CUDA Ray Tracer高性能 GPU 光线追踪器

基于 CUDA 的实时光线追踪技术白皮书，涵盖 BVH 加速、蒙特卡洛路径追踪和 Warp 分歧优化

架构概览

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GitHub

渲染效果展示

Blinn-Phong 着色800×600 · 渲染时间 <1s

路径追踪 (Cornell Box)800×600 · 128 采样

随机球体场景800×600 · BVH 加速

技术亮点

🌳 BVH 加速结构

通过层次包围盒实现 O(log N) 求交查询。GPU 端栈式遍历，深度限制 64。

🎲 蒙特卡洛路径追踪

基于物理的全局光照，余弦加权半球采样，俄罗斯轮盘赌终止。

⚡ 光线排序优化

基于 Thrust 的 sort-by-key，按命中物体 ID 分组光线，减少 Warp 分歧 20-40%。

📦 GPU 内存模型

优化的内存布局：合并访问、共享内存 BVH 栈、SoA 数据结构。

🎨 材质系统

可扩展材质预设：漫反射、塑料、金属、镜面。支持自定义 BRDF。

🖼️ 色调映射

Reinhard 和 ACES filmic 色调映射算子，HDR 到 LDR 转换与 Gamma 校正。

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5 分钟内构建并运行您的第一个渲染

 # 克隆仓库
 git clone https://github.com/AICL-Lab/ray-tracer.git
 cd ray-tracer

 # 构建 (需要 CUDA 12+)
 cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
 cmake --build build -j$(nproc)

 # 渲染 (Phong 着色)
 ./build/bin/ray_tracer -o output.ppm

 # 渲染 (路径追踪)
 ./build/bin/ray_tracer --mode path-trace --samples 128 -o output.ppm