[发明专利]大型三维场景的计算机集群分布式路径跟踪绘制方法

说明书

本发明涉及一种大型三维场景的计算机集群分布式路径跟踪绘制方法，其特征在于：使用计算机集群A001实现大型三维场景的分布式路径跟踪绘制，计算机集群A001由台计算机图形工作站通过网络交换机连接在一起构成，其中一台计算机图形工作站被用作主控结点A002，其他计算机图形工作站被用作绘制结点；在建模时，对要绘制的三维场景中的几何对象进行划分，把三维场景模型分成个部分，保证每部分包含的几何对象对应的几何数据能够全部被加载到单台计算机图形工作站的内存中。其通过把大型三维场景模型划分成多个部分，并把不同部分加载到计算机集群的不同结点上，利用计算机集群来分布式地对大型三维场景进行绘制。

技术领域

本发明涉及一种大型三维场景的计算机集群分布式路径跟踪绘制方法，属于三维场景绘制技术领域。

背景技术

路径跟踪是一种常见的三维场景绘制技术，在影视制作、三维可视化、艺术设计等领域有着广泛的应用。J. F. Hughes等人2014年出版的《Computer Graphics: Principlesand Practice, Third Edition》对路径跟踪技术作了详细介绍，在本发明中称之为单机版路径跟踪技术。利用路径跟踪绘制三维场景时，需要先把整个三维场景加载到计算机内存之中，然后再按照路径跟踪流程绘制三维场景。对于大型三维场景，其中包含巨量的几何数据，普通的计算机图形工作站内存有可能难以容纳整个三维场景模型数据。中小型影视制作企业通常都拥有一定数量的计算机图形工作站，但未必有足够的资金去购买更高端的计算机硬件设备。可以用高速网络交换机把大量计算机图形工作站连接起来，构成一个计算机集群。计算机集群的总内存容量可以比较容易地满足大于加载大型三维场景所需存储容量的要求。然而，由于计算机集群的内存分散在不同计算机图形工作站上，因此要想利用计算机集群来对大型三维场景进行路径跟踪绘制，就必须设计适合于计算机集群体系结构的分布式路径跟踪绘制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型三维场景的计算机集群分布式路径跟踪绘制方法，通过把大型三维场景模型划分成多个部分，并把不同部分加载到计算机集群的不同结点上，利用计算机集群来分布式地对大型三维场景进行绘制。

本发明的技术方案是这样实现的：大型三维场景的计算机集群分布式路径跟踪绘制方法，其特征在于：使用计算机集群A001实现大型三维场景的分布式路径跟踪绘制，计算机集群A001由台计算机图形工作站通过网络交换机连接在一起构成，其中一台计算机图形工作站被用作主控结点A002，其他计算机图形工作站被用作绘制结点；换句话说，计算机集群A001包括主控结点A002和第1个绘制结点、第2个绘制结点、以此类推一直到第个绘制结点；在建模时，对要绘制的三维场景中的几何对象进行划分，把三维场景模型分成个部分，保证每部分包含的几何对象对应的几何数据能够全部被加载到单台计算机图形工作站的内存中，并能在单台计算机图形工作站上正常执行对该部分几何对象构成的子场景的路径跟踪绘制操作，每部分包含的几何对象对应的几何数据构成子场景模型。

提供一种数据结构INPD，用于存储与三维场景点相关的数据，数据结构INPD包括使用标识INUT、场景点位置POS、场景点所在位置的法向量NORM、场景点所在几何面片的材质数据MAT共四个成员变量。

提供一种数据结构SHDT，用于存储遮挡测试结果，数据结构SHDT包括遮挡标识TO、使用标识SHUT共两个成员变量。

提供一种数据结构RAY，用于表示光线，数据结构RAY包括光线起点RS、光线方向RV、使用标识RUT共三个成员变量。

提供一种数据结构SEG，用于表示线段，数据结构SEG包括线段起点GS、线段终点GE、使用标识GUT共三个成员变量。

具体实现步骤如下：