基于Intel MIC架構(gòu)的點(diǎn)渲染系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā).pdf

1、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展推動(dòng)著多媒體領(lǐng)域的飛速發(fā)展，給人們的生活帶來(lái)了巨大的變革。歸功于高性能計(jì)算的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究能夠從簡(jiǎn)單的光照模型轉(zhuǎn)向基于物理的光照模型。三維渲染技術(shù)在多媒體行業(yè)變得越來(lái)越重要，人們開(kāi)始不斷的追求更質(zhì)量、更真實(shí)渲染效果。全局光照效果作為真實(shí)感渲染中重要的組成部分，成為了真實(shí)感渲染技術(shù)發(fā)展中的關(guān)注點(diǎn)。全局光照效果是指計(jì)算機(jī)三維場(chǎng)景的渲染過(guò)程中，需要直接光照和間接光照的影響。計(jì)算全局光照效果得到的三維場(chǎng)景視覺(jué)更真

2、實(shí)，細(xì)節(jié)更豐富。計(jì)算全局光照效果的算法會(huì)設(shè)計(jì)到巨大的計(jì)算過(guò)程，真實(shí)感渲染技術(shù)所需的時(shí)間和硬件空間逐漸成為了創(chuàng)作藝術(shù)產(chǎn)品的制約點(diǎn)。加快作品的渲染速度，縮短制作周期，成為了渲染技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
　　目前研究得最多的全局光照算法主要有光線跟蹤，光子映射以及基于點(diǎn)的全局光照算法（Point Based Global Illumination，簡(jiǎn)稱(chēng)PBGI，又被稱(chēng)為點(diǎn)渲染算法）。
　　點(diǎn)渲染算法主要被應(yīng)用于電影、動(dòng)漫制作等行業(yè)中

3、，它最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠無(wú)噪聲的模擬出環(huán)境光遮蔽、色溢、軟陰影等特效。
　　2012年底，Intel公司推出了一款基于集成眾核架構(gòu)(Many Integrated CoreArc hitecture，簡(jiǎn)稱(chēng)MIC)的至強(qiáng)融核產(chǎn)品，作為Xeon系列CPU的協(xié)處理器出現(xiàn)。它具有50個(gè)以上的基于X86架構(gòu)的計(jì)算核心，每個(gè)核心配置了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)512bit的向量處理單元(Vector Processor Unit, VPU)，能夠同時(shí)處理16個(gè)單精

4、度浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算。同時(shí)，MIC架構(gòu)的協(xié)處理器采用了X86架構(gòu)，配備有完善的指令集，為編程帶來(lái)了極大的方便。
　　目前，包括天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)在內(nèi)的多臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)采用了CPU+MIC架構(gòu)協(xié)處理器的方案，開(kāi)發(fā)出能夠有效運(yùn)行于MIC架構(gòu)處理器上的點(diǎn)渲染算法意義巨大。
　　本文針對(duì)點(diǎn)渲染算法在遍歷點(diǎn)云層次結(jié)構(gòu)樹(shù)的過(guò)程中涉及的龐大計(jì)算量，引起渲染速度慢的問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了一種基于Intel MIC架構(gòu)的點(diǎn)渲染加速技術(shù)。通過(guò)優(yōu)化點(diǎn)云層

5、次結(jié)構(gòu)樹(shù)、采用異步傳輸數(shù)據(jù)、在MIC端預(yù)先開(kāi)辟可復(fù)用的內(nèi)存空間、修改算法以利用MIC架構(gòu)協(xié)處理器的超寬向量化計(jì)算單元，使點(diǎn)渲染算法在MIC架構(gòu)的協(xié)處理器上得到了明顯的加速。
　　本文的項(xiàng)目需求來(lái)源于國(guó)家“863”計(jì)劃課題《真實(shí)感動(dòng)漫渲染系統(tǒng)研究與應(yīng)用》，點(diǎn)渲染系統(tǒng)集成在山東大學(xué)自主研究的真實(shí)感渲染引擎RenderWing的渲染流水線中，是RenderWing渲染引擎的重要組成部分。本文通過(guò)修改點(diǎn)渲染算法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款能夠高效運(yùn)