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基于多核PC集群的并行绘制系统研究与实现

作　者: 王小伟
导　师: 谭同德
学　校: 郑州大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 并行绘制 多核平台 场景图 多线程优化 OSG
分类号: TP338.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 75次
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内容摘要


随着计算机硬件的飞速发展,多核平台的应用越来越广泛,但人们对计算机的要求也越来越高,科学计算的规模越来越大。为了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,能够构建高性价比的分布式图形渲染系统。多核平台与分布式绘制系统结合,能以多线程的方式有效的提高应用程序性能,基于多核平台优化的PC集群并行绘制系统具有更高的性价比和更好的可扩展性。本文充分结合多核PC集群中节点内部的并行和节点间的并行,设计并实现了一个基于多核PC集群的并行绘制系统,是一个大屏幕投影立体显示系统,在节点间实现了粗粒度的分布式并行,在节点内部实现了细粒度的多线程并行。本文的主要研究内容如下：(1)研究场景图的基本原理与OSG的渲染流程。研究通用场景图的基本原理与特性,在此基础上分析基于场景图的渲染流水线与典型流水线的不同；重点对OSG渲染的流程进行分析研究,给出了OSG渲染后台全景,分析了OSG渲染流水线中的几个重要阶段,以及影响渲染的因素,为实现后面的分布式渲染与对多核进行多线程优化奠定基础。(2)研究并实现基于场景图的sort-first的分布式渲染系统。通过对系统需求的分析,总结出并行粒度更加细化的分布式渲染系统的通用框架；重点研究分布式渲染系统中用到的关键技术与实现难点,包括分布式渲染系统的分类、帧同步机制、无缝拼接与边缘融合、网络模式等,并基于OSG实现更灵活的分屏方法,它是通过对视景体的缩放和投影中心的移动来实现的。(3)研究并实现集群节点的多核并行优化。研究多线程优化的方法以及多线程编程需要注意的问题,对多核PC机进行可并行区域的分析,并从渲染流水线、循环迭代、函数级三个层次对集群节点内部进行多核并行优化。实验结果表明：基于多核PC集群的并行绘制系统不仅大大提高了渲染速度,而且实现了大屏幕投影与立体显示效果。系统充分利用了硬件资源,为大规模应用程序的渲染提供了一种解决方案,多核平台与分布式渲染系统的结合使渲染系统具有更高的性价比与更好的可扩展性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
1 绪论  11-17
  1.1 课题的研究背景  11-12
  1.2 课题的研究意义  12
  1.3 发展现状  12-15
  1.4 论文的研究内容  15-16
  1.5 论文的结构安排  16-17
2 场景图原理与OSG渲染引擎  17-28
  2.1 场景图原理  17-21
    2.1.1 场景图的特性及作用  19-20
    2.1.2 场景图的渲染方式  20-21
  2.2 OSG渲染引擎  21-27
    2.2.1 OSG简介  21-23
    2.2.2 OSG渲染流程  23-27
  2.3 本章小结  27-28
3 基于场景图的sort-first并行渲染系统  28-49
  3.1 系统总体架构设计  28-35
    3.1.1 系统需求分析  29-30
    3.1.2 客服端交互控制节点  30-32
    3.1.3 服务器端渲染节点  32-35
    3.1.4 系统工作流程  35
  3.2 并行渲染系统中的关键技术  35-46
    3.2.1 分布式渲染的分类  35-40
    3.2.2 基于OSG的分屏研究  40-41
    3.2.3 分布式渲染中的帧同步机制  41-42
    3.2.4 无缝拼接  42-45
    3.2.5 网络模式  45-46
  3.3 节点间的并行优化  46-48
    3.3.1 功能并行  47
    3.3.2 数据并行  47-48
  3.4 本章小结  48-49
4 并行绘制系统节点内部多核优化  49-59
  4.1 OpenMP并行优化设计  49-54
    4.1.1 OpenMP概述  49-51
    4.1.2 数据保护控制  51-52
    4.1.3 线程调度策略  52-53
    4.1.4 影响多线程应用程序性能因素  53-54
  4.2 节点内部并行优化  54-58
    4.2.1 并行区域分析  54-55
    4.2.2 渲染流水线并行优化  55-56
    4.2.3 循环迭代并行优化  56-57
    4.2.4 函数级并行优化  57-58
  4.3 本章小结  58-59
5 实验与结果分析  59-65
  5.1 实验环境  59-60
    5.1.1 硬件平台  59
    5.1.2 软件平台  59-60
  5.2 渲染效果与性能对比  60-64
    5.2.1 渲染效果  60-63
    5.2.2 性能对比与分析  63
    5.2.3 系统的扩展性分析  63-64
  5.3 本章小结  64-65
6 结论与展望  65-67
  6.1 本文工作总结  65-66
  6.2 进一步研究的展望  66-67
参考文献  67-69
致谢  69-70
个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 各种电子数字计算机 > 并行计算机
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