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用于ICP的近似KD-Tree搜索加速器设计及FPGA实现
1
作者
郑凯磊
陈强
肖昊
《合肥工业大学学报（自然科学版）》
CAS
北大核心
2024年第12期1648-1654,共7页
为了加速迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法中k近邻(k-nearest neighbor,KNN)搜索过程,文章根据近似K维树(K-dimensional tree,KD-Tree)数据结构,基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)提出一种高性能的...
为了加速迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法中k近邻(k-nearest neighbor,KNN)搜索过程,文章根据近似K维树(K-dimensional tree,KD-Tree)数据结构,基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)提出一种高性能的KNN搜索加速器;分析近似KD-Tree数据结构的可行性,结果表明该数据结构能够满足ICP算法精度要求,并提高计算的并行度和性能;为了解决近似KD-Tree建树过程耗费时间长的问题,设计基于分治归并排序的具有反馈数据通路的树构建计算模块,该模块可在8.95 ms内计算出256个空间的树节点并完成树构建;为了优化点云暴力搜索过程,设计一种高吞吐率的点云搜索模块,可以在0.49 ms内完成近30000个点的最近点搜索。研究结果表明,与相关的设计相比,该文提出的硬件加速方法可以有效降低KNN搜索时间复杂度,提高算法性能。
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关键词
K维树(
kd-tree
)
迭代最近点(ICP)算法
三维重建
硬件加速
现场可编程门阵列(FPGA)
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职称材料
光线追踪硬件加速方案综述
2
作者
张大权
董家瑞
+5 位作者
雷洋
李世康
石响宇
李宗辉
邓仰东
吴为民
《计算机应用》
北大核心
2025年第5期1632-1644,共13页
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...
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。
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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
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职称材料
支持STL数据源的网格曲面动态空间索引
3
作者
郭洪帅
孙殿柱
+1 位作者
李延瑞
李聪
《计算机应用》
CSCD
北大核心
2015年第9期2611-2615,共5页
针对STL文件格式存在网格顶点数据冗余以及缺乏面片邻接信息等缺陷,提出一种基于多维动态空间索引的显式曲面拓扑重建算法,在消除网格顶点数据复本的过程中逐步构建网格曲面顶点的KD树,通过该索引提高顶点数据复本消除效率,并基于KD树...
针对STL文件格式存在网格顶点数据冗余以及缺乏面片邻接信息等缺陷,提出一种基于多维动态空间索引的显式曲面拓扑重建算法,在消除网格顶点数据复本的过程中逐步构建网格曲面顶点的KD树,通过该索引提高顶点数据复本消除效率,并基于KD树叶节点层数据存储的开放性融入半边数据结构,实现曲面拓扑结构的快速重建。最后,对6个不同规模的数据模型进行实验:与采用R*-Tree、数组、散列表作为索引等方法相比,所提出的KD树与半边结构融合的动态空间索引在处理近百万面片的数据文件时,去除冗余顶点用时11.93 s,拓扑重建仅仅需要2.87 s,大大减少了冗余顶点的去除时间和拓扑重建时间,并且有效支持网格曲面拓扑邻域信息的快速查询,查询时间在1 ms之内,远小于对比算法所用时间。实验结果表明:所提算法能够提高网格曲面冗余顶点去除效率和拓扑重建效率,实现网格曲面拓扑邻域信息的快速查询。
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关键词
STL文件格式
K维树
半边结构
曲面拓扑重建
k-近邻查询
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职称材料
题名
用于ICP的近似KD-Tree搜索加速器设计及FPGA实现
1
作者
郑凯磊
陈强
肖昊
机构
合肥工业大学微电子学院
出处
《合肥工业大学学报（自然科学版）》
CAS
北大核心
2024年第12期1648-1654,共7页
基金
国家自然科学基金资助项目(61974039)。
文摘
