光线跟踪

摘要： 针对虚拟仿真实验教学系统中场景不够真实的问题,文章对实时光影技术的应用开展了研究工作。首先,介绍了实时光影技术的背景,总结了光线跟踪算法、辐射度算法、阴影图算法等技术;其次,以采矿与安全虚拟仿真教学系统为例,研究了系统对实时光影算法的选择应用模式,分析了相关参数的设定方法;最后,通过同一项目场景在不同光影设置下的对比,从主观和客观评价两方面,说明了实时光影技术的应用对系统真实感提升具有良好的效果。

摘要： 为了渲染含大量动态光源的场景,提出一种层次重采样算法.首先提出一种稀疏八叉树的实时重建策略,通过并行排序和合并加速其重建;然后通过自顶向下遍历稀疏八叉树,对以均匀网格离散化表示的空间进行高效采样;最后,为了提高渲染质量,对该空间内的均匀网格进行重采样.在ORCA和自建场景下的实验结果表明,所提算法能够较好地在渲染效率和质量间取得平衡,采样和渲染质量优于随机光源裁剪算法,而且渲染结果质量相近时,所提算法采样开销可减少约50%.

摘要： 为满足红外成像探测系统研制过程中的高精度仿真图像需求,建立了飞行器红外物理成像辐射传输模型,并采用光线跟踪方法实现辐射亮度图像仿真.针对飞行器蒙皮反射特性与辐射源分布特性的差异,提出了直接光照多重重要性采样蒙皮辐射亮度计算优化方法;针对飞行器尾焰发射能力强、消光能力弱的特点,提出了混合积分尾焰辐射亮度计算优化方法.通过仿真实验对物理成像模型和计算优化方法的正确性与有效性进行了验证,蒙皮辐射计算相对误差优于0.05％,尾焰辐射计算相对误差优于0.1％,相比于传统光线跟踪方法,计算优化方法具有更快的收敛速度和更强的适应性.对隐身飞机进行了红外成像仿真和辐射特性分析,仿真结果表明,红外隐身技术能够降低中波和长波谱段的辐射强度,会增加短波谱段的反射辐射强度.

摘要： 采用序贯加法堆积和光线跟踪算法建立了烧结过程的粉末堆积和温度分布计算模型,粉末颗粒的温度分布决定烧结的熔池形态和烧结产品性能.在光线跟踪过程中考虑了反射、透射和折射过程.模拟结果表明:粉末堆积模拟结果与文献中的致密度和配位数一致;被激光照射的粉末床体,激光中心处温度最高,远离激光中心处,温度降低,且距离越远,温度越低;熔池温度随着激光功率的增大而升高,随着扫描速度的增加而降低.

摘要： 针对全局光照下的物理正确软影绘制较难满足交互性的难题,提出体现遮挡对象空间位置远近关系的可变半影近似绘制算法.首先,以光源中心点为参照通过基于光线跟踪的遮挡测试方法生成二值光源可见性图;并提出每个可视场景点对应自适应可见性空间平滑滤波器宽度的确定方法;然后执行带掩模计算的自适应可见性滤波来获得从可见区到非可见区平滑过渡的可见性因子;最后在光线跟踪流程中使用可见性因子动态调制相应可视场景点不考虑遮挡的直接光照值,再加上间接光照得到高真实感软影.实验结果表明:该算法效果与物理正确阴影在柔和度方面非常接近,容易绘制镜面反射间接光照,且测试场景的帧率在30帧/秒以上,满足交互性要求.

