专利名称：并行图形绘制的混合式自适应体系结构设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及并行图形绘制技术领域，特别是涉及支持多屏拼接显示的基于PC集
群环境的并行图形绘制的混合式自适应体系结构设计。
背景技术：
历经二十多年的高速发展，个人计算机(PC)的图形处理能力日益强大。当前，在 PC集群上构建并行图形绘制系统，实现高性能图形绘制，具有高性价比、使用灵活、扩展性 好等特点，成为并行绘制技术的研究热点。 传统上并行图形绘制系统体系结构按照图形处理流水线的并行方式可以分为 sort-first、sort-middle和sort-last三种基本体系结构类型。在PC集群的并行图形绘 制系统中一般采用sort-first和sort-last体系结构。 sort-first类型的体系结构采用基于图像空间划分的并行方式，最终的显示屏幕 被划分为若干个子区域，每个子区域由一个绘制服务器负责，子区域内的几何图元进入相 应绘制服务器的图形处理流水线后就得到各子区域图像，各子区域图像直接拼接为最终显 示图像。Sort-first体系的处理过程完整且直观，但几何图元需要先经过预变换确定其属 于哪个屏幕子区域后再归由相应的绘制服务器处理，增加了归属判断的额外开销。同时由 于Sort-first体系下任务划分是按照屏幕的图像空间进行划分的，容易因场景在屏幕上 分布的不均匀导致负载不平衡，通常需要设计高效的负载平衡算法来保证系统性能。
Sort-last型体系结构采用基于对象空间划分的并行方式，场景对象分为若干子 数据集，每个子数据集归由一个绘制服务器完成绘制后生成一个包含部分场景数据的全屏 幕尺寸的子图像。所有子图像经过像素合成之后生成最终图像进行显示。由于sort-last 体系结构工作流程不对最终的显示屏幕进行划分，场景数据也就不需要预变换来进行归属 判断，只需按照一定标准进行均匀划分，这个划分过程相对归属判断更简单。由于各绘制服 务器得到的子数据集绘制任务相差无几，所以能达到良好的负载平衡效果。但是每个绘制 服务器绘制得到的只是一个包含部分场景的子图像，所以必须增加图像像素合成的过程， 而这一过程非常耗时。 对于支持多屏拼接显示的并行图形绘制系统，其显示区域由多个显示器或者投影 仪拼接而成，图像空间的划分被相对固定，sort-first体系结构下诸多基于图像空间的算 法受到约束，而多屏拼接显示的超大分辨率也给sort-last体系结构下的图像像素合成带 来更大困难。本发明针对支持多屏拼接显示的PC集群环境下的并行图形绘制系统而设计 的混合式自适应体系结构，能结合sort-first和sort-last体系结构工作流程的优势，根 据绘制实时情况自适应选择最优工作流程，提高并行图形绘制系统的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种支持多屏拼接显示的PC集群环境下的并行图形绘制 的混合式自适应体系结构设计。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下 —种并行图形绘制的混合式自适应体系结构设计，包括 1、动态绘制组的设定 在PC集群环境下，用多个PC通过主从关系进行逻辑组合为动态绘制组，作为一个 整体代替传统的单个PC担任并行绘制系统的绘制功能单元。主节点由连接有显示设备的 PC节点担任，在动态绘制组中处于主导地位，负责多屏拼接显示中与之对应的显示屏区域 的图形处理工作，从节点由集群中其它PC担任，作为绘制服务器归入后备资源，按绘制需 要在各绘制组之间进行分配调整。
2、组内sort方式的自适应切换 在并行绘制系统运行时，动态绘制组内部的主节点根据场景分布状态和当前网络 负载状态决定在组内采用sort-first体系结构的工作流程或sort-last体系结构的工作 流程，从节点被动地选择一种工作流程下的算法。通过组内自适应切换，各动态绘制组可以 用较小的代价应对不同的绘制环境状态，从而使整个并行图形绘制系统获得稳定而高效的 绘制性能。 3、两个层次的混合式并行绘制体系结构 通过动态绘制组的设置，此并行绘制体系结构被分为两个层次第一层次对应了 所有动态绘制组，由于每个动态绘制组负责多屏拼接显示的一个显示屏区域，这些动态绘 制组构成了 sort-first并行绘制体系结构；第二层次对应各个动态绘制组内部，各组可以 在sort-first体系结构和sort-last体系结构的工作流程间切换。通过对组内工作流程 的优化，这两个层次的混合式并行绘制体系结构具有独特的复式嵌套并行绘制流水线的工 作方式。 本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是 本发明设计了一种并行图形绘制系统的混合式自适应体系结构，它针对多屏拼接 显示和PC集群环境的特点，引入了动态绘制组负责各固定显示区域内场景的绘制，实现第 一层动态绘制组之间sort-first体系的并行绘制，在动态绘制组内部再根据绘制状态进 行主从节点间的sort-first或者sort-last体系工作流程。相对传统单一体系结构，此混 合型体系结构具有如下优势 1、适应性此体系结构针对多屏拼接显示和PC集群环境设计，两者对并行图形绘 制进行了更多约束，本发明混合型体系结构针对这些约束进行优化设计，能适应不同的硬 件设备要求。 2、灵活性sort-first和sort-last体系结构各有优势与不足，分别适应不同的
