77360

Параллельный рендеринг воксельной графики

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

В данной статье описывается разработка средств распараллеливание воксельной графики используемой для представления больших объемов данных получаемых в результате компьютерного моделирования сложных процессов. Обычно данных представляются в виде 3х мерного массива. Затем вычисляется ближайшая точка пересечения этого луча с областью данных параллелограммом. После этого алгоритм движется по трёхмерному массиву данных с шагом в одну ячейку до попадания в не пустую точку.

Русский

2015-02-02

27.5 KB

2 чел.

Параллельный рендеринг
воксельной графики

И.О. Михайлов

Институт математики и механики УрО РАН, УрФУ

В данной статье описывается разработка средств распараллеливание воксельной графики, используемой для представления больших объемов данных, получаемых в результате компьютерного моделирования сложных процессов.

В самом общем случае воксельная графика предусматривает хранение объекта в виде набора(облака) точек. Обычно данных представляются в виде 3-х мерного массива. Одним из основных преимуществом воксельной графики по сравнению с полигональной является возможность продемонстрировать внутреннюю структуру объекта. А основным недостатком высокие требования по памяти и малое распространение специализированных аппаратных средств для расчёта графики.

Базовым алгоритмом рендеринга использованным в работе является трассировка лучей (точнее Ray casting). Этот алгоритм заключается в следующем из каждой точке изображения строится луч. Затем вычисляется ближайшая точка пересечения этого луча с областью данных(параллелограммом). После этого алгоритм движется по трёхмерному массиву данных с шагом в одну ячейку, до попадания в не пустую точку. Основным преимуществом данного метода является большие возможности распараллеливания (вплоть до каждой точки изображения), а основным недостатком большая вычислительная сложность.

Для корректного отображения данных с полупрозрачными ячейками необходимо модифицировать данный алгоритм. Вычисляется дальняя точка пересечения луча с областью данных, и движение по трёхмерному массиву осуществляется в обратном направлении.

В данной работе используются плотные октодеревевьев в виде набора 3х-мерных массивов. Первый из них в 8 раз меньше массив исходных данных, каждый последующий в 8 раз меньше предыдущего. В каждом элементе массива хранится количество не пустых ячеек в соответствующей области основного массива (с данными). Это даёт возможность быстро пропускать пустые участки при трассировке лучей. Этот подход даёт те же преимущества что и разряженные октодеревья, кроме экономии памяти, однако значительно упрощает доступ к отдельным вокселям и их модификацию. Алгоритм прямого хода эффективен за счёт пропуска уже заполненных точек, но не поддерживает прозрачность. Для корректного отображения полупрозрачных данных необходимо использовать алгоритм обратного хода.

Первые результаты были получены на многоядерном персональном компьютере. При этом использовалась технология OpenMP, для параллельного рендеринга точек изображения. Область данных была общая для всех потоков.

Область данных представляет собой 3-х мерный массив из 4-байтовых целых чисел, в котором ненулевые ячейки задают объект, а нулевые считаются пустыми. Не нулевые ячейки содержат информацию о цвете и прозрачности точек объекта. Возможно расширения до 8-байтовых целых чисел, для хранения вспомогательной информации. В текущей реализации используются кубические массивы со стороной равной степени двойки (от 128 до 512). Для ускорения работы строится набор вспомогательных массивов, хранящих информацию о группах пустых ячеек для быстрого их пропуска. Затем эксперименты были перенесены на суперкомпьютер Уран ИММ УрО РАН, где для реализации использовалась библиотека MPI. При этом узлы были разделены на несколько групп. Области данных внутри одной группы дублировались. Сперва производился независимый рендеринг изображений в каждой группе, а затем полученные изображения совмещались в одно с учётом буфера глубины.

Благодаря тому, что окончательное изображение получает сложением вспомогательных с учётом буфера глубины, есть возможность использовать алгоритмы отличные от трассировки лучей. Например некоторые данные возможно эффективней хранить в виде облака точек, с последующим проецированием на плоскость экрана. Описанный выше алгоритм можно использовать в средах виртуальной реальности.

