陈 昱 江兰帆

（福州大学 数学与计算机科学学院，福建 福州 350108）

1 引言

光线跟踪是一种基于物理的图形渲染算法，相比于实时流水线光栅化算法，更方便实现真实环境中的反射、折射、透明、阴影等全局光照效果。光线跟踪算法产生的画面真实感强，被广泛应用于电影后期制作等领域。

光线跟踪算法需要跟踪每一条光线，将其与场景中几何对象执行相交测试，计算量很大。因此，目前光线跟踪主要应用于离线渲染，在实时渲染中的应用还处于试验阶段。如果光线跟踪算法的性能可以达到实时交互，必然可以极大地提高该算法的应用领域，对计算机图形学相关应用（如游戏，电影等）将产生重大影响。

2 光线跟踪算法加速分析

为了提高光线跟踪算法的速度，一种思路是改进算法（如研究提高求交计算的效率，采用加速结构减少求交的次数等），另一种则是从硬件体系出发。光线跟踪渲染中每条光线独立计算，十分适合并行体系结构。近年来，集成大量处理核心的GPU（图形处理器）在计算能力方面增长迅速，在特定类型计算中已远超CPU[1]。光线跟踪算法理论上可以利用GPU架构的数据并行性获得较高的性能，利用GPU实现光线跟踪的实时交互成为了一个新的思路。

本文采用NVIDIA公司的CUDA作为GPU编程平台，采用BVH作为加速结构，对三角形网格模型进行渲染，针对CUDA体系结构进行了算法的重新设计与优化。实验结果表明10万三角形的场景在目前主流型号GPU上算法已可以达到实时交互的性能，与CPU实现相比加速比达到5倍以上；……