并行图形绘制技术综述

为研究并行图形绘制技术,介绍图形绘制的流水线过程,对其内在的可并行性进行分析,研究并行绘制的实现方式,包括流水线并行、数据并行和作业并行,以及前分布拼接合成、中分布拼接合成和后分布拼接合成,讨论并行绘制面临的主要问题及其发展趋势。     

D3DPR:基于Direct3D9的并行图形绘制系统

根据Direct3D9图形库的特征,提出了支持Direct3D9应用程序级透明并行图形绘制系统D3DPR的系统结构及其实现原理.D3DPR分为资源分配和资源绘制2类逻辑节点.通过资源分配节点并行图形库DPGL的截取技术和资源绘制节点的重构技术,任何单机的Direct3D9应用程序都不需要经过修改即可实时转变为由PC集群并行绘制,从而得到更高的绘制性能和高分辨率的多屏拼接显示效果,为用户提供具有更强真实感和沉浸感的虚拟环境.     

基于保留模式的In-the-Core并行超大数据量图形绘制

立即模式图形并行绘制系统多采用sort-first算法，每绘制一帧都要求重发所有图元绘制指令，容易造成网络堵塞．保留模式并行绘制系统多要求集群机每个节点保留一份完整的数据拷贝，能改善网络堵塞，它可采用sort-first和sort-last并行绘制算法．保留模式并行绘制系统每个节点保留一份完整数据拷贝，使模型规模受单个节点内存容量限制．本文设计的称作In-the-Core的系统是混合sort-first和sort-last型保留模式并行绘制系统，将模型数据剖分并分布到绘制节点以充分利用集群机内存总量，用时间反馈的视点相关重分布算法保持负载平衡，有效减少了网络通信量.经验证此系统在绘制超大数据量模型时表现优秀．     

基于多核PC集群的并行绘制系统研究与实现

为满足大规模虚拟现实应用在渲染速度和显示分辨率等方面的要求,采用基于多核平台的PC集群系统,构建了高性价比的分布式图形渲染系统。系统充分结合多核PC集群中节点内部的并行和节点间的并行,通过对视景体的缩放和投影中心的移动实现了灵活的分屏,集群节点内部从渲染流水线、循环迭代、函数级三个层次进行了多核并行优化,有效地提高了并行绘制系统的效率。实验结果表明：多核平台与并行绘制系统结合,以多线程的方式有效地提高了应用程序性能。     

基于图象的室内虚拟漫游系统

基于图象的绘制（Image Based Rendering)作为一种全新的图形绘制方式,以其相对于传统几何绘制而言,具有高效实用的优点,近年来得到了研究人员越来越多的关注,但IBR技术仍存在一些主要难点,如图象的无缝拼接和实时漫游。针对此问题,开发了一个基于部分球面模型的室内虚拟漫游系统。该系统采用自动匹配和人机交互相结合的方法,可以无缝地将多幅照片拼接成一张全景图,同时采用一种改进的基于查找表的算法,实现了固定视点的实时漫游。     

基于图象绘制的虚拟现实系统环境

虚拟现实的一个重要目标是使用计算机生成逼真的视觉世界,使用户可以对虚拟世界的客体进行交互式考察．虚拟现实的实现有两种方法．传统上,用三维图形学的方法实行建模和绘制．此方法需要繁琐的建模和昂贵的专用绘制硬件,而且图形绘制的质量和场景的复杂性受到很大的限制．基于图象的绘制是实现虚拟现实系统的一种新方法．它克服了三维图形方法的缺点．本文在总结已有技术的基础上,提出一个实现基于图象绘制的虚拟现实系统模型,并据此模型实现一个实验系统及相应的图象工具．     

基于图象绘制的虚拟实现系统环境

虚拟实现的一个重要目标是使用计算机生成逼真的视觉世界，使用户可以对虚拟世界的客体进行交互考察，虚拟实现的实现有两种方法，传统上，用三信图形学的方法实现建模和绘制。此方法需要繁琐的建查和昂贵的专用绘制硬件，而且图形绘制的质量的场景的复杂性受到很大的限制。基于图象的绘制是实现虚拟实现系统的一种新方法。它克服了三维图形方法的缺点。本文在总结已有技术的基础上，提出一个实现基于图象绘制的虚拟现实系统模型，并     

