基于gpu的正交多幕光线散射补偿算法分析

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1、1．2国内外研究现状本论文研究的是“基于GPU(图形处理器)的正交多幕散射补偿算法”。研究本算法的前提是熟悉GPU特性、了解正交多幕架构和熟练的运用光线散射理论。同时还要掌握这些技术的发展和现状。下面将详细介绍以上技术的发展和现状。1．2．1图形处理器发展现状众所周之，GPU就是图形处理器，谈到GPU，总不免要提CPU，早期的计算机也进行图形处理方面的工作，但是处理的图形相对简单，大部分工作是由中央处理器CPU来完成。如早期的GE(GeometryEngine)，它对图形的处理还是有欠缺的，速度较慢。直到90年

2、代末NVIDIA公司推出了图形处理器GeForce256，GPU迅速发展的时代才真正到来。GPU应用领域的拓宽离不开硬件的发展。目前，以NVIDIA和ATI厂家为代表的GPU产品正处于快速发展的过程当中，每隔半年左右就有新一代的产品问世。GPU不但性能在日积月累的增加，其处理速度也在不断提高。随着娱乐产业的推动和医疗平台显示、计算科学可视化等学科的发展，一些和计算机图形相关的高性能计算领域与GPU联系越来越密切。如本世纪初，全球图形学硬件年会开始专门研究GPU的非图形应用层面。从那之后，“电气电子工程师协会”等

3、大型的国际组织定期进行GPGPU技术方面相关产业发展方向的探讨。利用GPU的高性能计算进行非图形绘制方面的研究越来越受到科研机构的青睐。目前来说，GPGPU的应用领域主要有：碰撞检测、运动规划、几何计算等“1，以后会向着高性能计算领域发展。很早就有人利用GPU进行特定领域方面的计算研究。如在图形处理早期，Larsen等人利用多纹理技术实现了矩阵运算操作“1。此后，随着NVIDIA公司GeForce3图形处理器的出现，顶点级可编程(VertexProgram)技术开始广泛使用。虽然片段级编程的代码命令还很简易，指

4、令语句数量没有几条，但丝毫不影响GPU在通用计算方面的优势。其中，Thompson等人完成了一个关于顶点级计算的代数运算类架构系统，涉及到矢量计算和矩阵相乘等"1操作。Harris等人利用“寄存器合成器”结合“纹理渲染”技术来求解耦合映像点阵-CML(coupledmaplattice)I'D]题，进而完成交互的对流扩散模拟‘81。随后，用于城市气流模拟的GPU集群系统也开始广泛应用阳1。紧接着，美国国防技术情报中心公开发布了“GPU一未来高性能计算引擎”的科技报告，内容包括GPU在高性能计算领域的发展和以后面

5、临的挑战。与此同时，APINVIDIA和ATI公司开始研发物理计算API(应用程序接口)，它是以通用图形处理器为基础的，这样繁多的并行科学计算方面可以利用对GPU浮点片段着色器单元的操作来完成。到2006年，基于GPU的高性能计算又有了新的飞跃，以“分布式计算项目在蛋2白质折叠研究中的应用”为代表。该项目利用ATIGPU使得每台计算机达到每秒1000亿次的超高性能计算目标。同年，ATI公司在SIGGRAPH(计算机图形图像专业组织)会议上演示了数据并行虚拟机(DataParallelVirtualMachine

6、)的运行效果，该虚拟机使用专门为GPU通用计算而设计的应用程序编程接口。通过将多个GPU应用在一个显卡上来汇成数据流处理集群，再利用强大的数据并行处理机的特有性能来解决GPU并行数据速度提升的问题。在国外进行GPU研究的同时，国内市场也看中了GPU通用计算方面的研究价值，随之一些科研机构和高校成为研究GPU在高性能计算方面的领头羊。并初步有了一定的研究成果。如清华大学利用GPU的并行计算能力和数据流处理能力，实现了基于GPU的一种新的辐射度计算方法，并利用“雅克比”迭代法快速求解了线性方程组¨们。另外，中科院计

7、算技术研究所、华中科技大学等也针对特定项目方面的应用先后通过实验对GPU的并行计算能力进行研究。越来越多的实验证明：GPU是基于图形API(ApplicationProgrammingInterface)编程的较为方便和高层次的工具。此外，高级通用绘制语言的出现解决了开发人员在图形绘制和硬件架构受限的情况下进行编程的难题，从而更好的利用GPU的可编程性编写面向通用计算的程序。尤其是近来高性能计算产业飞速发展使得GPU在通用计算方面的应用将越来越广泛‘1¨叫1"。然而，目前在软硬件方面，它的发展还存在许多需要解决

8、的问题。第一，因为GPU是针对图形计算，在硬件设计、指令执行等方面和真正用于通用计算的CPU有本质的差别；第二，GPU计算也离不开软件环境的改进，需要研究更利于发挥GPU高性能计算的软件平台，包括设计一致的编程架构、开发流程等；第三，GPU不能只考虑单纯的数据计算，应该利用GPU的计算特性和编程模式找到更适合问题解决的计算模型。目前，GPU通用计算已经步入了主流计算的行列。尤其在商业应