● 摘要
大规模三维视景仿真在计算机图形学领域中占有相当重要的地位，虚拟环境的逼真性和实时性已经成为衡量一个计算机仿真系统优劣的首要指标。虚拟场景中的物体主要分为有固定形状的刚体和不定形物体。在众多对不定形物体的建模方法中，粒子系统已经得到了广泛的应用。本文首先对粒子系统做了详细的分析与研究，通过实验发现普通的粒子系统在主流消费级硬件条件下，粒子总数最多只能达到1万个左右，而影响系统性能的瓶颈在于粒子数据从主处理器到图形硬件的传输和CPU的并行处理能力。通过对粒子系统深入地探索，本文研究并实现了一个基于图形处理器（GPU）的粒子系统，利用GPU的多通道并行处理功能，提高处理速度，可以很大程度的增加粒子系统在实时仿真应用中的粒子数量，从而提高虚拟环境的逼真程度。系统将粒子的属性保存在显示内存中，利用GPU计算、更新粒子的运动，将整个仿真绘制过程尽可能的利用GPU完成，减少了CPU与GPU的通信和内存的拷贝，提高了系统仿真的逼真性与实时性，克服了基于CPU粒子系统在大规模仿真应用中的缺陷与不足。论文工作已经集成到实时三维图形平台BH_GRAPH中，并应用于大规模不定形物体的仿真，结果证明基于GPU的粒子系统的实时性能远远高于基于CPU的粒子系统。