摘要： 良好的汽车驾驶舱视觉舒适性能够保障驾乘人员的行车安全,提高道路交通的稳定性,因此汽车驾驶舱的人机工程布置和内饰设计需要考虑减少驾驶舱眩光的产生.针对该问题,提出了一种基于CATIA/SPEOS的汽车驾驶室眩光评估方法.利用光线追踪法分析产生光反射部件之间的几何位置关系,在考虑材质属性、外界环境、真实光学效果和阳光照射方向的前提下,利用视觉仿真精确映射汽车驾驶舱的眩光位置.以某型SUV驾驶舱为例,通过光线跟踪分析发现,组合仪表不会有光线的直接照射产生眩光,中控大屏幕会有通过天窗和右边侧窗玻璃的光线直接照射产生眩光;通过视觉仿真分析发现,组合仪表由于光线折反射导致轻微眩光,中控大屏幕眩光面积较大;前挡风玻璃区域在中午和下午眩光较为严重,左边外后视镜区域在下午有空调镀铬装饰和风口造型的成像;中控大屏幕贴合AR防眩光膜优化后,分析结果表明,整块屏幕视觉效果趋于一致,视觉功效有显著提高.通过制定驾驶舱炫目主观评价流程并进行主观评价分析,得出驾驶舱眩光主观评价分析结果与仿真方法评估结果一致,表明该评估方法在新车研发和车型改款试制前期对驾驶室眩光分析和优化具有可行性.

摘要： 本文提出基于原始的点云模型的光线跟踪算法,不需计算离散点的法向量和半径等信息.算法通过平衡二叉树在设定范围内搜索离光线迭代点最近的N个离散点,并计算光线与实际最近的N'个离散点的局部平面的交点,利用栅格的加速结构避免不必要的迭代搜索计算.本文通过改变光线跟踪的参数(最近离散点的数目),即可达到渐进地多分辨率显示原始的点云模型的目的.对于噪声多的原始的点云模型,设置较大的最近离散点的数目,以有效地减少其绘制的噪声;对于噪声少的原始的点云模型,设置较小的最近离散点的数目,以更多地显示其局部几何特征.

摘要： 提出了一个基于OpenCL并且跨平台的动态场景实时光线跟踪绘制算法.在该算法中,光线跟踪的三个组成部分KD-Tree建立、场景遍历和绘制均设计在GPU上.通过设计并行分区、并行SAH、紧密的数据管理等算法,可以在GPU中高效、高质量地建立动态场景的KD-Tree,同时高质量KD-Tree也有效地加速了场景的遍历速度.实验结果表明,本文算法可以在NVIDIA GPU和AMD GPU上对中等规模的动态场景实现实时光线跟踪绘制.

摘要： 冠层的辐射传输模型是冠层内光分布和冠层双向反射率研究的重要基础.光线跟踪(ray-tracing)算法是生成真实感图形的主要算法之一.由于该算法原理简单,实现方便,且能生成各种逼真的视觉效果,因而在CAD 及图形学各个领域得到了广泛的应用.本文设计了一个并行的光线跟踪器,用于作物冠层内的辐射传输过程模拟.实验证明,此光线跟踪模型能有效精确地模拟光辐射在冠层内的三维空间分布和冠层的双向反射率.

摘要： 光线跟踪算法是生成真实感图形的经典算法,但它的算法复杂度高,计算耗时.随着近些年来硬件处理器性能的大幅提升,使得光线跟踪算法的硬件加速成为可能。本文利用单指令流多数据流并行处理器技术,在物体空间8叉树剖分和遍历、光线与物体面片求交、可见点光照强度计算等环节引入包含4条光线的并行跟踪光线数据包,开发出并行光线跟踪算法.同时考虑到超线程和多核处理器硬件技术的发展,分析了实现两个光线跟踪线程以进一步对光线跟踪过程进行加速的可行性。最后,通过vc++.net编程验证基于并行处理器技术的光线跟踪算法在渲染性能上的提升效果.实验表明,本文介绍的加速技术可以使光线跟踪的性能相对于串行跟踪方法有明显地改善.

摘要： 本文在研究典型混合数据场绘制方法的基础上,针对混合数据场求交复杂,绘制效果不理想的问题,结合改进的混合光照模型,提出了一种等值面快速求交算法,最后基于GPU来加速混合光线跟踪算法的绘制.实验表明,采用本文提出的方法,在绘制混合数据场时,能实现反射、阴影等真实感较强的效果,并达到理想的绘制速度.

