автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Анализ и разработка вычислительных структур растрирования и расчета освещенности поверхностей при генерации реалистичных изображений

РГ8

Од ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ Й'СПТЙКИ

На прззак рукописи

КЛИМИНА Светлана Ивановка

АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР РАСТРИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ОСВЕЩЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ГЕНЕРАЦИЙ' РЕАЛИСТИЧНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

0S.l3.i3 - Вычислительные .машины, комплексы, системы и сети

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации ка соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург, 1994

Работа выполнена на кафедре вычислительной техники института точной механики и оптяйи г. Санкт-Петербурга.

Кеучнкй руководитель - кандидат технических наук, доцент Э. В, Стародубцев

Руководителе 'Консультант - кандидат технических, наук, докторант-

Т. Т, Шлтазвв

Официальные оппоненты « доктор физ.-У-зт, наук, . Ю. й Романов

- кандидат технических наук, доцент А. Ю. ПервицкиЯ,

Ъсдугдк организация - ЛКТВ АО "СЕЛ ЛАКА", г.' Санкт-Петербург

Защ.та' состоится " i?», 1S94 г. в ч. ЕЛ. «кн.

на заседании сйэцхглиенрозаквого ссЕета К 053.26.04 Санкт-Петербургского иктитута точной механики и оптики'по адресу) 197101, г. Санкт-Петербург, ул. СаблЯнс.чая, я, 14.

С диссертацией можно овнакамитьса £ библиотеке ШЮ.

Автореферат разослан "Д4..".. з/ч^ря 1994 г.

Ученый секретарь специ&лизкроааккого

совета к 053.25,04 к. т. н,, доцент В. И. Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Едя рзшеякя задач создания тренажер-.' ных комплексов и комплексов САЛР 2 настоящее время актуальной становится проблема получек;:?, высококачественных, рездастичнюс изображений в рехпме реального времени иди Б динамическом" режиме отображения, Для этого необходимо обеспечить смену кадров со скоростью кадров/с, что сопряжено со значительными вычислительны.« затратами.

■ Вычислитель нал сложность алгоритмов БИ-визуализации возрастает пропорционально обесяечигьеюй реалистичности. Использование различных моделей осзеценности в возрастающая степень детализации при отображении объектов искусственного и естественного происхождения требует выполнения миллиардов операций в реальном масштабе Еремени.

Расчет освещенности и визуализация поверхностей объектов в соответствии с их физическими сасйствгш является одной из основных задач современных £0-графических систем. Решение этих задач в рекимэ реального времен;: с частотой модификации кадров 5-25 кадров/с ке может быть обеспечено ресурсами центральны;', процессоров персональных сВМ и рабочих станций. Поэтов/ возникает необходимость создания специализированных графических процессоров (53-акселераторов) обеслечизаэцпх генерация реалистичных изображений объектов.

Актуальной является задача анализа к разработки быстродействующи алгоритмов и вычислительных структур, с5еспеч-лга:оцил растрирование' и тонирование ЗП-поверхностей о учетом освещенности.

Цельи диссертационной раЗсти является анализ и разработка алгоритмов и вычислительных структур, с5еспечивусц::х визуалига-ц:го в реально:,: масштабе времен;: (Р.'/З) сложных трехмерных сцен с использованием локальной модели ссвецекности.

В связи с этим в работе регаотсл следугцне основные задачи: - анализ и оценка вычислительных затрат при реализации ад-

горитмоз визуализации на традиционных вычислительных средствах;

- анализ алгоритмической и вычислит г ль ной сложности методов тонирования поверхностей при различных вариантах локальной моде-'ли освещенности;

- разраЗотка метода повышения качества тонирования (адаптивное тонирование);

- исследование и аяааяа г/льтппроцезссрнкх структур разг-рирования к тонирования поверхностей;

- разработка модифпкаппй саговых алгоритмов тонирования Гуро и Фонга, ориентироваккых на мультипроцессорную реализацш;

- разработка аппаратных структур для реализации кодифицированных алгоритмов параллельного тонирования.

Метслы исследования, При решении поставленных задач исполь-веваюя аппарат аналитической геометрии, математического анализа, теории множеств.

