Information technology of 3D object's rendering

2017 Science-based technologies   unpublished
ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ РЕНДЕРІНГУ 3D-ОБ'ЄКТІВ Постановка проблеми Технології створення синтезованих моделей засобами комп'ютерної графіки широко викорис-товуються в мультимедіа, цифровій фотографії та сучасному кінематографі, де майже кожен кадр фільму являє собою високоякісне синтезоване об'ємне зображення, яке виходить з тривимірної моделі шляхом прорахунку освітленості. При цьому виконується величезна кількість обчис-лень, пов'язаних з розрахунками перевідбитків променів від поверхонь
more » ... ів сцени, що випускаються одним або декількома джерелами світла та потрапляють в об'єктив віртуальної камери, яка, в свою чергу, теж задається низкою параметрів. Така операція комп'ютерної графіки відома як рендерінг. Метою рендерінгу є отримання фотореаліс-тичних зображень, що вимагає розрахунку віддаленості елементарної точки зображення, визначення її освітленості та текстури. При по піксельному обчисленні всього зображення екс-перименти, що проводяться, тривають декілька годин на потужних сучасних комп'ютерах. Враховуючи, що для здійснення проміжних результатів виконується приблизно 100-1000 арифметичних результатів, що означає виконання приблизно 10 17-10 20 операцій з плаваючою точ-кою, потребує також значного обсягу пам'яті для збереження проміжних результатів. Обчислю-вальна система із продуктивністю 10 14 операцій з плаваючою точкою при повній завантаженості та неефективному програмуванні буде здійснювати цей експеримент протягом декількох годин. Таким чином, економія обсягу пам'яті та скоро-чення обчислень потребує розроблення нових підходів для здійснення подібних операцій. Так, прорахунок одного кадра зображення роздільною здатністю 1920×1080 пікселів (FullHD), сцена якого складається з 230 656 полігонів, 4-х джерел світла і однієї камери) комп'ютером AMD Athlon (TM) Х4 860K с процесором Quad 3,70 ГГц в тандемі з 16 Гб ОЗП займає близько півгодини. Але 200 000 кадрів тієї ж роздільної здатності рендер-ферма REBUSfarm може виконати за 28,80 год, задіявши для цього 500 обчислю-вальних вузлів. Обчислення повинні застосувати такі про-грамні та апаратні засоби, які здатні їх проводити за обмежений час. Можливості підвищення показників апаратних засобів за рахунок під-вищення частоти та щільності упакування логічних елементів на кристалі, поступово вичерпуються. Останнім часом розвиваються інші підходи, які основані на багатопроцесорній побудові комп'ютерних систем, набувають роз-витку паралельні обчислення програмними засобами [1; 2]. Проблему збільшення швидкості візуалізації умовно можна вирішити двома способами: перший полягає в нарощуванні потужностей апа-ратної частини, а другий в оптимізації алго-ритмів прорахунку зображень. Недоліками пер-шого підходу є: збільшення площі, що займають обчислювальні вузли, підвищене енергоспожи-вання і тепловиділення; до недоліків другого-фізично не коректна освітленість. Оптимізація, як правило, полягає в зменшенні кількості полігонів і зниженні якості текстур об'єктів, що знаходяться в зоні слабкої видимості, що призводить до зниження якості зображень, що є не припустимим. Аналіз останніх публікацій У попередніх працях [3-5] виконаний аналіз обчислювальних витрат існуючими програмними засобами та встановлені ефективні за часом засоби для побудови синтезованих об'єктів. Так, у працях [3; 4] проведена оцінка прорахунку
fatcat:yqlmhnazqndf7aeutkuh4cestq