Эффективные алгоритмы распараллеливания процедуры рендеринга при формировании реалистических изображений

Романюк А.Н., доцент, к.т.н.

Винницкий государственный технический университет (Украина)

Для многих современных приложений, таких как виртуальная реальность, научная визуализация, синтез фотографических изображений требуется графическая производительность, превосходящая возможности современных вычислительных машин. Сети рабочих станций или даже суперкомпьютеры оказываются не в состоянии формировать реалистические изображения с необходимой производительностью в реальном масштабе времени [1,2].

Распараллеливание процесса рендеринга является одним из возможных способов решения поставленной задачи на существующей материально-технической базе.

Известные подходы к распараллеливанию процесса рендеринга отражают глобальный подход к проблеме: они генерируют полноэкранное изображение путём композиции сформированных частей сложной сцены, либо "склейкой" полных изображений частей экрана, то есть одновременно формируют различные фрагменты одного изображения [1,2,3].

На этапе конечной визуализации (рендеринг) геометрическая информация трансформируется в элементы изображения. На этом этапе учитываются и отображаются свойства материалов, текстур, освещение, прозрачности. На яркость видимых точек изображения влияют различные параметры и факторы: расстояние к источнику света, расстояние к точке зрения, углы наклона поверхностей относительно источника света и точки зрения, спектральные характеристики источника света, отбивные свойства поверхности, нелинейности в системе отображения и пр.

На практике вполне приемлемые графические изображения получают упрощенными методами, которые не учитывают точно все физические и психофизиологические факторы.

Повышения производительности рендеринга можно достичь за счет:

1. интеграции существующих методов в единый мощный алгоритм, в котором были бы задействованы все методы ускорения производительности;
2. разработки новых, более быстрых алгоритмов рендеринга;
3. распараллеливания процедуры рендеринга;
4. аппаратной реализации алгоритмов нижнего уровня рендеринга.

К числу наиболее важных и распространенных процедур рендеринга относят закраску элементов изображения, к производительности которой предъявляются повышенные требования. Непосредственно процессу закраски предшествует триангуляция полигональной области. Такая процедура позволяет в дальнейшем, с применением линейного интерполирования, легко рассчитать интенсивности света каждого составного пикселе как внутри, так и на ребрах треугольника. В качестве элементарных полигонов треугольники используются чаще других из-за простоты их геометрии и расчетных формул. Актуальным вопросом триангуляции является задача нахождения оптимального соотношения размеров треугольников, на которые разбивается исходный объект, что в конечном итоге обеспечивает сбалансированную загрузку рендеров.

В случаях, когда вычислительной мощности одного процесса рендеринга не достаточно, используют параллельный рендеринг.

Существующие подходы к реализации параллельного рендеринга основаны на: — композиции изображений, при которой каждый процесс рендеринга генерирует полноэкранное изображение части сложной сцены, а полное изображение получается наложением частичных изображений; &mdas; разделение экрана, когда каждый процесс рендеринга генерирует полное изображение части экрана, а изображение всего экрана получается "склейкой" всех частичных изображений.

Литература

1. В. Штрассер, А. Шиллинг, Г. Книттель Архитектуры высокопроизводительных графических систем// Открытые системы, №5(13), 1995г., стр 53-60.
2. В. Гилой, Г. Расселер Новые стандарты высокореалистичного рендеринга в реальном времени// Открытые системы, №5(13), 1995г., стр 35-44.
3. Molnar S., Eyles J., etc.: PixelFlow - High-Speed Rendering Using Image Composition,SIGGRAPH'92.