[发明专利]基于多层级非对称通信管理的并行绘制方法

说明书

本发明公开了一种基于多层级非对称通信管理的并行绘制方法，包括步骤：S1，数值模拟结果数据并行读入；S2，客户端交互进程开始绘制；S3，服务端绘制进程执行并行绘制；S4，服务端绘制结果向客户端传输等；本发明降低了并行可视化计算与绘制过程中的进程间通信次数，实现了进程间负载均衡，提升了数据载入效率，提升了绘制效率。

技术领域

本发明涉及科学可视化领域，更为具体的，涉及一种基于多层级非对称通信管理的并行绘制方法。

背景技术

随着巨型计算机技术的不断发展，科学数值模拟的计算精度不断提高、网格规模不断增大，所产生的科学数据量已经达到了PB甚至EB量级，如何能够有效的分析与理解这些大规模科学数据已经成为目前科学家们所面临的一个重要难题。科学计算可视化是帮助科学家们分析与理解大规模科学数据的有效方法之一，它是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算的输出数据和一些其它领域通过观察测试生成的数据转换为图形和图像，最终在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。而对于这些大规模科学计算数据的可视化处理，仅仅依赖单台计算机本身存储空间的扩大、计算速度的提升，尚不能够满足大规模科学数据可视化的应用需求。因此，将并行处理技术引入可视化算法就成为了必然选择，利用大规模并行计算机进行并行可视化处理已成为目前大规模科学数据分析的有效手段。基于分布式并行计算机集群系统，能够充分发掘多台计算机的计算能力和图像绘制功能，具有较好的可扩展性和很强的灵活性。并行绘制技术将并行计算理论和方法引入图形处理领域，是实现高性能图形计算的重要手段。传统上，按照多条流水线的组织方式，即按照图形处理任务的重新分配发生在图形流水线的阶段，并行绘制体系结构分为sort-first、sort-middle、sort-last三类。

现有方案中，针对大规模复杂场景绘制的应用需求，专利CN 101986710 A中提出一种基于sort-last体系结构的并行绘制系统，该系统由PC集群系统构成，包括一个融合节点和若干绘制节点，节点间通过局域网相连，绘制节点负责各自场景的绘制，融合节点负责汇总各绘制节点形成的场景和相应的像素深度图像，并依据图像深度信息最终融合形成最终图像输出。专利CN 103136399 A提出一种室内场景的辐射度并行绘制系统，该专利提供了一种面向室内场景的辐射度并行绘制方法：首先，由每个绘制节点计算出物体的参数化纹理图，并发送给文件服务器；然后，由主控节点的并行绘制管理器根据每个物体的参数化纹理的大小排序，根据纹理大小给多个绘制节点分配直接光照绘制任务；由每个绘制节点计算出物体的直接光照纹理图，发送给文件服务器；最后，由主控节点的并行绘制管理器物体的直接光照纹理的大小，结合各个绘制节点的硬件和网络信息，计算出每个光照纹理的对每个绘制节点的计算成本，从而排序并分配给多个绘制节点；绘制节点计算出物体的间接光照纹理图，并发送给文件服务器。专利CN 103699354 A给出了一种基于并行绘制技术的三维图形渲染方法，包括：构建并行渲染系统工作环境，用户服务节点确定图元归属，渲染节点确定图元归属，渲染节点执行渲染任务，提取像素数据并发送到图像服务节点，图像服务节点接收像素数据，执行图像拼合，输出到投影设备并显示。

上述方案与本发明的技术较为接近，专利CN 101986710 A解决了绘制节点间的并行绘制问题，然而并没有解决将最终绘制图像返回到服务处理系统以及用户终端的问题。专利CN 103136399 A提出了包括主控节点、绘制任务子节点、任务管理器以及文件服务器的并行绘制系统，能够应用于用于虚拟现实中面向室内的场景，然而该方法通过主控节点的并行绘制管理器为绘制节点分配参数化任务，同时由主控节点的并行绘制管理器为绘制节点分配直接光照绘制任务。专利CN 103699354 A使用图像服务节点接收像素数据并执行图像拼合。由于本专利适用的国产超算结构特点和远程作业启动方式，专利CN 103136399A和CN 103699354 A方法应用于本硬件系统在绘制过程中，主控节点(服务节点)与绘制节点的通信将成为性能瓶颈，影响绘制效率；而且上述方案不能实现对数值模拟数据的交互式探索。

发明内容