Нижегородский государственный университет им.Н.И.Лобачевского.

ЛАБОРАТОРИЯ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Факультет вычислительной математики и кибернетики

Лаборатория ITLabИсследованияПроекты 2010 г. Switch to English version  
Новости
О Лаборатории
Обучение
Исследования
Проекты 2011 г.
Проекты 2010 г.
Проекты 2003-2009 гг.
Образовательные комплексы
Семинар Лаборатории
Мероприятия
Вакансии Интел
Сотрудничество
Разработчики сайта
О нас пишут
Летняя школа 2011
Видео лекции
Клуб У.М.Н.И.К.
Имя:
Пароль:
запомнить:
Забыли пароль? Регистрация

Проекты 2010 г.

Синтез фотореалистичных изображений в реальном времени

Краткое описание

Синтез фотореалистичных изображений в реальном времени. Изучение современных инструментов параллельного программирования для центральных и графических процессоров: OpenMP, TBB, OpenCL.

Цели проекта

Перед проектом ставится три основных цели:

  1. Образование. Участники проекта – студенты различных университетов – знакомятся с современными инструментами параллельного программирования, оборудованием (представленным многоядерными CPU и GPU) и фундаментальными методами компьютерной графики для синтеза фотореалистичных изображений.
  2. Анализ имеющихся инструментов. В рамках проекта ставится задача не только изучения, но и сравнения указанных инструментов параллельного программирования на примере задач синтеза изображений (характеризуются высокой степенью параллелизма). На основе данного анализа предлагаются конкретные сценарии использования инструментов.
  3. Разработка алгоритмов синтеза реалистичных изображений в реальном времени. В рамках проекта исследуются алгоритмы трассировки лучей и фотонных карт для исполнения в реальном времени на современных многоядерных CPU и GPU. Исследуется алгоритм трассировки лучей для исполнения на современных многоядерных процессорах общего назначения, а также кластерах на основе архитектуры x86. Ставится задача реализации алгоритма трассировки лучей с учетом основных возможностей метода (отражения, преломления, прозрачности и мягкие тени). Ставится задача дополнить трассировку лучей для корректного моделирования отражающих и прозрачных объектов, которые вызывают каустики – области с резко возрастающей интенсивностью светового поля. Основой программной реализации служат инструменты OpenMP/TBB для CPU и OpenGL/OpenCL для GPU, которые являются стандартами в области графики и параллельных вычислений и обеспечивают поддержку оборудования различных производителей, а также современные оптимизирующие компиляторы (Intel Compiler, GCC, Microsoft C++ Compiler).

Коллектив

  1. Боголепов Денис (аспирант кафедры МОЭВМ, руководитель проекта)
  2. Сопин Дмитрий (студент 4-ого курса факультета ВМК ННГУ)
  3. Блохин Олег (студент 2-ого курса факультета ВМК ННГУ)
  4. Захаров Максим (студент 3-ого курса факультета ФИСТ НГТУ)
  5. Морозов Андрей (студент 6-ого курса факультета ВМК ННГУ).

Основные результаты

В результате выполнения проекта был разработан эффективный алгоритм трассировки лучей, который обеспечивает реальное время на современных CPU/GPU.

Разработан эффективный алгоритм трассировки лучей, который обеспечивает близкое к реальному время работы на современных многоядерных процессорах общего назначения для сцен средней сложности. Использование ускоряющей структуры BVH, эффективной работы с памятью (за счет применение техники Expression Templates), применение потоковых SIMD-расширений процессора (SSE2 и SSE3) и высокоэффективной модели распараллеливания (используя стандарт OpenMP 2.5 и библиотеку TBB) удалось многократно ускорить алгоритм трассировки лучей. Полученная реализация уверенно опережает популярную систему трассировки лучей – POV-Ray (Persistence of Vision Raytracer) [http://www.povray.org/]. Побочным результатом проекта является высокоэффективная математическая библиотека векторной и матричной арифметики, что подтверждается результатами экспериментов в работах [1–2].

Предложен упрощенный вариант метода фотонных карт для выполнения на GPU в реальном масштабе времени. Данный метод позволяет корректно моделировать каустики, возникающие при взаимодействии света с прозрачными или отражающими объектами. Эффективность визуализации достигается за счет разработанной “воксельной” ускоряющей структуры, которая формируется непосредственно на ГПУ средствами OpenCL. Формирование данной структуры включает в себя “воксельную” сортировку фотонов и определение для каждого вокселя индекса первого и последнего фотона. Данные задачи могут быть решены с помощью алгоритмов со сложностью O(N). Предложенный подход обеспечивает высокую скорость работы при использовании фотонных карт вплоть до 1 миллиона элементов с разрешением Full HD.

Публикации

  1. Морозов А. С. Трассировка лучей в реальном времени на многоядерном процессоре. Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах (HPC-2008). Материалы Восьмой Международной конференции-семинара. Казань, ноябрь 17-19, 2008. Труды конференции — Казань: Изд. КГТУ, 2008. - С. 241.
  2. Морозов А. С. Сравнительный анализ алгоритма трассировки лучей на системах с общей и разделяемой памятью. Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ'2009): Труды международной научной конференции (Нижний Новгород, 30 марта - 3 апреля 2009 г.). - Челябинск: Изд. ЮурГУ, 2009. - 839 с.

 


<< вернуться  |   Документ от: 23.01.2011 11:02

Новости

14.11.2015
16.10.2015
16.10.2015
14.10.2015
20.09.2015

© ITLab, Нижний Новгород,  2009