Научная новизна определяется следующими основными результата;,:п работы:

- на основе анализа вычислител? чых затрат и базовых алгоритмов тонирования предложен метод адаптивного тонирования, поз-еоляищий'повысить качество цветового тонирования по Гуро;

- произведен анализ всех уровней потенциального параллелизма при визуализации и возможностей их использования в аппаратных структурах и предложена классификация суцестаукцж мультипроцессорных архитектур визуализации о точки зрения архитектурных подходов к реализации алгоритмов растрирования;

- разработаны приоликекные аналитические методы сценки предельной производительности многопроцессорных структур растркро-Езния/тснирования;

- предложена и исстедована двухконвейерная о5гектно-ориен-тированнал вычислитетькая структура растрирования/тонирования, ислользукцая технологию пост-тонирования;

, - разработаны упрощенные модификации Сагового алгоритма тонирования Фонга, допускающие вфф&кткакув аппаратнуэ р^здигадк

Ка систолической архитектуре-,- разработаны структура специализированных процессоров, обеспечив знет: аппаратную реализацию модифицированных алгоритмов-растрирования/тонирования.

Практическая .ценность работа заключается в следующем;

- разработаны модифицированные алгоритмы тонирования для аппаратной реализации на специализированных структурах;

- разработаны структура и функциональная модель ■ двухконва-йеркой многопроцессорной системы, реализующей объектный параллелизм;

- разработаны функциональные к;дели специализированных процессоров тонирования;

- разработан пакет программ моделирования' расчета локальной освещенности л тонирования ка многопроцессорных структурах.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены ка ЯХТ Б "СВЕТЛАНА", г. Санкт-Пгтербург.

Апробация результатов работы. Материала работы докладывались автором и обсуждались на 3-ей' конференции "Методы и-средства обработки сложной графической информации" (Е Новгород, май 1S92 г.) ка российско-германском семинаре по- компьютерной графике и визуализации (.Москва, сентябрь 1993 г.).

Публикация. По материалам диссертации опубликованы 5 печатных работ.

Структура л объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех-глаз, заключения, библиографического списка из 85 наименований и прило.чений, содержт 173 страниц текста, 47 рисунков и 20 таблиц.

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во ззелении показана актуальность проблемы, определены цель работы, решаемые задачи и методы исследоования, ■■ даны ссылки на основные публикации в исследуемой области. Сформулированы положения, выносимте .¡а защиту.

В первой г дат;? рассмотреть: и класонйпдироганы основные базисные алгоритм построения реалистичным игобрал.-:'нии в соот-вегогт с подходам;; к регенго проблем гкгуагкзацкс (прямо* обратное о^оОраклгкк) и кспойьэус-ийс: ксцедгык осге;»ккоз?к (ло-кззькья глобалькзз кодели : алгорит: г: I-буфера,

сегтрсчзогз скзяврсзкяй, трзсзкрсгк:: ¿уча и ислучагесгногт;:. Определены доотокзсггг», кг-доогггх: и граки* прж-'Эй:;'^^;: ¿ьызкх алгоритмов.

Алгсрисмы обратигг.- эг-Зрглг:-:;:;: (алгоритмы гргхсхроак: .-.уча излучательнсссп) оле^ирупт е аелеотненно;: прсстракотге сбгь-/.-тез и погюллзс пслуч£.т1 аы-оиоыачеосаенкне иеобры-.еник с пс-полъгса анне;,: глоб^з-ккх моделей согс-ссккэогк. Ко огромных

вычхзгкж&Еде затрат гиеуегхг&зкя 2 для дкзздкчесягс сцен с йолольгогд-^кы эт:й алгордглоа лс:*.а кг пргдо?згля?гоя еор^охной.

Аггоритла прнюгз огсбргхе&и: (еггорктш Е-Су^-ера и построчного скзздррг&вя:) оперируют а целочизлеклсм зрссгргасгге пготпаленнл и логаоллыт птлучет:. реалясткчкуе аеогрзкгнхя з Р.\2 с ксзоль5Сьзяк*м йс-лгхыт. усдгля*: ссье^е-кноотк. Причем схс.«-••ооть 5ГГ0р;:тмзг расчеса до:<ал1; -,й мелел:; озв&зенносяги вполне вриюймга для аппаратной реализации кг согргышш уровне технолог;:;:. Лсяолесгзкпе ¡,:удътипроцэссоркых зке&л^ркгорэв дает зое-)/.ох:-;сстг, отображении г В2 сцен, сссгогзцях иг десягкоз к сотен тысяч гслигоное. Однако, 2 свиги о этим возникла необходимость оценки к ваборз »зркаагев реализации гтио; алгоритма не различных ььгскслхгельнык структурах.

