Real-time hybrid parallel rendering

Abstract

Bilgisayar grafikleri alanında tarama (rendering), bir sahne tanımından görüntü oluşturulması süreci olarak tanımlanır. Sahne karışık ise ve yüksek kaliteli görüntüler isteniyorsa, tarama süreci uzun hesaplamalar gerektirebilir. Tatmin edici performansı elde etmek için, gerçek-zamanlı hesaplama yöntemleri geliştirilmelidir. Hernekadar bilgisayar grafiklerinde paralel işlem uzun süredir kapsamlı olarak kullanılsa da, temel kullanım alanı özel uygulamalar olmuştur. Bugün, paralel işlem kişisel bilgisayarlarda kullanılmaktadır ve genel amaçlı gerçek-zamanlı sistemler için çeşitli yazılım tabanlı tarama uygulamaları geliştirilmiştir.Piyasaya yeni GPU'lar sürüldükçe, mevcut tarama preformansı sürekli artmaktadır. Aynı şekilde, daha güçlü çok çelirdekli işlemciler gerçek-zamanlı ışın izleme (ray tracing) gibi daha esnek ve daha hızlı yazılım tabanlı grafiklere imkan sağlıyorlar. Tarama gücünde artış sağlayan büyük donanım geliştirme ilerlemelerine rağmen, tarama için dağıtık konfigürayonlar gerektiren bazı uygulamalar herzaman olacaktır. Bu tezde, farklı tarama modülleri destekleyen bir sistem (rasterization, ışın izleme, v.s.) ve bunu dağıtık grafik işleme ile birleştiren bir prototip çözüm sunulmaktadır.Bu tez, gerçek-zamanlı tarama konusuna hem yazılım hem de donanım tarafından genel bir giriş sunmaktadır. Ana odak, gerçek-zamanlı tarama algoritmaları ve sistemleri tasarlarken ortaya çıkan temel kavramlar ve konulardır. Farklı paralel işlem türlerini ve bunların tarama uygulamalarına nasıl uygulanabildiklerini incelenmiştir. Veri ayrıştırma (data decomposition), task granularity, ölçeklenebilirlik (scalability) ve yük dengeleme (load balancing) gibi paralel işlem kavramları, tarama problemi ile bağlantılı olarak değerlendirilmiştir. Eş fazlı olma (coherence), culling ve detay seviyesi (level of detail) gibi paralel tarama algoritmalarının yapısında önemli yere sahip bilgisayar grafiği kavramları da incelenmiştir.

In computer graphics, rendering is described as the process of converting a description of a scene to an image. When the scene is complex and high quality images are required, the rendering process becomes computationally demanding. To provide the satisfactory performance, real-time computing techniques must be developed. Although parallelism has been extensively used in computer graphics for a long time, its initial use was primarily in specialized applications. Today, parallel computing is used in commodity personal computers, and various software-based rendering systems have been developed for general purpose real-time systems.As the new GPUs released to the market, the available rendering performance increases constantly. Also more powerful multi-core CPUs that have enabled more flexible and faster software-based graphics, such as real-time ray tracing. Despite this tremendous hardware development progress in rendering power, there will always be some applications that require distributed configurations for rendering. In this thesis, I present a prototype solution consisting of a system that supports different rendering modules (e.g., rasterization, and ray tracing) and combine it with a distributed graphics processing.This thesis provides a general introduction to the subject of real-time rendering, covering both hardware and software aspects. The main focus is on the underlying concepts and the issues which arise in the design of real-time rendering algorithms and systems. Different types of parallelism and how they can be applied in rendering applications are examined. Concepts from parallel computing, such as data decomposition, task granularity, scalability, and load balancing, are considered in relation to the rendering problem. Also concepts from computer graphics, such as coherence, culling, and level of detail which have a significant impact on the structure of parallel rendering algorithms are explored.