Работа выполнена в рамках программы Президиума РАН № 18 "Алгоритмы и математическое обеспечение для вычислительных систем сверхвысокой производительности" при поддержке УрО РАН (проект 12-П-1-1034).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80901. МОДЕЛИ СОЦИАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА 44.37 KB
  Под моделью управления следует понимать теоретически выстроенную целостную совокупность представлений о том как выглядит и как должна выглядеть система управления как она воздействует и как должна воздействовать на объект управления как она адаптируется и как должна адаптироваться к изменениям во внешней среде чтобы управляемая организация могла добиваться поставленных целей устойчиво развиваться и обеспечивать свою жизнеспособность. Модель управления включает в себя базовые принципы управления стратегическое видение целевые установки и...
80902. ХАРАКТЕРИСТИКА СРЕДЫ УПРАВЛЕНИЯ. БЛАГОПРИЯТНАЯ, НЕЙТРАЛЬНАЯ, АГРЕССИВНАЯ СРЕДА УПРАВЛЕНИЯ 43.99 KB
  Среда управления это совокупность внутренних и внешних субъектов сил активно влияющих на положение и перспективы организации на эффективность деятельности менеджеров. Типы среды: микросреда мезосреда макросреда. Микросреда внутр среда организации ее собственный персонал и взаимодействие человека с условиями жизни в личном окружении; Мезосреда среда непосредственного окружения партнеры поставщики потребители или социокультурная среда и сфера труда; Макросреда среда...
80903. ПОНЯТИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИИ 44.22 KB
  Об информации информационных технологиях и о защите информации ИТ – процессы методы поиска сбора хранения обработки предоставления распространения информации и способы осуществления таких процессов и методов. Информационная технология ИТ процесс использующий совокупность методов и средств реализации операций сбора регистрации передачи накопления и обработки информации на базе программноаппаратного обеспечения для решения управленческих задач экономического объекта. Особенности ИТ: цель процесса – получение информации; предмет...
80904. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 85.5 KB
  ИТ включают в себя методы преобразования информации по заданному свойству в заданном направлении, что реализуется соответствующими средствами, называемыми инструментальными. Они включают в себя необходимый технических комплекс и соответствующее программное обеспечение, образуя сложные программно - аппаратные компьютерные системы с разнообразными функциями и возможностями поддержки управленческой деятельности.
80905. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОЛИТИКА (ГИП), ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ГОСУДАРСВТЕННОГО И МУНИЦИПАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ 46.21 KB
  ГИП комплекс политических правовых экономических социальнокультурных и организационных мероприятий государства направленный на обеспечение конституционного права граждан на доступ к информации. ГИП это особая сфера жизнедеятельности людей связанная с воспроизводством и распространением информации удовлетворяющей интересы государства и гражданского общества и направленная на обеспечение творческого конструктивного диалога между ними и их представителями. Различают аспекты ГИП: технологический регулирование процесса развития...
80906. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ УПРАВЛЕНЧЕСКОГО ТРУДА 46.33 KB
  Он основан на функциональном профессиональном квалификационном и операционнотехнологическом разделении труда. Функциональное разделение труда основывается на формировании групп работников управления выполняющих одинаковые общие функции менеджмента. Наряду с этим функциональное разделение труда предполагает выделение из общего состава менеджеров специалистов которые отвечают за процесс управления в целом а не за какуюто одну функцию.
80907. Психологический аспект в работе с инвалидами 25.75 KB
  Это связано прежде всего с дефектами их физического состояния вызванного заболеваниями приведшими к инвалидности а также с имеющимся комплексом сопутствующей соматической патологии и с пониженной двигательной активностью характерными для большинства инвалидов. Психологические проблемы возникают при изолированности инвалидов от внешнего мира как вследствие имеющихся недугов так и в результате неприспособленности окружающей среды для инвалидов на креслоколясках при разрыве привычного общения в связи с выходом на пенсию при наступлении...
80908. Основное содержание и виды реабилитации инвалидов 30.05 KB
  Реабилитация больных и инвалидов представляет собой комплексную систему государственных медицинских психологических социальноэкономических педагогических производственных бытовых и других мероприятий. Профессиональная реабилитация предусматривает обучение или переобучение доступным формам труда обеспечение необходимыми индивидуальными техническими приспособлениями для облегчения пользования рабочим инструментом приспособление прежнего рабочего места больного или инвалида к его функциональным возможностям организацию для инвалидов...
80909. Формы социальной поддержки детей-инвалидов 34.02 KB
  Особенности реабилитации детей с ограниченными возможностями заключаются в том что в процессе реабилитации необходимо предусмотреть не только ликвидацию или коррекцию дефекта вызванного заболеванием но и обеспечение развития других функций формирование которых может быть задержано в связи с болезнью. В настоящее время изза отсутствия государственной системы реабилитации детейинвалидов звенья реабилитационного процесса нескоординированы...