[发明专利]一种适用于绘制区域任意划分的并行绘制负载平衡方法

摘要

一种适用于绘制区域任意划分的并行绘制负载平衡方法，用于三维渲染，通过剖分屏幕空间在多个绘制节点间分配计算任务，绘制节点也称渲染节点，包括预处理、负载评估、负载平衡、调整屏幕空间上的子绘制区域、绘制下一帧五个步骤。本发明使用多维二叉搜索树KD树对场景空间进行划分，在此基础上进行快速的负载评估，得到各节点下一帧绘制的负载预测值，最后基于这些预测值，再利用本发明提出的负载矩形构造负载矩阵，完成负载平衡，有效地避免了过多的负载评估过程，从而进一步提高了系统的整体效率，能很好地处理场景变化剧烈的情况。

主权项

一种适用于绘制区域任意划分的并行绘制负载平衡方法，用于三维渲染，通过剖分屏幕空间在多个绘制节点间分配计算任务，绘制节点也称渲染节点，其特征是包括以下步骤：步骤一：预处理首先对要绘制的模型进行预处理，对模型进行等质量划分，得到子模型，将图元也就是子模型组织成KD树空间结构，图元为KD树节点，则处于KD树同一层次的节点质量相同，密度越大的节点，其体积越小，在同一层次上，KD树的节点质心更接近模型的实际质量分布；模型在空间中有一个外接包围盒，在KD树的组织过程中，选择垂直于包围盒最长边的平面作为模型的分割平面；步骤二：负载评估将三维模型空间的点映射至二维的屏幕空间，划分屏幕空间得到子绘制区域，一个渲染节点对应一个子绘制区域，子绘制区域内的模型部分为渲染视区，负载评估对模型在各个子绘制区域内的分布情况进行分析，也就是分析图元属于哪个渲染视区，评估过程通过进行KD树自顶向下的图元归属判断来实现，由子绘制区域内的图元计算子绘制区域的负载，从KD树根节点开始按层次顺序对每个节点进行归属判断，如果某一个节点完全位于某个子绘制区域内部或者完全位于其外部，那么它所有的子节点在后续的层次遍历过程中都可以忽略，对于不属于前述情况的节点，即跨边界节点，则继续进行其子节点的归属判断；步骤三：负载平衡负载评估之后，得到各个子绘制区域的负载值，获取本子绘制区域内的各子模型包围盒，将各子模型包围盒的八个顶点映射至屏幕空间，然后在屏幕二维空间内取这八个点的包围矩形，将每个矩形作为一个负载体，称之为负载矩形，负载平衡以负载矩形为对象；每个渲染节点对应一个渲染视区，对每个渲染节点对应的渲染视区重新划分，在负载评估的负载值基础上动态调整渲染视区范围，使得每个渲染节点的绘制负载相等，首先将所有的渲染节点组织成一棵二叉树，二叉树的叶节点与各个渲染节点对应，所述二叉树的性质如下：对于该二叉树中的任意一个中间节点，设其左右子树中的叶节点数分别为NumL和NumR，那么NumL和NumR满足这样的关系：NumL＝NumR或者NumL+1＝NumR；设有N个渲染视区，整个模型的总体负载值为L，调整每个叶节点的渲染视区范围，使每个叶节点的负载值为L/N，每个中间节点的负载等于其左右子树的负载之和，按照渲染节点组织成的二叉树，由自顶向下逐层分解，按每个节点的负载值划分屏幕空间；步骤四：根据新的渲染视区范围对应调整屏幕空间上的子绘制区域；步骤五：绘制下一帧。