基于GPU的光线跟踪算法的加速技术

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1、摘要摘要论文题目：基于GPU的光线跟踪算法的加速技术研究生姓名：吴井胜导师姓名：鲍旭东教授学校名称：东南大学随着医学成像技术的发展，科学可视化在医学领域得到了越来越广泛的应用。体绘制作为可视化技术的重要研究方向，提供了一种高质量的医学体数据显示方法。本文的工作将从体绘制技术的算法理论和医学影像工作站的应用开发两个方面开展。体绘制是不经过中间曲面表达，而直接由体数据产生结果图像的体视化技术。体绘制能够产生高质最的绘制图像，较好地表达组织器官的内部细节。但由于处理的数据最很大，传统的体绘制难以达到文时交互的效果。基于j叮编程图形硬件或GPU(GraphicProcessingUniL)的

2、体绘制技术一经提出便引起了广泛的重视，已称为加速体绘制技术研究的重点课题。本文利用GPU的图形流水线实现了光线跟踪算法的加速，并在GPU通用计算理论的指导下，调整了GPU在体绘制流程中的使用策略，提高了体绘制的灵活性和可控性。基于GPU通用计算的体绘制，在保证实时交互性的前提下，为复杂光照模型的计算提供了技术基础。医学影像工作站是体绘制理论在医学领域的典型应用。本文首先描述了医学影像工作站的系统设计目标平¨软硬件配置要求，介绍了系统的流程、结构、以及各个功能模块的设计与实现。然后详细讨论了体绘制模块的流程、结构和多元化的交互模式，并对绘制结果和实时交互性能进行了测试和评价。医学影像工

3、作站目前已经在神经外科和整形外科等领域进行了临床试用，提高了辅助诊疗和手术计划的精确性，取得了良好的反馈。关键词：体绘制，光线跟踪算法，GPU，GPU通用计算，医学影像工作站AbstractTitle：Author：Supervisor：School：ABSTRACTAccelerationTechniquesforGPU—basedRayCastingAlgorithmsWUJingshengProfessorBAOXudongSoutheastUniversityScientificvisualizationhasbeenwidelyintroducedinmedicalappl

4、icationwiththedevelopmentofmedicalimagingtechniques．Asallimportantbranchofvisualizationtechniques，Volumerenderingprovidesahigh-qualitymethodforshowingmedicalvolumedata．Thepaper’Sworkfocusesonboththetheoryofvolumerenderingandthedevelopingofmedicalimageworkstation．Volumerenderinggenerallyproduces

5、moresatisfyingresultsandrevealsmoredetailsofhumanbody,whileitgeneratesimagesdirectlyfromtheraWvolumedata．Duetothelargeamountofdata，traditionalvolumerenderingisfarfrominteractive．ProgrammablegraphichardwareorGPU(GraphicProcessingUnit)hasbeendeeplystudiedfromit'sfirstintroductiontovisualizationan

6、dGPU-basedvolumerenderinghasbeenthemaintopicofaccelerationtechniques．ThepaperacceleratedraycastingusingGPU’Spipeline．UndertheguidanceofGPUcomputing，thepaperchangedthestrategyofemployingGPUandmaketherenderingmoreflexibleandcontrollable．VolumerenderingbasedonGPUcomputingmakespossibletherealizatio

7、nofcomplicatedopticalmodelaswellasthereal—timerendering．Medicalimageworkstationisatypicalmedicalapplicationofvolumerendering．Thepaperdescribedthesystemtarget,therecommendedconfigurationofsoftwareandhardware，processandarchitecture，