GPU精粹2：高性能圖形芯片和通用計算編程技巧圖書簡介

本書延續(xù)了暢銷書《GPU精粹》的第1卷，細述了在今天的圖形處理器(GPU)上最新的可編程技術。隨著GPU進入手機、手持游戲設備和游戲機領域，GPU專業(yè)知識在今天的競爭環(huán)境中顯得更為重要。實時圖形程序員會發(fā)現(xiàn)用于建立高級的視覺特效、管理復雜場景的策略和高級圖像強大處理能力運用到其他計算密集型程序中，比如科學計算和金融。書中有20章專門講述GPGPU編程，從基本的概念到高級技術。本書提供了一些專家撰寫的最前沿的GPU編程技術，為讀者介紹了利用GPU巨大功能的實用方法。

目錄

第Ⅰ部分幾何復雜性

第1章實現(xiàn)照片級真實感的虛擬

植物 5

1.1場景管理 6

1.1.1種植柵格 6

1.1.2種植策略 6

1.1.3實時優(yōu)化 7

1.2草層 7

1.2.1通過溶解模擬Alpha透明 9

1.2.2變化 10

1.2.3光照 11

1.2.4風 12

1.3地面雜物層 12

1.4樹和灌木層 13

1.5陰影 14

1.6后處理 15

1.6.1天空圓頂輝散 16

1.6.2全場景輝光 16

1.7本章小結 17

參考文獻 18

第2章使用基于GPU幾何體剪切圖

的地形渲染 19

2.1幾何體剪切圖簡介 19

2.2GPU實現(xiàn)概覽 21

2.2.1數(shù)據(jù)結構 22

2.2.2剪切圖大小 22

2.3渲染 23

2.3.1活動層 23

2.3.2頂點和索引緩沖區(qū) 23

2.3.3視錐剪切 24

2.3.4DrawPrimitive調用 25

2.3.5頂點著色器 25

2.3.6像素著色器 27

2.4更新 28

2.4.1升采樣 28

2.4.2殘差 29

2.4.3法線圖 30

2.5結果和討論 30

2.6本章小結和改進 31

2.6.1頂點紋理 31

2.6.2去掉法線圖 31

2.6.3不需要存儲空間的地形

合成 31

參考文獻 31

第3章幾何體實例化的內幕 33

3.1為什么要對幾何體實例化？ 34

3.2定義 34

3.2.1幾何體包 34

3.2.2實例屬性 35

3.2.3幾何體實例 35

3.2.4渲染和紋理場景 35

3.2.5幾何體批次 36

3.3實現(xiàn) 37

3.3.1靜態(tài)批次 38

3.3.2動態(tài)批次 39

3.3.3頂點常量實例化 40

3.3.4幾何體實例API批次 43

3.4本章小結 46

參考文獻 48

第4章分段緩沖 49

4.1問題空間 49

4.2解決方案 50

4.3方法 50

4.3.1分段緩沖的第一步 50

4.3.2分段緩沖的第二步 50

4.3.3分段緩沖的第三步 51

4.4改進分段緩沖技術 51

4.5本章小結 51

參考文獻 51

第5章用多流來優(yōu)化資源管理 53

5.1概覽 53

5.2實現(xiàn) 55

5.2.1DirectX9.0中的多流 55

5.2.2資源管理 57

5.2.3處理頂點 59

5.3本章小結 63

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第6章讓硬件遮擋查詢發(fā)揮作用 65

6.1引言 65

6.2受益于遮擋查詢的場景 66

6.3遮擋裁減 66

6.4層的停等方法 67

6.4.1為什么使用層 67

6.4.2層結構 67

6.4.3層的算法 68

6.4.4問題1：停滯 68

6.4.5問題2：查詢的額外開銷 68

6.5一致性層裁減 69

