分布式三維渲染系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種分布式三維渲染系統(tǒng)，包括主控制臺(tái)、至少兩個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)，所述渲染節(jié)點(diǎn)包括圖形顯示卡、同步顯示卡；主控制臺(tái)將三維模型數(shù)據(jù)發(fā)給各渲染節(jié)點(diǎn)，各渲染節(jié)點(diǎn)接收到自己的三維模型數(shù)據(jù)后將所述三維模型數(shù)據(jù)傳輸給所述圖形顯示卡并啟動(dòng)三維渲染運(yùn)算，然后等待圖形顯示卡的運(yùn)算處理完畢信號(hào)；當(dāng)接收到處理完畢信號(hào)后啟動(dòng)同步顯示卡從圖形顯示卡中讀取渲染好的三維圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)將處理完畢信號(hào)發(fā)送給主控制臺(tái)；主控制臺(tái)在接收到所有渲染節(jié)點(diǎn)的處理完畢信號(hào)后發(fā)送同步顯示命令給各渲染節(jié)點(diǎn)；各渲染節(jié)點(diǎn)收到同步顯示命令后通知同步顯示卡將渲染好的三維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出顯示。本發(fā)明專利技術(shù)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)之間的完全同步。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及分布式處理系統(tǒng)，特別是涉及一種分布式三維渲染系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著科技的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的單機(jī)三維渲染系統(tǒng)輸出圖像的效果、分辨率及幀率 已經(jīng)無(wú)法滿足用戶對(duì)場(chǎng)景的細(xì)膩程度及大視野的需求。為了獲得更大的顯示尺寸、更寬的 視野、更高的顯示分辨率、更具沖擊力的視覺(jué)效果，三維渲染的運(yùn)算量成倍增長(zhǎng)，單臺(tái)處理 器無(wú)法滿足應(yīng)用需求。為了適應(yīng)這繁重的三維渲染運(yùn)算，目前業(yè)界有提出了這么一種分布 式的三維渲染系統(tǒng)，該系統(tǒng)由很多單個(gè)的渲染節(jié)點(diǎn)組成，在執(zhí)行渲染任務(wù)時(shí)自動(dòng)將任務(wù)分 解到相應(yīng)渲染節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)負(fù)載平衡每個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)的使用效率。上述的將單幀圖像的渲染運(yùn) 算分布到多臺(tái)計(jì)算機(jī)或多個(gè)GPlKgraphics processing unit,圖形顯示卡),有許多方法可 以實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)，主要是把每幀畫(huà)面分割成不同的區(qū)域，分配到不同的節(jié)點(diǎn)，由各個(gè)計(jì)算機(jī) 或GPU各自單獨(dú)完成計(jì)算，最后把各個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)所渲染的圖像合并成一張大的圖像，從而 實(shí)現(xiàn)超大分辨率三維場(chǎng)景的快速渲染。分布式三維渲染系統(tǒng)可以用更快的速度完成大分辨率場(chǎng)景的渲染，然而與此同時(shí) 也帶來(lái)了多個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)之間渲染及圖像輸出顯示的不同步問(wèn)題。眾所周知，目前衡量三位 場(chǎng)景的復(fù)雜度主要看這個(gè)場(chǎng)景有多少個(gè)三角形組成，場(chǎng)景越復(fù)雜包含的三角越多，三角形 多的場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的三維渲染運(yùn)算量就越大。在一個(gè)大分辨率的三維場(chǎng)景畫(huà)面中，畫(huà)面每一部 分的場(chǎng)景復(fù)雜程度不盡相同，有的部分可能是由幾十個(gè)三角形組成的場(chǎng)景，有的場(chǎng)景則需 要幾百個(gè)幾千個(gè)三角形組成，這樣按塊分配給各個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算量就完全不一樣。如果 每個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)的處理能力相同(即每秒處理的三角形個(gè)數(shù)相同)，則由較多三角形組成的復(fù) 雜三維場(chǎng)景運(yùn)算需花費(fèi)的時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，簡(jiǎn)單的三維場(chǎng)景運(yùn)算花費(fèi)的時(shí)間就越短。