为了加速迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法中k近邻(k-nearest neighbor,KNN)搜索过程,文章根据近似K维树(K-dimensional tree,KD-Tree)数据结构,基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)提出一种高性能的KNN搜索加速器;分析近似KD-Tree数据结构的可行性,结果表明该数据结构能够满足ICP算法精度要求,并提高计算的并行度和性能;为了解决近似KD-Tree建树过程耗费时间长的问题,设计基于分治归并排序的具有反馈数据通路的树构建计算模块,该模块可在8.95 ms内计算出256个空间的树节点并完成树构建;为了优化点云暴力搜索过程,设计一种高吞吐率的点云搜索模块,可以在0.49 ms内完成近30000个点的最近点搜索。研究结果表明,与相关的设计相比,该文提出的硬件加速方法可以有效降低KNN搜索时间复杂度,提高算法性能。
关键词
K维树(
kd-tree
)
迭代最近点(ICP)算法
三维重建
硬件加速
现场可编程门阵列(FPGA)
Keywords
k-dimension
al
tree
(
kd-tree
)
iterative closest point(ICP)algorithm
three-dimensional reconstruction
hardware acceleration
field programmable gate array(FPGA)
分类号
TN791 [电子电信—电路与系统]
TN402 [电子电信—微电子学与固体电子学]
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职称材料
题名
光线追踪硬件加速方案综述
2
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
机构
北京交通大学计算机科学技术学院
清华大学软件学院
出处
《计算机应用》
北大核心
2025年第5期1632-1644,共13页
基金
中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(2024JBMC035)。
文摘
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。
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
Keywords
ray tracing
hardware acceleration
k-dimension
al
tree
(
kd-tree
)
Bounding Volume Hierarchies based on
tree
(BVH-
tree
)
Graphics Processing Unit(GPU)
分类号
TP391.4 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
支持STL数据源的网格曲面动态空间索引
3
作者
郭洪帅
孙殿柱
李延瑞
李聪
机构
山东理工大学机械工程学院
西安交通大学机械工程学院
出处
《计算机应用》
CSCD
北大核心
2015年第9期2611-2615,共5页
基金
国家自然科学基金资助项目(51075247)
文摘
针对STL文件格式存在网格顶点数据冗余以及缺乏面片邻接信息等缺陷,提出一种基于多维动态空间索引的显式曲面拓扑重建算法,在消除网格顶点数据复本的过程中逐步构建网格曲面顶点的KD树,通过该索引提高顶点数据复本消除效率,并基于KD树叶节点层数据存储的开放性融入半边数据结构,实现曲面拓扑结构的快速重建。最后,对6个不同规模的数据模型进行实验:与采用R*-Tree、数组、散列表作为索引等方法相比,所提出的KD树与半边结构融合的动态空间索引在处理近百万面片的数据文件时,去除冗余顶点用时11.93 s,拓扑重建仅仅需要2.87 s,大大减少了冗余顶点的去除时间和拓扑重建时间,并且有效支持网格曲面拓扑邻域信息的快速查询,查询时间在1 ms之内,远小于对比算法所用时间。实验结果表明:所提算法能够提高网格曲面冗余顶点去除效率和拓扑重建效率,实现网格曲面拓扑邻域信息的快速查询。
关键词
STL文件格式
K维树
半边结构
曲面拓扑重建
k-近邻查询
Keywords
STereo Lithography （STL） file format
k-dimension
al
tree
（ KD
tree
）
half-edge data structure
surfacetopology reconstruction
k-neighborhood query
分类号
TP391.72 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
用于ICP的近似KD-Tree搜索加速器设计及FPGA实现
郑凯磊
陈强
肖昊
《合肥工业大学学报（自然科学版）》
CAS
北大核心
2024
0
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下载PDF
职称材料
2
光线追踪硬件加速方案综述
张大权
董家瑞
雷洋
李世康
石响宇
李宗辉
邓仰东
吴为民
《计算机应用》
北大核心
2025
0
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职称材料
3
支持STL数据源的网格曲面动态空间索引
郭洪帅
孙殿柱
李延瑞
李聪
《计算机应用》
CSCD
北大核心
2015
0
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职称材料
已选择
0
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引证文献
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