[发明专利]基于数据流图的并行绘制与可视化方法及系统

摘要

本发明涉及一种基于数据流图的三维图形并行绘制与可视化方法及系统，通过显式构造具有数据流图驱动的流水线的技术，为开发者提供基本计算单元和并行化组装计算单元的工具，让开发者自行组合这些计算单元来实现满足任务需求的并行绘制和可视化流程。本发明的系统着力于提供具有优良可扩展性的计算单元接口和计算单元之间的高效数据链路，实现了并行绘制任务中常用的计算单元，复杂的多遍绘制和可视化任务只需适当地组装这些内置的计算单元就能实现高效并行化。本发明使得基于多遍正向绘制的绘制与可视化算法的并行化成为可能，为其提供了行之有效的并行化框架和流程。解决了当前各种需要进行多遍正向绘制的绘制与可视化算法难以高效并行化的难题。

主权项

一种基于数据流图的三维图形并行绘制与可视化方法，在GPU集群中包括至少一台具备GPU的计算机，每台计算机作为所述GPU集群节点，所述节点之间通过网络连接，在所述每个节点上运行有至少一个进程，所述每个进程内运行至少一个线程，其步骤如下：1)在线程中设置至少一个计算单元，用于完成计算任务或者绘制任务；2)所述计算单元间通过数据链路连接执行push推送和/或fetch接收，在同一线程中，所述计算单元按照数据间依赖关系执行；如果同一个线程块中存在两个计算单元A、B，且B对A有数据依赖，那么在线程块的任何一个执行序列中A都排在B前面；在不同线程中，所述计算单元按照同步机制并行执行；所述数据链路包括四种数据链路：线程内部链路、线程间链路、共享内存链路和套接字链路；2‑1)所述线程内部链路的设计如下：同一个线程内的计算单元的执行顺序是拓扑有序的；线程内部的所有计算单元共享绘制环境上下文，所以线程内部链路的输入槽和输出槽可以共享参数的局部部分；参数的局部部分是指参数对象中需要依赖于某个特定的计算单元才能完整表达语义的部分；2‑2)所述线程间链路的各个线程并行执行彼此没有先后顺序，通过线程间的同步操作保证输入单元产生数据之后输出单元才消费数据；所述线程间链路采用循环队列的方式进行数据传递，链路初始化时即分配一个固定大小的循环队列，该循环队列使用两个信号量来记录队列中的可用空间和已用空间，以实现输入单元和输出单元的线程同步；2‑3)所述共享内存链路用于连接位于同一台机器上的两个不同进程上的计算单元；采用序列化方法，在共享内存中存放参数对象序列化之后的字节流；2‑4)所述套接字链路用于连接位于两台物理机器上的两个计算单元，使用TCP协议进行通讯；所述套接字链路是最高层级的数据链路，将一个计算单元的输出参数槽连接到另一个计算单元的输入参数槽；3)按照并行绘制模式和绘制方法对应的流程进行分解，构造该绘制方法所对应的并行数据流图；4)提取三维模型或场景中的绘制相关参数，根据所述数据流图中的计算单元和数据链路分别并行执行分解后的任务得到图像单元；5)对所述图像单元依照并行绘制模式进行不同形式的组合，得到完整的可视化图像。