6.5.1想法1：猜測 69

6.5.2想法2：提升，提升 70

6.5.3算法 70

6.5.4實現(xiàn)細節(jié) 71

6.5.5停滯比較少的原因 73

6.5.6查詢較少的原因 73

6.5.7如何遍歷層 73

6.6優(yōu)化 74

6.6.1用真正的幾何體查詢 74

6.6.2只有Z的渲染遍 74

6.6.3近似的可見性 74

6.6.4保守的可見性測試 74

6.7本章小結 75

參考文獻 76

第7章帶有位移映射的細分表面自

適應鑲嵌 77

7.1細分表面 77

7.1.1一些定義 78

7.1.2Catmull-Clark細分 78

7.1.3用細分來鑲嵌 79

7.1.4面片化表面 80

7.1.5GPU鑲嵌算法 80

7.1.6致密鑲嵌 84

7.2位移映射 84

7.2.1改變平滑度測試 85

7.2.2用法線映射著色 85

7.3本章小結 86

參考文獻 86

第8章"para" label-module="para">

映射 87

8.1簡介 87

8.2準備工作 89

8.3距離映射算法 89

8.4計算距離圖 92

8.5著色器 92

8.5.1頂點著色器 92

8.5.2片段著色器 92

8.5.3關于過濾的注意事項 94

8.6結果 94

8.7本章小結 95

參考文獻 96

第Ⅱ部分著色、光照和陰影

第9章S.T.A.L.K.E.R.中的延期

著色 101

9.1引言 101

9.2幾種觀點 102

9.3優(yōu)化 103

9.3.1優(yōu)化的對象 103

9.3.2光照優(yōu)化 104

9.3.3G緩沖區(qū)建立的優(yōu)化 106

9.3.4陰影優(yōu)化 108

9.4改善質量 109

9.4.1“虛擬位置”的威力 109

9.4.2環(huán)境遮擋 110

9.4.3材質和表面光照的交互 111

9.5反走樣 111

9.5.1高效的調和映射 113

9.5.2處理透明 114

9.6嘗試過但沒有包含入最終

代碼的內容 114

9.6.1高程圖 114

9.6.2實時的全局照明 115

9.7本章小結 115

參考文獻 116

第10章動態(tài)輻照度環(huán)境映射實時

計算 117

10.1輻照度(irradiance)環(huán)境

映射 117

10.2球面調和卷積 119

10.3映射到GPU上 120

10.3.1空域到頻域 121

10.3.2卷積和恢復 122

10.4以后的工作 123

10.5本章小結 123

參考文獻 123

第11章近似的雙向紋理函數(shù) 125

11.1引言 125

11.2采集 126

11.2.1建立和采集 126

11.2.2匯集著色圖 127

11.3渲染 128

11.3.1細節(jié)算法 128

11.3.2實時渲染 129

11.4結果 130

11.5本章小結 132

參考文獻 132

第12章基于貼面的紋理映射 133

12.1方法簡介 134

12.2紋理貼面的構造 135

12.3紋理貼面打包 135

12.4紋理貼面映射 137

12.5mipmap問題 138

12.6本章小結 140

參考文獻 140

第13章在GPU上實現(xiàn)mental

images的Phenomena

渲染器 141

13.1引言 141

13.2著色器和Phenomena 142

13.3用Cg實現(xiàn)Phenomena 143

13.3.1Cg頂點程序和可變

參數(shù) 144

13.3.2片段程序著色器的main()

