Автоматизация проектирования и технологической подготовки производства
Правильная ссылка на статью:
Вяткин С.И., Долговесов Б.С.
Прямой рендеринг трехмерных объектов на основе функций возмущения с использованием графических процессоров
// Программные системы и вычислительные методы.
2023. № 1.
С. 42-50.
DOI: 10.7256/2454-0714.2023.1.38263 EDN: IWRNCU URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=38263
Аннотация:
Объектом исследования является метод прямого рендеринга сложных трехмерных объектов на основе функций возмущения с применением графических процессоров, c использованием множества потоковых мультипроцессоров. Прямой рендеринг означает, что визуализация функционально заданных моделей происходит без их предварительного преобразования в другие форматы, например, в сетки треугольников.Метод исследования базируется на аналитической геометрии в пространстве, дифференциальной геометрии, теории интерполяции и теории матриц, опирается на математическое моделирование и теорию вычислительных систем. Основными выводами проведенного исследования являются: возможность прямого рендеринга функционально заданных объектов, при рендеринге важно, чтобы вычислительные процессоры не простаивали. Первая проблема, которая была решена, заключалась в том, что у разных графических процессоров разное количество потоковых мультипроцессоров. Поэтому необходимо было выбрать во время исполнения оптимальную стадию, с которой начиналась работа. Таким образом, можно частично избавиться от проблемы с неиспользуемыми вычислительными ресурсами. Вторая проблема - задача балансировки, была решена с помощью использования большого количества вычислительных процессоров. Для реализации была использована модель параллельного программирования CUDA, которая вместе с набором программных средств позволяет реализовывать программы на языке C для исполнения на графическом процессоре. Полученная в результате система визуализирует сложные функционально заданные объекты с высоким разрешением в интерактивном режиме. Исследована зависимость производительности от вычислительной мощности графических процессоров.
Ключевые слова:
функционально заданный объект, функции возмущения, конструктивная твердотельная геометрия, прямой рендеринг, графический процессор, потоковые мультипроцессоры, параллельные вычисления, модель параллельного программирования, иерархия групп потоков, ускорение вычислений
Abstract:
The object of the study is a method of direct rendering of complex three-dimensional objects based on perturbation functions using graphics processors, using a variety of streaming multiprocessors. Direct rendering means that the visualization of functionally defined models takes place without their preliminary conversion to other formats, for example, into triangle grids. The research method is based on analytical geometry in space, differential geometry, interpolation theory and matrix theory, based on mathematical modeling and the theory of computing systems. The main conclusions of the study are: the possibility of direct rendering of functionally specified objects, when rendering it is important that the computing processors are not idle. The first problem that was solved was that different GPUs have different numbers of streaming multiprocessors. Therefore, it was necessary to choose during execution the optimal stage from which the work began. Thus, you can partially get rid of the problem with unused computing resources. The second problem, the balancing problem, was solved by using a large number of computing processors. For implementation, the CUDA parallel programming model was used, which, together with a set of software tools, allows implementing programs in the C language for execution on a GPU. The resulting system visualizes complex functionally defined objects with high resolution interactively. The dependence of performance on the computing power of graphics processors is investigated.
Keywords:
acceleration of calculations, parallel programming model, hierarchy of thread groups, parallel computing, streaming multiprocessors, graphics processor, constructive solid-state geometry, direct rendering, perturbation functions, functionally defined object