基于DirectX集群并行渲染系统设计与实现

论文摘要

在计算机图形研究领域中,集群并行渲染是实现大规模复杂场景高分辨率实时渲染的重要技术之一。采用廉价的高性价比PCs构成的计算机集群,依靠千兆高速局域网互联,共同完成大规模图形计算中可并行化渲染任务。与商业高速图形工作站或大型机的并行高性能计算解决方案相比,有明显的低成本优势,而且还有好的兼容性以及可扩展性优点。论文针对集群并行渲染系统相关技术问题进行了探讨,分析了一些常规并行渲染系统不足之处,提出了一个混合型系统的构架与设计,并在系统核心控制算法方面做出了创新和探索性研究。主要内容有:1.深入研究了DirectX标准图形流水线技术、可编程流水线和大型场景渲染场景加速算法中常用的空间数据结构:八叉树和场景图,并学习了Ogre、Irrlicht等开源3D引擎,设计并实现了一个针对并行渲染系统的引擎。2.研究了TCP/UDP协议,采用windows socket网络编程方法,实现了系统通信架构,完成了系统应用层数据通信设计,包括应用层通信包设计及其解析方法。3.研究了常用并行渲染系统的构架及其平衡算法,给出了系统总体模块设计以及并行构架,平衡算法主要吸收了屏幕方格负载思想,提出了新思路。并行渲染系统任务分配中,利用屏幕方格实现相关算法性能提升。首先,系统搜索投影空间屏幕负载密集区;然后,在图元密集区采用深度方向负载平衡算法,其它区域执行屏幕负载二分算法;最后,分析了并行渲染系统核心算法性能和平衡影响因子,给出了简单有效的反馈方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外现状
• 1.3 研究目的与价值
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 集群并行渲染系统相关技术探讨
• 2.1 集群计算
• 2.1.1 集群计算概述
• 2.1.2 集群计算性能因子
• 2.2 图形引擎相关技术
• 2.2.1 标准图形流水线
• 2.2.2 可编程图形流水线
• 2.2.3 场景加速算法
• 2.2.3.1 八叉树
• 2.2.3.2 场景图
• 2.2.4 脚本技术
• 2.3 网络通信
• 2.4 内容小结
• 第三章 DirectX 三维集群并行渲染系统总体设计
• 3.1 系统功能分析
• 3.1.1 Client 节点
• 3.1.2 服务节点
• 3.1.3 管理节点
• 3.2 系统构架设计
• 3.3 主要功能模块总体设计
• 3.3.1 3D 渲染引擎设计
• 3.3.2 网络总体设计
• 3.3.3 系统核心管理控制设计
• 3.3.3.1 任务分配方法
• 3.3.3.2 平衡策略
• 第四章 系统实现
• 4.1 系统开发环境
• 4.2 3D 渲染引擎实现
• 4.2.1 数学库
• 4.2.2 摄像机
• 4.2.3 Shader 着色器
• 4.2.4 场景管理
• 4.2.5 RenderToTexture
• 4.2.6 Lua 脚本系统
• 4.2.7 DirectInput
• 4.2.8 DirectSound
• 4.2.9 CEGUI 嵌入
• 4.3 网络实现
• 4.3.1 硬件搭建
• 4.3.2 软件实现
• 4.3.2.1 socket 编程实现
• 4.3.2.2 数据包与包解析
• 4.4 任务划分方法与负载平衡实现
• 4.4.1 图元密集区搜索
• 4.4.1.1 实现方法
• 4.4.1.2 算法测试
• 4.4.2 负载平衡实现
• 4.4.2.1 深度方向负载平衡
• 4.4.2.2 深度方向图像合成
• 4.4.2.3 屏幕方向负载平衡
• 4.4.2.4 算法测试
• 4.4.5 反馈
• 4.5 系统实现总结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 取得的成果
• 5.2 进一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果