入口點 145

13.3.3通用著色器接口 145

13.3.4一個簡單的著色器

例子 146

13.3.5全局的狀態(tài)變量 148

13.3.6光著色器 149

13.3.7紋理著色器 151

13.3.8凹凸映射 152

13.3.9環(huán)境著色器和體著

色器 153

13.3.10返回結構體的著色器 154

13.3.11渲染毛發(fā) 154

13.3.12組合所有東西 155

13.4本章小結 155

參考文獻 156

第14章動態(tài)環(huán)境遮擋和間接光照 157

14.1表面元素 158

14.2環(huán)境遮擋 158

14.2.1多遍陰影算法 160

14.2.2改善性能 160

14.3間接光照和面光源 162

14.4本章小結 164

參考文獻 164

第15章藍圖渲染和草圖繪制 165

15.1基本原理 166

15.1.1中間渲染結果 166

15.1.2邊增強 166

15.1.3深度子圖形渲染 167

15.2藍圖渲染 167

15.2.1深度剝離 167

15.2.2析取可見邊和不可

見邊 169

15.2.3合成藍圖 170

15.2.4深度屏蔽 171

15.2.5使用藍圖渲染顯示

建筑 171

15.3草圖渲染 171

15.3.1邊和顏色面片 172

15.3.2應用不確定性 172

15.3.3調整深度 173

15.3.4草圖渲染的變體 173

15.3.5控制不確定性 174

15.3.6減少雨景效果 175

15.4本章小結 176

參考文獻 176

第16章精確的大氣散射 179

16.1引言 179

16.2解散射方程 180

16.2.1Rayleigh散射與Mie

散射 180

16.2.2相位函數(shù) 181

16.2.3外向散射方程 181

16.2.4內向散射方程 182

16.2.5表面散射方程 182

16.3實時渲染 182

16.4擠入著色器中 184

16.4.1去除一個維度 184

16.4.2去除其他維度 184

16.5實現(xiàn)散射的著色器 185

16.5.1頂點著色器 185

16.5.2片段著色器 187

16.6增加高動態(tài)范圍渲染 188

16.7本章小結 188

參考文獻 189

第17章利用像素著色器分支的

高效模糊邊緣陰影 191

17.1現(xiàn)有的陰影生成技術 191

17.2用單張陰影圖產(chǎn)生模糊

陰影 192

17.2.1模糊尖銳邊緣陰影 192

17.2.2提高效率 195

17.2.3實現(xiàn)細節(jié) 196

17.3本章小結 199

參考文獻 200

第18章將頂點紋理位移用于水的

真實感渲染 201

18.1水的模型 202

18.2實現(xiàn) 202

18.2.1水的表面模型 202

18.2.2實現(xiàn)細節(jié) 203

18.2.3對高度圖采樣 203

18.2.4質量的提高與優(yōu)化 204

18.2.5渲染局部的擾動 208

18.3本章小結 209

參考文獻 209

第19章通用的折射模擬 211

19.1基本方法 212

19.2折射掩碼 213

19.3示例 215

19.3.1水的模擬 215

19.3.2玻璃的模擬 217

19.4本章小結 219

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第Ⅲ部分高質量渲染

第20章快速三階紋理過濾 225

20.1高階過濾 225

20.2快速遞歸三次卷積 226

20.3mipmapping 230

20.4導數(shù)重建 232

20.5本章小結 235

參考文獻 236

第21章高質量反走樣的光柵化 237

21.1概述 237

21.2降采樣 239

21.2.1與現(xiàn)有軟硬件的對比 239

21.2.2用GPU進行降采樣 240

21.3延伸 240

21.4過濾器的細節(jié) 241

21.5兩遍分離式的過濾器 242

21.6分塊和累加 243

21.7代碼 243

21.7.1渲染循環(huán) 244

21.7.2降采樣類 245

21.7.3實現(xiàn)細節(jié) 246

21.8本章小結 246

參考文獻 247

第22章快速的預過濾線條 249

22.1為什么尖銳的直線看起來很

糟糕 249

22.2限制信號的帶寬 250

22.3預處理 252

22.4運行時 253

22.4.1線段的建立(CPU) 253

22.4.2表查找(GPU) 254

22.5實現(xiàn)的問題 256

22.5.1繪制寬線 256

22.5.2組合多條線段 256

22.6示例 256

