一个失败的创意：GPGPU纹理化通用加速kD树的实现

　　谨以此文缅怀我18个小时的持续工作，今天金工实习西门子CNC的时候乘着空闲还在草稿纸上不断的写写画画。我觉得这项技术还是有意义的，可能我还是比较愚蠢，基础不够，还没有办法解决这个问题。

　　我们在使用GPU做光线跟踪的时候，无一例外的要找到一个加速遍历场景的方法。在体素渲染Volumn Rendering中，大部分还是使用的固定网格Uniform Grid Structure进行渲染，效率比较低。我们只有在来自Standford的一些GPU光线跟踪器的实现的Paper中才可以看到kD树的身影。如何使用kD树分割模型大家可以看我以前写的那片利用SAH分割模型的文章，在许多著名CG人士提供的自己的代码中都有各自kD树的实现。问题是，GPU上如何实现呢？

　　GPU的优点极多，主要是，超快的SIMD/MIMD指令处理单元，特别优化过的纹理寻址功能，在这两点上CPU就远远比不上了。但是最为致命的一点，目前的GPU无法在Shader中访问内存，也就是还没有实现指针结构，无法实现动态内存分配，当然分配的应该是显存。如果用CUDA，可能可以实现，不过那是后话，还没有多少人拥有G80系列的显卡，那样也没有实际的意义了。

　　我的构想是，在Shader中增加3个纹理贴图。一个是平面纹理化的kD树，另外两个是绑定盒，分别储存对点的两个坐标，为了能够遍历三角形，我们还需要把三角形按照次序把3个顶点分别储存到3个纹理中。由于这个kD树还需要与三角形索引纹理进行交互，所以，我们必须事先准备好“混乱索引数组”Chao Index Array，下面简称CIA（可不是中央情报局）。下面详细解释这些个纹理在Shader里是如何运作的，示意图如下。

　　我们都了解了kD树的构造。首先，kD树的节点分为2类，一类是Node类型，一类是Leaf类型。Node类型记录了当前分割的维度和分割位置，不储存任何几何体信息。而到了树的底端，就差不多都是Leaf类型了。Leaf类型记录了三角形的树木和在CIA中的起始偏移位置。为什么是CIA而不是标准的从0开始的索引呢？因为我用的kD树构造方法，使用了STL中的stable_partition算法处理三角形数组。

　　在Shader里面，首先我们计算光线的起始位置和方向，这个很简单。然后，我们把绑定盒的世界位置输入（或者我们仅仅绘制绑定盒），在FragShader中开始遍历kD树纹理。首先从最底层开始，取得第一个整数，如果是在123范围内就认为是Node（其实肯定是的），如果是Node，查询后面的SplitPos，通过这个整数，在SplitPosArray中找到具体的分割位置，判断向左向右。如果需要向左，查询Left中的整数，自动的给这个纹理坐标的t分量加上偏移量，开始新的查询，直到找到Leaf，读取偏移量和三角形数目，开始测试插值。

　　所有的纹理都使用RECTANGLE_NV纹理，使用Nearest过滤方式。

　　伪GLSL代码如下：

ivec2 traverselptr(0,0);

bool found = false;

int offset = 0,count = 0;

while( found == false ){

int Dim = texture2D(kDAccMap,traverselptr.st).x;

if( Dim == 4 ){

found = true;

offset = texture2D(kDAccMap,traversalptr+ivec2(0,4)).x;

count = texture2D(kDAccMap,traversalptr+ivec2(0,5)).x;

countinue:

}

TestRay();

if ( need goto Left ){

traverselptr.s += texture2D(kDAccMap,traverselptr + ivec2(0,1));

}else if( need goto Right ){

traverselptr.s += texture2D(kDAccMap,traverselptr + ivec2(0,2));

}

}

for( int i=0;i<count;i++ ){

//use CIA and standard triangles index to coordinate vertices

}

　　看起来挺不错是么？这里有一个严重问题：如果我们需要同时遍历Left和Right如何是好？在CPU上，和OpenRT的设计上，这里是使用了一个优先堆栈，可是在Shader里面有这个玩意么？也许这个情况的出现导致出错的概率比较小，可是依旧需要考虑到。