42、高保真科学可视化的交互式光线追踪技术

高保真科学可视化的交互式光线追踪技术

1. 内存带宽对光线追踪性能的影响

在采用低成本着色的可视化中，内存带宽目前是，并且在可预见的未来可能仍将是限制峰值光线追踪性能的关键因素之一。长期来看，要想在具有挑战性的科学可视化场景中成功应用光线追踪，取决于能否开发和应用能有效利用内存容量和内存带宽的技术。

2. 优化内存使用的策略

2.1 选择合适的几何图元

选择用于构建可视化的几何图元，对节省内存容量和带宽至关重要。例如：
- 一个球体的位置和半径只需 4 个浮点值存储，而一个带有顶点法线且无共享顶点的单个三角形则需要 18 个值。
- 表示三角形网格时，共享顶点可以通过顶点索引明确列出（每个三角形三个顶点数组索引），或者在可行的情况下，通过三角形条带顶点索引顺序隐含表示（第一个三角形三个索引，后续每个三角形仅一个索引）。
- 可以通过量化或显著压缩表面法线来降低其内存成本，进一步减少每个顶点和每个三角形的内存开销。

总的来说，直接对球体、圆柱体或圆锥体进行光线追踪，而不是使用小三角形网格，通常会使用更少的内存，并且从长远来看，消耗更少的内存带宽。不过，在某些科学领域，替代几何图元在光线/图元相交测试实现中可能存在数值精度或收敛性挑战，或者有一些性能属性或异常，导致它们在所有情况下都难以有效使用。

2.2 消除冗余、压缩和量化

在选择了最佳的几何图元后，降低内存容量和带宽需求的低成本方法，主要是消除大批量几何图元中的高级冗余。例如，用于可视化流体流动、磁场或静电势场的粒子平流流线可能包含数百万个线段，如果所有组成线段的半径相同，就无需为每个圆柱体或球体存储半径。