原创《基于GPU加速的水下海洋环境光照模拟》：此文是一篇海洋环境论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
摘 要：该文依据FFT（快速傅立叶变换）方法创建水面三角网格,通过加载三角网格数据的计算水下光线,利用OpenGL在屏幕上绘制出水下海洋环境中的光照模拟效果,再使用GPU并行算法对计算过程进行优化加速,最后通过使用OpenGL的VBO（顶点缓冲区对象）和VAO（顶点数组对象）两种方式来实现两者的交互.通过优化数据结构及存储器分配,有效缓解了模拟方法在GPU架构上的性能瓶颈.实验结果表明,该方法能够实时逼真地模拟水下光照,与已有的方法相比处理速度有显著的提升.
关键词：光照模拟；GPU加速；OpenGL；像素緩冲区对象；顶点缓冲区对象
中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）02-0271-05
Research on Underwater Marine Environment Lighting Simulation Based on GPU Acceleration
ZHANG Yu-nong, QIN Bo, LIANG Yi
（Department of Computer Science & Technology, Ocean University of China, Qingdao 266100,China）
Abstract： In this paper, according to the FFT （Fast Fourier Tranorm） method to create the surface triangular grid, by loading triangular grid data to calculate the underwater light, using OpenGL on the screen to draw the underwater marine environment in the light simulation effect, and then use the GPU parallel algorithm pair The process of optimization to accelerate, and finally through the use of OpenGL VBO （vertex buffer object） and VAO （vertex array object） in two ways to achieve the interaction between the two. By optimizing the data structure and memory allocation, effectively alleviate the performance bottleneck of the simulation method on the GPU architecture. The experimental results show that the method can simulate the underwater lighting in real time, and the processing speed is significantly improved compared with the existing methods.
Key words： lighting simulation； GPU acceleration； OpenGL； pixel buffer object； vertex buffer object
1 概述
近年来,“智慧海洋”逐渐成为海洋信息智能化发展最前沿的课题之一.水下光照的模拟是海洋虚拟场景模拟中的一个重要的课题,由于受到海洋复杂多变的环境影响,水下光线可能会产生折射、焦散、衰减等现象,而为了实现更加逼真的渲染效果,如何提高程序的并行性和计算效率、提高渲染的实时性成为了国内外学者研究的一个难点.
2001年,Mitchell[1]和Dobashi[2]通过将视域体分割成平行的平面来渲染水下光束,每个分割平面上采用Godray模型计算光强积分,并将结果累加到帧缓存中,阴影通过映射来实现.2001年,Jensen[3]通过把视域体分割成32个切片来表示光强,使用体渲染技术来渲染,并且将一个有动画效果的焦散纹理投射到每一个切片上.2002年,Iwasaki[4,5,6]描述了一种基于物理模型的水下光束渲染的方法,为每个光束构建一个平行六面体,并将其分割成若干子体,以准确计算各个子体的光强,最后把结果累加到帧缓存中；同样,采用阴影映射方式描述阴影.
2013年,方贵盛[7]对近年来水模拟的方法进行了总结,介绍了一些水体渲染的加速和改进的方法.2009年Hilko Cords[8]在GPU上实现了浮动物体与水面的交互.2010年,Prashant Goswamiy[9]等人提出了一种交互式SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）仿真和渲染的方法来实现高质量的可视化.关键粒子的邻域搜索基于Z索引和并行排序,利用模拟数据从SPH粒子云中有效地提取所有表面粒子,然后从表面颗粒光栅化后的部分快速生成距离场,最后使用最先进的GPU光线投射直接渲染距离场.2012年,NVIDIA在一个叫做Nalu[10]的演示中用图像过滤器来模拟Godray.它首先将光线多次折射后照射到Nalu身上和头发上,然后渲染阴影投射体,并将它们从明亮的像素中减去.最后,它可以快速的模糊图像,制造出Godray的幻象.2011年,G?abor Liktor和Carsten Dachsbacher[11]提出了一个新颖的自适应和可伸缩的渲染算法,可用于在表面或体积单散射焦散的实时渲染.利用了焦散图和三角形体积的方法,捕获光空间中的镜面,但是跟踪光束而不是单个光子.光束从光源投射到场景的表面上自适应地生成,根据几何和光子分布的不连续性被迭代地改进,这使得其能够重建锐度体积的焦散图案,同时降低散焦区域的采样分辨率和填充率.
海洋环境论文参考资料：
结论：基于GPU加速的水下海洋环境光照模拟为适合海洋环境论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关海洋环境开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
