文档介绍：国防科学技术大学
硕士学位论文
基于GPU集群系统的并行绘制技术研究
姓名:王观武
申请学位级别:硕士
专业:计算机科学与技术
指导教师:曾亮
2010-11
国防科学技术大学研究生院学位论文
摘要
随着计算机图形处理硬件的持续发展,软件的不断完善,特别是 1998 年后随
着可编程图形处理单元(Programmable Graphics Processing Unit, GPU)的出现和发
展,图形绘制技术已经深入并影响着人类生产、生活各个方面。与此同时随着社
会的发展,各个应用领域也对图形绘制提出了更高的要求,特别是数据规模不断
扩大,绘制场景更加精细,单机上完成图形绘制往往达不到这个要求。因此,并
行绘制技术成为近年来的研究热点。
并行绘制技术发展迅速,许多技术得到开发,许多典型系统得到应用。其中
GPU 集群系统发展迅速,它具有强大的图形显示功能,同时又拥有一定计算能力。
本文对基于 GPU 集群的并行绘制系统的关键技术进行了深入研究,是对传统并行
绘制技术应用领域的一个扩展,完成的主要工作和取得的主要研究成果如下:
首先,提出了基于 GPU 集群的并行绘制体系结构。该体系结构充分发挥了
GPU 集群的特点,是对传统的并行绘制适用范围的一个扩展。该体系结构为典型
的 sort-last 类体系结构,同时又构建了堆叠显示的显示区域网络,对每个显示区域
进行独立的二分交换合成算法,取得了不错的性能,绘制真实感和高分辨率;同
时将GPGPU技术应用于基于 GPU 集群的并行绘制体系结构中,充分发挥现代 GPU
的各项潜能。
其次,提出了 GPU 集群上基于数据包围盒的 KD 树动态划分策略。针对静态
数据划分存在负载不平衡的问题,动态划分策略本身算法开销太大的问题,使用
基于数据包围盒的 KD 树动态划分策略,并阐述了其在 GPU 上的实现,在场景数
据分布不均匀或变化剧烈的情况下,取得较好的性能提升。
最后,研究了基于 ParaView 的并行绘制开发环境和实现了一个通用并行绘制
开发环境。ParaView 为可视化领域应用广泛的成熟的可视化平台。本文研究了利
用其功能扩展插件功能实现并行绘制的方法。该开发环境功能强大,但是修改量
太大,且性能下降较大。结合基于 GPU 集群系统的并行绘制体系结构研究和基于
数据包围盒的 KD 树动态任务划分策略研究,依据尽可能小的修改原单机绘制程
序的目标和性能尽可能高的原则,本文构建了通用的并行绘制开发环境,描述了
开发环境的实现步骤,明确了各模块的功能等。
主题词:并行绘制;GPU 集群;体系结构;负载平衡
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国防科学技术大学研究生院学位论文
ABSTRACT
With the development of hardware, theories and technologies puter graphics,
specially, the Programmable Graphics Processing Unit's appearance and development
after 1998, the technology of graphics rendering goes deep into many fields of human
being's production and life. At the same time, the progressive society keeps challenging
the technologies of graphics rendering on various aspects, for example, the more
complex and subtle dataset. A puter can’t satisfy this demand. So the parallel
rendering es an important technology to implement high performance graphics
rendering.
The parallel rendering technology is developing rapidly. New technology is
developed and a lot typical systems have been applied. In recent years, GPU cluster has
a powerful graphics rendering capabilities and putin