[發明專利]基于GPU并行計算的視景特效仿真方法

在審

• 申請號: 201810947484.9
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN110889891A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 楊仕穎
• 申請（專利權）人: 北京航天長峰科技工業集團有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T1/20;G06T15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種于GPU并行計算的視景特效仿真方法，采用GPU并行計算技術應用于軌跡、煙霧、火光等的實時模擬運算和各種大規模地形仿真運算中。采用優化的文件/內存映射方式進行大數據量影像數據的讀寫訪問，根據模擬參數實時計算仿真特效的模擬仿真狀態，提高了大數據量影像文件的存儲和訪問效率、全球三維環境下多要素顯示調度功能的內部并發能力、功能間的并發處理能力，并對三維顯示調度處理算法優化及代碼的優化。

技術領域

本發明屬于視景仿真技術領域，涉及一種基于GPU并行計算的視景特效仿真方法，創造直接應用于虛擬現實視景仿真中數據可視化的高效調度和顯示繪制。

背景技術

三維視景仿真系統經常需要對環境中的一些特殊效果，如爆炸、火焰、煙霧、揚塵等進行實時模擬和仿真，構設高度逼真的虛擬環境態勢。環境特效由實時數據和仿真數據驅動，同特定的模型相對應，具有確切的時間觸發點和空間位置。驅動顯示這些環境特效往往需要耗費大量的計算機資源，尤其是CPU。傳統的三維特效技術往往采用非實時的方式實現，即利用三維特效處理軟件，通過特效處理參數，經過長時間的特效處理過程，生成美觀、逼真的三維特效畫面。采用的工具軟件如Maya、3DSMax等。

然而在實時性要求較高的三維軍事對抗仿真平臺系統中，傳統的戰場特效技術很難滿足要求。在軍事對抗仿真過程中，特效從觸發(例如炮彈射出)到展現(炮彈命中)，往往只有數秒甚至更短的時間。在如此短的時間內，計算機無法通過傳統的方式，利用軟件生成特效，再通過某種方式加載到場景中，需要利用現代化的計算機圖形學技術和先進的計算機圖形硬件實時生成具有高逼真度的戰場特效。

發明內容

利用傳統的CPU并行運算無法保證運算效率，因此很難達到可接受的模擬效果。本發明提供一種于GPU并行計算的視景特效仿真方法，采用GPU并行計算技術應用于軌跡、煙霧、火光等的實時模擬運算和各種大規模地形仿真運算中，涉及到光照特效、紋理特效等大規模實時運算。

本發明的技術方案如下：

一種基于GPU并行計算的視景特效仿真方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)采用優化的文件/內存映射方式進行大數據量影像數據的讀寫訪問，以提高大數據量影像文件的存儲和訪問效率；

(2)采用多線程的運行模式，使單個數據顯示處理功能的內部處理流程可以利用操作系統提供的并行處理機制，充分利用系統資源，提高處理效率；

(3)系統將提供多任務、批處理的數據顯示處理方式；操作者可利用系統提供的批處理功能，同時提交多個數據顯示處理任務，系統并發地處理這些任務，并實時返回這些任務的處理狀態，可發揮多CPU、GPU的處理能力并提高系統的使用效率；

(4)在三維顯示處理算法優化及代碼的優化采取相應的措施，包括控制算法復雜性、編碼控制、多線程技術、多級緩存機制的運用；

(5)在數據顯示處理完成后，處理的結果需要從GPU內存中傳輸到CPU的內存中以便進行后續的處理，在GPU內進行數據顯示處理的過程中，根據具體需求對數據進行分塊處理，以便充分發揮GPU的性能；

(6)數據傳輸的優化：將各種需要傳輸的數據打包，通過一次性的數據傳輸將盡可能多的數據傳輸完成；使用cudaMallocHost分配主機內存，系統會自動將內存的開始位置進行字節對齊等優化處理，從而提高系統帶寬；

(7)矩陣分塊策略的優化：進行分塊處理，將每個活動塊被分割成線程，線程調度程序定期從一個Warp切換到另一個Warp以最大限度利用多處理器的計算資源，塊之間或塊中的Warp之間的執行次序是不確定的，也就是說可以是任何次序。

(8)GPU內存訪問策略的優化：將同時執行的多個線程訪問全局內存的連續區域，這樣可以保證在同樣的時鐘周期內獲取盡量多的數據。