[發明專利]一種并行繪制中進行圖像合成的方法

有效

• 申請號: 202010766968.0
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112116683B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 畢重科;潘沛儒;侯敏;鄧亮;王昉;王岳青
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T11/60
• 分類號: G06T11/60
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 韓帥

本發明公開了一種并行繪制中關于圖像合成的方法，包括：根據不同圖像分辨率進行實驗得出最優分組(m,k)表；根據最優分組(m,k)表對多個節點進行最優分組；在組內通過m叉樹進行圖像合成；組間之間通過BinaryTree方式合成最終圖像；本發明中提到的圖像合成mSwap方法對現有的圖像合成策略進行優化結合，根據現有的圖像和(m,k)表對各個節點進行分組并找出各個節點最佳處理情況，充分利用了每個節點的性能，在一定程度上提高了各個節點的利用率；在最后，采用Binary Tree方式進行合成最終圖像，避免了圖像采集的過程；mSwap圖像合成策略不但可以減少通信成本，并且也更加適用于大規模圖像合成。

技術領域

本發明涉及并行繪制中關于圖像合成的策略，尤其涉及一種并行繪制中進行圖像合成的方法。

背景技術

隨著科學研究和工程設計的不斷發展，數據的規模越來越大。因此，如何能快速的、準確地表現大量的數據并且實現對大規模數據的可視化，對傳統的繪制方法提出挑戰。并行繪制(ParallelRenderring)技術是一種運用集群環境系統進行圖形繪制的技術，是能夠有效的解決這一挑戰的方法之一。并行繪制，就是利用多個圖形繪制節點或者多條圖形繪制流水線，在有限的條件下使它們同時發揮繪制能力完成繪制的任務。圖形繪制流水線通常由2個階段組成：幾何處理和光柵化。幾何處理階段就是將一個三角形從三維物理空間映射到二維圖像空間。光柵化階段是將處理后的三角形轉化成像素顯示最終屏幕上。因此，并行繪制技術通常用來作為集群環境中的圖形繪制技術，利用集群環境的優勢，進行資源的整合并在一定程度下緩解大量數據所帶來的圖形繪制壓力。

在并行繪制中，各個節點可以并行的進行圖像繪制，但是由于是并行繪制，所以各個圖像是無序的保存在各個節點上，需要對這些分結果進行排序得到最終圖像。因此，并行繪制的體系結構目前可以根據排序發生的位置不同分為 Sort-first、Sort-middle、Sort-last三種。

采用Sort-first并行繪制模式時，首先需要將屏幕空間進行劃分，建立起屏幕塊和各個節點之間的一一對應關系，然后各個節點只負責此節點所對應的屏幕塊。在Sort-middle并行繪制模式中，將在幾何流水線階段后產生的圖像空間的幾何圖元按照屏幕塊區域進行歸類排序，之后各個節點只對屬于自己屏幕區域的幾何圖元進行光柵化處理。在Sort-last并行繪制模式中，各個處理器只繪制部分原始圖元數據，并且得出完整的圖像并輸出。當各個節點各自完成繪制后，需要將所得到的圖像輸出結果按照像素深度進行排序合成，得到最終的圖像。

Sort-first繪制模式的主要瓶頸在于流水線之前的幾何圖元的排序過程，尤其是在大規模的繪制情況下，場景較為復雜，在各個節點進行原始幾何圖元的傳輸將十分影響繪制的性能，因此Sort-first并行繪制模式僅適用于規模較小的場景繪制。對于Soft-middle來說，由于幾何處理流水線與光柵化處理過程以硬件的方式結合緊密，因此目前很難使其在硬件平臺上實現。Sort-last繪制模式是三種繪制模式中數據可拓展性最好的一種，適合于大規模數據、場景復雜的并行繪制過程。然而Sort-last的主要瓶頸就在圖像合成階段，由于每繪制一幀都需要進行一次圖像的合成，因此圖像合成性能的成本時間將直接決定該方法的好壞。

并行繪制過程中的圖像合成策略已有近三十多年的研究歷史，在最開始的串行合成方法和樹形合成方法之后，已經出現了很多更好的合成策略。其中最經典和最具有代表性的圖像合成算法是Binary Swap算法和Direct Send算法。為了充分發揮Binary Swap和Direct Send算法各自的優勢，后續也出現了許多改進型的并行圖像合成算法。如2-3Swap合成策略、Radix-k合成策略以及 234分組合成策略。這些算法都具有各自的優勢，也分別適用于不同的環境中。