Технология синтеза программных комплексов с гибридной визуализацией Vulkan-OpenGL

В данной работе рассматривается задача встраивания компьютерной визуализации, выполняемой с помощью API Vulkan, в программные комплексы, основанные на API OpenGL. Описывается низкоуровневый гибридный подход к реализации совместной работы двух API в рамках одного приложения, а также организация и синхронизация доступа к совместно используемым ресурсам. Предлагается технология «инкапсуляции» гибридного подхода в отдельном библиотечном модуле (VK-капсуле) с высокоуровневым интерфейсом, который динамически подключается к исполняемому модулю OpenGL-комплекса (GL-визуализатору). В работе описаны методы построения и подключения интерфейса VK-капсулы, обеспечивающие минимальное вмешательство в GL-визуализатор. На основе предложенных методов и технологии был разработан прототип модульного программного комплекса, реализующего гибридную визуализацию Vulkan-OpenGL. Была проведена апробация созданного комплекса, которая подтвердила адекватность предложенных решений поставленной задаче и возможность их использования для расширения возможностей систем визуализации, построенных на базе OpenGL.

1. OpenGL - The Industry Standard for High Performance Graphics. Available at: https://www.opengl.org/, accessed 13.07.2023.

2. Михайлюк М.В., Мальцев А.В., Тимохин П.Ю., Страшнов Е.В., Крючков Б.И., Усов В.М. Система виртуального окружения VirSim для имитационно-тренажерных комплексов подготовки космонавтов. Пилотируемые полеты в космос, № 4(37), 2020 г., стр. 72-95. DOI: 10.34131/MSF.20.4.72-95. / Mikhaylyuk M.V., Maltsev A.V., Timokhin P.Yu., Strashnov E.V., Kryuchkov B.I., Usov V.M. The VirSim Virtual Environment System for the Simulation Complexes of Cosmonaut Training. Pilotiruemye polety v kosmos / Manned Spaceflight, № 4(37), 2020, pp. 72-95 (in Russian). DOI: 10.34131/MSF.20.4.72-95.

3. ParaView - Open-source, multi-platform data analysis and visualization application. Available at: https://www.paraview.org/, accessed 13.07.2023.

4. Avogadro - Free cross-platform molecule editor and visualizer. Available at: https://avogadro.cc/, accessed 13.07.2023.

5. UNIGINE: real-time 3D engine. Available at: https://unigine.com/, accessed 13.07.2023.

6. NVIDIA RTX platform. Available at: https://developer.nvidia.com/rtx, accessed 13.07.2023.

7. Vulkan - a cross-platform industry standard for 3D graphics and computing. Available at: https://www.vulkan.org/, accessed 13.07.2023.

8. VulkanSceneGraph (VSG), Vulkan & C++17 based Scene Graph Project. Available at: https://vsg-dev.github.io/vsg-dev.io/, accessed 13.07.2023.

9. Фролов В.А., Санжаров В.В., Галактионов В.А., Щербаков А.С. Автоматизация разработки на Vulkan: предметно-ориентированный подход. Труды ИСП РАН, том 33, вып. 5. 2021 г., стр. 181-204. DOI: 10.15514/ISPRAS-2021-33(5)-11 / Frolov V.A., Sanzharov V.V., Galaktionov V.A, Scherbakov A.S. Development in Vulkan: a domain-specific approach. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 33, issue 5, 2021, pp. 181-204 (in Russian). DOI: 10.15514/ISPRAS-2021-33(5)-11.

10. Тимохин П.Ю., Михайлюк М.В. Рендеринг детализированных полей высот в реальном времени с использованием аппаратного ускорения трассировки лучей. Труды 32-й Международной конференции по компьютерной графике и машинному зрению (GraphiСon 2022), Рязань, 19-22 сентября 2022 г., стр. 124-135. DOI: 10.20948/graphicon-2022-124-135 / Timokhin P.Yu., Mikhaylyuk M.V. Real-time Rendering of Detailed Height Fields Using Hardware-based Ray Tracing Acceleration. In Proceedings of the 32th International Conference on Computer Graphics and Vision (GraphiCon 2022), Ryazan, Russia, September 19-22, 2022, pp. 124-135 (in Russian). DOI: 10.20948/graphicon-2022-124-135.

11. Lefrançois M.-K. OpenGL Interop. NVIDIA DesignWorks Samples. Available at: https://github.com/nvpro-samples/gl_vk_simple_interop, accessed 13.07.2023.

12. Lefrançois M.-K. OpenGL Interop – Raytracing. NVIDIA DesignWorks Samples. Available at: https://github.com/nvpro-samples/gl_vk_raytrace_interop, accessed 13.07.2023.

13. Vulkan Samples, OpenGL interoperability, The Khronos Group. 2020-2023. Available at: https://github.com/KhronosGroup/Vulkan-Samples/tree/main/samples/extensions/open_gl_interop, accessed 13.07.2023.

14. Wong U., Whittaker W., Jones H., Whittaker R. NASA Planetary Pits and Caves Analog Dataset. December 2014. Available at: https://ti.arc.nasa.gov/dataset/caves/, accessed 13.07.2023.