一种基于众核处理器的光线并行求交方法及光路追踪系统技术方案

本公开公开了一种基于众核处理器的光线并行求交方法及光路追踪系统，包括：在主核中开辟用于存储采样光线的全局数据区，从核对所述采样光线进行光线并行求交，并将求交结果存储至全局数据区，所述主核根据求交结果进行着色操作，并计算采样光线在光路上的积分值。将光线求交和着色操作相互分离，计算光线求交与着色操作的时间比，对二者的任务量进行划分，从核中执行的第二部分光线求交和主核中执行的第一部分着色操作同步进行，充分利用从核内存，利用并行光线求交方式有效提高其求交效率，减少光路追踪算法的总时间，并且能够保证求交的准确性，从而保证图像的绘制质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于众核处理器的光线并行求交方法及光路追踪系统
本公开涉及图形真实渲染
，特别是涉及一种基于众核处理器的光线并行求交方法及光路追踪系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。光路追踪算法是一种基于物理的真实感渲染方法，利用真实世界的物理原理在虚拟世界中来模拟光和物质的相互作用产生的视觉感。真实感渲染的目的是将同一场景下的三维场景生成的图像与现实世界的照片难以区分。光路追踪算法是以观察者的视角，根据光的可逆性物理原理，对光线进行逆向追踪，从观察屏幕的像素点发射虚拟光，并计算光在虚拟三维场景中与物质相交产生的反射、折射和散射等物理效果，最终生成逼真的图像。光路追踪算法在影视动漫、VR、仿真和游戏等领域有广泛的应用价值和研究价值。在物理世界中，观察者的每一个成像点的颜色值是由来自不同方向的光线效果的共同作用而产生的。在现实世界中，光线的数量是无法估计的，而在虚拟场景中的虚拟光线的数量则是有限的。同理，在光路追踪算法中，每个像素点的光线采样数量越多，则渲染的图片质量越高，因此，为提高绘制图像的质量和真实感，需要提高光线的采样数量。专利技术人发现，在光路追踪绘制过程中，每一条光线需要对场景进行相交运算，找到交点并计算光源对该交点产生的辐射度影响值，因此需要在该交点处对光源进行采样，并生成一条射线与场景进行相交运算，判断交点与光源之间是否存在物体遮挡。因此，在追踪光线的每一层级时，都至少需要进行两次求交运算。在光路追踪算法中，经专利技术人统计，光线与场景求交是最为耗时的。场景经过网格化生成了数十万数百万乃至更多个三角面片，光线需要与该三角面片集进行遍历和相交测试，确定交点的最终位置。为了能够有效的遍历和求交，利用BVH和KD-tree等树形结构对场景进行划分，从而减少不必要的相交测试，有效的对场景进行剔除，最终仅仅对很少的一部分三角形进行有效的相交测试。而在高采样的环境中，大量的光线需要与场景进行相交测试，消耗了大量的计算时间，降低了光路追踪算法整体的效率。
技术实现思路
为了解决上述问题，本公开提出了一种基于众核处理器的光线并行求交方法及光路追踪系统，将光线求交和着色操作相互分离，计算光线求交与着色操作的时间比，对二者的任务量进行划分，从核中执行的第二部分光线求交和主核中执行的第一部分着色操作同步进行，充分利用从核内存，利用并行光线求交方式有效提高其求交效率，减少光路追踪算法的总时间，并且能够保证求交的准确性，从而保证图像的绘制质量。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：第一方面，本公开提供一种基于众核处理器的光线并行求交方法，包括：在众核处理器的主核中开辟用于存储采样光线的全局数据区，众核处理器的从核对所述采样光线进行光线并行求交，并将求交结果存储至全局数据区，所述主核根据求交结果进行着色操作，并计算采样光线在光路上的积分值。第二方面，本公开提供一种基于众核处理器的光线遮挡判断并行求交方法，包括：在众核处理器的主核中开辟用于存储采样光线的全局数据区，众核处理器的从核对所述采样光线进行光线并行求交，并将求交结果存储至全局数据区；所述主核根据求交结果进行着色操作；在所述着色操作中根据交点对光源进行采样得到阴影采样光线，从核对所述阴影采样光线进行并行求交，判断阴影采样光线是否存在遮挡，主核根据遮挡判断结果对光路的积分值进行更新。第三方面，本公开提供一种基于众核处理器的光路追踪系统，包括若干个核组，所述核组包括主核和从核，在任意一个核组的主核中对光路追踪进行划分，将划分的光路追踪子任务分配至其他核组内；所述核组完成如基于众核处理器的光线并行求交方法或基于众核处理器的光线遮挡判断并行求交方法所述的步骤。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开能够充分利用从核稀少的存储，利用并行光线求交方式有效提高其求交效率，能够减少光路追踪算法的总时间，并且能够保证求交的准确性，从而保证图像的绘制质量。本公开利用申威异构众核架构并结合光路追踪算法特点，将求交与着色相互分离，计算光线求交与着色的时间比，对二者的任务量进行有效的划分，将第二部分求交工作异步交于从核进行，减少一大部分的求交时间，从而提高光线求交效率，缩短有效的光路追踪时间。本公开将阴影光线遮挡判断和阴影光线的求交集中交于从核进行求交运算，降低着色过程的计算时间，对提高整体的绘制效率。本公开针对大规模场景的绘制，在全片共享模式下充分利用申威处理器的计算资源，对整个光路追踪的工作进一步划分，使得节点内核组间能够并行执行光路追踪方法，使得其计算效率明显提高。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1是本公开实施例1提供的一种光路追踪算法中求交与着色操作的分离流程图；图2是本公开实施例1提供的一种基于众核处理器从核的光线求交示意图；图3是本公开实施例1提供的一种主从异步求交的示意图；图4是本公开实施例2提供的一种从核对阴影光线并行求交的流程图；图5是本公开实施例3提供的一种全片共享模式下的三级并行光路追踪方法架构图；图6(a)是本公开实施例3提供的Sponza-Lucy场景在原始模式下的绘制结果；图6(b)是本公开实施例3提供的Sponza-Lucy场景在三级并行模式下的绘制结果；图6(c)是本公开实施例3提供的Sponza-Lucy场景在两种模式下的差值图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例1光路追踪算法流程是从照相机或观察者视点发射一条光线，根据光的可逆性光学原理逆向追踪光线，光线首先与场景进行相交操作，然后进行交点处的着色操作，并生成反射或折射光线，即下一级光线(次级光线)，然后继续追踪，直到该光线与光源相交。这是一条光线完整的光路，在这条光路上进行积分，计算该条光线对像素点的光辐射度的贡献值。在本实施例中，提供一种基于众核处理器的光线并行求交方法，如图1所示，具体包括：在主核中开辟用于存储采样光线的全局数据区，从核对所述采样光线进行光线并行求交，并将求交结果存储至全局数据区，所述主核根据求交结果进行着色操作，并计算采样光线在光路上的积分值。本实施例使用的处理器为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于众核处理器的光线并行求交方法，其特征在于，包括：/n在众核处理器的主核中开辟用于存储采样光线的全局数据区，众核处理器的从核对所述采样光线进行光线并行求交，并将求交结果存储至全局数据区，所述主核根据求交结果进行着色操作，并计算采样光线在光路上的积分值。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于众核处理器的光线并行求交方法，其特征在于，包括：
在众核处理器的主核中开辟用于存储采样光线的全局数据区，众核处理器的从核对所述采样光线进行光线并行求交，并将求交结果存储至全局数据区，所述主核根据求交结果进行着色操作，并计算采样光线在光路上的积分值。