22.7本章小結 258

參考文獻 258

第23章NaluDemo的頭發(fā)動畫和渲染 261

23.1頭發(fā)的幾何體 262

23.1.1布局和增長 262

23.1.2控制頭發(fā) 263

23.1.3數(shù)據(jù)流 263

23.1.4鑲嵌 263

23.1.5插值 264

23.2動力學和碰撞 265

23.2.1約束條件 265

23.2.2碰撞 266

23.2.3鰭 266

23.3頭發(fā)的著色 267

23.3.1用于頭發(fā)的實時反射

模型 268

23.3.2頭發(fā)中實時的體化陰影 271

23.4本章小結和未來的工作 274

參考文獻 274

第24章使用查找表加速顏色變換 275

24.1查找表的基礎知識 275

24.1.1一維查找表 275

24.1.2三維查找表 276

24.1.3插值 278

24.2實現(xiàn) 278

24.2.1把查找表映射到GPU

的策略 278

24.2.2Cg著色器 278

24.2.3系統(tǒng)集成 280

24.2.4把三維查找表擴展到用

于高動態(tài)范圍圖像 281

24.3本章小結 282

參考文獻 282

第25章AppleMotion中的GPU圖像處理 285

25.1設計 285

25.1.1喜愛的和厭惡的 285

25.1.2選擇語言 287

25.1.3CPU向后支持 287

25.2實現(xiàn) 288

25.2.1GPU資源的限制 288

25.2.2被零除 289

25.2.3丟失的頂點分量 289

25.2.4雙線過濾 290

25.2.5高精度存儲 294

25.3調試 294

25.4本章小結 295

參考文獻 296

第26章實現(xiàn)改進的Perlin噪聲 297

26.1隨機但平滑 297

26.2存儲與計算 297

26.3實現(xiàn)細節(jié) 298

26.4本章小結 302

參考文獻 302

第27章高級的高質量過濾 303

27.1在GPU上實現(xiàn)過濾 303

27.1.1訪問圖像樣本 303

27.1.2卷積過濾 304

27.2數(shù)字圖像的重采樣 307

27.2.1背景知識 307

27.2.2反走樣問題 307

27.2.3圖像重建 310

27.3沖擊過濾:銳化圖像的方法 312

27.4過濾器的實現(xiàn)技巧 314

27.5高級應用 314

27.5.1時間變形 314

27.5.2運動模糊的消除 314

27.5.3自適應的紋理過濾 315

27.6本章小結 315

參考文獻 315

第28章Mipmap級的測量 317

28.1哪個mipmap層是可

見的？ 318

28.2GPU搶險隊 318

28.2.1像素點計數(shù) 318

28.2.2引擎中的實際考慮 321

28.2.3擴展 322

28.3實驗結果 324

28.4本章小結 325

參考文獻 326

第Ⅳ部分GPU的通用計算：初級讀本

第29章流式體系結構和技術趨勢 331

29.1技術趨勢 331

29.1.1核心技術趨勢 331

29.1.2后果 332

29.2高性能計算的關鍵 334

29.2.1高效計算的方法 334

29.2.2高效通信的方法 335

29.2.3與CPU對比 335

29.3流式計算 336

29.3.1流式編程模型 336

29.3.2構建一個流式處理器 337

29.4未來和挑戰(zhàn) 338

29.4.1技術趨勢 338

29.4.2功耗管理 338

29.4.3支持更高的可編程性和

功能性 339

29.4.4來自CPU的GPU功能性

(或反之亦然) 339

參考文獻 339

第30章GeForce6系列GPU的體系結構 341

30.1GPU如何適合于整體計算

系統(tǒng) 342

30.2整體系統(tǒng)體系結構 342

30.2.1圖形操作的功能結構圖 343

30.2.2非圖形操作的功能結

構圖 346

30.3GPU特性 347

30.3.1固定函數(shù)特性 348

30.3.2著色器Model3.0編程

模型 349

30.3.3支持的數(shù)據(jù)存儲格式 353

30.4性能 354

30.5達到最佳性能 354

30.5.1積極地使用z裁減 355

30.5.2加載數(shù)據(jù)時利用紋理

數(shù)學 355

30.5.3使用片段程序的分支 355

30.5.4盡可能使用fp16作中

間值 355

30.6本章小結 356

第31章把計算概念映射到GPU 357

31.1數(shù)據(jù)并行的重要性 357

31.1.1哪種類型的計算可以很

好地映射到GPU 357

