基于国产GPU轻量图形引擎的设计与实现

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1、分类号学号M201676082学校代码10487密级硕士学位论文基于国产GPU轻量图形引擎的设计与实现学位申请人：魏媛媛学科专业：软件工程指导教师：万琳副教授答辩日期：2018.12.21AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringTheDesignandRealizationofLightGraphicsEngineBasedonDomesticGPUCandidate:WeiYuanyuanMaj

2、or:SoftwareEngineeringSupervisor:Assoc.Prof.WanLinHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaDecember,2018华中科技大学硕士学位论文摘要早期的计算机并不包括GPU，图形的很多处理功能和相关计算都是由CPU承担的。随着软件需求和计算机图形处理操作的逐渐增加，仅仅靠CPU来支持的图形操作已不再满足计算机的发展，GPU的诞生打破了这个现状。GPU可以增强图形渲染效果，通过直接对GPU编程来实现渲染技术。

3、但在计算机上直接对GPU进行编程在场景设计方面较为困难、也无法与建模工具相结合，缺乏一些关键技术。因此，对图形引擎开发的研究成为了必要。目前市面上的图形引擎均基于高性能GPU研发，在国产GPU上的表现效果往往不佳，需要一款能够针对国产GPU的图形引擎。轻量图形引擎可以支持Windows和Linux系统，使用OpenGL作为底层图形库，提供基本数学支持，实现了图形学算法，搭建可编程渲染流水线，可通过一系列转换将三维模型变为屏幕显示像素点。通过对轻量图形引擎的需求进行研究分析，设计了轻量图形引擎的系统架构，并针对轻量图形引擎的数据管理模块

4、、文件模块、空间场景管理模块、渲染模块和GUI管理模块进行了详细设计和实现。其中文件模块着重实现了模型导入、xml格式文件处理。空间场景管理模块着重通过八叉树技术实现了场景节点的管理。渲染模块则实现了渲染流水管线，包括顶点缓冲区、纹理、材质、光照、LOD地形等。最后，通过一系列基本功能基准测试，针对某特定国产GPU对轻量图形引擎进行了优化。轻量图形引擎能够在某国产GPU上渲染出较满意的结果，功能性完整，同时具有可扩充性留待后续功能添加。最后展望了未来的改进工作。关键词：GPU图形引擎八叉树OpenGLI华中科技大学硕士学位论文Abst

5、ractTheearlycomputersdidnotincludetheGPU.ManyoftheprocessingfunctionsandrelatedcalculationsofthegraphicswereundertakenbytheCPU.Asthesoftwarerequirementsandcomputergraphicsprocessingoperationsincreased,thegraphicsoperationssupportedbytheCPUalonenolongersatisfiedthecomput

6、er.ThebirthofGPUhasbrokenthissituation,GPUcanenhancethegraphicsrenderingeffect,bydirectlyprogrammingtheGPUtoachieverenderingtechnology.However,programmingtheGPUdirectlyonthecomputerisdifficultinscenedesignandcannotbecombinedwithmodelingtools,lackingsomekeytechnologies.T

7、herefore,researchongraphicsenginedevelopmenthasbecomenecessary.Currently,thegraphicsenginesonthemarketarebasedonhigh-performanceGPUdevelopment,andtheperformanceondomesticGPUisnotgood.AgraphicsenginethatcantargetdomesticGPUisnecessary.ThelightgraphicsenginesupportsWindow

8、sandLinuxsystems,usesOpenGLastheunderlyinggraphicslibrary,providesbasicmathematicalsupport,implementsgraphicsa