图形处理器流水线数据压缩技术研究综述

提高功耗效率是高端GPU的关键设计目标之一,在3D图形渲染流水线的多个阶段使用数据压缩技术能够显著减少GPU片外存储器的访问量,从而达到提高图形绘制性能和降低功耗的效果。为了对图形处理器流水线数据压缩技术的应用现状进行总结和分析,立足于GPU图形渲染流水线和存储系统的结构特征,归纳了各种缓冲区对象、纹理数据专用压缩算法的关键特性;分析了图形流水线数据压缩技术的研究现状、不足与挑战;并基于应用需求指明GPU流水线数据压缩技术进一步的研究内容。     

HLA/RTI的执行结构与实现研究

高层体系结构(HLA)是新一代计算机仿真的标准,运行支撑环境(RTI)是HLA仿真体系的核心组件,已成为仿真界研究的热点。为了揭示基于HLA/RTI的仿真应用的开发具体实现,了解RTI的本质和精髓,提出了RTI的执行结构框架,揭示了RTI开发的三个对象要素与RTI的六大服务间的关系,并总结出了RTI的三种实现方式,包括集中式、分布式和层次式,对它们各自的特点进行了阐述。     

基于材质的实时渲染场景组织技术

为了提高图形渲染程序的性能,根据统一脚本核心硬件的特征,提出一种在材质空间进行二次排序的场景组织算法.首先在硬件抽象层扩展了材质的定义;然后根据扩展的材质定义重新组织场景中的对象,再在材质空间中对物体进行二次排序;最后把排序好的对象发送给图形渲染线进行渲染输出.该算法在不改变图像渲染质量的前提下,可以极大地加快图像的渲染速度.实验结果表明,文中算法可较大地提高图形渲染程序的性能.     

一种基于深度纹理的碰撞检测

提出一种基于GPU的图像空间碰撞检测方法。利用OpenGL的深度纹理技术和其扩展功能帧缓存对象(FBO)实现将深度值直接渲染至纹理,然后采用通用计算图形处理器(GPGPU)技术对纹理中的数据进行处理实现碰撞检测。仿真实验显示,该方法充分利用了图形硬件GPU的性能,并能够正确地返回碰撞检测结果。     

基于PC集群的三维图形并行渲染性能分析

研究基于PC集群的三维图形并行渲染性能问题,从网络性能、算法复杂度、并行分配机制等几方面分析了影响并行渲染性能的关键因素。在千兆以太网PC集群上进行了基于通用MPI和OpenGL的三维图形并行渲染仿真测试,给出了数据及分析结果,给出了合理构建并行三维图形渲染系统的建议,通过平衡图形算法复杂度和网络性能以达到最佳并行性能。     

分布式协同虚拟实验室的设计与实现

讨论了可用于网络研究和学习的分布式协同虚拟实验室技术,提出了该技术的HLA/Java 3D构建方案.将实验系统定义为一个联邦,实验目标由联邦成员协同完成.联邦成员由4个线程组成,其中Applet线程和远程更新线程负责虚拟实验室图形渲染,联邦成员主线程和RTI回调线程实现协同控制.该系统完成了该4个线程的设计,并用队列和阻塞实例实现了线程之间的协调,解决了RTI重入问题.实验结果表明该方案是可行的.     

基于OSG的镜面反射特效的实现

针对虚拟现实领域中如何提高渲染性能的问题,提出采用OSG(Open Scene Graph)图形开发接口实现镜面反射特效.由于镜面反射特效中的反射映像需通过绘制被反射物体的镜像拷贝来实现,而OSG的场景图技术支持对象实例的重用,它可以在一次加载几何体模型的情况下,给模型添加多个父节点,用以绘制不同状态的模型.同时,OSG采用StateSet类管理渲染状态,每个StateSet对象可以自动优化状态设置,使状态转变量最小,从而提升渲染性能.实验证明,用OSG开发库可以快速模拟出真实的镜面反射现象,并有效避免了冗余状态的设置.     