Акьлкг могодэз хеккровот поверхностей (тонирование- по цвету к по аекгору нормгдк) пгкзгел, что данные методы позволяй? яспэгыоаать для «х ргал«ггда зйгчйсавтега.на«' структура ив однородных процессоров кглрг^ и среднего уровне у. сложности. Но необходима доработка данных .методов а порадел««}* фуякцион&иньк ?ре£оваккй н вычислительным структура,:, реелвеужг»« данные алгоритмы. й солги с етиы 5ыл проведен обеср эгрубедягсго опыта аппаратной реализации алгор'/.гмов расчета ссведекност;. к тонирования поверхностей на баге СЕКС, который полагал практическую доо-

тижимость задач генерации в BS ЗП-изобрэкекйй'В сценах с 'простыми моделями освещения, Однако, непосредственная технология кремниевой реализации данных алгоритмов, ■' как правило, не публикуется. Поз тагу' актуальными являются разработки. в области аппа-ратно-ориентированных алгоритмов расчета освещенности ц.- тонировании.

Ео второй главе представлена сценка вычислительной сложности алгоритмов расчета освещенности и тонирования поверхностей.

Анализ вэамачноотей реализации -алгоритмов визуализации-сцен с локальной моделей освещенности по.:азал, что обеспечение реального масштаба времени требует значительных вычислительных мощностей. В таблице 1 приведены оценки вычислительных- затрат на предварительный расчет освещенности вэраин примитивов, в- сцене, выполняемый в геометрической подсистеме (ИЗ), состоящей яг 100 ООО треугольников длй трех основных методоз тонирования поверхностей. 3 функции ГП входят: преобразование координат вер-вин; преобразование значений нормалей; нормирование нормалей; расчет освещенности вершин; отсечение; проецирование; масштабирование.

Таблица 1.

Метод тонирования 1 кадр/сек J 30 кадроз/сек

Гуро Ооига' Произв.векторов 35.2 Шор /о ! 1055 Mflcp /с £8,0 Wflop /с Í 840 Mflop /с 31,0 Mílop /с 330 Шор /с

Было выделено два фундаментальных ограничения в использовании традиционных структур:

- однопроцессорные структуры не имеют достаточной вычислительной мощности для расчета значений Ш в необходимом темпе;

- пропускная способность памяти в одноканалънсм кадровом (строчном) буфере не обеспечивает необходимого темпа модификации изображения.

Достижение требуемых характеристик возможно только при использовании мультипроцессорных структур, обеспечнвагадкх распре"

деленную обработку на всех этапах синтеза реалистичных изображений в РМЗ.

На оснозе еналига базовых концепций локагавой кудели освещенности (Оонга), еафккскровакных в стандартах FH;G3-r СрелЗЬ, были разработаны модифицированные выра^-ния уравнения расчета рсве-ценности поверхностей для различных источников света: 1. Для источника" рассеянного сеета:

'-сегекта я С&асс< *С'исг. es. Е. Для источника направленного света:

______Ег.

Ссбъехга-Слст.сэ.*(Сдиф.-«(М*Ь) ■«• Csö»k.*№*-•) )

3. Для источника поЕИЩ-.снпроЕанного света:

Chct.cs, ______£2.

Совгакта.........*(Сдиф.*(М*1) + Саерк.* (R*SJ )

Нссл.

Для источника прожекторного с-гета: __Е

_ _ __Es.

Сойгокта---------*------ж (СдиФ.*(К*1) + С66&к.* (R»S) )

Кос.-..

Где: С - значение цвета; D - направление прожекторного источника с.а-?та; L - единичный вектор от поверхности у, источнику света; N - единичный вектор нериалк поверхности; Р. - е-диничнып вектор отражения; 5 - вектор наблюдения; Е коэффициент о-лабления прожекторного света; Ей. - экспонента концентрации геркалигого отражения; Кос-ч - ков^фицнент ослабления отраженного света с удалением ст отрачайден поверхности.

