Preview

Труды Института системного программирования РАН

Расширенный поиск

Модель производительности графического конвейера для однопроходной схемы рендеринга динамических трехмерных сцен

https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(4)-4

Полный текст:

Аннотация

В работе рассматривается однопроходная схема рендеринга динамических трехмерных сцен с использованием современных видеокарт (GPU) и графических интерфейсов. В рамках этой схемы используются следующие методы и техники: отсечение объектов с использованием методов пространственной декомпозиции и индексирования, аппаратные проверки видимости, фрагментация и кэширование командных буферов. Для выполнения этих методов требуются значительные вычислительные ресурсы, а объем работы на этапах графического конвейера зависит от их результатов. Поэтому важно сбалансированное использование ресурсов при конвейерной обработке и передаче графических данных. Предлагается модель производительности графического конвейера применительно к задачам рендеринга динамических трехмерных сцен, позволяющая оценивать требуемые ресурсы в зависимости от применяемых базовых методов и характеристик отображаемой сцены. В отличие от существующих методов и моделей, предлагаемая модель позволяет рассчитать затраты на составление буферов команд с использованием различных техник записи, затраты на отправку, выполнение, получение результатов аппаратных проверок видимости. Выводятся формулы для расчета временных затрат в зависимости от количества проверок видимости. Предлагается метод оценки количества аппаратных проверок видимости для эффективного выполнения рендеринга динамических сцен. Проводятся вычислительные эксперименты, показывающие релевантность предложенной модели и эффективность разработанного метода при отображении больших динамических сцен.

Об авторе

Вячеслав Игоревич ГОНАХЧЯН
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Россия
младший научный сотрудник отдела системной интеграции и прикладных программных комплексов


Список литературы

1. Cohen-Or D., Chrysanthou Y. L., Silva C. T., Durand F. A survey of visibility for walkthrough applications. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, vol. 9, no. 3, 2003, pp. 412–431.

2. Airey J. Increasing Update Rates in the Building Walkthrough System with Automatic Model-Space Subdivision and Potentially Visible Set Calculations. PhD diss., University of North Carolina, Chappel Hill, 1991.

3. Teller S. J. Visibility computations in densely occluded polyhedral environments. PhD diss., University of California at Berkeley, 1992.

4. Luebke D., Georges C. Portals and mirrors: Simple, fast evaluation of potentially visible sets. In Proc. of the 1995 Symposium on Interactive 3D Graphics, 1995, pp. 105-106.

5. Durand F., Drettakis G., Thollot J., Puech C. Conservative visibility preprocessing using extended projections. In Proc. of the 27th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, 2000, pp. 239–248

6. Greene N., Kass M., Miller G. Hierarchical Z-buffer visibility. In Proc. of the 20th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, 1993, pp. 231–238.

7. Bittner J., Havran V., Slavik P. Hierarchical visibility culling with occlusion trees. In Proc. of the Computer Graphics International, 1998, pp. 207-219.

8. Coorg S., Teller S. Temporally coherent conservative visibility. Computational Geometry, vol. 12, no. 1-2, 1999, pp. 105–124.

9. Coorg S., Teller S. Real-time occlusion culling for models with large occluders. In Proc. of the 1997 Symposium on Interactive 3D Graphics,1997, pp. 83–90.

10. Hudson T., Manocha D., Cohen J., Lin M., Hoff K., Zhang H. Accelerated occlusion culling using shadow frustra. In Proc. of the 13th Annual ACM Symposium on Computational Geometry, 1997, pp 1–10.

11. Glassner A. S. Space subdivision for fast ray tracing. IEEE Computer Graphics and applications, vol. 4, no. 10, 1984, pp. 15–24.

12. Pharr M., Jakob W., Humphreys G. Physically based rendering: From theory to implementation. 3rd ed., Morgan Kaufmann, 2016, 1266 p.

13. Sudarsky O., Gotsman C. Dynamic scene occlusion culling. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, vol. 5, no. 1, 1999, pp. 13–29.

14. Morozov S., Semenov V., Tarlapan O., Zolotov V. Indexing of Hierarchically Organized Spatial-Temporal Data Using Dynamic Regular Octrees. Lecture Notes in Computer Science, vol 10742, 2018, pp. 276–290.

15. NV_occlusion_query. URL: https://www.khronos.org/registry/OpenGL/extensions/NV/NV_occlusion_query.txt, accessed 26.08.2020.

16. Bittner J., Wimmer M., Piringer H., Purgathofer W. Coherent Hierarchical Culling: Hardware Occlusion Queries Made Useful. Computer Graphics Forum, vol. 23, issue 3, 2004, pp. 615-624.

17. Mattausch O., Bittner J., Wimmer M. CHC++: Coherent Hierarchical Culling Revisited. Computer Graphics Forum. vol. 27, issue 2, 2008, pp. 221–230.

18. Guthe M., Balázs Á., Klein R. Near Optimal Hierarchical Culling: Performance Driven Use of Hardware Occlusion Queries. In Proc. of the 17th Eurographics Symposium on Rendering, 2006, pp. 207–214.

19. Gonakhchyan V.I. Efficient command buffer recording for accelerated rendering of large 3d scenes. In Proc. of the 12th International Conference on Computer Graphics, Visualization, Computer Vision and Image Processing, 2018, pp. 397–402.

20. Funkhouser T.A., Séquin C.H. Adaptive display algorithm for interactive frame rates during visualization of complex virtual environments. In Proc. of the 20th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, 1993, pp. 247–254.

21. Wimmer M., Wonka P. Rendering time estimation for real-time rendering. In Proc. of the 14th Eurographics Workshop on Rendering, 2003, pp. 118–129.

22. Weisstein, Eric W. Least Squares Fitting – Logarithmic. From MathWorld – A Wolfram Web Resource. URL: https://mathworld.wolfram.com/LeastSquaresFittingLogarithmic.html. accessed 26.08.2020.

23. Черняк А.А., Черняк Ж.А., Метельский Ю.М., Богданович С.А. Методы оптимизации: теория и алгоритмы. 2 изд., Юрайт, 2017, 357 стр. / Chernyak A.A., Chernyak Zh.A., Metelsky Yu.M., Bogdanovich S.A. Optimization methods: theory and algorithms. 2nd ed., Urait, 2017, 357 p. (in Russian).


Для цитирования:


ГОНАХЧЯН В.И. Модель производительности графического конвейера для однопроходной схемы рендеринга динамических трехмерных сцен. Труды Института системного программирования РАН. 2020;32(4):53-72. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(4)-4

For citation:


GONAKHCHIAN V.I. Performance model of graphics pipeline for single-pass dynamic 3d scene rendering scheme. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2020;32(4):53-72. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(4)-4

Просмотров: 94


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-8156 (Print)
ISSN 2220-6426 (Online)