NAU Harvester System
Tools for parallel computing in computer graphic tasks
Наукові журнали Національного Авіаційного Університету
View Archive Info| Field | Value | |
| Title |
Tools for parallel computing in computer graphic tasks
Средства управления параллельными вычислениями в задачах компьютерной графики Засоби керування паралельними обчисленнями в завданнях комп’ютерної графіки |
|
| Creator |
Кучеров, Д. П.
Моргун, К. О. Онікієнко, Л. С. |
|
| Subject |
—
parallel computing; programming tools; computing tools; computer graphics; Monte Carlo method — — параллельные вычисления; средства программирования; средства вычислений; компьютерная графика; Монте-Карло метод — — паралельні обчислення; засоби програмування; засоби обчислення; комп’ютерна графіка; Монте-Карло метод — |
|
| Description |
The paper considers the means of ensuring acceleration of computations that arise when working with large volumes of data. It has been established that in addition to computer graphics, such a problem arises in problems not only for problems of linear algebra, where the data are structured, but also with unstructured data. It is noted that the natural approach to solving this problem is to use parallel computations, which can be performed in the multiprocessor architecture of computers and parallel programming. Known approaches based on hardware implementation to address specific tasks are costly from resources and, within a separate organizational structure, are not suitable for solving settlement tasks of different types. At the same time, other approaches are being developed to support well-known processor structures and existing software for them. The approach based on the application of a parallel structure is proposed in the paper for solving the rendering problem, which is based on the integral equation of illumination by the Monte Carlo method. The peculiarity of solving this problem is the transition from the general equation to the three equations corresponding to the adopted color model of the image, namely the RGB model. The solution is in the spatial coordinates of color, which requires a further transition from spatial coordinates to real coordinates of color. Apart from, in the final decision, the correction of the nonlinearity of the display device is additionally performed. To apply parallel calculations to solve this problem in the work, it is proposed to partition the original image into parts in accordance with the number of processors that participate in the calculations and ensure their synchronization with appropriate software management tools. A number of examples of the Monte Carlo method for solving the above mathematical problems are presented, among them the integration of the function and the development of this approach to work with images. The results of the solution of this problem are also given during the creation of a photorealistic image, as well as the analysis of the Amdahl’s formula given solution.
В работе рассмотрены средства обеспечения ускорения вычислений, которые возникают при работе с большими объемами данных. Установлено, что кроме компьютерной графики, такая потребность возникает в задачах не только для задач линейной алгебры, где данные структурированы, но и с неструктурированными данными. Отмечается, что естественным подходом к решению этой проблемы является использование параллельных вычислений, может быть выполнено при многопроцессорной архитектуре вычислительных средств и параллельном программировании. Известны подходы, опирающиеся на аппаратную реализацию по решению конкретных задач, являются затратными со стороны ресурсов и в пределах отдельной организационной структуры является не пригодными для решения расчетных задач различного типа. В то же время развиваются другие подходы, которые позволяют поддерживать известные процессорные структуры и существующее для них программное обеспечение. Подход основан на применении параллельной структуры предложено в работе для решения задачи рендеринга, в основе которой решается интегральное уравнение освещенности методом Монте-Карло. Особенностью решения этой задачи является переход от общего уравнения до трех уравнений, соответствующих принятой цветной модели изображения, а именно модели RGB. Решение находится в пространственных координатах цветности, что требует дальнейшего перехода от пространственных координат к реальным координатам цветности. Кроме этого, в конечном решении дополнительно происходит коррекция нелинейности дисплея. Для применения параллельных вычислений решения этой задачи в работе предлагается разбивка исходного изображения на части в соответствии с количеством процессоров, участвующих в расчетах, и обеспечения их синхронизации соответствующими программными средствами управления. Приводится ряд примеров применения метода Монте-Карло для решения приведенных математических задач, среди которых интегрирования функции и развитие этого подхода для работы с изображениями. Приводятся также результаты решения этой задачи для создания фотореалистичного изображения, а также анализируется эффективность предоставленного решения по формуле Амдала. У роботі розглянуто засоби забезпечення прискорення обчислень, які виникають при роботі з великими обсягами даних. Встановлено, що окрім комп’ютерної графіки, така потреба виникає в задачах не тільки для задач лінійної алгебри, де дані є структурованими, але й з неструктурованими даними. Відмічається, що природним підходом до рішення цієї проблеми є використання паралельних обчислень, що може бути виконано при багатопроцесорній архітектурі обчислювальних засобів та паралельному програмуванні. Відомі підходи, які спираються на апаратну реалізацію щодо вирішення конкретних завдань є витратними з боку ресурсів та в межах окремої організаційної структури є не придатними для вирішення розрахункових завдань різного типу. В той же час розвиваються інші підходи, які дозволяють підтримувати відомі процесорні структури та існуюче для них програмне забезпечення. Підхід оснований на застосуванні паралельної структури запропоновано в роботі для рішення задачі рендерінгу, в основі якої вирішується інтегральне рівняння освітленості методом Монте-Карло. Особливістю вирішення цього завдання є перехід від загального рівняння до трьох рівнянь, відповідних прийнятої кольорової моделі зображення, а саме моделі RGB. Рішення знаходиться в просторових координатах колірності, що вимагає подальшого переходу від просторових координат до реальних координат колірності. Крім цього, в кінцевому рішенні додатково відбувається корекція нелінійності пристрою відображення. Для застосування паралельних обчислень вирішення цього завдання в роботі пропонується розбиття вихідного зображення на частини відповідно до кількості процесорів, що приймають участь в розрахунках, та забезпечення їх синхронізації відповідними програмними засобами керування. Наводиться ряд прикладів застосування методу Монте-Карло для рішення наведених математичних задач, серед яких інтегрування функції та розвиток цього підходу для роботи із зображеннями. Наводяться також результати рішення цього завдання для створення фотореалістичного зображення, а також аналізується ефективність наданого рішення за формулою Амдала |
|
| Publisher |
National Aviation University
|
|
| Contributor |
—
— — |
|
| Date |
2018-07-03
|
|
| Type |
—
— — |
|
| Format |
application/pdf
|
|
| Identifier |
http://jrnl.nau.edu.ua/index.php/SBT/article/view/12833
10.18372/2310-5461.38.12833 |
|
| Source |
Наукоємні технології; Том 38, № 2 (2018); 178-186
Science-based technologies; Том 38, № 2 (2018); 178-186 Наукоемкие технологии; Том 38, № 2 (2018); 178-186 |
|
| Language |
uk
|
|