На оо.-.оге данных выражений получены численные оценки, поьзелдо-Пке достоверно оценить вычислительную словдость ..ри освещении сцены различили источниками света. При ислолавоЕании различных

э -

комбинаций источников света достигается различная степень реализма освещаемых поверхностей. Еыли определены вычислительные затраты при использовании различных комбинаций источников света: -минимальная модель' освещения (1- источник рассеянного и 1 источник направленного света), реалистичная модель (1-источник рассеянного и 2 источника позиционированного светз) и фотографическая модель (1 источник рассеянного, 2 источника позиционированного и 2 источника прожекторного света). Фотографическая модель позволяет получать изображения фотографического качества, но при этом вычислительные затраты оказывается высоки.

Процесс визуализации ЭЕ-сцен с локальной модель» освещенности требует интенсивных вычислений дачных с плавающей запятой в геометрическом процессоре, обеспечивак'днх последутещую ступень растрироЕЁния/товирования. При этом соотнесение вычислительных затрат, г^ометрическсй и рзстрируюцгй подсистем зависит от Еыбора используемого метода тонирования: тонирование по цвету, тонирование по произведениям векторов или тонирование по вектору нормали. Вычислительная взаимосвязь этих метода приведена на рис, в виде диаграммы. .

-Метод тонирования по вектору нормали Гтониоозанпе Оонга)

,— Метод тонирования по произведениям векторов.

. . Метод тонирования, испольг\?;2пп интерполяц'.н зна-| . ченп;'; цвета (тонирование Гуро)

Здесь: НЬ-(>:*1), Е3-(Н*Б)

Рис. 1. Диаграмма методов Тонирования.

- ta -

Смещение основного объема'вычислений по интерполяции освещенности поверхностей в растркруещу» подсистему (тонирование по вектору нормали) снижает на порядок требования к вычислительной мощности геометрического процессора. Однако при зтом.для сохранения общей производительности вес-Сходка дополнительные ресурсы в растрирующеи подсистеме, сбеспачнваищие в РМВ выполнение числа операций F, определяемых соотношением:

Р-й{гл:гаелек>*?п + ^пикселей)-аР^., Ри - вычислительные затраты (число операций) на вычисление освещенности вераины; Рп * вычислительные ватраты на выполнение операции интерполирования.

соответственно модель тонирования с интерполяцией по цвету требует ман-о^а^ьных ресурсов геометрического процессора при минимальных ресурсах рагтриружцэй подсистемы:

Р-?<8ерщ»:к>*Рт + «пикселей)-*Pn+ Prñcr< Ртаст - вычислительные затраты на выполнение теста на определение возможности Еовникновекия полос Маха (наличие бликов).

Модель тонирования по прокевед- нпям векторов является, с ■"очки зрения вычислительных ватр^-т промежуточной между тонированием по цвету и тонированием по вектору нормали и число операций определяется: Р- sí пикселей) источников света} АРп-^пикс-елейК-Руп+Рт&с-.т Длн повышения точности линейной интерполяция цвета поверхности за счет более точной передачи бликов предложены модель и алгоритм адаптивного тонирования, копольеуцщие дополнительную ^; пачгуляциа полигонов .'Jar i. Репение уравнения освещенности для ьерште треугольного полигона (определение цветов Cr, Cg, С3 аергин), Шаг 2. Вычисление средни;-, точек ребер,

Л'зг 3. Реюение уравнения освещенности для средних точек ребер, используя тонирование по цвету (Cr', Cq', Св') и тонирование по вектору нормали (Cr", Cg", Са"),

JUar 4. -Сравнение значений ЦЕетз С, полученных рзг: jmk методами тонирования, в средних точках ребер. Если jC'-C"]< Епорсго^оэ»-

то переход из 'Лаг В. Если хотя бы в одной средней точка [С*-С * [ > Епорогсво») то переход нз Шаг 5: """ ' 2)аг 5. Разбиение данного треугольного полигона на подтреугольни-ки; средние точки ребер принимается за рераины подтреуголькикоа (разбиение на 4 псдтреугольннка). При этом,.значение освещенности, определенное тонированием по вектору нормали, принимается базовом для вершин новых треугольников (Ср.", Сц", Сз"). Переход к Пату 2.

