计算机产业领域发展论文提纲

论文题目：面向神威太湖之光的并行光路追踪绘制引擎的实现

摘要：数字媒体产业被认为是数字技术和文化娱乐产业相融合而产生的内容创新型产业[11,进入21世纪以来发展尤其迅速,已经在高性能计算领域逐步成为最活跃的应用之一,拥有大量用户,同时数字媒体产业也是我国近些年来大力发展的战略性新兴产业。随着国家文化产业的快速发展,文化创意产业对影像呈现精度、质量和规模的需求越来越高,其大规模计算任务和数据存储需求给数字媒体真实感渲染与视觉特效仿真提出新的挑战。自2009年,我国首台P级超级计算机研制成功以来,我国高性能计算技术快速发展,目前高性能计算机的计算能力已从P级跨入了 E级计算时代,计算和存储能力均达到新的高度,超级计算机的计算核心数目也从几十万个扩展到几百万个。通常高性能计算机主要运用于需要大量运算的工作,譬如天气预测、气候研究、地震模拟、分子模型、密码分析等。使用高性能计算机来进行高度真实感渲染的尝试并不是很多,而且国内外针对高性能计算机的数字媒体高度真实感渲染应用也不成熟,因此基于国产高性能计算机开发一套功能全面的、稳定可靠的真实感渲染系统有很高的应用价值,而如何充分利用E级计算时代的高性能计算能力满足大规模高度真实感渲染需求是本项目解决的关键问题。目前大部分渲染系统实现并行渲染都是基于GPU实现的,本文基于国产CPU异构众核架构实现并行渲染,能够推动国产高性能计算机在图形渲染领域的应用,同时推动我国在数字媒体领域的研究和应用达到国际先进水平。本文所做的工作为国家重点专项《数字媒体高真实感并行渲染关键技术与高性能应用软件系统》的一部分,本文主要针对国产高性能计算机——神威太湖之光,研发并部署一个高并行效率的高度真实感渲染引擎,使其能够在高性能计算机上取得良好的并行效率。本文的主要工作包括以下几个方面:首先对场景文件进行处理,包括定义场景文件规范以及场景文件加载,本文使用XSD对场景文件中的元素数据类型和属性进行定义,使用Xerces-C++解析场景文件将场景文件中的场景信息加载进内存。其次建立通信机制实现主从节点间的并行渲染。然后将场景任务划分分解,分发给各个子节点,从而实现负载均衡。建立三层调度机制,在第二层建立多个计算主节点,缓解第三层从节点与第一层主节点间的通讯压力。建立容错机制,主节点对从节点进行心跳监听,发现节点异常立即将其渲染任务转移至正常节点,保证渲染任务的正常进行。最后针对神威太湖之光国产高性能计算系统进行渲染引擎的部署测试工作。整个引擎的最终目标是能够高效稳定的运行在神威太湖之光国产高性能计算系统上,但是由于神威太湖之光使用国产处理器以及其特有的编译器,引擎的部署工作相对复杂。部署成功后还要做一些并行测试,使其最终在三十万核级别的并行效率超过60%。

关键词：国产高性能计算机;光路追踪;MPI;负载均衡

学科专业：软件工程（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第1章 项目开发的背景和意义

1.1 项目研发背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 真实感渲染算法

1.2.2 并行计算

1.3 本文的主要工作

1.4 论文的组织结构

第2章 相关工作

2.1 光线传输方程

2.2 蒙特卡罗积分

2.3 光路追踪算法

第3章 渲染引擎概述

3.1 引擎逻辑架构

3.2 引擎部署架构

3.3 引擎中任务的处理流程

第4章 渲染引擎的详细设计与实现

4.1 场景文件处理

4.1.1 场景文件校验

4.1.2 场景文件加载

4.2 通信机制

4.3 场景任务划分

4.4 调度机制

4.5 容错机制

第5章 部署与测试

5.1 引擎的部署

5.2 引擎测试

5.2.1 引擎负载性能测试

5.2.2 引擎并行效率测试

第6章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 未来工作展望

参考文献

致谢