分布式虚拟环境：虚拟现实的基础理论、算法及实现项目结题报告（分布并行图形绘制技术及系统）

973项目结题报告 项目名称:虚拟现实的基础理论、算法及实现 课题编号:2002CB312105 课题名称:分布式虚拟环境 子课题名称:分布并行图形绘制技术及系统 子课题负责人:石教英

973项目结题报告 项目名称：虚拟现实的基础理论、算法及实现 课题编号：2002CB312105 课题名称：分布式虚拟环境 子课题名称：分布并行图形绘制技术及系统 子课题负责人：石教英

研究任务 研究规模可扩展的高性能分布并行图形绘制 体系结构、绘制流水线组织和负载平衡算法。 研究多种高性能分布并行图形绘制加速算法。 研究支持异构大规模场景数据的实时绘制技 术,以及高效的分布仿真与并行绘制系统的 集成技术 ·研究高分辨率分屏显示技术

研究任务 • 研究规模可扩展的高性能分布并行图形绘制 体系结构、绘制流水线组织和负载平衡算法。 • 研究多种高性能分布并行图形绘制加速算法。 • 研究支持异构大规模场景数据的实时绘制技 术，以及高效的分布仿真与并行绘制系统的 集成技术。 • 研究高分辨率分屏显示技术

分布式虚拟环境图形绘制特点 ·场景规模大,场景对象数据类型复杂,绘制能力 要求高。 ·仿真系统与图形绘制存在两套数据结构,数据管 理复杂。 多以高分辨率投影墙作为观察终端,绘制数据量 大、显示分辨率高、任务划分方式相对固定。 ·具有广泛的分布特征,如数据来源、参与用户 仿真计算节点、终端显示节点等。 要求较高的硬软件通用性

分布式虚拟环境图形绘制特点 • 场景规模大，场景对象数据类型复杂，绘制能力 要求高。 • 仿真系统与图形绘制存在两套数据结构，数据管 理复杂。 • 多以高分辨率投影墙作为观察终端，绘制数据量 大、显示分辨率高、任务划分方式相对固定。 • 具有广泛的分布特征，如数据来源、参与用户、 仿真计算节点、终端显示节点等。 • 要求较高的硬软件通用性

研究成果 、新型并行绘制体系结构 动态绘制组 复式嵌套并行绘制流水线 基于节点迁移的负载平衡策略 ·优点:扩展性能好,适应负载变化能力强, 负载平衡开销小,速度快

研究成果 一、新型并行绘制体系结构 – 动态绘制组 – 复式嵌套并行绘制流水线 – 基于节点迁移的负载平衡策略 • 优点：扩展性能好，适应负载变化能力强， 负载平衡开销小，速度快

研究成果 动态绘制组DRT 本体系结构的基本绘制功能单元由数目可变的 PC节点组成,便于动态调节其运算能力 DRT omposer Projector DRT 主 DRT Composer / - Projector Screen l screen ⑤b6-( DRT Composer Screen 3liscreen DRT F Composer protector y Tile Projector Display of 2×2

研究成果 • 动态绘制组DRT – 本体系结构的基本绘制功能单元由数目可变的 PC节点组成，便于动态调节其运算能力

研究成果 复式嵌套并行绘制流水线 灵活的绘制流水线组织方式 动态绘制组之间:sort- first 动态绘制组内部: sort-first和 sort -last切换 evel-2 parallel Screenl Screen 2 evel-2 parallel vel-2 parallel Screen 3 Screen 4 ILevel-2 parallel

研究成果 • 复式嵌套并行绘制流水线 – 灵活的绘制流水线组织方式 – 动态绘制组之间：sort-first – 动态绘制组内部：sort-first 和sort-last 切换

研究成果 基于节点迁移的负载平衡策略 检测帧速率判别 负载量变化。 控制节点模块 节点迁移监理 节点迁移管理 启动基于节点迁| 移的负载平衡流上 主节点模块 程动态调节绘伟 屏幕划分 任务量划分 单元PC节点数 节点迁移 从节点模块 任务获取 任务分布 绘制

研究成果 • 基于节点迁移的负载平衡策略 – 检测帧速率判别 负载量变化。 – 启动基于节点迁 移的负载平衡流 程动态调节绘制 单元PC节点数

研究成果 二、集成多种图形绘制加速技术 基于预测的可见性剔除 并行网格简化与并行多分辨率构建。 存储访问优化技术。 面向并行绘制的网格压缩和条带化技术。 优点:支持大规模虚拟场景的实时绘制, 提高并行图形绘制系统的交互性能

研究成果 二、集成多种图形绘制加速技术 – 基于预测的可见性剔除。 – 并行网格简化与并行多分辨率构建。 – 存储访问优化技术。 – 面向并行绘制的网格压缩和条带化技术。 • 优点：支持大规模虚拟场景的实时绘制， 提高并行图形绘制系统的交互性能

研究成果 基于预测的可见性剔除 利用硬件遮挡查询, visible prediction 利用可见性的时空 occludecounter -1 visiblecounter-1 连贯性减少查询次 zero zero 数,利用分层缓冲 occlusion query 区减少排序代价, update prediction 实时遮挡剔除效率 ves occluded> no 最高可达99%。 set occludecounter set visiblecounter

研究成果 • 基于预测的可见性剔除 – 利用硬件遮挡查询， 利用可见性的时空 连贯性减少查询次 数，利用分层缓冲 区减少排序代价， 实时遮挡剔除效率 最高可达99％

研究成果 并行网格简化 基于网格分割和基于网格流的并行简化方法 基于基准网格简化测试的资源管理和任务分配 24节点PC集群的简化加速比最高可达19:1 Controller distribute input buffer output buffer PCo molm1lm2 llect input buffer tput buff PC

研究成果 • 并行网格简化 – 基于网格分割和基于网格流的并行简化方法 – 基于基准网格简化测试的资源管理和任务分配 – 24节点PC集群的简化加速比最高可达19：1