Еаг б. Тонирование треугольного полигона по'цвету (тонирование Гурс).

Для более наглядного сравнения методов тонирования были разработаны выражения, представлявдие собой модификации модели освеценнссти для различных комбинаций поверхностей и источников света при тонировании различными методами в параметрическом пространстве.

5 третьей;главе выделены три основных гФйкеяз- к организации распределенной обработки з задаче рзотрировгаая л тонирования: функциональный, структурный и простракствегйай, Соответственно выделены б потенциальных уровней параллелизма; порождаемых характером изображений: уровень Жу группы Зй; примитива-, группы примитивов; кадровых сегментов; кадра. Нз ссэтзе этого предложена классификация суцествувд« мультипроцессорных архитектур, ре-ализук'лпх решение этих задач.

Проведенный анализ суцествугслих.мультипроцессорных архитектур показал, что наиболее иирско модельзуемыми являются конвейерные архитектуры с функциональным параллелизмом. Однако не-Ссльвое число ступеней конвейеризации (до 5-3) ограничивает их производительность. Использование массивов специализированных СЕКС памяти и процессоров обеспечивает реалигащао структурного ¡'1 пространственного параллелизма. £ти гиды архитектуры потенцн-* алько обеспечивает очень высокий уровень производительности, но относительная дороговизна реализации ограничивает области применения системами специального «¿.значения,

Е результате проведенного анализа технолог::/: растрирования

- ie -

были получены- аналитические соотношения, определяющие верхний предел производительности для различных мультипроцессорных архитектур, которые приведены в таблице Таблица 2.

Тип. структуры функция временных затрат, S

Структура с полным 1-буфером (sq.) „SCi „ , „ «t2 -РлАж.сне'^лин Oti- M*D«TC!!C/S.r.5H

Систолическая структура (ss) - SS /— itl- / N*D*P *T£S

Структура процессор/полигон (pol) pol §tz - N*Top pol /- ®tl "(Tpp* N* (Р-грГр))/ V N/A

Где: А - среднее число пикселей в треугольнике; Р - число треугольников в сцене; N - число пикселей на экране; С - сложность сцены по глубине; ТСис " полный цикл работы кадрового буфера; 2лин - коэффициент ускорения генерации треугольников в режиме линейного доступа; Т£с- - цикл работы систолического конвейера; Трр ~ цикл работы конвейера процессоров полигонов; Рргр - число полигонов, которые могут быть обработаны процессором без переполнения конвейера, 12 - сцена с малой степенью детализации; 11 - сцена с высокой степенью детализации.

На базе этих соотношений получе-ц численные выражения функции временных затрат, частоты модификации кедров и числа обрабатываемых е секунду полигонов для различных типов структур. На основании этого определено, что наиболее перспективными с точки зрения производительности являются систолические структуры и структуры типа процессор/полигон. Оба тина структур могут быть

- 1 я -

построены только на основе использования специализированных заказных СВИС-

Четвертая, глаза посвящена вопросам разработки мультипроцессорных архитектур, обеспечивающих реализация- различных методов тонирования, и алгоритмов функционирования основных блоков.

Разработана обьектно-ориентировачная двухкснвейерная архитектура, позволяющая реализовать сложные методы тонирования Сон-га и произведений векторов, в которой процессы растрирования (конвейер процессоров треугольников} и тонирования (конвейер процессоров расчета освещенности) разделены с применением технологии пост-тонирования.