RTI中乐观推进机制的实现

正确理解乐观推进机制的基本原理,并按照高层体系结构HLA(high level architecture)规范实现RTI(runtime infrastructure)中的乐观推进服务一直是分布式仿真领域关注的难点问题.介绍了并行离散事件仿真PDES(parallel discrete event simulation)和HLA中的乐观推进机制,并指出了它们之间的重要差异,例如PDES中的虚拟时间(virtual time)可以回卷(roll back),回卷发生在进程中;而HLA中的逻辑时间不能够回卷,但乐观盟员在不影响保守盟员推进的情况下可以回卷自己调度事件的时间,回卷发生在盟员内而不是RTI内.另外,提出了在实现乐观推进服务时,不需要RTI作任何保存操作的"零保存"技术,并成功地将该技术应用到RTI软件StarLink中."零保存"技术通过在消息句柄类型RTI::MessageRetractionHandle定义中增加两个变量,一个表示TSO(time stamp order)消息的时标,另一个表示所有接收该消息的盟员(RTI::MessageRetractionHandle为IEEE1516.1定义的数据类型),RTI将具有此类型的消息句柄返回给发送TSO消息的盟员保存,当发送盟员再次使用消息句柄撤消(retract)消息时,RTI从消息句柄中就可以知道并通知接收盟员撤消消息.对于理解和开发RTI中的乐观推进服务具有重要的现实意义.     

一种基于OGRE图形引擎的实时分布式渲染系统

虚拟现实的实时交互得到了越来越广泛地应用,实时分布式渲染有效地解决了普通PC机渲染的时间瓶颈问题,提高了系统实时渲染性能和输出分辨率。在对分布式渲染原理研究分析的基础上,依据设计模式的思想,设计了一种基于Sort-First结构的实时分布式渲染框架和同步机制,并在实践中应用OGRE图形引擎实现了该系统。     

基于WPF技术的甘特图控件的研究与设计

传统的Windows窗体应用程序在图形渲染方面复杂程度高,运行性能差,而甘特图控件往往需要绘制大量的图形。针对这种情况,运用微软全新的图形渲染技术——WPF(Windows Presentation Foundation),以结构化的设计思想,使用WPF提供的无外观控件、样式表、触发器等一系列新特性来创建甘特图控件。实现过程更加简易,性能与外观上表现也更加出色。     

基于OpenGL的快速图像渲染方法*

针对在动态图形绘制基础上进行图像渲染的问题,基于Mac OS X操作系统的核心制图与渲染技术,提出了重组OpenGL渲染流程实现加速图形绘制与图像渲染结合的管道化方法,目的是实现GPU完全承担绘图和渲染加速。整个流程无须CPU参与,在提高图形子系统性能的同时优化了应用程序响应能力。     

基于基元重启的OpenGL和CUDA图形渲染算法探索

针对OpenGL渲染图形要多次访问缓存区的问题,提出一种OpenGL和CUDA混合编程的图形渲染算法来加速Perlin Kernel生成虚拟地形图。首先,通过OpenGL将缓存映射到CUDA内存空间,利用CUDA完成加速计算任务; 然后,为几何图形设置开始和结束的位置标志,使用基元重启对图形进行组合; 最后,对缓冲区对象进行渲染。实验结果表明,改进后的基于基元重启的混合算法在GTX 650 GPU上的平均帧速率为960fps,帧速率提高6%,算法改进后渲染方法的执行效率提高了63倍。实验证实基元重启可以提高3D处理性能。     

基于VTK分形理论的研究

分形理论是一种新兴的几何学,在多种学科中都有着广泛的应用.可视化图形工具包是一个功能强大的可视化和图形图像处理类库.运用VTK流水线进行图形以及三维渲染可使现阶段的分形理论研究可视化,实现分形图形的逼真模拟.在分析分形理论基本算法的基础上,借助VTK设计二维和三维分形图形绘制的渲染流水线,提供生成分形图形和三维分形实体的一种新方法,并以典型的分形集合(曼德尔伯特集)为例,显示渲染效果.     

