基于PC集群机的并行图形绘制系统研究

论文摘要

随着计算机图形学理论的不断完善和计算机图形处理软、硬件的持续发展，图形绘制技术已经深入应用到人类生产、生活的方方面面，在工业设计、大众娱乐、科学研究等各个应用领域发挥着重要作用。同时社会的进步也使得各个应用领域持续不断地对图形绘制技术提出挑战：更强的真实感，更快的处理速度，更复杂的场景模型，更高的显示尺寸和分辨率等。因此将并行计算理论和方法引入图形处理领域而成的并行绘制技术成为高性能图形处理的必要手段。 历经二十多年的高速发展，个人计算机（PC）的图形处理能力日益强大。当前，在PC组成的集群机上构建并行图形绘制系统实现高性能图形绘制，具有高性价比、使用灵活、扩展性好等特点，成为并行绘制技术的研究热点。 本文对基于PC集群机的并行绘制系统的研究中在三个方面做出了创新。 首先，对并行绘制体系结构这一核心问题进行了研究，传统上并行绘制体系结构按照图形处理流水线的并行方式可以分为sort-first、sort-middle和sort-last三种基本类型。在PC集群机的并行绘制系统中一般采用sort-first和sort-last，或者它们的混合式体系结构。本文提出了基于动态绘制组的混合式自适应并行绘制体系结构。动态绘制组是本体系结构的基本绘制功能单元，由数目可变的PC节点机组成，包括一个主节点和数量可变的从节点。各动态绘制组之间按sort-first并行绘制流程工作。动态绘制组内部主从节点间的并行绘制工作流程由主节点确定，可以在sort-first和sort-last两种工作流程之间切换来适应不同的工作条件，以求得最佳的绘制性能。切换是自适应的，体现了本文并行绘制体系结构支持两种sort工作方式的混合和自适应切换的特点。 其次，提出了支持异构数据的场景组织框架-SceneFramework。并行绘制系统按照对场景数据的控制方式可以分为立即模式和保留模式，其中保留模式并行绘制系统对场景数据有一定控制权，有利于减少通信开销和优化绘制，更适合基于PC集群机的并行绘制系统。保留模式的场景组织形式主要解决在并行工作环境下如何表达场景逻辑关系、几何数据采用何种结构等问题，与并行绘制系统工作流程密切相关。本文提出

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 并行绘制的必要性
• 1.1.2 典型的图形流水线
• 1.1.3 并行多边形绘制
• 1.2 并行图形绘制系统分类
• 1.2.1 按场景数据归属判断时机分类
• 1.2.2 按照数据维护形式分类
• 1.2.3 按照数据存储方式分类
• 1.3 并行图形绘制研究重点
• 1.3.1 并行绘制体系结构
• 1.3.2 场景的组织形式
• 1.3.3 任务划分
• 1.3.4 负载平衡
• 1.3.5 像素合成
• 1.4 现有并行图形绘制系统
• 1.4.1 基于专用硬件的实现
• 1.4.2 基于PC-集群机的并行绘制系统
• 1.5 本文的研究内容和章节安排
• 第2章 并行绘制体系结构
• 2.1 PC集群机对并行绘制体系结构设计的影响因素
• 2.1.1 内存和存储模式
• 2.1.2 通讯速度
• 2.1.3 多屏拼接显示墙的挑战
• 2.2 常用并行绘制体系结构性能分析
• 2.2.1 Sort-first体系结构分析
• 2.2.2 Sort-last体系结构分析
• 2.2.3 混合Sort-first&sort-last型体系结构分析
• 2.3 基于动态绘制组的混合式自适应并行绘制体系结构
• 2.3.1 并行绘制体系结构与并行工作流程的关系
• 2.3.2 基于动态绘制组的混合型并行绘制体系结构剖析
• 2.3.3 复式嵌套并行绘制流水线
• 2.4 小结
• 第3章 支持异构数据的场景组织框架-SceneFramework
• 3.1 场景组织形式
• 3.1.1 立即模式场景组织
• 3.1.2 保留模式场景组织
• 3.2 场景图导论
• 3.2.1 场景图内涵
• 3.2.2 场景图应用系统综述
• 3.3 支持异构数据的场景组织框架-SceneFramework
• 3.3.1 实现机理
• 3.3.2 SceneFramework的统一定义
• 3.3.3 工作机制
• 3.3.4 综合应用实例
• 3.4 小结
• 第4章 基于节点迁移的负载平衡策略
• 4.1 并行图形绘制的负载平衡问题
• 4.1.1 负载的任务划分
• 4.1.2 图形绘制的负载特性
• 4.1.3 负载平衡算法的设计原则
• 4.2 负载平衡算法比较
• 4.2.1 静态负载平衡算法
• 4.2.2 动态负载平衡算法
• 4.2.3 自适应负载平衡算法
• 4.2.4 基于时间反馈的自适应算法
• 4.3 基于节点迁移的负载平衡算法
• 4.3.1 基于PC集群机的负载平衡难点
• 4.3.2 算法设计前提
• 4.3.3 算法实现分析
• 4.4 测试结果
• 4.5 小结
• 第5章 Parallel-SG测试与展望
• 5.1 Parallel-SG概述
• 5.2 整体性能测试与其他绘制结果
• 5.3 总结和展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