三維地形場景并行渲染技術研究

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1、三維地形場景并行渲染技術研究【摘要】在科學技術不斷創(chuàng)新和廣泛應用的影響下，三維地形場景并行渲染技術不僅能夠?qū)Φ匦螖?shù)據(jù)進行有效分析，而且能夠保證并行數(shù)據(jù)調(diào)度機制的合理運行，本文對三維地形場景并行渲染技術進行分析，并且對其當前應用過程中存在的問題進行研宄?！娟P鍵詞】三維地形場景并行渲染技術研宄當前在我國科學技術不斷快速發(fā)展以及更新的影響下，現(xiàn)代測繪以及遙感技術的發(fā)展空間越來越大，空間數(shù)據(jù)的獲取數(shù)量相比之前有了一定程度的增長，而我國已經(jīng)逐漸向數(shù)字化社會時代發(fā)從目前的整體形勢來看，我國當前已經(jīng)從數(shù)字城市逐漸到數(shù)字中國，甚至到數(shù)字地球，地形數(shù)據(jù)都在保持不斷

2、增長的狀態(tài)，而現(xiàn)如今，如何切實有效的實現(xiàn)大規(guī)模的三維地形場景高性能渲染技術是非常重要的問題之一，實現(xiàn)三維地形場景并行渲染技術不僅能夠建立虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)，而且能夠建立有關三維地理信息的系統(tǒng)等等，這些技術性的問題都是當前非常重要的內(nèi)容。雖然已經(jīng)有很多學者對高檔圖形工作站的三角形進行實時的繪制，但是由于地形的數(shù)據(jù)數(shù)量相當?shù)凝嫶螅渥陨淼膬?nèi)存管理以及實時繪制能夠都不能夠滿足地形數(shù)據(jù)的需求，所以地形場景高性能渲染技術的研宄需要更加的深入。一、地形場景高性能渲染技術地形場景高性能渲染技術在實際的應用過程中，主要是根據(jù)兩個方面來進行，首先，地形場景高性能渲染技

3、術需要通過對地形場景的實際數(shù)據(jù)進行合理的組織以及調(diào)度，在保證瀏覽效果的同時，能夠切實有效的控制參與渲染的數(shù)據(jù)量，從根本上對其形成嚴格的控制；另外地形場景的高性能渲染技術是采用加速渲染的手段來進行，這樣有效的增加單位時間內(nèi)三維地形的整體場景數(shù)據(jù)處理量，從而保證數(shù)據(jù)的處理效率和處理質(zhì)量。地形場景高性能渲染技術在簡化地形場景數(shù)據(jù)量的方面，一主要是利用LOD的方式來進行，LOD方式可以說是當前大規(guī)模條件下三維地形場景渲染的重點研宄項目之一，而在實際的應用過程中，加速渲染主要是利用軟硬件的加速來實現(xiàn)其自身的加速，比如GPU加速技術、儲存訪問優(yōu)化技術等等，其

4、中還包括并行渲染技術，而在各種各樣的技術當中，并行渲染技術可以說是軟件加速方法當中最重要的組成部分之一，也是不可缺少的一項技術［1］。、并行渲染的分類和實現(xiàn)平臺2.1并行渲染的分類體系2.1.1基于數(shù)據(jù)調(diào)度和功能實現(xiàn)方式的分類分析在計算機圖形學當中的并行渲染技術主要是為了能夠給三維地形提供渲染理論和技術基礎，而在實際的應用過程中，并行渲染的數(shù)據(jù)算法主要分為兩種，一種是數(shù)據(jù)并行算法，而另外一種則是功能并行算法。并行渲染的數(shù)據(jù)并行算法主要是在實際的計算過程中將模型數(shù)據(jù)劃分成為多個數(shù)據(jù)流，之后給每一個數(shù)據(jù)流都分配相對應的圖形處理單元，這樣保證每一個數(shù)據(jù)

5、流都能夠執(zhí)行繪制任務，保證多個繪制過程共同執(zhí)行的效果，在多個繪制過程共同實現(xiàn)的過程中，不僅包括對象并行，而且還包括圖形并行，這樣能夠有效的提高繪制效率，并且能夠保證繪制質(zhì)量。而并行渲染的另外一個算法是功能并行算法，這種算法主要是將繪制流水線進行有效的分解，并且分解成不同的執(zhí)行模塊，在實際的操作過程中，各個模塊可以順序性的處理各種各樣不同的數(shù)據(jù)，而模塊之間能夠形成并行執(zhí)行的狀態(tài)，所以功能并行在一定程度上也可以稱之為流水線并行［2］。在三維地形場景當中，上述兩種并行方式可以相互配合混合使用，另外，在動畫影視領域當中經(jīng)常會使用到時間的并行算法，時間并行

6、算法主要是指對于不同的圖象處理單元需要負責不同幀的圖象生成，如圖1即為數(shù)據(jù)并行、功能并行以及集成并行的7K意圖，其中P代表渲染點、G則是代表幾何的整個處理階段、而R則是代表著像素的整體處理階段。2.2實現(xiàn)平臺1、高性能計算機。為了能夠充分的保證高性能圖形工作站以及并行計算機的合理應用，能夠有效實現(xiàn)兩者的平臺就是高性能的計算機，而高性能的圖形工作站不僅具有多個CPU，而且還具備高性能的GPU，并且能夠?qū)⒃谌粘．斨惺褂玫牟⑿袖秩炯夹g集成到硬件的使用過程當中。而并行計算機不僅具備高通信寬待的能力，而且在一定程度上可以實現(xiàn)并行計算，所以其自身在并行計算機

7、領域當中被廣泛應用的同時，在圖形并行渲染方面也被大力的宣傳和應用。而在高性能圖形工作站以及并行計算及的并行繪制系統(tǒng)的實際應用過程中，兩者主要是為了能夠針對一些比較高端的圖形應用來進行，其中還包括一些平臺設計、或者是一些具有特殊特點的應用，這種系統(tǒng)的可拓展性相對來說比較差，并且其自身的設備比較的昂貴，導致需要投入的資金金額比較大，所以在當前的市場上很難做到普及［3］。2、計算機集群。計算機集群是建立在高速網(wǎng)絡平臺上的工作站或者是PC集群，其自身具有并行機的優(yōu)勢和特點，并且具有多CPU的特征，是能夠保證三維圖形構建的有效措施之一，并且能夠構建并行繪制

8、系統(tǒng)。計算機集群的靈活性能相對來說比較高，并且其自身的拓展性也比較良好，不僅有利于構建混合系統(tǒng)，而且能夠保證工作效率和質(zhì)量的整體提高，計