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基础篇 3

第1章 图形流水线与场景图&熊华　 3

引言 3

1.1　计算机图形学简介 3

1.1.1 计算机图形学的发展历史 3

1.1.2　计算机图形学的研究内容 4

1.1.3　计算机图形学的应用领域 6

1.2　图形流水线 8

1.2.1　图形流水线基础 8

1.2.2　图形流水线处理阶段 9

1.3　场景图 11

1.3.1　场景图简介 11

1.3.2　场景图特点 12

1.3.3　常见场景图 12

1.4　总结和展望 13

参考文献 14

第2章 图形API:OpenGL与Direct3D&李岩 刘真 16

引言 16

2.1　OpenGL的基础 16

2.1.1　OpenGL的发展历史 16

2.1.2　OpenGL的特性 17

2.1.3　OpenGL的扩展及常用库 19

2.2　OpenGL的体系结构与实现 21

2.2.1　OpenGL的图形流水线 21

2.2.2　OpenGL的指令语法 21

2.3　OpenGL的状态与数据管理 22

2.3.1　OpenGL的状态 22

2.3.2　OpenGL的数据管理 23

2.4　Direct3D的基础 25

2.4.1　Direct3D的发展历史 25

2.4.2　Direct3D的发展趋势 28

2.5　Direct3D9的图形流水线 29

2.6　Direct3D9的图形库特征 30

2.6.1　Direct3D9的绘制接口 30

2.6.2　Direct3D9图形流水线的状态 31

2.6.3　Direct3D9的场景数据组织模式和存储方式 32

2.7　总结和展望 35

参考文献 36

第3章　图形处理器与图形集群&杨珂 刘真　 37

引言 37

3.1　GPU技术发展概述 37

3.2　GPU并行体系结构 41

3.2.1　固定功能架构 41

3.2.2　分离渲染架构 42

3.2.3　统一渲染架构 45

3.3　GPU技术应用概况 49

3.3.1　GPU用于图形处理 50

3.3.2　GPU通用计算简介 55

3.4　GPGPU技术的发展趋势 61

3.4.1　GPU技术发展趋势 61

3.4.2　GPU技术带来的机会 62

3.5 图形集群 63

3.5.1　基于PC集群的并行绘制系统 63

3.5.2　图形集群 67

3.5.3　本书的图形集群 68

3.6　总结和展望 69

参考文献 70

技术篇 75

第4章　并行图形绘制体系结构&彭浩宇 75

引言 75

4.1　并行图形绘制体系结构的定义 76

4.1.1　必要性与可并行性 76

4.1.2　并行图形绘制体系结构的狭义定义 78

4.1.3　并行图形绘制体系结构的广义定义 79

4.2　典型并行图形绘制系统分析 84

4.2.1　基于专用硬件的实现 84

4.2.2　基于PC集群的并行图形绘制系统 87

4.2.3　PC集群环境下的并行绘制体系结构性能分析 92

4.3　基于动态绘制组的混合式自适应并行图形绘制体系结构 95

4.3.1　多屏拼接显示系统的特点 95

4.3.2　基于动态绘制组的混合式自适应并行图形绘制体系结构框架 97

4.3.3　动态绘制组的组成 99

4.3.4 动态绘制组内sort方式的自适应切换 100

4.3.5　复式嵌套并行图形绘制流水线 102

4.4　总结和展望 105

参考文献 106

第5章　基于节点迁移的负载平衡策略&彭浩宇 109

引言 109

5.1　负载平衡概述 110

5.1.1　相关概念 110

5.1.2　“平衡性”详解 112

5.1.3　图形绘制的负载特性 113

5.1.4 SceneFramework简介 114

5.2　负载平衡算法综述 116

5.2.1　静态负载平衡算法 117

5.2.2　动态负载平衡算法 118

5.2.3 自适应负载平衡算法 118

5.2.4　基于时间反馈的自适应算法 120

5.3　基于节点迁移的负载平衡算法 121

5.3.1　算法内涵 122

5.3.2　算法设计前提 122

5.3.3　算法实现分析 124

5.3.4　测试结果 128

5.4　总结和展望 130

参考文献 130

第6章　基于预测的遮挡剔除和并行遮挡剔除&熊华 132

引言 132

6.1　遮挡剔除简介 132

6.1.1　可见性剔除分类 132

6.1.2　遮挡剔除的相关概念 133

6.1.3　遮挡剔除中的时空连贯性 134

