光線追蹤中場景數(shù)據(jù)的層次包圍盒的并行創(chuàng)建及遍歷算法的開題報告一、研究背景隨著計算機運算能力的增強，以及圖形學研究的深入，光線追蹤渲染技術在電影、游戲等領域得到了廣泛應用。光線追蹤算法的核心在于場景數(shù)據(jù)的處理，因此優(yōu)化場景數(shù)據(jù)結構的效率對提高光線追蹤的性能具有重要的作用。包圍盒是一種簡單而有效的場景數(shù)據(jù)結構，用于判斷光線和物體是否相交。在光線追蹤中，層次包圍盒（BVH）常被用來表示場景中的三維物體，加速場景數(shù)據(jù)的遍歷。然而，隨著場景數(shù)據(jù)的增加，BVH的構建及遍歷算法需要同時考慮到效率和擴展性，因此進行并行優(yōu)化是目前研究的熱點之一。二、研究內(nèi)容本論文將主要研究光線追蹤中場景數(shù)據(jù)的層次包圍盒的并行創(chuàng)建及遍歷算法。具體包括：1.層次包圍盒的構建算法：提出一種并行構建算法，將三維物體劃分為一系列子集，使每個子集的物體數(shù)量在分布上盡可能均勻，同時使用光線間隔層次（SAH）方法來調整包圍盒的劃分點，以達到最優(yōu)的包圍盒分布和最小化包圍盒數(shù)量。2.層次包圍盒的遍歷算法：提出一種并行遍歷算法，基于GPU的流處理器架構，通過空間劃分來實現(xiàn)BVH的遍歷，并將結果映射回主內(nèi)存。3.實驗及性能評價：在真實數(shù)據(jù)集上進行實驗，通過測量算法的構建及遍歷時間、剖面圖、光線追蹤效率等指標來評價算法的性能和可擴展性。三、研究意義本文研究的光線追蹤中場景數(shù)據(jù)的層次包圍盒的并行創(chuàng)建及遍歷算法，具有以下三個方面的研究價值。1.提高光線追蹤的性能：通過優(yōu)化層次包圍盒的構建及遍歷算法，可以有效地提高光線追蹤的渲染速度和精度，提高用戶體驗。2.探索并行計算技術在光線追蹤中的應用：本論文主要研究基于GPU的并行計算技術在光線追蹤中的應用，為光線追蹤算法的優(yōu)化提供了一種新的思路。3.拓展光線追蹤的應用領域：光線追蹤不僅在游戲、電影等領域應用廣泛，還可以用于機器人、虛擬現(xiàn)實等多個領域。本論文研究的優(yōu)化算法也為這些領域的應用提供了理論支持和技術基礎。四、研究方法與步驟本文將主要采用實驗和算法設計兩種方法來進行研究。1.實驗方法：在真實數(shù)據(jù)集上進行實驗，通過觀察算法的構建及遍歷時間、剖面圖、光線追蹤效率等指標，對算法的性能和可擴展性進行評價和比較。2.算法設計方法：結合對已有算法的綜述和對新方法的探索，提出一種優(yōu)化的并行構建及遍歷算法，通過實驗方法對新算法在性能和可擴展性等方面的表現(xiàn)進行評估。五、預期成果本論文預期將得到以下成果：1.提出一種基于GPU的層次包圍盒的并行構建及遍歷算法，具有較高的效率和可擴展性。2.在真實數(shù)據(jù)集上對算法進行測試，并通過實驗結果證明新算法的性能和可擴展性優(yōu)于現(xiàn)有算法。3.為光線追