Базовым алгоритмом, на основе которого функционирует конвейер процессоров треугольников (КПТ), является алгоритм построчного сканирования. В аппаратуре предварительной обработки происходит формирование построчных списков формуляров данных треугольников. Затем данные, представляете все. треугольники, активные на текущей строке, устанавливаются в ШТ. После загрузки формуляров КПТ преобразует "бланкирсвачные" пикселы в поток растриру-емых (и сортируемых по глубине) пикселов з порядке сканирования от рок-

Процессор треугольников (ПТ?) состоит из ряда функциональных устройств ,.рпт. 2). Каждое устройство обрабатывает отдельную компоненту данных текущего пиксела. Канат X передает 24-рвгряд-ное число с фиксированной запятой, указывающее полетх-нке К текучего пиксела (генерируется блоком 5). Канал г передает 24-разрядное число с фиксированной запятой, представляющее ссбсй глубину 2, сгенерированную для текущего пиксела, 24-разрядные каналы !,':<, Ну, N2 передата интерполированный вектор нормали для текущего пиксела. Канал М передает ассоциированный "индекс материала" (информация о цвете - Е2Е к других свойствах поверхности). Устройство управления процессора треугольников интерпретирует команды, которые определяют поолед^зтельность загрузки качанных данных и наращиваемых параметре- в фуикциональгце устройства, а такие управляет процессом растрирования изображения.

треугольников.

Конвейер рзочеха освещенности (KF0) получает растрировании« выходные данные конзейерз треугольников и преобразует значения вектора нормали поверхности в значения ШЗ, рассчитывая ссзецен-кость для каждого пиксела с учетом значения глубины 1 по формуле Фонга. Зти дачные сохраняются в кадровом буфере RG2 перед отображением на ЭЛ7 (для решения проблемы переполнения конвейера).

• ' Достоинством данной объектно-ориентированной архитектуры является ее модульность, эффективность и вовколкость при небольших изменениях в структуре модифицировать ее для тонирования по произведениям лекторов к тонирования Гуро. 5ти ваамояные приложения рассмотрены в диссертационной работе,

Еп;е одной разработкой, предложенной е диссертационной работе является, реализация модифицированного алгоритма тонирования Фонга (Фаст-Оокга) на систолической, структуре. Систолическая

струкг/ра-гто одномерный мазоиз, построенного на идентичные пиксельных процессорах (ПП), ерганигованных в конвейер (рис. 2). Шина данных ;

12

1

1Ш n

'-i,

ÍO\ -

хгкал pаереыения еалиси формуляра

з данн: и ХП, (2) - еначекие интенсивности, вычисленное ПП, (4) ыина данных 2.

Рис. 3, Хвесвал систолическая структура тонирования.

На вход летнего ХЛ подвдтся 'рермуляеы линейных сегментов текуыей огрета: сканирования, генерируемые системой предобработки, Формуляр седерхит следуылуы информации;

ixhs4.

Tí

ас

-ftd

Т5а ¡T4S

js

где Хнач. - положение левого граничного пиксела линеиного сегмента (J.Z) на тек уд ей строке сканирования; /\Х - ыирина тонируемого линейного сегмента; ?4Sej, T2ad, T&-¡ - коэффициенты Тейлора, соетвететаугыие равлехениы в ряд Тейлора дийуено-рао-сеиваыдей компоненты интенсивности отраженного света. .

На ЦР: подается список формуляров линейных сегментов текущей отроки санирования. Значение Кнач. каждого формуляра из этого списка сравнивается со значением У локального ПП (при этом данное екаченке X ооответотвует порядковому номеру ПП в конвейере) . При совпадении отих значений текущей формуляр еаякоывается & ГШ, который в свой очередь активиенруео по 2Щ2 цепочку следуй-етх ев ним процессоров, которые будут обрабатывать данный ЛС, Количество ПП определяется значением /\Х,

В тем случае если еначенкя X не совпадают формуляр бег йе~ мекеиий передается по Щ1 к следующему ЯП.

В операционном блоке какого Ш выполняются вычисления в .соответствии о формулой:

ЦХ1,У)-Т5Х? +Т4>^ +Т2Х1+Т , для. двух компонент интенсивности отраженного света и что

требует выполнения Б умножений и 5 сложений с фиксированной запятой и.един табличный поиск.

'Вычисленная в операционном блоке (ОБ) интенсивность I сохраняется в локальном буфере- • После того, как обработана вся текущая строка сканирования, информация из буферов интенсивности всех ЯП передается в ЗКУ через вину -видеовьюода.

