CUDA光線跟蹤渲染器設(shè)計與實現(xiàn)的開題報告

CUDA光線跟蹤渲染器設(shè)計與實現(xiàn)的開題報告一、選題背景光線追蹤技術(shù)能夠在計算機(jī)圖形學(xué)中產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像，尤其是在視覺效果、真實感以及動態(tài)效果方面產(chǎn)生顯著的影響。CUDA（ComputeUnifiedDeviceArchitecture）是NVIDIA公司推出的并行計算平臺。由于其強(qiáng)大的并行處理和高性能計算能力，越來越多的計算機(jī)圖形學(xué)研究者和實踐者開始將CUDA用于光線跟蹤的加速。因此，本課題將使用CUDA進(jìn)行光線跟蹤渲染器的設(shè)計和實現(xiàn)，以提高計算速度、優(yōu)化圖像渲染效果和增強(qiáng)系統(tǒng)的可移植性。二、研究內(nèi)容（1）光線跟蹤算法的研究在本課題中，將使用基于光線跟蹤的算法進(jìn)行圖像渲染。這需要對光線跟蹤原理有一定的了解，現(xiàn)有的光線跟蹤算法進(jìn)行歸納總結(jié)，并且根據(jù)需要進(jìn)行改進(jìn)或優(yōu)化。（2）CUDA平臺下的光線追蹤算法實現(xiàn)CUDA并行計算平臺可以充分利用GPU的并行性和高性能計算能力來加速光線跟蹤算法的計算過程。本課題需要深入理解CUDA架構(gòu)和編程模型，使用CUDA實現(xiàn)光線跟蹤算法。（3）渲染效果的評估與優(yōu)化完成光線跟蹤算法和CUDA實現(xiàn)后，需要對渲染效果進(jìn)行評估和優(yōu)化。在優(yōu)化過程中，可以同步進(jìn)行對光源、紋理、陰影等渲染參數(shù)的優(yōu)化，從而提高渲染效果和速度。三、研究意義與創(chuàng)新點(diǎn)（1）利用CUDA平臺加速光線跟蹤的算法實現(xiàn)，并提高現(xiàn)有算法的圖像渲染效果。（2）將光線跟蹤算法應(yīng)用到實際場景中，提高計算機(jī)圖形學(xué)的實用性和應(yīng)用價值。（3）本課題的實現(xiàn)過程使用CUDA技術(shù)，可以為計算機(jī)圖形學(xué)研究提供新的思路和方法。四、預(yù)期研究成果本課題預(yù)期達(dá)成的成果是設(shè)計和實現(xiàn)一個基于CUDA平臺的光線跟蹤渲染器，該渲染器將具有以下特點(diǎn)：（1）高效的光線跟蹤計算（2）提高渲染效果（3）可移植性強(qiáng)，支持多平臺（4）實現(xiàn)過程中將使用CUDA技術(shù)，為計算機(jī)圖形學(xué)研究提供新的思路和方法。五、研究方法本課題將采用以下科學(xué)研究方法：（1）工具調(diào)研：對CUDA平臺進(jìn)行深入了解，選擇合適的計算機(jī)圖形學(xué)工具和庫。（2）算法研究：對基于光線跟蹤的算法進(jìn)行深入研究，總結(jié)和歸納經(jīng)驗。（3）算法實現(xiàn)：使用CUDA技術(shù)進(jìn)行光線追蹤基礎(chǔ)算法的實現(xiàn)，達(dá)到高效計算和高渲染效果。（4）實驗評估：對光線跟蹤渲染器的計算速度和渲染效果進(jìn)行評估和優(yōu)化。六、預(yù)期研究時間計劃本課題的研究將按以下時間計劃進(jìn)行：（1）工具調(diào)研與預(yù)備知識學(xué)習(xí)，時長預(yù)計約1個月。（2）光線跟蹤算法研究總結(jié)，時長預(yù)計約1個月。（3）CUDA平臺下光線跟蹤基礎(chǔ)算法的實現(xiàn)，時長預(yù)計約2個月。（4）光線追蹤渲染器的優(yōu)化和評估，時長預(yù)計約1個月。（5）論文撰寫和答辯，時長預(yù)計約1個月。七、論文結(jié)構(gòu)本課題完成后，將包括以下幾個部分作為論文的內(nèi)容：（1）緒論：概述光線跟蹤渲染器的研究背景、問題意義和研究內(nèi)容。（2）CUDA平臺下的光線追蹤渲染器設(shè)計與實現(xiàn)1.光線跟蹤算法的研究2.CUDA編程模型和技術(shù)3.具體實現(xiàn)：高效算法實現(xiàn)、渲染效果優(yōu)化等。（3）實驗與評估1.實驗環(huán)境和數(shù)據(jù)集2.光線跟蹤渲染器性能評估與比較3.渲染效果的指標(biāo)量化和優(yōu)化（4）結(jié)論與展望1.論文的貢獻(xiàn)和特點(diǎn)2.工作總結(jié)和未來展望八、參考文獻(xiàn)部分參考文獻(xiàn)如下：[1]WaldI,HavranV.Onbuildingfastkd-treesforraytracing,andondoingthatinO(NlogN).IEEETransactionsonVisualizationandComputerGraphics,2006,1(2):201-214.[2]MüllerT,ErnstM,LangguthM,etal.InstantRayTracing:TheBoundingIntervalHierarchy.In:Proceedingsofthe2006Symp.onInteractive3DGraphicsandGames,2006:15-22.[3]LefohnAE,KnissJM,HansenCD,etal.Astreaming,out-of-coremethodforrenderingverylargemodels.ACMTransactionsonGraphics,2004,23(3):703-712.[4]AilaT,KarrasT.UnderstandingtheEfficiencyofRayTraversalonGPUs.IEEETransactionsonVisualizationandComputerGraphics,2009,15(6):1269-1276.[5]LiK,LiB,LiY,etal.TowardsFastRayTracingont