并行渲染方案

1.并行渲染介绍

在绘制大规模图形数据时，为了提高图形绘制效率，可使用并行绘制和图像融合的方式，下图展示了主要的实现方法：

所谓并行绘制，其实是在绘制阶段使用多个独立的窗口对图形进行绘制，不同的窗口绘制模型的不同模块，然后在绘制结束时，利用图像融合技术将图像进行合并，在主窗口展示最终的绘制结果。在CAD\CAE软件中，一般以Part的概念对模型数据进行管理，这为给不同窗口分配模型数据带来了便利，使得在绘制前不需要考虑模型分块的相关技术。

2.并行渲染关键技术：

1.多窗口相机同步

为了保证在执行图像融合之前，各窗口准确输出图像，不仅需要所有窗口的基础设置保持一致，如背景颜色，光照颜色和光照位置，也需要保证相机的角度保持一致。由于交互只在主窗口上发生，所以在每次绘制指令发出之后，首先需要各个子窗口获取主窗口的相机参数，主要包括相机位置、焦点位置、相机方向和放大比例。

2.图像合成算法

并行图像合成算法，如二叉树、二进制交换和基数-k，这些方法可有效划分工作，使得最终的合成效率对呈现的数据量完全不敏感。 但是并行渲染开销确实随着图像中的像素数曾会有所提升。

二叉树算法：二叉树算法是一种常用的并行图像合成算法，它将计算节点按照二叉树结构组织起来，每个节点负责合并其两个子节点的图像。这种算法具有较好的负载平衡性和扩展性，适用于大规模并行渲染任务。

二进制交换算法：

二进制交换算法是一种常见的并行图像合成算法，它通过不断进行二进制交换操作来合并各个处理器或计算节点的图像。关键的思想是，在每个合成阶段，两个处理器成对。一对处理器中的一个处理器将其子图像的一半与另一个处理器的子图像进行交换。在交换子图像之后，每个处理器通过使用过操作来合成与它接收到的半图像匹配的半图像。在交换子图像后，每个处理器通过过载操作将其保存的半图像与接收到的半图像进行组合。下图演示了使用四个处理器的二进制交换组合方法。

具体来说，二进制交换算法的工作流程如下：

初始化：首先，将所有处理器或计算节点按照二进制表示的顺序进行编号，例如，编号为0的处理器负责合并编号为1的处理器的图像，编号为1的处理器负责合并编号为0的处理器的图像，依此类推。

二进制交换：在每一轮的二进制交换中，处理器会根据自己的编号和当前轮数的二进制表示，确定需要交换的目标处理器。然后，处理器将自己的图像发送给目标处理器，目标处理器接收到图像后进行合并操作。

合并：每个处理器在接收到其他处理器发送的图像后，将这些图像与自己的图像进行合并操作，通常是通过混合、叠加等方式将图像合成成最终的图像。

循环迭代：二进制交换算法会不断进行多轮的二进制交换和图像合并操作，直到所有处理器的图像最终合并成完整的图像。