绘制状态，本体系结构将两者优势互补，使得并行绘制的工作流程更灵活。 3、高效性在动态绘制组内部根据不同绘制状态进行工作流程的自适应切换，可
以根据当前绘制状态选择最佳工作流程，提高了并行绘制工作效率。
图1为本发明具体实施例体系结构示意图。
图2为本发明具体实施例并行绘制流水线示意图。
具体实施例方式
结合附图，下面对本发明作进一步描述。 本发明针对构建于PC集群环境的基础之上，并需要支持多屏拼接显示屏，为此采 用混合sort-first & sort-last类体系结构，如图l所示。对应多屏拼接显示中的每一 个显示子区域(显示屏x)，由"动态绘制组(DRT)"负责此显示区域内场景数据从绘制到 拼接显示的完整图形处理流水线，对应四个显示子区域的四条并行图形处理流水线处于 sort-first体系的工作模式。 动态绘制组由多个PC通过主从关系进行逻辑组合，作为一个整体代替传统的单 个计算机担任并行绘制系统的绘制功能单元。每个动态绘制组中都至少包括一个主节点和 若干从节点。 主节点和从节点都由集群中的PC节点担任，在并行绘制系统中都起到绘制服务 器的角色，但是所处地位和工作职责不尽不同。主节点由连接有显示器的PC节点担任，在 动态绘制组中处于主导地位，从节点由集群中其他PC节点担任，作为备选的绘制资源。初 始状态下从节点不属于任何动态绘制组，由控制节点在绘制过程中实时分配到各动态绘制 组，归由组内主节点支配。当组内主节点对某些从节点发出解除指令后，这些从节点重新归 入后备资源。通过动态绘制组内从节点数据可以调整整个动态绘制组的绘制能力，取得一 定的负责平衡效果。 并行图形绘制系统运行时的动态绘制组内部，主节点根据当前绘制环境状态决定 采用sort-first体系工作流程或sort-last体系工作流程，可以自由在两种工作流程间切 换。组内的从节点在完成绘制任务后根据当前工作流程对生成的图像从两种方式选择其一 处理1、若是sort-first工作流程，则将本从节点负责屏幕子块的图像发送到主节点，由 主节点将所有子块拼接成本动态绘制组的输出图像；2、若是sort-last工作流程，则所有 从节点参与图像深度合成过程，由主节点生成最终的合成图像。组内自适应切换的目的是 选择更适应当前绘制环境的工作流程以提高并行绘制系统效率。 由对应多屏拼接显示墙的多个动态绘制组形成的第一层并行绘制流水线和动态 绘制组内部的第二层优化并行流水线构成了复式嵌套并行绘制流水线，如图2所示。
此复式嵌套并行绘制流水线是本混合式自适应体系结构所独有，由于有两层并行 绘制流水线同时参与并行绘制工作，相对于传统并行绘制系统单一的并行绘制流水线具有 更高的绘制效率。 最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子，显然，本发明不 限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直 接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
一种并行图形绘制的混合式自适应体系结构设计，其特征在于(1)动态绘制组的设定在PC集群环境下，用多个PC通过主从关系进行逻辑组合为动态绘制组，作为一个整体代替传统的单个PC担任并行绘制系统的绘制功能单元，主节点由连接有显示设备的PC节点担任，在动态绘制组中处于主导地位，负责多屏拼接显示中与之对应的显示屏区域的图形处理工作，从节点由集群中其它PC担任，作为绘制服务器归入后备资源，按绘制需要在各绘制组之间进行分配调整；(2)组内sort方式的自适应切换在并行绘制系统运行时，动态绘制组内部的主节点根据场景分布状态和当前网络负载状态决定在组内采用sort-first体系结构的工作流程或sort-last体系结构的工作流程，从节点被动地选择一种工作流程下的算法；(3)两个层次的混合式并行绘制体系结构通过动态绘制组的设置，此并行绘制体系结构被分为两个层次第一层次对应了所有动态绘制组，由于每个动态绘制组负责多屏拼接显示的一个显示屏区域，这些动态绘制组构成了sort-first并行绘制体系结构；第二层次对应各个动态绘制组内部，各组可以在sort-first体系结构和sort-last体系结构的工作流程间切换。
全文摘要
本发明公开了一种并行图形绘制的混合式自适应体系结构设计，它适用于支持多屏拼接显示的PC集群环境。在此并行图形绘制体系结构下，多个PC节点通过主从关系结合为动态绘制组作为绘制基本单元，参与针对多屏拼接显示的第一层sort-frist并行绘制。在动态绘制组内部，各PC节点根据绘制状态在sort-first和sort-last两种工作流程中切换，并通过缓帧技术将组内工作流程并行化处理。通过动态绘制组之间的第一层并行绘制流水线和组内的第二层并行绘制流水线，整个并行绘制系统以复式嵌套并行绘制流水线方式完成绘制任务，提高并行图形绘制系统的绘制性能。
文档编号G06T1/20GK101739662SQ20091015535
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者彭浩宇, 王勋 申请人:浙江工商大学