本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的光線追蹤研究

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【摘要】：彈跳射線法(Shooting and Bouncing Ray, SBR)算法通過射線追蹤完成多次散射過程的計(jì)算,結(jié)果更為準(zhǔn)確,廣泛應(yīng)用于高精度的雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section, RCS)預(yù)測(cè)�？紤]到SBR算法運(yùn)算量大、計(jì)算時(shí)間長等缺點(diǎn),本文先用八叉樹算法優(yōu)化SBR,又在可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)環(huán)境上進(jìn)行硬件加速,提高算法的計(jì)算效率。這在目標(biāo)識(shí)別、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、隱身與反隱身等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。本文基于八叉樹加速的SBR算法,是先將整個(gè)場(chǎng)景按八叉樹剖分原則進(jìn)行樹狀剖分。當(dāng)確定某一子節(jié)點(diǎn)作為追蹤對(duì)象時(shí),通過遮擋識(shí)別判斷出明暗面,再分別經(jīng)過線與包圍盒、線與面的求交測(cè)試即可得出一次及多次反射效果。通過和經(jīng)典SBR算法對(duì)比分析,可以驗(yàn)證出本文加速算法的正確性,而且計(jì)算量得到明顯地簡化。SBR的場(chǎng)強(qiáng)追蹤是在得出每條射線追蹤的路徑上,計(jì)算各個(gè)反射面的出射場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)。將所有射線最終的出射場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行累加,結(jié)合物理光學(xué)的遠(yuǎn)場(chǎng)積分計(jì)算,即可算出目標(biāo)的RCS預(yù)估值。為進(jìn)一步加速SBR,本文提出的基于FPGA的SBR加速方法預(yù)先將場(chǎng)景中所有面元等信息寄存于一個(gè)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(Static Random Access Memory, SRAM)中,基于FPGA的射線追蹤計(jì)算、場(chǎng)強(qiáng)積分計(jì)算等模塊都可實(shí)時(shí)地訪問SRAM。相比較中央處理器(Central Processing Unit, CPU)的時(shí)分復(fù)用、順序執(zhí)行要有效地多。最后硬件仿真結(jié)果和CPU仿真結(jié)果進(jìn)行比較,表明基于FPGA加速SBR不但計(jì)算精度高、而且大大提高了計(jì)算效率,運(yùn)行時(shí)間加快了近600倍。這在一定程度上可以保證彈跳射線法的實(shí)時(shí)性,而且拓展其應(yīng)用范圍。
【關(guān)鍵詞】：彈跳射線法 射線追蹤 八叉樹 散射截面 可編程門陣列
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN791;TN958
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 選題的背景與意義12-13
• 1.2 SBR的加速方法研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)13-14
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容14-16
• 1.4 論文研究的難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)安排17-18
• 第二章 SBR算法研究18-40
• 2.1 標(biāo)準(zhǔn)射線路徑追蹤18-26
• 2.1.1 射線的劃分及表示方法18-20
• 2.1.2 GO射線路徑追蹤20-26
• 2.2 場(chǎng)強(qiáng)追蹤26-31
• 2.2.1 平面反射系數(shù)27-28
• 2.2.2 散射因子28-31
• 2.3 PO遠(yuǎn)場(chǎng)積分和RCS計(jì)算31-33
• 2.3.1 遠(yuǎn)場(chǎng)積分步驟31-33
• 2.3.2 RCS計(jì)算33
• 2.4 仿真實(shí)驗(yàn)33-38
• 2.5 本章小結(jié)38-40
• 第三章 基于八叉樹的軟件加速SBR研究40-50
• 3.1 八叉樹的構(gòu)造原理和生成方法40-42
• 3.1.1 八叉樹基本剖分原理40-41
• 3.1.2 八叉樹節(jié)點(diǎn)生成41-42
• 3.2 基于八叉樹的SBR加速算法設(shè)計(jì)42-45
• 3.3 八叉樹加速前后的計(jì)算量對(duì)比45-46
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四章 基于FPGA的硬件加速SBR研究50-66
• 4.1 FPGA的發(fā)展現(xiàn)狀和優(yōu)勢(shì)50-53
• 4.1.1 FPGA的現(xiàn)狀和趨勢(shì)50-52
• 4.1.2 本文FPGA開發(fā)環(huán)境介紹52-53
• 4.2 基于FPGA的SBR整體設(shè)計(jì)53-54
• 4.3 基于FPGA的射線追蹤處理單元54-59
• 4.3.1 基于FPGA的求交計(jì)算55-57
• 4.3.2 基于FPGA的多次反射計(jì)算57-59
• 4.4 基于FPGA的場(chǎng)強(qiáng)處理和RCS計(jì)算59-61
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析61-63
• 4.6 本章小結(jié)63-66
• 第五章 結(jié)論與展望66-68
• 5.1 結(jié)論66
• 5.2 展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72-74
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74-76
• 作者和導(dǎo)師簡介76-77
• 附件77-78

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張健浪;;游戲的未來:光線追蹤技術(shù)步入實(shí)用化[J];新電腦;2007年07期

2 馬曉晨;孔小利;;基于深度八叉樹的三維數(shù)據(jù)場(chǎng)LOD可視化[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2010年01期

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本文編號(hào)：988465