基于GPU的构建BVH树并行光线追踪方法

摘要

本发明公开了一种GPU上的并行构建BVH树进行光线追踪方法，属于计算机图形学领域。图形学中有些在传统CPU上的串行计算方法已经逐渐转移到采用拥有强大并行计算能力的GPU来处理。本发明的方法为:应用GPU并行特性进行BVH空间划分的数据结构设计；采用SAH机制并行划分空间；利用GPU并行计算射线与图形元相交信息，从而提高光线追踪效率。本发明能够在GPU处理器架构上并行高效地构建输入3D模型的高质量BVH空间划分结构，其效率要比传统CPU串行优化指令SIMD高。特别是在动态光线追踪的情形下，其加速效率要远高于目前比较流行的KD-Tree空间划分方法。

主权项

GPU上构建BVH树并行光线追踪方法，其步骤为：1）读取3D场景模型，设置三角形的模型图形元，这些数据存储在GPU显存中；2) 创建一个动态增长存储BVH节点的空间；3) 根据模型图形元，分别求X轴、Y轴和Z轴的跨度，并且求出最大值，以这个最大值的坐标轴使用SAH机制划分空间；4) 判断由步骤3)分割的子节点当中的三角形数目是否大于1，若大于1返回到步骤3)，反之下一步；5) BVH‑tree构造完毕，输出线性结构BVHlist数组；6）根据视点和投影面构造射线；7）构造一个BVH元素的堆栈，声明变量stackoffset=0；8）取当前射线与当前所指BVHlist节点做相交测试；9）如果当前射线与这个BVH节点不相交，而且如果stackoffset为0，表明当前光线没有与场景相交，结束当前射线的光线追踪；反之stackoffset大于0，那么stackoffset减1，并且把当前节点设置为栈中偏移量为stackoffset的节点，转移到步骤8)；如果当前射线与这个BVH节点相交转移到步骤10）；10）判断该BVH节点中是否有图形元三角形，如果有，说明当前射线与一个BVH树的叶子节点正方体有相交，并继续测试该射线与节点内的三角形是否相交，如果相交就把当前的节点和三角形序号交给该射线。同时若stackoffset等于0，则结束当前射线的光线追踪；若stackoffset大于0就减1, 并且把当前节点设置为栈中偏移量为stackoffset的节点，转移到步骤8)。如果BVH节点没有图形元三角形就转移到步骤11)；11）根据当前节点的右节点标记变量，把右节点序号放入栈中，然后stackoffset 加1，把当前节点设置为之前节点的左节点，转移到步骤8)。