一种高度并行的多任务并行绘制系统结构

随着计算机图形技术的实用化，需要构造更逼真、更精细的三维复杂场景，其数据规模日益膨胀，加上对场景的实时交互的要求也越来越高，人们对多屏幕高分辨率显示的需求与日俱增，迫切需要一种针对大规模复杂场景的多任务并行图形绘制系统。本文介绍了一种适用于大规模复杂场景的高度并行的多任务多屏幕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，分剐进行并行化处理，在计算节点按绘制对象类型对任务进行分类以便于并行计算和任务分配，在绘制节点对各个小块屏幕图形进行并行合成。实验测试结果表明，该系统结构对多任务具有较好的并行效率和可扩展性，能够充分利用系统的并行计算资源，达到较好的绘制效果。     

基于延期着色的sort-first绘制集群*

传统的图形绘制集群采用前向着色,存在光照着色功能有限、计算负载难以预测等缺陷。为此,提出基于延期着色的sort-first绘制集群架构,该系统可以实时绘制具有复杂光照效果的多边形场景,并可利用延期着色的负载可预测特性,实现绘制节点间的负载平衡。同时,提出了基于Equalizer改造现有图形绘制引擎,构造基于延期着色的sort-first绘制集群的方法。实验表明,该系统可以在静态负载平衡策略下实现高性能的实时图形绘制,具备良好的可扩展性。     

数据分布型sort-first并行图形绘制系统的研究与实现

sort-first体系结构常用来构建高性能并行图形绘制系统，基于immediate-mode的数据集中型Sort-first系统，对网络带宽高度依赖，网络带宽和归属计算易成为系统瓶颈,提出了一个基于retain-mode的数据分布型并行绘制系统，工作原理是将几何数据分布于绘制结点，并利用帧间相似性动态调整绘制结点上的数据分布以适应视角的改变，有效地降低了数据分布所需的传输开销，系统利用Cell结构来控制并行粒度，实验结果显示能以相对较低的并行开销实现高分辨率显示和并行加速。     

多视点成像的多边形模板法

该文提出一种对场景进行多视点成像的方法。该方法首先为场景中的多边形生成多边形模板，一个多边形模板，包括一条轮廓路径和一组纹条，而一个纹条是平行成像画的一个平面与多边形相交的直线段。由于纹条相对于不同视点的透视投影的变化是线性的，因此，绘制多边形时可以基于模板逐个纹条地处理，而不必按照传统的扫描转换方法逐个点地处理，绘制速度可以提高很多。同时，与视点无关的光照和纹理可以预先计算并保存在模板中，以便在成像时利用基于图像绘制的技术来生成高质量的图像。该方法中，视点可以放置在三维空间的任意位置，并且在场景漫游时可以根据视点位置自动地实现多分辨率绘制。     

协同分布式图形硬件的混合并行体绘制

由于一般的共享存储并行机缺乏图形硬件,其上产生的3维科学计算数据,无法采用硬件加速的并行体绘制来就地进行数据可视化。为此基于本地并行机和分布式图形工作站,给出了一种混合并行绘制模型。该模型的工作原理是先将源数据存留在并行机,然后通过并行机的多处理器发布远程绘制命令流,进而通过操控工作站的图形硬件完成绘制;后期图像合成在并行机上执行,以发挥共享存储通信优势。通过负载平衡优化,并行绘制流水线有效实现了绘制、合成与显示的重叠。实验结果显示,该方法能以1024×1024图像分辨率,交互绘制并行机上的大规模数据场。     

计算机图形并行处理的研究与发展

本文概述了计算机图形并行处理研究的产生与发展,着重阐述了并行处理功能部件的研究和发展及多边形绘制、全局光照模型(光线跟踪与辐射度方法)、物理场数据与体介质数据绘制、动画、并行化图形标准等研究领域在并行处理方面的研究和发展.文中叙述了在这一领域的研究工作,并在最后展望了计算机图形并行处理的进一步发展方向.     