摘要： 为了降低太阳能聚光器的成本,在线聚光菲涅耳集热器中常使用平面镜作为反射镜的组成元素。根据菲涅耳线聚光理论,提出了使用全平而的窄条镜按一定角度布置于跟踪托架上构成不同焦距的初级反射镜单元,由多块跟踪镜单元组成初级反射镜场的设计方法,采用新的次级反射器设计思路,设计了双圆弧形二次反射聚光器。采用平板玻璃镀银镜为初级反射镜材料,设计制作了试验装置,从光线跟踪模拟和实际试验都具有很好的聚光效果。该反射镜单元的设计具有低成本、聚光效果好、可扩展集热器场宽度、跟踪稳定和抗风载等优点,小规模集热器可用于蒸汽生产,提供农产品干燥等所需的过程热,大规模的集热器可以用于热发电所需的预热蒸汽或直接用于热发电。

摘要： 针对X射线微分成像技术，以X射线衍射理论和光线跟踪算法为基础，提出了一种新的X射线微分成像仿真算法，实现了对三个球的成像仿真，得到的干涉图像的特点符合光栅微分成像的理论分析.用相移(Phase-stepping)方法从干涉图像中提取的相位信息与真实物理实验结果一致。

摘要： 光子映射是针对光线跟踪以及辐射度算法存在的缺陷提出的一种新的全局光照图形绘制算法,但因为其计算量大,难以用于虚拟现实的实时渲染环境中。并行化是提高渲染效率的重要手段,通过对不同渲染任务划分方式的比较,得出一种较为适用的并行渲染任务划分方式,在此任务划分方式的基础上,提出并在MPI环境下实现了针对光子映射的并行渲染算法,通过实验证明了该并行算法可以很好的适应集群的计算环境,在一定程度上提高了渲染速度。

摘要： 内部结构对目标的回波特性有重要影响,高频时表现为线型和结构特征.本文用物理声学方法研究水中复杂双层壳体目标的回波特性。在回波积分计算中,一是利用遮挡方法精确剔除目标外部或内部各结构之间相互遮挡的部分,只对“照射”面进行计算；二是引入射线跟踪方法确定声线的反射和透射路径。通过实验验证了计算方法的有效性，最后给出有肋双层柱壳的回波预报结果和回波机理分析。

摘要： 内部结构对目标的回波特性有重要影响,高频时表现为线型和结构特征.本文用物理声学方法研究水中复杂双层壳体目标的回波特性。在回波积分计算中,一是利用遮挡方法精确剔除目标外部或内部各结构之间相互遮挡的部分,只对“照射”面进行计算；二是引入射线跟踪方法确定声线的反射和透射路径。通过实验验证了计算方法的有效性，最后给出有肋双层柱壳的回波预报结果和回波机理分析。

摘要： 本发明公开了光线跟踪内核及具有该光线跟踪内核的光线跟踪芯片。该光线跟踪内核包括光线生成单元和采用MIMD(多指令流多数据流)架构的多个TI(遍历和交叉)单元。光线生成单元基于眼光线生成信息来生成至少一个眼光线。眼光线生成信息包括屏幕坐标值。多个TI单元中的每一个接收至少一个眼光线并检查是否存在与接收的至少一个眼光线交叉的三角形。该三角形构成一个空间。

摘要： 本发明公开了一种三相限太阳光线传感器与光斑图像传感器融合的太阳光线跟踪算法，步骤如下：1)、太阳轨迹跟踪实现阶段：2)、传感器跟踪实现阶段：3)、光斑跟踪法实现阶段。本发明设计简单、成本低廉、运行稳定、追踪精度高，并且能够很好体现实用性、经济性和可推广性。

摘要： 本发明公开了光线跟踪内核及具有该光线跟踪内核的光线跟踪芯片。该光线跟踪内核包括光线生成单元和采用MIMD(多指令流多数据流)架构的多个T&I(遍历和交叉)单元。光线生成单元基于眼光线生成信息来生成至少一个眼光线。眼光线生成信息包括屏幕坐标值。多个T&I单元中的每一个接收至少一个眼光线并检查是否存在与接收的至少一个眼光线交叉的三角形。该三角形构成一个空间。

