[發(fā)明專利]一種降低并行光柵化所需存儲空間和傳輸帶寬的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910195166.2
• 申請日: 2009-09-04
• 公開（公告）號: CN101645174A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳元林;湯心溢;于洋;林曉敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭 英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機體系結(jié)構(gòu)與并行處理技術(shù)，具體是指一種降低并行光柵化中所需存儲空間和傳輸帶寬的方法。它應(yīng)用在基于多個處理器并行處理的紅外單目標(biāo)動態(tài)場景仿真系統(tǒng)中的并行光柵化步驟中。

背景技術(shù)

紅外單目標(biāo)動態(tài)場景仿真系統(tǒng)是一種應(yīng)用前景廣泛的技術(shù)，它利用計算機圖形學(xué)的方法，模擬生成各種條件下的高保真動態(tài)紅外場景圖像，用于代替紅外探測器組件給后端信號處理系統(tǒng)傳送紅外場景數(shù)據(jù)，為紅外系統(tǒng)的性能評價和改進提供分析依據(jù)。

紅外單目標(biāo)動態(tài)場景仿真系統(tǒng)包括：坐標(biāo)變換、紅外目標(biāo)輻射度計算、投影裁剪、光柵化、場景圖像合成等步驟。在實際應(yīng)用中，對紅外單目標(biāo)動態(tài)場景仿真系統(tǒng)有實時性能的要求。

其中光柵化步驟是將已經(jīng)投影在二維成像平面的圖元(簡稱“待繪制圖元”)在二維成像平面繪制出來。光柵化步驟具有運算量大、占用存儲器空間大的特點，需要多個處理器并行處理，是提高整個系統(tǒng)實時性能的關(guān)鍵步驟。多個處理器并行對“待繪制圖元”進行光柵化，稱為并行光柵化。并行光柵化的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

傳統(tǒng)的并行光柵化主要是針對復(fù)雜的三維場景提出的，有兩種方法：

方法一是將“待繪制圖元”平均分配到各個處理器進行光柵化，負載平衡性能好；但每個處理器需要保存整個成像像元平面的每個像素的灰度緩存和深度緩存的存儲空間，并全部傳輸給后端的圖像合成處理器。該方法對并行光柵化和圖像合成處理器的存儲器空間和傳輸帶寬要求高。

方法二是將成像平面按照一定規(guī)則劃分成多個區(qū)域，每個處理器分別負責(zé)一個區(qū)域的光柵化，每個處理器只需將落入該區(qū)域的“待繪制圖元”光柵化；最后并行光柵化處理器將各個區(qū)域圖像傳輸給后端圖像。該方法占用的存儲空間和傳輸帶寬要求較小；但由于每個區(qū)域落入的“待繪制圖元”個數(shù)不一致，導(dǎo)致各個處理器的負載不一致，負載平衡能力差，并行光柵化的運算時間由負載最重的處理器決定，使得并行光柵化的運算時間難以控制，難以保證實時性能，所以較少不采用。

方法一中所述的并行光柵化方法，由于其負載平衡性能好，可以保證并行光柵化的運算時間，在實際的紅外單目標(biāo)動態(tài)場景仿真系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。然而該方法的性能瓶頸在于其對存儲空間和帶寬的提出了較高的要求。舉例如下：成像平面分辨率為512*512，每個像素的灰度緩存和深度緩存各用32bit表示，并行光柵化處理器個數(shù)為4個，圖像合成處理器個數(shù)為1個，場景仿真速率為50幀/秒。并行光柵化處理器存儲一幀圖像需要存儲空間為：512*512*32*2＝16Mbit；光柵化處理器的傳輸帶寬要求達到800MBit；圖像合成處理器的帶寬更是要求達到3.2Gbit/s。

對于方法一中所述的并行光柵化方法，隨著成像平面分辨率和仿真速率的不斷提高，并行光柵化和圖像合成處理器的存儲空間和傳輸帶寬將成為整個系統(tǒng)性能提高的最大制約因素。因此，尋找一種減少存儲空間和傳輸帶寬的方法，對于提高系統(tǒng)性能，具有重要意義。

注意到：在實際的紅外單目標(biāo)動態(tài)場景仿真系統(tǒng)中，紅外目標(biāo)雖然可能在成像平面空間的任意位置；但每一時刻，紅外目標(biāo)并不會覆蓋整個成像平面，它只占據(jù)成像平面的一部分，這一部分的成像平面稱之為有效成像平面。有效成像平面之外的區(qū)域，并行光柵化處理器不需要提供存儲空間，圖像合成處理器也不需要接收該緩存的存儲空間。因此，并行光柵化處理器和圖像合成處理器只需要保存有效成像平面的圖像像素緩存和深度緩存；只需要傳輸有效成像平面的兩個緩存的存儲容量。如果可以檢測出有效成像平面的位置，就可以減小并行光柵化步驟中對存儲空間和傳輸帶寬需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種應(yīng)用在紅外單目標(biāo)動態(tài)場景仿真系統(tǒng)中的并行光柵化步驟中的存儲空間和傳輸帶寬降低方法。

本發(fā)明方法包括以下步驟，發(fā)明方法的算法流程圖如圖2所示：

(1)將紅外目標(biāo)的模型，用一個長方體V的8個頂點近似表示。該步驟可以在系統(tǒng)工作之前預(yù)先完成，且對于每個紅外目標(biāo)模型只需運行一次，因此不占用仿真系統(tǒng)運行時間。具體算法如下：

a)設(shè)立目標(biāo)特征坐標(biāo)系為O_xyz，坐標(biāo)原點取在目標(biāo)模型的質(zhì)心。將紅外目標(biāo)模型分成若干個三角形面元，每個面元用3個三維頂點坐標(biāo)表示；