6.1.4　遮挡剔除中的层次结构 134

6.1.5　基于点的遮挡剔除 134

6.1.6　基于区域的遮挡剔除 135

6.2　基于预测的遮挡剔除算法 135

6.2.1　硬件遮挡查询 136

6.2.2　建立空间层次结构 138

6.2.3　访问空间层次结构 139

6.2.4　实验结果 143

6.2.5　讨论和小结 148

6.3　并行遮挡剔除算法 149

6.3.1　数据并行遮挡剔除策略 149

6.3.2　功能并行遮挡剔除策略 152

6.3.3　实验结果 154

6.3.4　讨论和小结 157

6.4　总结和展望 158

参考文献 158

第7章　并行网格简化和并行多分辨率构建&熊华 161

引言 161

7.1　大型网格模型简化技术 162

7.1.1　网格简化技术简述 162

7.1.2　基于网格分割的外存简化 163

7.1.3　基于外存数据结构的外存简化 163

7.1.4　基于流式处理的外存简化 163

7.1.5　其他外存简化策略 164

7.1.6　讨论和比较 164

7.2　并行网格模型简化算法 165

7.2.1　基于网格分割的并行简化 166

7.2.2　基于流式处理的并行简化 172

7.2.3　讨论和小结 176

7.3　大型网格模型多分辨率技术 176

7.3.1　多分辨率技术简介 176

7.3.2　多分辨率表示的设计 177

7.3.3　多分辨率表示的构建 177

7.3.4　多分辨率表示的绘制 178

7.3.5　讨论和比较 179

7.4　并行多分辨率构建算法 180

7.4.1　多分辨率表示 181

7.4.2　并行外存构建 181

7.4.3　实验结果 184

7.4.4　讨论和小结 185

7.5　总结和展望 185

参考文献 186

第8章 外存数据管理框架和基于三角形排布的缓存优化技术&熊华 189

引言 189

8.1　外存技术 189

8.1.1　外存访问模型 190

8.1.2　外存处理技术 191

8.1.3　外存技术应用 192

8.2　基于优先权的统一外存数据管理框架 192

8.2.1　框架组织结构 193

8.2.2　框架运行机制 194

8.2.3　实验结果 196

8.2.4　讨论和小结 197

8.3　缓存优化技术 198

8.3.1　缓存访问模型 198

8.3.2　网格排布优化 199

8.4　基于三角形排布的缓存优化技术 200

8.4.1　排布算法原理 200

8.4.2　排布算法流程 202

8.4.3　实验结果 204

8.4.4　讨论和小结 206

8.5　总结和展望 207

参考文献 207

第9章　面向并行绘制的三角形网格压缩&秦爱红 210

引言 210

9.1　三维模型表示及其压缩 210

9.1.1　三角形网格 211

9.1.2　三角形网格压缩 212

9.2　经典的三角形网格压缩算法 214

9.2.1　广义三角形网格 215

9.2.2　拓扑手术算法 217

9.2.3　顶点度驱动的编码算法 219

9.2.4　切割边界算法 220

9.2.5　边分裂算法 222

9.2.6　大规模网格压缩算法 223

9.2.7　外存压缩算法 224

9.2.8　三角形网格流式压缩算法 225

9.3　大规模网格模型对集群并行绘制系统的挑战 226

9.3.1　基于集群的并行绘制系统简介 226

9.3.2　图元计算粒度与绘制数据的冗余度 227

9.3.3　大规模网格模型引起的绘制瓶颈及解决方法 229

9.4　面向并行绘制系统的三角形网格压缩算法 231

9.4.1　基于压缩数据的并行绘制 231

9.4.2　几何指令流压缩 233

9.5 面向并行绘制系统的三角形网格压缩框架PRMC 233

9.5.1　PRMC压缩框架的基本思想 234

9.5.2　面向分片压缩的三角形网格分割 235

9.5.3　基于分片保拓扑的三角形网格压缩算法 240

9.6 支持PRMC压缩数据流集的并行绘制系统框架 242

9.6.1 基于PRMC压缩数据流集的SceneFramework场景图扩展 244

9.6.2　基于PRMC场景图的并行绘制系统的归属判断 247

9.7　实验结果 248

9.8　总结和展望 251

参考文献 252

第10章　三角形条带化&秦爱红　 255

引言 255

10.1　三角形条带化概述 255

10.1.1　三角形条带的相关概念 255

10.1.2　三角形条带应用的必要性 256