2.如权利要求1所述的一种基于众核处理器的光线并行求交方法，其特征在于，所述光线并行求交包括：根据从核求交时间和主核着色时间的比例分别对光路追踪中光线求交和着色操作进行划分，从核中执行的第二部分光线求交和主核中执行的第一部分着色操作同步进行；
或，划分比例满足：
Task1:Task2>Tits:Tshader，
其中，Task1与Task2分别是光线求交与着色操作划分的工作量，Tits是从核求交时间，Tshader是主核着色时间；
或，第一部分光线求交在从核中执行，主核阻塞等待；当第一部分光线求交结束后，主核进行第一部分着色操作，从核同时执行第二部分光线求交，第一部分着色操作和第二部分光线求交同时完成，继而主核执行第二部分着色操作。


3.如权利要求1所述的一种基于众核处理器的光线并行求交方法，其特征在于，所述全局数据区包括光线集数据区和信息区；所述光线集数据区用于存储从核进行光线求交所需要的采样光线，所述信息区用于存储从核求交结果；
或，所述信息区包括光线求交结果、求交时间和交点信息，其中交点信息包括交点所处的几何体和三角形的索引值，求交时间指从采样光线起点到交点的时间。


4.如权利要求1所述的一种基于众核处理器的光线并行求交方法，其特征在于，从核从全局数据区中通过连续内存访问方法批量式获取采样光线中待求交光线；
通过DMA方法在光线遍历树中获取待求交光线对应的子节点，根据待求交光线的求交结果判断下一次待求交的子节点，同时将该子节点的下级节点提取到从核中；
在从核中进行光线求交，将每条光线的求交结果通过连续内存访问方式存入到全局数据区。


5.如权利要求1所述的一种基于众核处理器的光线并行求交方法，其特征在于，主核进行着色操作中包括：
所述主核根据求交结果进行着色操作，计算光线的积分值，生成次级光线，并对次级光线进行收集，直至光线与光源相交，每条光线在其光路上的积分值计算结束。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，邓二伟，徐延宁，徐晓峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37