嵌入式实时系统下海洋场景的GPU加速渲染方法研究

发布时间：2023-04-22 04:43

　　随着我国经济实力的迅速发展和综合国力的迅速提升,海洋的管理与监控越来越受到国家的关注。传统的纸质海洋地图、二维图形的海洋地图软件等工具已经不能满足海洋信息化快速发展的需求,能够高效、实时、逼真的模拟三维海洋环境,已经成为一种新的海洋信息化的表达趋势。OSG(OpenSceneGraph,开源场景图)是一个能够进行三维仿真的渲染引擎,它的海洋渲染模块OSG Ocean以插件的方式融入OSG引擎中,能够快速高效的模拟三维海洋环境,但在实现分辨率高的海洋环境时,渲染的海洋会出现帧率大幅度下降、实时性差等问题,且渲染的海洋天空场景不真实。本文的主要研究工作如下:首先,分析了快速傅里叶变换(FFT)算法并行执行的可行性,实现了三种GPU方法对该算法进行加速计算。在CUDA方法上,利用GPU的多线程模型和存储器层次结构的特点对FFT算法进行并行计算优化;在片段着色器方法上,采用了两块纹理缓存交换使用作为数据的输入输出、纹理与像素之间1:1的映射关系等方法,并使用渲染到纹理技术进行计算流程的优化,免去了复制帧缓存带来的时间消耗;当不能与OpenGL渲染管线很好的结合来满足计算任务时,利用计算着色器可...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 海洋表面模拟技术
        1.2.2 CPU+GPU异构计算
    1.3 本文的主要研究内容
    1.4 论文组织结构
第2章 理论基础与相关介绍
    2.1 GPU图形处理器概述
        2.1.1 GPU的介绍
        2.1.2 GPU硬件架构
        2.1.3 GPU存储架构
        2.1.4 GPU软件架构
    2.2 FFT算法
    2.3 嵌入式Vx Works操作系统介绍
    2.4 OSG三维渲染引擎
    2.5 小结
第3章 异构平台下FFT算法加速
    3.1 CUDA方法
        3.1.1 多线程模型
        3.1.2 存储器优化
        3.1.3 快速傅里叶并行算法
    3.2 OpenGL片段着色器方法
        3.2.1 纹理映射
        3.2.2 片段着色器计算流程的优化
        3.2.3 FFT shader
    3.3 OpenGL计算着色器方法
    3.4 实验测试与结果分析
        3.4.1 实验平台及环境
        3.4.2 实验测试方案
        3.4.3 性能测试与结果分析
            3.4.3.1 Linux下 CUDA方法测试
            3.4.3.2 Linux下 Open GL片段着色器方法测试
            3.4.3.3 Linux下三种GPU加速方法测试
            3.4.3.4 VxWorks下 FFT算法性能测试与结果分析
    3.5 小结
第四章 海洋场景的加速渲染与优化
    4.1 OSG Ocean系统框架
    4.2 海浪模型
    4.3 海洋场景的加速渲染
    4.4 海洋天空场景的优化
        4.4.1 基于天空盒的环境映射
        4.4.2 光照模型的优化
    4.5 OSG Ocean渲染帧率性能测试与结果分析
        4.5.1 实验平台及环境
        4.5.2 实验测试方案
        4.5.3 Linux环境下OSG Ocean的帧率比较和结果分析
        4.5.4 VxWorks环境下OSG Ocean的帧率比较和结果分析
        4.5.5 OSG Ocean海洋天空场景测试
    4.6 小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间参加的学术论文
附录B 攻读学位期间参加的科研项目



本文编号：3796940