面运动，最后渲染光照体。接着运用水下光照的真正物理模型来进行渲染，可以得到更加真实的图形效果，但光照的计算十分复杂，因此拖慢了整体的渲染速度。因此本文采用GPU并行模型来计算各顶点的光强，从而大大减少了CPU的计算量,提高了水下场景渲染的速度,使得渲染效果在更加真实的情况下不失流畅。实验结果证明本文所提出的方法在速度和真实感上都取得了比较满意的效果。本文首先介绍了课题研究的背景，涉及到的关键技术，并介绍了一种快速模拟水下光学效果的方法,然后介绍了改进的用CUDA并行架构计算光强的方法,给出了光束、光斑等的绘制方法,并对比了实验结果,最后是对本课题的总结与展望。当前水下场景的渲染得到了比较好的效果，在以后的工作中，可以加入洋流的流动来模拟海洋环境，并研究海洋陆地一体化的实现，充分利用GPU的功能使绘制的水下场景光学效果更加真实，自然。

关键词：虚拟现实 CUDA 水下场景渲染可编程管线