摘要： 一种图形处理单元(GPU)包括适于执行软件实现的着色器程序的一个或多个处理器核心，以及适于遍历加速结构以与着色器操作异步地计算光线与包围体和图形图元的相交点的一个或多个硬件实现的光线跟踪单元(RTU)。所述RTU实现遍历逻辑以遍历所述加速结构，包括根据需要进行光线变换以考虑层级之间的坐标空间的变化、进行栈管理和其他任务以减轻着色器上的负担，将相交点传送到所述着色器，然后所述着色器计算所述相交点是命中所相交的对象的透明部分还是不透明部分。因此，所述GPU内的一个或多个处理核心通过将处理的各方面卸载到所述RTU来执行加速光线跟踪，所述RTU遍历其中表示3D环境的所述加速结构。

摘要： 光线跟踪系统处理通过3D场景的光线，以确定光线与场景中的几何形状之间的相交，用于绘制场景的图像。用于光线的光线方向数据可以被压缩为例如八面体向量格式。用于光线的、经压缩的光线方向数据可以由指示八面体的表面上的点的两个参数(u,v)来表示。为了对光线执行相交测试，用于光线的光线方向数据被解包，以将向量的x、y和z分量确定为八面体的表面上的点。经解包的光线方向向量是非标准化的光线方向向量。相交测试在非标准化的光线方向向量上执行，而不是将光线方向向量标准化。这避免了在将光线方向向量标准化中包含的处理步骤。

摘要： 本发明公开了一种三相限太阳光线传感器与光斑图像传感器融合的太阳光线跟踪算法，步骤如下：1)太阳轨迹跟踪实现阶段：2)传感器跟踪实现阶段：3)光斑跟踪法实现阶段。本发明设计简单、成本低廉、运行稳定、追踪精度高，并且能够很好体现实用性、经济性和可推广性。

摘要： 本发明涉及光线跟踪系统中的存储器分配。一种在光线跟踪系统中处理光线的方法，所述方法包括：在按任务基础上为任务分配存储器块；处理任务中的光线，使得至少一个子光线被发射；将任务的中间数据写入所述存储器块；暂停对任务的处理；以及当任务准备好恢复时，从存储器块读取任务的中间数据，以及恢复对任务的处理。

摘要： 本发明公开了一种基于光线跟踪的移动机器人路径规划方法，通过跟踪光线的传播轨迹来生成一条连接机器人起始位置和目标位置的无碰撞路径。首先，模拟现实世界中的光线传播，获得一条连接起始点和目标点的原始路径，然后祛除多余的轨迹点并借助于三次贝塞尔曲线使得各个直线段路径平滑连接，最终生成一条连接起始点和目标点的光滑无碰撞路径。本发明的路径规划算法运行速度快，且可以保证机器人的运动速度始终连续变化，大大增强了移动机器人运动的平稳性和安全性，且适合移动机器人进行高速运动。

摘要： 本发明涉及用于在光线跟踪系统中进行递归处理的存储器分配。描述了用于处理光线的光线跟踪系统和方法。针对光线执行父着色器。父着色器包括调用子着色器的着色器递归指令。暂停针对光线执行父着色器。在存储器堆中存储父着色器的中间数据，其中，中间数据包括状态数据和有效载荷数据。存储中间数据包括分配存储器堆中的寄存器的第一集合以用于存储有效载荷数据，以及分配存储器堆中的寄存器的第二集合以用于存储状态数据。当父着色器准备好恢复时，从存储器堆读取父着色器的中间数据，并且恢复针对光线执行父着色器。

摘要： 本发明公开了用于光线跟踪的相交测试。一种用于在光线跟踪系统中执行光线的相交测试的系统和方法。光线跟踪系统使用包括多个节点的分层加速结构，每个节点标识能够由光线相交的一个或多个元素。所述系统利用串行模式光线相交过程，其中，当光线与包围体积相交时，生成有限数目的新光线请求。