[發明專利]用一組并行運行的計算資源模擬3D場景的方法、程序和系統

有效

• 申請號: 201710917902.5
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107885599B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: M·布爾克納福德;P·R·F·貝爾曼斯
• 申請（專利權）人: 達索系統公司
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06T1/20;G06T19/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉瑜;王英

本發明顯著地涉及用于對3D場景進行模擬的計算機實現的方法。模擬是利用一組并行運行的計算資源來執行的。該方法包括：將3D場景劃分成多個分區。每個分區被確定大小為滿足該組中的一個計算資源的實時計算約束。該方法包括：將多個分區中的每個分區分配給計算資源；計算每個計算資源的負載的估值，并且確定一個或多個計算資源是否過載或欠載；針對每個分區，計算分區對于該分區被分配給的計算資源的負載的貢獻；將過載或欠載的計算資源的一個或多個分區重新分配給另一計算資源，重新分配因利用組合優化算法計算出的分區的貢獻而產生。

技術領域

本發明涉及計算機程序和系統的領域，以及更具體地，涉及利用一組并行運行的計算資源來模擬3D場景的方法、系統和程序。

背景技術

3D模擬在過去的三十年中在各種且大量受眾的用戶中得到了巨大成功：從對處于設計階段的系統在現實中表現如何進行驗證的工程師，到探索或展示理論概念的科學家，再到玩視頻游戲或享受3D動畫片的一般公眾。3D模擬在過去的三十年中得到許多演變，并且仍然具有增長的勢頭。這是為了回應受眾對于更復雜且更真實的行為(多剛體動力學、人體模擬、織物模擬、粒子模擬...)的需求，以用于更廣泛的群體和對象類型，以及更廣泛的規模。

3D模擬必須滿足實時需求，更具體地，這在視頻游戲產業中是通過開發用于支持大量用戶在大規模虛擬世界中進行交互的特定技術而發起的。必須隨時向連接的用戶提供實時響應，而不管用戶的數量如何，并且不管由解決和顯現應用而引起的計算成本。

大型多用戶在線應用(MMO)允許大量用戶同時使用諸如真實世界現象模擬器、沉浸式應用等的應用。類似地，大型多用戶在線游戲(MMOG)允許大量游戲玩家同時玩視頻游戲。MMO和MMOG顯著地依賴計算機網絡(例如，互聯網)，以允許用戶或玩家連接到應用或視頻游戲。貫穿本說明書，詞語“應用”和“視頻游戲”將被理解為是同義的，并且術語MMO和MMOG將無差別地使用。

MMO涉及復雜且龐大的虛擬環境，期望該虛擬環境以盡可能多的細節、盡可能接近實時地顯現，以便于向用戶或游戲玩家提供更真實的體驗。MMO專門設計用于3D場景的表示和操縱，并且典型地在終端用戶的計算機上用于需要交互的、連續的、實時的3D場景生成的應用。當用戶與3D場景進行交互時，計算機足夠快速地重繪3D表示，以向用戶傳達用戶正在其中參與的持續的、不間斷的現實的感覺。場景由許多分離的對象組成，這些對象能夠由用戶在與3D場景交互時進行操縱。因此，MMO涉及大數據量，一般需要高數據速率和高數據復雜度，以便于對在空間復雜且高度詳細的虛擬環境中實時參與的大量用戶進行管理。

MMO典型地用于在計算機模型內模擬真實世界現象；例如，多剛體動力學、人體模擬、織物模擬、粒子模擬。模擬需要描述真實世界現象的準確的數據和算法，例如，在制造過程中使用的材料以及用于創建過程的模擬和使用中的產品的模擬的產品的物理性質(強度、彈性等)。3D?CAD/CAM(計算機輔助設計、計算機輔助制造)工具允許創建產品或部件零件的3D表示。MMO也被稱為3D體驗，即，其中工程師研究對象的行為的虛擬環境；典型地，所模擬的環境是工業環境。

MMO正如MMOG，必須是可擴展的，以便動態地適應永久變化的工作負載，從而維持實時性能。可擴展性顯著地包括能夠同時使用應用的用戶的數量，用于對模擬進行計算的計算資源的數量，應用所允許的3D場景中的對象之間的同時交互的數量等。

對于MMOG，用戶的數量以及所有包含的動態對象的位置屬性和圖形屬性可能顯著地變化。盡管如此，在游戲開始之前，針對所有類型的動態對象設置一次周圍布景，并且所支持的行為類別是預定義的。換言之，MMOG中的3D場景包括強烈地限制計算資源的需求的多個預確定的特性；從而改進可擴展性。因此，預測計算資源的需求是可能的。

相反，對于先進的MMO，3D場景的布景和群體類型能夠演變并且豐富，特別是在應用正在運行時。實際上，MMO旨在對真實世界現象進行模擬，其中，對象的行為是動態的并且排除預定義的行為類。因此，MMO中的3D布景不能像MMOG那樣使用預定義的特性。