计算机应用

作者：张大权, 董家瑞, 雷洋, 李世康, 石响宇, 李宗辉, 邓仰东, 吴为民

单位：1.北京交通大学 计算机科学技术学院，北京 100044；2.清华大学 软件学院，北京 100084

关键词：光线追踪,硬件加速,KD-Tree,层次包围盒树,图形处理单元

基金：中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(2024JBMC035)

当前，实时三维图形渲染领域发生着技术变革，实时光线追踪技术的应用激增；但就计算而言，光线追踪成本依旧“昂贵”，传统硬件无法支持这样的算力。新的图形处理单元（GPU）必须在性能、功耗和高复杂度场景之间获取平衡，硬件加速技术因此成为实时光线追踪的核心。首先，介绍了光线追踪的理论基础，基于目前最主流的2种硬件加速数据结构（KD-Tree（K-Dimensional Tree）和层次包围盒树（BVH-Tree）），分别从基元分割、构造方法、优化方法和遍历加速的角度进行调研，发掘这2种结构用于硬件加速的潜力；其次，从固定函数设计、硬件架构设计、以减少内存带宽为目标的调度和数据管理这3个角度，对各个阶段所开发的专用加速硬件进行总结；再次，面向产业界调研主流的光线追踪GPU的产业界解决方案以及未来发展趋势；最后，总结并讨论光线追踪硬件加速方案的现状与不足，并展望了这些方案的性能优化方向。

来源：2025年第5期

《计算机应用》期刊编辑部

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