并行绘制系统中基于网络处理单元的图像合成及显示

随着绘制任务复杂度和绘制数据规模不断增长,使用PC集群进行分布式并行绘制是一个常用的解决方案。Sort-last分布式并行绘制方法具有好的扩展性和负载平衡,但由于图像合成瓶颈的限制,绘制速度不能满足实时需求。本文提出了一个使用网络处理单元（NPU）来进行快速硬件图像合成的方法,开发了一个sort-last并行绘制系统NPUPR。实验表明,针对4个绘制节点,基于NPU的硬件图像合成方法与direct send的合成算法相比,绘制速度有了4倍的提高。本文也给出通过增加网络处理单元来扩展系统支持更多绘制节点的方案,分析表明,系统图像合成性能不会随节点个数的增加而明显降低。     

Image composition schemes for sort-last polygon rendering on 2Dmesh multicomputers

In a sort-last polygon rendering system, the efficiency of image composition is very important for achieving fast rendering. In this paper, the implementation of a sort-last rendering system on a general purpose multicomputer system is described. A two-phase sort-last-full image composition scheme is described first, and then many variants of it are presented for 2D mesh message-passing multicomputers, such as the Intel Delta and Paragon. All the proposed schemes are analyzed and experimentally evaluated on Caltech's Intel Delta machine for our sort-last parallel polygon renderer. Experimental results show that sort-last-sparse strategies are better suited than sort-last-full schemes for software implementation on a general purpose multicomputer system. Further, interleaved composition regions perform better than coherent regions. In a large multicomputer system. Performance can be improved by carefully scheduling the tasks of rendering and communication. Using 512 processors to render our test scenes, the peak rendering rate achieved on a 282,144 triangle dataset is dose to 4.6 million triangles per second which is comparable to the speed of current state-of-the-art graphics workstations     

在流水线结构上的基于Shear-Wrap的并行体数据绘制算法

在以前的基于目标空间划分的并行体数据绘制算法中，局部绘制和图象融合是两个串行的过程，在节点机的局部绘制阶段几乎没有数据通讯，但在数据融合阶段数据通讯量非常大，出现总线争用甚至通讯阻塞，而且在这个阶段有非常大的同步开销。本文利用流水线结构，让局部体数据绘制和图象融合并行执行，很好地解决了上述缺点。并在一个基于微机的流水线结构上实现了一个新的基于目标空间划分的并行体数据绘制算法。     

非规则数据场并行体绘制算法

并行算法是实现体绘制加速的重要途径，然而现有的并行体制绘制算法大部分是针对规则数据场的。     

A Competitive Analysis of Load Balancing Strategies for Parallel Ray Tracing

This paper examines the effectiveness of load balancing strategies for ray tracing on large parallel computer systems and cluster computers. Popular static load balancing strategies are shown to be inadequate for rendering complex images with contemporary ray tracing algorithms, and for rendering NTSC resolution images on 128 or more computers. Strategies based on image tiling are shown to be ineffective except on very small numbers of computers. A dynamic load balancing strategy, based on a diffusion model, is applied to a parallel Monte Carlo rendering system. The diffusive strategy is shown to remedy the defects of the static strategies. A hybrid strategy that combines static and dynamic approaches produces nearly optimal performance on a variety of images and computer systems. The theoretical results should be relevant to other rendering and image processing applications.     

基于GPU的烟雾数据体面混合绘制技术研究

研究烟雾等大规模体数据在虚拟场景中实时可视化的技术是一种新的体面混合绘制技术,在灾害现象仿真中有着重要的应用。在处理体面混合绘制时,已有的绘制算法难以实时地处理体数据的遮挡和裁剪,并在内窥绘制中出现片元空洞。针对以上问题,提出一种基于GPU的体面混合绘制算法,将体数据视为参与介质,同时将面绘制的结果作为体绘制的积分域约束条件,从而把面绘制中的裁减算法推广到体数据的绘制中,实现了体面混合绘制的无缝融合。仿真结果表明算法能够实时地绘制虚拟场景中的大规模体数据,并且能够处理复杂的内窥效果。     

A new algorithm for interactive graphics on multicomputers

As nonshared-memory multiple instruction, multiple data (MIMD) systems become more common, it becomes important to develop parallel rendering algorithms for them. These systems, known as multicomputers, can produce data sets so large that it is difficult to visualize the data on conventional graphics systems, especially if the visualization proceeds in tandem with the calculation. Parallel systems must run interactive graphics to allow convenient visualizations of their computations. While few parallel systems currently have a frame buffer that will support interactive rendering, such systems should be more common in the future. This article describes an algorithm suited for interactive polygon rendering, where the model's image on screen generally has frame-to-frame coherence. The algorithm uses this coherence to perform load-balancing calculations in parallel with the other calculations. The algorithm also uses an optimized version of personalized all-to-all communication, where all processors communicate with all other processors