题目：基于GPU的实时绘制系统的研究与实现

近年来，网络游戏的迅猛发展使得网络游戏成为了一种产业，本论文的研究基于北京网络易联信息技术有限公司即将开发的第三代三维图形虚拟社区——“英雄客栈3”，属于部分关键技术的预先研究。图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)是现代图形硬件的核心部件。随着GPU性能的大幅度提高以及可编程特性的高速发展（每半年更新一代），GPU 拥有越来越强大的计算性能，其浮点计算性能甚至超过了主流的CPU，使得构造逼真的三维实时交互虚拟社区成为可能，也使得基于GPU的实时绘制技术成为一个研究热点。国内很多研究者基于GPU开展了许多卓有成效的工作，把图形流水线的某些处理阶段以及某些图形算法从CPU 向GPU 转移，使得计算效率大大提高，很多过去单商用计算机根本不可能实时计算完成的特殊效果已经能够实时实现，同时GPU在通用计算方面也取得了很好的效果。结合近几年GPU硬件及其软件可扩展的发展，论文首先回顾了图形硬件的发展及图形绘制流水线，讨论了图形处理器GPU的可编程结构、可编程方法和着色程序（shader）结构，然后在此基础上基于高效的GPU编程语言—Cg(c for graphics)语言编程和通用的图形编程接口—OPENGL研究实现了两个过去不能实时实现的特殊效果仿真：摄像机实时景深效果（Depth Of Field，DOF）和反折射立方环境映射效果。目前的OPENGL接口系统并不直接提供这些特殊效果。其中摄像机DOF景深效果仿真在车载、机载、舰载、弹载、枪载等的可见光侦察设备仿真中应用广泛，一幅具有景深效果的图，其显著特征是图像部分清晰部分模糊。论文在研究摄像机景深的数学模型后提出基于距离远近的DOF仿真算法，充分利用GPU的多纹理技术和可编程性，实现了实时景深效果。反折射立方环境映射效果在网络游戏（水面、汽车表面等）、天空盒、建筑物漫游（大理石表面、镜面等）等环境效果快速仿真方面应用广泛，论文实现了反射和折射环境映射这两种典型的环境映射生成算法，并讨论了其快速构建逼真虚拟环境快捷方法。经工程实践表明，摄像机实时景深效果仿真和反射环境映射效果仿真在主流硬件上可达到30多帧，适合于游戏应用或实时仿真（PC或xbox360）。可以充分利用GPU图形处理器可编程性和高并行性开展复杂计算研究。