35、高效流水线并行方法在后排序渲染图像合成中的应用

高效流水线并行方法在后排序渲染图像合成中的应用

1. 引言

在科学可视化领域，多边形渲染和体渲染至关重要。随着大规模计算和模拟产生的数据量不断增大，利用超级计算机或 PC 集群进行并行渲染成为处理大型数据集可视化的有效方案。并行渲染算法主要分为排序优先、排序中间和排序最后三种类型，其中排序最后算法因具有良好的可扩展性和简单的任务分解方式以实现负载均衡，在并行渲染中得到广泛应用。然而，该算法中的图像合成阶段由于需要交换大量消息，可能会成为影响并行渲染效率的瓶颈。

为解决排序最后渲染中的图像合成问题，已经提出了多种方法，如直接发送、二叉树、二进制交换和并行流水线等。但这些方法在通信方面存在一定不足。本文构建了基于树的流水线系统，引入额外的传输节点来传输和合成像素，并在该系统上实现了直接发送、二进制交换和混合分区方法。实验表明，这些新方法能显著减少处理器间传输的像素数量，提高最终显示的帧率，尤其适用于低带宽、高延迟的网络系统。

2. 相关工作

图像合成是排序最后渲染方法的关键阶段，大部分性能损失发生在此。目前，软件和硬件层面都实现了多种并行图像合成方法。

2.1 软件方法

• 直接发送 ：将像素直接发送到负责混合的节点。但该方法存在多个节点同时向同一节点发送像素的问题，会导致链路争用，严重影响性能。
• 二进制交换 ：在大多数情况下优于直接发送方法。此外，还有许多改进直接发送和二进制交换的方法，如调度线性图像合成、多边界矩形、游程编码、交错分割、2 - 3 交换等。
• 混合分