图形处理器低功耗设计技术研究

图形处理器(GPU)以其强大的图形加速性能以及在通用计算领域的出色表现正在被越来越广泛地应用。但随着芯片规模和集成度的不断提升,单个GPU芯片的功耗已经高达376W,是高端通用处理器的2～3倍。高功耗带来的可靠性、稳定性以及芯片成本问题使“功耗墙”已经成为未来GPU设计过程中需要突破的关键问题之一。立足于体系结构层次,结合图形处理器的渲染流水线的结构特点,从深度测试和消隐、染色器数据通路、纹理映射和压缩、渲染策略、寄存器文件和片上Cache等角度描述了图形处理器的低功耗设计技术,并指出了GPU低功耗设计技术的进一步研究方向。     

基于分布式对象的统一RTI接口设计与实现

统一的RTI接口是为了解决异构联邦成员的互操作问题而提出的,其设计目标是具有广泛的兼容性和可扩展性。该文介绍了分布式对象中间件及其接口定义语言,建立了RTI的分布式对象模型和接口抽象,探讨了统一RTI接口在集成不同语言和不同协议的联邦成员中的应用以及在层次式RTI中的扩展。     

线程级并行计算在图形渲染引擎中的研究

针对并行计算技术在当前图形渲染系统中应用层面较浅的问题,为提高多核平台下图形应用程序CPU利用率,提出了一种新的Fork-Join多线程渲染方案。对当前流行的开源图形渲染引擎——OGRE引擎的渲染框架进行了多线程优化,用OpenMP方法对图形引擎的逻辑帧实现并行化,根据Win32线程库和DirectX11的多线程支持提出了一种渲染帧并行化方法,并将其应用于图形引擎。在多核平台上的实验结果表明,该方案能有效提高渲染速率和CPU利用率,改善CPU负载均衡。     

统一渲染架构GPU图形处理量化性能模型研究

统一渲染架构GPU为图形处理提供了丰富的运算、存储资源,也对软件优化提出了更高要求。为了有效地进行性能设计和优化,针对统一渲染架构实现的GPU提出一种量化的图形处理性能模型,在深入研究统一渲染架构GPU架构和工作原理基础上,分析影响图形处理的各种因素:图形指令生成、主机接口数据传输、图形指令解析、图形处理流水数据吞吐和统一染色阵列处理能力。通过仿真验证表明,在研制自主知识产权GPU过程中,采用本方法设计各部分性能指标,评估统一染色GPU图形处理性能与实测相比,误差小于7.5%。     

几个RTI软件的测试与比较

HLA仿真系统能否正常运行,运行支撑系统软件RTI的质量起着决定性的作用.对RTI软件进行测试是其质量的根本保证.简要分析了RTI软件的各种功能指标和性能指标,并在相同的测试环境配置下,采用黑盒测试的方法详细地对国防科大开发的KD-RTI、瑞典的pRTI和DMSO的RTI1.3NG-V6三个不同版本的RTI软件进行功能和性能方面的测试,重点对RTI软件的性能进行测试,并对测试结果加以分析比较.测试结果表明:三个版本RTI软件的功能和性能都满足要求,而且在性能方面,KD-RTI具有数据交换速率高、无丢包率、低时延的优点.     

联合作战仿真信息交互基础结构(SII)研究

该文提出了联合作战仿真交互基础结构(Simulation Interaction Infrastructure,SII)的概念，具体设计、研究、分析了一个SII系统，并认为SII的研究与设计是我军下一代联合作战仿真系统设计的关键研究课题；SII兼容RTI，但不同于RTI，SII是一个比RTI更为完善的仿真信息交互支撑系统；RTI解决数据层次的互连、互通、互操作，但SII除兼具RTI的数据操作特性外，同时具有模型、知识、图形、图象层次的互连、互通、互操作能力；SII良好的分层、并发管理机制，使之能最大限度地避免和克服目前RTI时间同步等难题．从而．也使得SII必然会成为未来联合作战仿真信息交互支撑结构研究的主导发展方向。     

HLA/RTI仿真框架中的坐标转换及其实现机制

为了保证分布交互仿真的互操作、可重用和时空一致性,应在仿真运行支撑环境(RTI)中提供不同仿真应用的坐标转换功能。文章首先分析了坐标转换的必要性,然后介绍了常用坐标系及其相互转换关系,最后探讨了HLA/RTI仿真框架中的坐标转换实现机制,重点解决了如何转换、何时转换、由谁转换、如何标示所用坐标系、如何调用坐标转换模块等问题,并建议在当前的对象模型模板(OMT)增加有关对象所用坐标系的说明。