基于gpu的大规模地形实时绘制关键技术研究与实现

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1、北京工业大学硕士学位论文基于GPU的大规模地形实时绘制关键技术研究与实现姓名：王记坤申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：付鹏斌20090401摘要大规模地形场景实时绘制技术在地理信息系统、虚拟战场以及三维游戏中有非常重要的应用，一直是国内外研究的热点。在GPU出现之前，大规模地形绘制的研究主要集中在对地形的裁减和简化上，主要利用CPU进行处理，地形场景的规模大小和显示效果成为研究的瓶颈，随着大规模地形实时绘制技术在现实生活中应用要求的增加，基于CPU的简化算法已经不能满足当前的要求，高速可并行GPU的出现，给大规模地形实时绘制研究领域增加了生

2、机。基于GPU的大规模地形实时绘制技术，充分利用GPU的计算能力，把图形流水线的大部分计算转移到GPU上，结合前人的层次细节模型LOD简化算法，设计实时性更好，绘制速度不受地形规模的影响，绘制效果更好的地形实时绘制算法成为当前研究的目标。在大规模地形实时绘制技术方面，要提高绘制速度，摆脱绘制地形规模受当前内存大小和CPU计算速度的影响，需要在整个数据处理和绘制流程上做相应的改进：第一，要采用合理的数据存储方式和压缩方法，保证网络传输的及时性。第二，采用合理的缓存机制和预取策略，对数据进行预取和缓存，保证绘制的实时性。第三，在绘制阶段，尽量把大量计算交给G

3、PU来处理，解放CPU的计算压力，充分利用高速GPU的性能，达到实时绘制的目的。针对上述问题，本论文阐述了大规模地形实时绘制系统的设计方案：为了摆脱地形规模受制于内存大小和CPU计算能力的问题，本系统采用先把地形分块，再进行小波变换和SPIHT编码，然后进行存储的方式，这样经过处理后的数据能达到很好的压缩效果，有利于在网络上采用流式传输，降低数据对网络的压力，保证数据高速传输到本地；为了降低数据对网络的依赖，本系统采用二级缓存机制和数据预取策略，在客户端内存和显卡显存，分别设置缓冲区，采用合理的数据预取策略，保证在适当的时候开始预取数据，保证在需要更新数

4、据时，需要的数据在本地内存，增加实时性；在绘制流程上，本系统采用适合于GPU处理的方式在GPU上构造多分辨率地形，并把小波逆变换，法线动态计算，T裂缝的消除等占用大量计算的处理过程，都转移至UGPU上进行，减轻了CPU的压力，尽量做NcPu和GPU的负载均衡，保证大规模地形实时绘制的效率和效果。关键词可编程图形处理器；实时绘制；地形绘制；CgAbstractAbstractReal··timerenderingtechnologyoflarge··scaleterrainsceneshasaveryimportantapplicationingeogra

5、phicinformationsystems，virtualbattlefield，aswellasthree-dimensionalgame．Theresearchhasbeenhotathomeandabroad．BeforetheappearanceoftheGPU，Theresearchoflarge-scaleterrainrenderingfocusedonthereductionandsimplificationoftheterrain，alltheprocessingiscomputedonCPU，Thescaleandeffectoft

6、errainsceneshasbecomethebottleneckofreal—timerendering．Withtheincreaseinapplicationsofreal-timelarge—scaleterrainrenderinginreallife，thesimplifiedalgorithmbasedonCPUnolongermeettherequirementsofthecurrentapplication．Theemergenceofhigh-speedparallelGPU，bringsvitalitytothereal-time

7、large-scaleterralnrenderingdomain，Ithasbecometheobjectiveofthecurrentresearchthatdesignedareal-timerenderingalgorithmtransferringmostcalculationofthegraphicspipelinetoGPU，takingfulladvantageofGPUcomputingpower,combinedwiththeresearchresultofLODbefore，designofbetterreal-time，rende

8、ringspeedisnotaffectedbythescaleofterrai