■ При реализации тонирования Гуро на систолической архитектуре упрощаются структура Ш и формуляр обрабатываемого ЛО,

Хиач. | АХ

Знач. Г

где Хиач., /\Х - граничное значение и ширина линейного сегмента, соответственно; Знач.. АЗ " интенсивность в граничной точке и ее пергая производная,

Е операционном'блоке ПП, на основе данных .формуляра, вычисляется интенсивность в текущем пиксел1 ЛС в соответствии с формулой:

1:-3:-1 + А!

Организация ПП в систолическую архитектуру позволяет эффективно тонировать предварительно обработанные линейные сегменты текущей строки сканирования. Формуляры, определяющие отдельный сегмент, последовательно поступает на ЩД1 структуры, что позволяет одновременно обрабатывать все линейные сегменты данной строки сканирования (предполагается, что предварительно был произведен тест ка перекрытие поверхностей и обрабатываемые е ПП данной структуры сегменты не перекрывается). При этом, использование тонирования Гуро позволяет Избегать недостатков, которые возникает при реализации на данной структуре "Фаст-Фонг" тонирования.

В диссертационной работе предстазлены архитектуры и алгоритмы функционирования основных блоков ПП, реализующих тонирование Гуро и алгоритм "Саот-Оокг". В заключении приведены основные результаты работы:

1. Разработаны аналитические методы оценки производительности геометрической к растрирующей подсистем для сцен различной сложности и степени динамики на основе анализа вычислительной слож-юсти всех возможных вариаций локальной модели освещенности для трехмерна сцен.

2. Предложена модель и алгоритм адаптивного тонирования, использующие дополнительную триангуляцию полигонов о целью позы-пения точности линейной интерполяции цвета поверхности эз счет более точной передачи бликов.

3. Разработаны методы и аналитические выражения для оценки предельной производительности мультипроцессорных структур растрирования на оскоЕе исследования и классификации мультипроцессорных реализаций различных версий алгоритмов визуализации. В результате определены наиболее перспективные о точки грани? производительности структуры.

4. разработаны варианты аппаратной реализации тонирования Гуро на сбгектнт-сригнгированных и систолических архитектурах. Разработаны алгоритма и предложены структуры базсвых процессорен, пригодные для последующей СБИС реализации.

5. Разработана объектно-ориентированная двухконвейеркая архитектура, в которой использована технология пост-тонирования. Разработаны структуры и алгоритмы функционирования специализированных процессорных блоков, входящих в состав данной архитектуры, аппаратно реализующих сложные модели тонирования по Оскгу и произведениям векторов и обеспечивающих визуализацию1 с частотой модификации 10-25 кадров/с.

3. Разработана модификация алгоритма тонирования Сонга (Фаст-Оонг) для реализации на мультипроцессорной систолической архитектуре. Разработаны структура и алгоритм работы базового процессора, обеспечивающая визуализация а Р!,2 и пригодная для последующе« СБИС реализации. -

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Палтащгв'Т.Т., КлиманаС.М.. а 5л.К. Технология вивуалдгацхи s компьютерном синтезе реалистичных изображений. //Зарубежная

' радиоэлектроника - 1991. - К 6, стр. S6-108.

2. Клкмина С,И., Палтазеь Т.Т., Шендрпкоз К.А. Инструментальная Ферт-система программирования графического процессора.//Методы к средства обработки сложной графической информации: Тезисы докладов IV Всесоззкой конференции, Н.Новгород, сентябрь

' 1991.- стр. 86-67. '

3. Палташев Т.Т., Климина С.И, растрирование и распределенная обработка а системах генерации реалистичных изображений.//Зарубежная радиоэлектроника - 1992. - К 11, стр. 3-22.

4. .Палтааев Т.Т., Кашина С.К. Айадиэ конвейера растрирования,

'"•реагирующего объектный параллелизм.// Зарубежная радиоэлектроника - 1593*' " N1, отр. SB-42.

5. Т.Т. Paliashev,' S.I. Klimina. Analysis of Rasterisation Pipeline Using' Object Pr4allells:n,//Information Technology arjd Applied Mathematics: First Russian-German Workshop, Moscow, September 29, 1S33. - p. 6. '

Подписано - К печати I3.0I.S4 г. Обью/. 1,2 1:»л.

Заказ 7 _ Tups:« ICO экз. ■ Ьесплатно

Ротапринт. ИЪ'О. ISOOuO, Санкт-Петербург, пер.ГрпБцова, .14