基于Intel MIC架構(gòu)的點渲染系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展推動著多媒體領(lǐng)域的飛速發(fā)展，給人們的生活帶來了巨大的變革。歸功于高性能計算的高速發(fā)展，計算機(jī)圖形學(xué)的研究能夠從簡單的光照模型轉(zhuǎn)向基于物理的光照模型。三維渲染技術(shù)在多媒體行業(yè)變得越來越重要，人們開始不斷的追求更質(zhì)量、更真實渲染效果。全局光照效果作為真實感渲染中重要的組成部分，成為了真實感渲染技術(shù)發(fā)展中的關(guān)注點。全局光照效果是指計算機(jī)三維場景的渲染過程中，需要直接光照和間接光照的影響。計算全局光照效果得到的三維場景視覺更真

2、實，細(xì)節(jié)更豐富。計算全局光照效果的算法會設(shè)計到巨大的計算過程，真實感渲染技術(shù)所需的時間和硬件空間逐漸成為了創(chuàng)作藝術(shù)產(chǎn)品的制約點。加快作品的渲染速度，縮短制作周期，成為了渲染技術(shù)中的一個關(guān)鍵問題。
　　目前研究得最多的全局光照算法主要有光線跟蹤，光子映射以及基于點的全局光照算法（Point Based Global Illumination，簡稱PBGI，又被稱為點渲染算法）。
　　點渲染算法主要被應(yīng)用于電影、動漫制作等行業(yè)中

3、，它最大的優(yōu)點是能夠無噪聲的模擬出環(huán)境光遮蔽、色溢、軟陰影等特效。
　　2012年底，Intel公司推出了一款基于集成眾核架構(gòu)(Many Integrated CoreArc hitecture，簡稱MIC)的至強(qiáng)融核產(chǎn)品，作為Xeon系列CPU的協(xié)處理器出現(xiàn)。它具有50個以上的基于X86架構(gòu)的計算核心，每個核心配置了一個長達(dá)512bit的向量處理單元(Vector Processor Unit, VPU)，能夠同時處理16個單精

4、度浮點數(shù)的運算。同時，MIC架構(gòu)的協(xié)處理器采用了X86架構(gòu)，配備有完善的指令集，為編程帶來了極大的方便。
　　目前，包括天河二號超級計算機(jī)在內(nèi)的多臺超級計算機(jī)采用了CPU+MIC架構(gòu)協(xié)處理器的方案，開發(fā)出能夠有效運行于MIC架構(gòu)處理器上的點渲染算法意義巨大。
　　本文針對點渲染算法在遍歷點云層次結(jié)構(gòu)樹的過程中涉及的龐大計算量，引起渲染速度慢的問題進(jìn)行了研究，提出了一種基于Intel MIC架構(gòu)的點渲染加速技術(shù)。通過優(yōu)化點云層

5、次結(jié)構(gòu)樹、采用異步傳輸數(shù)據(jù)、在MIC端預(yù)先開辟可復(fù)用的內(nèi)存空間、修改算法以利用MIC架構(gòu)協(xié)處理器的超寬向量化計算單元，使點渲染算法在MIC架構(gòu)的協(xié)處理器上得到了明顯的加速。
　　本文的項目需求來源于國家“863”計劃課題《真實感動漫渲染系統(tǒng)研究與應(yīng)用》，點渲染系統(tǒng)集成在山東大學(xué)自主研究的真實感渲染引擎RenderWing的渲染流水線中，是RenderWing渲染引擎的重要組成部分。本文通過修改點渲染算法，設(shè)計并實現(xiàn)了一款能夠高效運