基于Intel MIC架構的點渲染系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、計算機圖形學的發(fā)展推動著多媒體領域的飛速發(fā)展，給人們的生活帶來了巨大的變革。歸功于高性能計算的高速發(fā)展，計算機圖形學的研究能夠從簡單的光照模型轉向基于物理的光照模型。三維渲染技術在多媒體行業(yè)變得越來越重要，人們開始不斷的追求更質(zhì)量、更真實渲染效果。全局光照效果作為真實感渲染中重要的組成部分，成為了真實感渲染技術發(fā)展中的關注點。全局光照效果是指計算機三維場景的渲染過程中，需要直接光照和間接光照的影響。計算全局光照效果得到的三維場景視覺更真

2、實，細節(jié)更豐富。計算全局光照效果的算法會設計到巨大的計算過程，真實感渲染技術所需的時間和硬件空間逐漸成為了創(chuàng)作藝術產(chǎn)品的制約點。加快作品的渲染速度，縮短制作周期，成為了渲染技術中的一個關鍵問題。
　　目前研究得最多的全局光照算法主要有光線跟蹤，光子映射以及基于點的全局光照算法（Point Based Global Illumination，簡稱PBGI，又被稱為點渲染算法）。
　　點渲染算法主要被應用于電影、動漫制作等行業(yè)中

3、，它最大的優(yōu)點是能夠無噪聲的模擬出環(huán)境光遮蔽、色溢、軟陰影等特效。
　　2012年底，Intel公司推出了一款基于集成眾核架構(Many Integrated CoreArc hitecture，簡稱MIC)的至強融核產(chǎn)品，作為Xeon系列CPU的協(xié)處理器出現(xiàn)。它具有50個以上的基于X86架構的計算核心，每個核心配置了一個長達512bit的向量處理單元(Vector Processor Unit, VPU)，能夠同時處理16個單精

4、度浮點數(shù)的運算。同時，MIC架構的協(xié)處理器采用了X86架構，配備有完善的指令集，為編程帶來了極大的方便。
　　目前，包括天河二號超級計算機在內(nèi)的多臺超級計算機采用了CPU+MIC架構協(xié)處理器的方案，開發(fā)出能夠有效運行于MIC架構處理器上的點渲染算法意義巨大。
　　本文針對點渲染算法在遍歷點云層次結構樹的過程中涉及的龐大計算量，引起渲染速度慢的問題進行了研究，提出了一種基于Intel MIC架構的點渲染加速技術。通過優(yōu)化點云層

5、次結構樹、采用異步傳輸數(shù)據(jù)、在MIC端預先開辟可復用的內(nèi)存空間、修改算法以利用MIC架構協(xié)處理器的超寬向量化計算單元，使點渲染算法在MIC架構的協(xié)處理器上得到了明顯的加速。
　　本文的項目需求來源于國家“863”計劃課題《真實感動漫渲染系統(tǒng)研究與應用》，點渲染系統(tǒng)集成在山東大學自主研究的真實感渲染引擎RenderWing的渲染流水線中，是RenderWing渲染引擎的重要組成部分。本文通過修改點渲染算法，設計并實現(xiàn)了一款能夠高效運