10.1.3　三角形条带优劣的判别准则 257

10.2　经典的三角形条带化算法 258

10.2.1　三角形条带化算法分类 258

10.2.2　直接方法 259

10.2.3　重采样方法 260

10.3　三角形条带化技术的近期发展 262

10.3.1　Hamiltonian条带建立的新思路 263

10.3.2　与绘制加速技术兼容的三角形条带 265

10.3.3　三角形条带化算法总结 267

10.4 可见性连贯的分片三角形单条带化 268

10.4.1　建立同心圆 268

10.4.2　基于同心圆周游的三角形条带增长 271

10.4.3　实验结果 273

10.5　总结和展望 274

参考文献 274

第11章　并行绘制系统PSG与系统集成技术&熊华　 276

引言 276

11.1　并行绘制集成系统PSG 277

11.1.1　PSG的体系结构 277

11.1.2　PSG的功能和特点 282

11.1.3　PSG的应用领域 282

11.2　并行绘制系统集成技术 283

11.2.1　系统集成需求分析 284

11.2.2　并行场景图PSG 285

11.2.3　集成系统工作流程 290

11.2.4　并行场景图PSG的特点 293

11.3　并行绘制集成系统应用实例 294

11.4　总结和展望 296

参考文献 296

第12章 D3DPR并行图形绘制系统&刘真 297

引言 297

12.1　D3DPR透明并行化策略和系统逻辑结构 298

12.1.1　单机Direct3D9应用程序执行流程 298

12.1.2　透明并行化策略 299

12.1.3　D3DPR系统逻辑结构 301

12.2　D3DPR实现原理与技术 303

12.2.1 D3DPR系统实现结构 303

12.2.2　资源分配节点 304

12.2.3　资源绘制节点 313

12.2.4　网络传输和系统同步 317

12.2.5　D3DPR系统集成几何校正和色彩校正的技术 322

12.3　基于多流场景数据组织模式的任务分布 324

12.3.1 D3DPR系统绘制任务分布限制条件 324

12.3.2 D3DPR系统绘制任务分布策略 327

12.4　支持着色器的透明并行化研究 331

12.4.1　着色器 331

12.4.2　着色器编程 333

12.4.3 支持着色器透明并行化 337

12.5 D3DPR系统整体测试与分析 343

12.5.1　测试用例 343

12.5.2　测试结果与分析 344

12.6　总结和展望 348

参考文献 349

应用篇 355

第13章　多屏拼接显示&李超　 355

引言 355

13.1　分布式图形绘制的显示技术 355

13.2　高分辨率投影墙的建立 356

13.2.1　硬件构建 356

13.2.2　立体投影显示 360

13.3　高分辨率投影墙的校正 362

13.3.1　机械校正 363

13.3.2　基于数码相机的软件校正 364

13.4　总结和展望 371

参考文献 372

第14章 分布并行绘制与HLA仿真应用的集成技术&王总辉 373

引言 373

14.1 HLA仿真平台与常用第三方绘制平台 374

14.1.1　HLA仿真平台概述 374

14.1.2　常用的第三方绘制平台 376

14.1.3　并行绘制平台 377

14.2　仿真应用对象的组织与管理分析 379

14.3　分布并行绘制与仿真应用的集成技术 380

14.3.1　统一对象模型 380

14.3.2　基于统一对象模型的数据交换 382

14.4　HIVE仿真平台及与PSG并行绘制平台的集成 384

14.4.1 HIVE仿真平台 384

14.4.2　集成PSG并行绘制平台的HIVE仿真应用框架 389

14.4.3　集成应用例子 390

14.5　总结和展望 396

参考文献 397

第15章　基于网格的分布式仿真与可视化系统&张亚萍　仇应俊　 399

引言 399

15.1 网格概述 400

15.1.1　网格的概念 400

15.1.2　网格的特点 400

15.1.3　网格的体系结构 401

15.2 基于网格的分布式仿真与可视化系统GSPR体系结构 403

15.3　基于网格的分布式仿真与可视化系统GSPR实现 404

15.3.1　运行时环境层GRE实现 404

15.3.2　网格应用层实现 410

15.3.3　网格门户层实现 416

15.4　系统测试 419

15.5　总结和展望 424

参考文献 424