基于PC集群機(jī)的并行圖形繪制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論的不斷完善和計(jì)算機(jī)圖形處理軟、硬件的持續(xù)發(fā)展，圖形繪制技術(shù)已經(jīng)深入應(yīng)用到人類生產(chǎn)、生活的方方面面，在工業(yè)設(shè)計(jì)、大眾娛樂(lè)、科學(xué)研究等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。同時(shí)社會(huì)的進(jìn)步也使得各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)不斷地對(duì)圖形繪制技術(shù)提出挑戰(zhàn)：更強(qiáng)的真實(shí)感，更快的處理速度，更復(fù)雜的場(chǎng)景模型，更高的顯示尺寸和分辨率等。因此將并行計(jì)算理論和方法引入圖形處理領(lǐng)域而成的并行繪制技術(shù)成為高性能圖形處理的必要手段。 歷經(jīng)二十多年的高速發(fā)展，

2、個(gè)人計(jì)算機(jī)(Pc)的圖形處理能力日益強(qiáng)大。當(dāng)前，在PC組成的集群機(jī)上構(gòu)建并行圖形繪制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高性能圖形繪制，具有高性價(jià)比、使用靈活、擴(kuò)展性好等特點(diǎn)，成為并行繪制技術(shù)的研究熱點(diǎn)。 本文對(duì)基于PC集群機(jī)的并行繪制系統(tǒng)的研究中在三個(gè)方面做出了創(chuàng)新。 首先，對(duì)并行繪制體系結(jié)構(gòu)這一核心問(wèn)題進(jìn)行了研究，傳統(tǒng)上并行繪制體系結(jié)構(gòu)按照?qǐng)D形處理流水線的并行方式可以分為sort-first、sort-middle和sort-last三種基本類

3、型。在PC集群機(jī)的并行繪制系統(tǒng)中一般采用sort-first和sort-last，或者它們的混合式體系結(jié)構(gòu)。本文提出了基于動(dòng)態(tài)繪制組的混合式自適應(yīng)并行繪制體系結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)繪制組是本體系結(jié)構(gòu)的基本繪制功能單元，由數(shù)目可變的PC節(jié)點(diǎn)機(jī)組成，包括一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和數(shù)量可變的從節(jié)點(diǎn)。各動(dòng)態(tài)繪制組之間按sort-first并行繪制流程工作。動(dòng)態(tài)繪制組內(nèi)部主從節(jié)點(diǎn)間的并行繪制工作流程由主節(jié)點(diǎn)確定，可以在sort-first和sort-last兩種工作流程之

4、間切換來(lái)適應(yīng)不同的工作條件，以求得最佳的繪制性能。切換是自適應(yīng)的，體現(xiàn)了本文并行繪制體系結(jié)構(gòu)支持兩種sort工作方式的混合和自適應(yīng)切換的特點(diǎn)。 其次，提出了支持異構(gòu)數(shù)據(jù)的場(chǎng)景組織框架-SceneFramework。并行繪制系統(tǒng)按照對(duì)場(chǎng)景數(shù)據(jù)的控制方式可以分為立即模式和保留模式，其中保留模式并行繪制系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)景數(shù)據(jù)有一定控制權(quán)，有利于減少通信開(kāi)銷和優(yōu)化繪制，更適合基于PC集群機(jī)的并行繪制系統(tǒng)。保留模式的場(chǎng)景組織形式主要解決在并行工作

5、環(huán)境下如何表達(dá)場(chǎng)景邏輯關(guān)系、幾何數(shù)據(jù)采用何種結(jié)構(gòu)等問(wèn)題，與并行繪制系統(tǒng)工作流程密切相關(guān)。本文提出SceneFramework的場(chǎng)景組織框架，它用場(chǎng)景圖結(jié)構(gòu)表達(dá)場(chǎng)景各部分的邏輯關(guān)系，但與普通場(chǎng)景圖不同的是它本身不定義具體場(chǎng)景數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只基于面向?qū)ο蟮睦^承和重載規(guī)則定義了場(chǎng)景組織框架，給出并行繪制所需的與場(chǎng)景操作相關(guān)的最小接口集。不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)景定義只需重載這些接口就可以融入SceneFramework定義的場(chǎng)景圖，并在并行繪制流程中協(xié)同

6、工作。因此，SceneFramework是一個(gè)通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的高層場(chǎng)景圖實(shí)現(xiàn)框架，為綜合利用現(xiàn)有豐富的場(chǎng)景定義提供了可能，拓寬了并行繪制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。再次，對(duì)與并行繪制系統(tǒng)性能密切相關(guān)的負(fù)載平衡問(wèn)題做了深入研究。結(jié)合本文混合式自適應(yīng)并行繪制體系結(jié)構(gòu)提出基于節(jié)點(diǎn)遷移的負(fù)載平衡策略。與傳統(tǒng)負(fù)載平衡算法基于圖像空間劃分的模式不同，基于節(jié)點(diǎn)遷移的負(fù)載平衡策略下圖像空間的劃分固定不變，而通過(guò)調(diào)整對(duì)應(yīng)圖像空間子區(qū)域的動(dòng)態(tài)繪制組的整體計(jì)算能力來(lái)適應(yīng)負(fù)