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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PRMC233

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PSG277

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PSG285

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