并行绘制及物理仿真系统中的负载均衡及场景管理研究与实现

admin · 发表于 2022-9-25 17:21:45

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近10年来，随着图形硬件技术的飞速发展，图形绘制技术日益深入地应用到设计、数字娱乐、科学研究等各个方面，成为社会生活不可或缺的一部分。来自各个领域的应用不断从绘制速度、真实感、显示尺寸、分辨率等方面向图形绘制技术提出挑战。集群并行技术将并行理论和方法引入图形处理领域，是实现高性能图形计算的重要手段。在大规模动态复杂场景应用中，为实现实时可视化以及管理不断增加的数据集，良好的场景管理和负载均衡算法有着独特的重要性。本论文的目标为开发一个基于sort-first架构的支持大规模动态复杂场景的并行绘制及物理仿真系统。在配备Intel多核处理器和带有GPU的显卡的集群系统下实现上万动态物体和大规模场景的实时绘制。并使得物理和绘制的负载尽可能均衡。论文主要研究内容可被划分为三部分：1. 研究实现了一套动态大规模场景下的负载均衡算法。由于本系统除了绘制任务之外还包含大量的物理计算任务(含动态物体的场景管理，物体的碰撞检测等)，使得本系统的负载均衡算法和传统意义上仅考虑绘制负载得负载均衡有所不同。2. 研究实现了一套启发式屏幕划分算法、物理仿真任务划分算法以及两部分任务的发送及重组。研究内容涉及到划分算法所用的数据结构三维总面积表（3DSAT）的提出和实现，基于权值的二元动态屏幕划分算法的设计与实现，物理与绘制任务划分信息的网络传输协议的设计与实现，以及绘制子图像在拼接节点的动态重组算法。3. 研究实现了一套并行绘制及物理仿真系统中场景管理算法及物体运动状态同步机制，本文实现了一套基于八叉树的场景管理算法及物体运动状态同步机制，包括场景树的构建及场景遍历更新算法、模型的加载、调度及管理算法以及双源帧率控制算法和改进的松散八叉树替换策略。实验结果表明，本文的负载均衡和场景管理算法能较好的对物理和绘制负载进行均衡，并能对包含大规模动态物体物理仿真的场景进行有效的管理和绘制。最终实现的sort-first并行绘制和物理仿真系统能够适用于大规模动态场景的绘制和物理仿真。

并行绘制及物理仿真系统中的负载均衡及场景管理研究与实现

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