基于Cell宽带引擎的娱乐平台的设计与实现

摘要

随着微电子学科的进步，在单个芯片中集成多个运算和控制核心的多核处理器已经问世。在这种条件下，如何充分利用芯片上的多个核心设计出高效率的算法和程序，是当前产业界和学术界普遍关注的问题。在各种已经商用的多核处理器中，IBM的Cell芯片具有功能强大，价格低廉的特点，本文利用该芯片的超强并行流数据处理能力设计了一套较完善的娱乐平台，该平台主要包括图形学子系统与图像特效子系统两大模块。 图形学子模块的主要目标有两个：实时和真实。实时，指的是希望图片的生成速度能达到实时的要求，在严苛的速度要求下可以放弃一些渲染图片的真实性。真实，指的是在几乎完全不考虑时间要求的情况下，按照光学规律生成几乎可以与照片的真实感媲美的图片。但是，由于计算机硬件的限制，上述两个要求往往是矛盾的，只能根据应用的场合和领域进行平衡，而Cell芯片的出现则可以大大缓解这一对矛盾，本文将利用该芯片的非凡并行处理能力加速光线追踪算法，达到了较高的渲染效率。 除了图像学子系统以外，本系统还提供了图像特效模块。目前完成的主要是图像抽取和图像补全两大模块。 图像抽取(Image Matting)指的是图像的前、背景分离，即根据有限的用户输入，确定图像中用户真正感兴趣的区域。对于单个像素来说，每个像素的颜色都可以理解为背景颜色和前景颜色的线性组合，图像抽取的目的就是要确定每个像素点上的前景颜色(F)和背景颜色(B)以及线性组合的系数(α)。 图像补全技术指的是在输入一张原始图片及其中未知区域位置的情况下确定未知区域每个像素的颜色，本文将提出一个自动找出图像结构的方法，更加自动化的实现图像未知区域的补全。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1背景介绍与系统整体架构

1.2研究背景与基本概念

1.2.1 Cell高性能处理芯片

1.2.2计算机图形学模块

1.2.3图像特效模块

1.3本文的研究工作

1.4论文结构

第二章图形系统的设计与光线追踪技术

2.1图形子系统与光线追踪模块的整体设计

2.2光学渲染背景介绍

2.3反向光线追踪技术

2.4光线追踪算法的瓶颈及其加速

2.5光线追踪的实现以及渲染流水线

2.6光线追踪的结果及分析

第三章动画及物理系统的设计与实现

3.1角色动画模块

3.1.1 Cally骨骼模型

3.1.1骨骼的几何信息

3.1.2蒙皮动画(Skin Mesh)

3.2物理系统模块

3.2.1粒子系统

3.2.2火焰的模拟

3.2.3布料的仿真与模拟

第四章图像特效子系统及图像抽取技术

4.1图像特效子系统的整体设计

4.2图像抽取技术的背景介绍

4.3基于贝叶斯模型的图像抽取技术

4.4自然图像抽取的闭合形式解

4.5得到较准确的前景区域

4.6图像抽取的其他结果及系统运行效率分析

第五章图像补全模块的设计与实现

5.1背景介绍

5.2结构线的寻找及预测

5.2.1张量投票方法

5.2.2图像分割技术

5.3沿结构线进行填充

5.3.1误差函数的定义

5.3.2误差函数的最小化

5.3.3结构补全的结果

5.4纹理填充

5.5图像补全的结果与分析

第六章：结束与展望

参考文献

攻读学位期间的工作与发表论文

致谢