基于国产某GPU的实时渲染系统的设计与实现

发布时间：2020-06-22 10:47

【摘要】：国产GPU近几年发展迅速,已有可供使用的国产GPU芯片问世。但国产GPU因刚发展起来,其性能、显存、运算速度等方面与市面上流行的显卡芯片相比还稍显弱势,且随着近几年GPU的快速发展,图形图像显示效果方面有了很大的提升,市面上大部分实时渲染系统都不适合刚问世的国产GPU使用,强行匹配只能使渲染效果大打折扣,所以设计和实现一个基于国产GPU的实时渲染系统非常具有实际意义。延迟渲染技术是进行实时绘制的比较好的方案,它通过将光照计算与场景渲染分离,先将场景渲染成一张图像,再逐像素进行光照计算,这也是延迟渲染支持多光源渲染的原因。多光源照射可以使场景表现更丰富,且由于延迟渲染框架的存在,一些基于屏幕空间的渲染算法可以被简单实现,例如HDR特效和泛光效果。HDR特效可以使在多光源下被照的太亮的区域降低其曝光度,不至于因为太亮而失去细节。延迟渲染技术和后处理技术可以使低性能的国产GPU渲染出正向渲染所不能渲染出的效果。系统在国产GPU不支持MRT情况下通过设置多个帧缓冲的方式实现了基于延迟渲染的实时渲染系统,并在延迟渲染的基础上实现了HDR特效和泛光效果。本系统还针对国产GPU显存带宽和GPU的处理速度等限制条件做了进一步的优化,首先在复杂场景处理时运用了纹理压缩、法线贴图、顶点数据压缩、多级渐远纹理等方法来提高GPU显存的利用率,降低国产GPU显存较小带来的渲染压力。在光照计算时通过使用Light Volume剔除部分距离片段较远的光源对片段的影响,减少光源计算次数,提高渲染效率。本系统使国产GPU在较低的性能下也能渲染出显示效果较为不错的场景效果。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TP332;TP311.52
【图文】：

流程图,管线,流程图,着色器

们要渲染一个什么样的场景呢？渲染的场景又怎么才能显示在屏幕上我们的基础渲染模块要解决的问题。）着色器子模块色器是运行在 GPU 上的小程序。1999 年，NVIDIA 发布了第一个包含顶点费者的图形芯片（NVIDIA GeForce256），且提出了图形处理单元[phics Processing Unit ，GPU），以此来区分 GeForce256 和之前的只处理的图形芯片。紧接着的几年，GPU 逐渐从固定功能管线演变到了可到今天，控制 GPU 的主要手段依然是各种可编程着色器。虽然 GPU 管染效率仍然保持着部分可配置不可编程，大趋势依然是朝着可编程和方向在发展。可编程着色器使我们可以再图形的像素级别上工作，渲染的场景。目前顶点着色器、几何着色器和像素着色器是 GPU 渲染管线器。图 3-2 显示了 GPU 渲染管线的整体流程。VertexGeometryClippingScreen

类图,着色器,类图,纹理

图 3-3 着色器类图供加载纹理的接口。在纹理加载模块还应完属性的设置。因为纹理坐标和片段坐标并不是的坐标我们应该选用什么纹理是要解决的，根重复纹理图案、重复边缘颜色、制定颜色等选好多纹理坐标时我们应该选择哪个作为片段坐于一个片段来说从一个高分辨率的纹理图中，在较远或小的物体上还是会产生不真实感，较多显存。对于这类问题我们使用多级渐远纹尺寸均被缩小一半。当摄像机与物体的距离超离的纹理，而不是原来那个高分辨率的纹理图，依然是一张纹理。纹理类结构如图 3-4 所示

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