基于CUDA的太阳风实时绘制可视化研究

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空间环境的复杂性和特殊性,导致人类至今还未完全掌握空间环境要素变化规律及其相互作用关系。可视化技术是发现和理解空间环境科学规律的重要工具。但是由于空间科学数据量巨大以及三维绘制的性能限制,目前的可视化技术很难满足实时绘制需求。  目前空间环境可视化方法主要还是以CPU串行计算为主,这种计算方式在目前数据量日益增大的背景下即使通过良好的算法改进也难以实现实时绘制。  在当今硬件尤其是多处理器显卡迅速发展的条件下,并行计算在各个科学领域得到广泛应用,强大的计算效率使传统的体绘制技术有了新的发展空间。  本文基于CUDA并行计算平台,采用日地环境中太阳风密度数据作为体数据源,提出在大规模数据背景下采用光线投射法和移动立方体方法相结合的混合绘制算法,经过原始数据分类、插值重采样、压缩、编码等数据处理步骤,依靠强大的GPU并行计算能力,使实时体绘制渲染成为可能。  本文的创新点在于:  1、体绘制渲染中采用并行计算模式替代传统的串行计算模式加速渲染效率。  2、对三维体数据进行预处理,并且将冗余的体数据进行数据压缩、稀疏八叉树组织编码,减少数据量,提高数据检索效率。  3、建立数据传输管线,提高渲染效率。  4、改进体绘制算法中光线投射算法。  5、归一化体数据格式,提高可视化程序通用性。  通过对并行计算处理的优化,在保证可视化质量的前提下计算时间大大减少,实现对海量空间数据的实时三维绘制。
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