31.1.2示例：在柵格上模擬 358

31.1.3流通信：聚集與散布 359

31.2GPU計算資源清單 359

31.3CPU-GPU類比 362

31.3.1流：GPU紋理=CPU

數(shù)組 362

31.3.2核：GPU片段程序=CPU

“內循環(huán)” 362

31.3.3渲染到紋理=反饋 362

31.3.4幾何體光柵化=計算的

調用 363

31.3.5紋理坐標=計算的域 363

31.3.6頂點坐標=計算的

范圍 363

31.3.7縮減 363

31.4從類比到實現(xiàn) 364

31.5一個簡單的例子 366

31.6本章小結 368

參考文獻 368

第32章嘗試GPU計算 369

32.1選擇快速算法 369

32.1.1局部性 369

32.1.2允許計算的準則 370

32.1.3考慮下載和讀回 371

32.2了解浮點 371

32.3實現(xiàn)散列 373

32.3.1轉換成聚集 373

32.3.2地址排序 374

32.3.3渲染點 375

32.4本章小結 375

參考文獻 376

第33章在GPU上實現(xiàn)高效的并行數(shù)據(jù)結構 377

33.1流式編程 377

33.2GPU存儲器模型 379

33.2.1存儲器體系結構 379

33.2.2GPU流類型 380

33.2.3GPU核的存儲器訪問 381

33.3基于GPU的數(shù)據(jù)結構 382

33.3.1多維數(shù)組 382

33.3.2結構體 387

33.3.3稀疏數(shù)據(jù)結構 387

33.4性能考慮 391

33.4.1依賴的紋理讀取 391

33.4.2計算頻度和程序特化 391

33.4.3PbufferSurvivalGuide 392

33.5本章小結 393

參考文獻 393

第34章GPU流程控制習慣用法 395

34.1流程控制的挑戰(zhàn) 395

34.2基本的流程控制策略 396

34.2.1判定 396

34.2.2把分支向著流水線上端

移動 396

34.2.3z裁減 397

34.2.4分支指令 399

34.2.5選擇一種分支機制 399

34.3使用遮擋查詢的數(shù)據(jù)依賴

循環(huán) 400

34.4本章小結 400

第35章GPU程序優(yōu)化 401

35.1數(shù)據(jù)并行計算 401

35.1.1指令級并行性 401

35.1.2數(shù)據(jù)級并行性 403

35.2計算頻率 404

35.2.1循環(huán)內不變量的預

計算 405

35.2.2用查找表進行預計算 406

35.2.3避免內循環(huán)分支 407

35.2.4swizzle操作 407

35.3評價和負載平衡 408

35.4本章小結 409

參考文獻 410

第36章用于GPGPU應用程序的流式縮減操作 411

36.1通過緊縮來過濾 411

36.1.1累加和掃描 412

36.1.2通過搜索/聚集來散布 413

36.1.3過濾性能 415

36.2動機：碰撞檢測 416

36.3用于細分表面的過濾 419

36.4本章小結 421

參考文獻 421

第Ⅴ部分面向圖像的計算

第37章GPU上的八叉樹紋理 425

37.1一個GPU加速的層次結構：

N3樹 426

37.1.1定義 426

37.1.2實現(xiàn) 427

37.2應用1：在網(wǎng)格表面上色 431

37.2.1建立八叉樹 431

37.2.2上色 432

37.2.3渲染 432

37.2.4把八叉樹紋理轉換成標準

2D紋理 434

37.3應用2：表面模擬 436

37.4本章小結 437

參考文獻 438

第38章使用光柵化的高質量全局照明渲染 439

38.1通過光柵化的全局照明 440

38.2最終聚集簡介 441

38.2.1兩遍的方法 441

38.2.2最終聚集 441

38.2.3兩遍方法的問題 442

38.3通過光柵化的最終聚集 443

38.3.1最終聚集光線的聚類 443

38.3.2光線投射作為多次平行

投影 445

38.4實現(xiàn)細節(jié) 446

38.4.1初始化 446

38.4.2"para" label-module="para">

38.4.3采樣 447

38.4.4性能 447

38.5GPU上的全局照明渲染器 448

38.5.1第一遍 448

38.5.2生成可見點數(shù)據(jù) 448

38.5.3第二遍 448

38.5.4其他解決方案 449

38.6本章小結 451

參考文獻 451

第39章使用逐步求精輻射度方法的

全局照明 453

39.1輻射度的基礎 454

