[发明专利]基于GPU并行计算的视景特效仿真方法

说明书

本发明提供一种于GPU并行计算的视景特效仿真方法，采用GPU并行计算技术应用于轨迹、烟雾、火光等的实时模拟运算和各种大规模地形仿真运算中。采用优化的文件/内存映射方式进行大数据量影像数据的读写访问，根据模拟参数实时计算仿真特效的模拟仿真状态，提高了大数据量影像文件的存储和访问效率、全球三维环境下多要素显示调度功能的内部并发能力、功能间的并发处理能力，并对三维显示调度处理算法优化及代码的优化。

技术领域

本发明属于视景仿真技术领域，涉及一种基于GPU并行计算的视景特效仿真方法，创造直接应用于虚拟现实视景仿真中数据可视化的高效调度和显示绘制。

背景技术

三维视景仿真系统经常需要对环境中的一些特殊效果，如爆炸、火焰、烟雾、扬尘等进行实时模拟和仿真，构设高度逼真的虚拟环境态势。环境特效由实时数据和仿真数据驱动，同特定的模型相对应，具有确切的时间触发点和空间位置。驱动显示这些环境特效往往需要耗费大量的计算机资源，尤其是CPU。传统的三维特效技术往往采用非实时的方式实现，即利用三维特效处理软件，通过特效处理参数，经过长时间的特效处理过程，生成美观、逼真的三维特效画面。采用的工具软件如Maya、3DSMax等。

然而在实时性要求较高的三维军事对抗仿真平台系统中，传统的战场特效技术很难满足要求。在军事对抗仿真过程中，特效从触发(例如炮弹射出)到展现(炮弹命中)，往往只有数秒甚至更短的时间。在如此短的时间内，计算机无法通过传统的方式，利用软件生成特效，再通过某种方式加载到场景中，需要利用现代化的计算机图形学技术和先进的计算机图形硬件实时生成具有高逼真度的战场特效。

发明内容

利用传统的CPU并行运算无法保证运算效率，因此很难达到可接受的模拟效果。本发明提供一种于GPU并行计算的视景特效仿真方法，采用GPU并行计算技术应用于轨迹、烟雾、火光等的实时模拟运算和各种大规模地形仿真运算中，涉及到光照特效、纹理特效等大规模实时运算。

本发明的技术方案如下：

一种基于GPU并行计算的视景特效仿真方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采用优化的文件/内存映射方式进行大数据量影像数据的读写访问，以提高大数据量影像文件的存储和访问效率；

(2)采用多线程的运行模式，使单个数据显示处理功能的内部处理流程可以利用操作系统提供的并行处理机制，充分利用系统资源，提高处理效率；

(3)系统将提供多任务、批处理的数据显示处理方式；操作者可利用系统提供的批处理功能，同时提交多个数据显示处理任务，系统并发地处理这些任务，并实时返回这些任务的处理状态，可发挥多CPU、GPU的处理能力并提高系统的使用效率；

(4)在三维显示处理算法优化及代码的优化采取相应的措施，包括控制算法复杂性、编码控制、多线程技术、多级缓存机制的运用；

(5)在数据显示处理完成后，处理的结果需要从GPU内存中传输到CPU的内存中以便进行后续的处理，在GPU内进行数据显示处理的过程中，根据具体需求对数据进行分块处理，以便充分发挥GPU的性能；

(6)数据传输的优化：将各种需要传输的数据打包，通过一次性的数据传输将尽可能多的数据传输完成；使用cudaMallocHost分配主机内存，系统会自动将内存的开始位置进行字节对齐等优化处理，从而提高系统带宽；

(7)矩阵分块策略的优化：进行分块处理，将每个活动块被分割成线程，线程调度程序定期从一个Warp切换到另一个Warp以最大限度利用多处理器的计算资源，块之间或块中的Warp之间的执行次序是不确定的，也就是说可以是任何次序。

(8)GPU内存访问策略的优化：将同时执行的多个线程访问全局内存的连续区域，这样可以保证在同样的时钟周期内获取尽量多的数据。