并行绘制系统体系结构关键技术研究

发布时间：2020-05-28 00:10

【摘要】： 随着计算机图形学理论的完善和图形处理软硬件技术的发展,图形绘制技术日益深入地应用到社会发展的各个领域,成为了人类生活不可缺少的一个部分。由于计算机图形技术的实用化趋势,需要构造更逼真、更精细的数据场,使得数据规模不断地扩大,单纯依赖于硬件加速的快速绘制技术,并不能满足实际应用对绘制速度的要求;而在单机上的图形绘制往往由于计算资源和图形绘制资源有限,绘制速度较慢,也不能满足实际的需要。于是,将并行计算理论和方法引入图形处理领域,形成了并行绘制技术,它是实现高性能图形计算的重要手段。随着低端PC图形卡的处理能力的提高和网络技术的发展,出现了一种新的并行绘制系统——建立在以高速网络连接的PC或工作站集群上的并行绘制系统,具有价格低廉、较好的可扩展性和很强的灵活性等优点,可以充分挖掘工作站集群的各种资源。所以,通过研究基于集群的并行绘制技术,设计出相关的快速并行绘制算法是必要的,也是必然的趋势。 体系结构研究是并行绘制技术的核心。并行绘制系统的其它关键技术还包括:任务划分、任务调度和负载平衡问题。本文对并行绘制体系结构及关键技术进行了深入研究,完成的主要工作和取得的主要研究成果如下: 1.提出了一种适用于大规模数据场的高度并行的多任务并行图形绘制系统的体系结构,支持图形任务的并行化处理和多屏幕显示。该系统结构将几何计算任务与图形绘制任务相分离,分别进行并行化处理。对多任务具有较好的并行效率和可扩展性。 2.提出了动态负载平衡算法两阶段映射的模型,并给出了负载平衡性能的一种度量方法;提出了一种高效的任务调度算法,并对该算法的性能进行了分析,得出绘制时间的理论上限值;对多任务划分策略进行了分析,提出了多任务划分的方法。该动态负载平衡算法在已有的任务划分粒度下,具有最佳的任务调度方案;依靠适合的任务划分策略可以达到很好的负载平衡效果。 3.应用前面的部分研究成果实现了一个简单的并行绘制原型系统,该系统可以实现图形绘制任务的动态分配和并行合成。 最后,总结了本文的主要工作,并对下一步的研究工作进行了展望。
【图文】：

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文生成帧缓存以供显示。几何转换的计算步骤包括：1. 模型/视点变换：根据模型和视点的位置关系计算图元坐标值；2. 光照处理：根据给定的光源和物体表面法向、材质计算顶点的颜色值；3. 透视变换：把三维空间坐标映射到二维平面，投影的方式有正投影和透影；4. 裁剪：删去视见体外的几何元素；5. 透视除法：将齐次坐标（x, y, z, w）变换为（x/w,y/w,z/w,1）；6. 视窗映射：将二维坐标映射到屏幕，使之适应显示窗口。光栅化的计算步骤包括：1. 扫描转换：将屏幕空间的三角面片分解为一系列像素，并计算每个像素色、深度、alpha 和纹理坐标；2. 像素处理：对每个像素进行纹理映射、深度比较和 alpha 混合。

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文（Functional Parallelism）和数据并行（Data Parallelism）。功能并行指不同的功能处理单元同时运行的并行方式。多边形绘制系统列顺序相连的处理单元组成，每个处理单元执行一个步骤，并将结果输出单元，这样的系统称为绘制流水线（Rendering Pipeline）。随着硬件技术的发展，现在 PC 的图形加速卡也基于流水线构造。多边形水线的理论加速比等于流水线的级数，但其总体加速效果受最慢的流水级通讯带宽的限制。要提高流水线的加速比，，需要使用尽量多的流水级，并上尽量避免出现瓶颈。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP391.4;TP338.6

【引证文献】

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本文编号：2684373