逐步求精 454

39.2GPU實現(xiàn) 455

39.2.1使用半球投影的可

見性 456

39.2.2構成因子的計算 458

39.2.3選擇下一個發(fā)射者 459

39.3漸進細分 459

39.3.1紋理四叉樹 459

39.3.2四叉數(shù)細分 460

39.4性能 460

39.5本章小結 460

參考文獻 461

第40章GPU上的計算機視覺 463

40.1引言 463

40.2實現(xiàn)框架 463

40.3應用示例 464

40.3.1把一系列片段程序用于

計算機視覺 464

40.3.2求和操作 467

40.3.3創(chuàng)建全景照片的方

程組 469

40.3.4特征向量的計算 471

40.4并行計算機視覺處理 473

40.5本章小結 474

參考文獻 474

第41章延遲過濾：困難數(shù)據(jù)格式的

"para" label-module="para">

41.1引言 477

41.2為什么要延遲 478

41.3延遲過濾算法 479

41.4為什么它可以工作 481

41.5本章小結：何時延遲 481

參考文獻 482

第42章保守光柵化 485

42.1問題定義 486

42.2兩種保守算法 487

42.2.1剪切空間 487

42.2.2第一種算法 488

42.2.3第二種算法 489

42.3魯棒性問題 492

42.4保守深度 492

42.5結果和本章小結 493

參考文獻 494

第Ⅵ部分模擬與數(shù)值算法

第43章蛋白質結構預測的GPU

計算 497

43.1介紹 497

43.2Floyd-Warshall算法以及

綁定距離的平滑 498

43.3GPU實現(xiàn) 499

43.3.1動態(tài)更新 499

43.3.2數(shù)據(jù)紋理的索引 499

43.3.3三角形劃分 500

43.3.4向量化 500

43.4試驗結果 501

43.5本章小結和工作展望 502

參考文獻 502

第44章用于解線性方程組的GPU框架 505

44.1概述 505

44.2表示 506

44.2.1“單浮點”的表示 506

44.2.2向量 506

44.2.3矩陣 507

44.3運算 509

44.3.1向量運算 509

44.3.2向量縮減 509

44.3.3矩陣與向量的積 510

44.3.4把所有的組合起來 511

44.3.5共軛梯度求解器 511

44.4一個偏微分方程的例子 512

44.5本章小結 515

參考文獻 516

第45章GPU上的期權定價 517

45.1期權概述 517

45.2Black-Scholes模型 518

45.3Lattice模型 521

45.3.1二項模型 521

45.3.2歐式期權定價 522

45.4本章小結 525

參考文獻 526

第46章改進的GPU排序 527

46.1排序算法 527

46.2一種簡單的方法 528

46.3快速排序 529

46.3.1實現(xiàn)奇偶合并排序 529

46.4使用所有的GPU資源 531

46.5本章小結 535

參考文獻 536

第47章復雜邊界的流體模擬 537

47.1簡介 537

47.2LatticeBoltzmann方法 538

47.3基于GPU的LBM 539

47.3.1算法介紹 539

47.3.2數(shù)據(jù)封裝 540

47.3.3遷移 541

47.4基于GPU的邊界處理 541

47.4.1基于GPU的體素化

方法 542

47.4.2周期性邊界 543

47.4.3流出邊界 544

47.4.4障礙物邊界 544

47.5可視化 545

47.6實驗結果 546

47.7本章小結 547

參考文獻 548

第48章基于FFT的醫(yī)學圖像重建 551

48.1背景 551

48.2傅里"para" label-module="para">

48.2FFT算法 553

48.4在GPU上的實現(xiàn) 553

48.4.1方法1：主要使用片段

處理器 555

48.4.2方法2：使用頂點處理器、

光柵器和片段處理器 556

48.4.3負載平衡 558

48.4.4基準測試結果 558

48.5醫(yī)學成像中的FFT 559

48.5.1磁共振成像 559

48.5.2MRI結果 560

48.5.3超聲波成像 562

48.6本章小結 564

參考文獻 565

一切以幫您解決問題為中心。

索賠技巧：解決該如何索賠的問題；賠償計算：解決該賠償多少的問題；計算標準：統(tǒng)計數(shù)據(jù)，隨時查看；真實案例：演繹技巧，展示方法；法律依據(jù)：常用法規(guī)，方便翻閱。