這個(gè)就 會(huì)導(dǎo)致處理節(jié)點(diǎn)每秒鐘處理的幀數(shù)時(shí)快時(shí)慢,各個(gè)處理節(jié)點(diǎn)之間處理的幀率有快有慢。如 果不采取有效的同步機(jī)制就會(huì)出現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的不同步現(xiàn)象，從而導(dǎo)致圖像撕裂現(xiàn)象的 出現(xiàn)。如圖1所示，某一時(shí)刻渲染節(jié)點(diǎn)I渲染顯示A畫(huà)面的一部分，理論上渲染節(jié)點(diǎn)2此時(shí) 也應(yīng)該渲染顯示A畫(huà)面的一部分，由于沒(méi)有有效的同步機(jī)制，這時(shí)渲染節(jié)點(diǎn)2渲染顯示的是 B畫(huà)面的一部分，這樣在拼接顯示的時(shí)候我們看見(jiàn)的就是一個(gè)撕裂的畫(huà)面。傳統(tǒng)的分布式三維渲染系統(tǒng)主要采用軟件的同步機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)之間 渲染運(yùn)算的同步。如圖2以及圖3所示，上述實(shí)現(xiàn)各個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)之間同步的過(guò)程主要包括 以下幾個(gè)步驟I)、所有三維模型數(shù)據(jù)全部由主控制臺(tái)通過(guò)內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)的發(fā)給每個(gè)節(jié)點(diǎn)；2)、每個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)通過(guò)通訊接口接收自己的三維模型數(shù)據(jù)；3)、渲染節(jié)點(diǎn)接收完一幀數(shù)據(jù)后再通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線把三維模型數(shù)據(jù)傳輸給GPU 開(kāi)始啟動(dòng)三維渲染運(yùn)算；4)、等待GPU運(yùn)算處理完畢信號(hào)，同時(shí)把處理完畢信號(hào)發(fā)送給主控制臺(tái)，告訴主控 制臺(tái)本節(jié)點(diǎn)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒；5)、主控制臺(tái)在收到所有節(jié)點(diǎn)報(bào)告的準(zhǔn)備就緒信號(hào)后發(fā)送同步顯示命令給各個(gè)渲 染節(jié)點(diǎn)；6)、每個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)收到同步顯示命令后就把剛渲染好的圖像數(shù)據(jù)輸出顯示，這樣 就完成了 一幀三維場(chǎng)景的渲染顯示。循環(huán)執(zhí)行上述第一至第六步可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)渲染過(guò)程。上面軟件同步的方法主要思想是通過(guò)主控制臺(tái)發(fā)布同步命令讓處理快的渲染節(jié) 點(diǎn)等待處理慢的渲染節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)之間渲染運(yùn)算的同步問(wèn)題。由于GPU帶 有圖像輸出顯示的功能，一般做法就是直接由GPU輸出顯示圖像。然而，GPU內(nèi)部數(shù)據(jù)交換 顯示部分只有芯片廠家能控制，沒(méi)有可供同步輸出的控制接口。當(dāng)我們把三維模型數(shù)據(jù)提 交給GPU運(yùn)算完成后，GPU就直接輸出顯示，不會(huì)等待同步顯示命令。也就是說(shuō)，采用單獨(dú) 的軟件同步機(jī)制不能完全起到同步的作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
基于此，有必要針對(duì)上述單獨(dú)的軟件同步機(jī)制不能完全實(shí)現(xiàn)各個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)之間的 同步問(wèn)題，提供一種分布式三維渲染系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下的技術(shù)方案一種分布式3D拼接顯示處理系統(tǒng)，包括主控制臺(tái)、至少兩個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)，所述渲染 節(jié)點(diǎn)包括圖形顯示卡、同步顯示卡；所述主控制臺(tái)將三維模型數(shù)據(jù)發(fā)給各渲染節(jié)點(diǎn)，各渲染節(jié)點(diǎn)接收到自己的三維模 型數(shù)據(jù)后將所述三維模型數(shù)據(jù)傳輸給所述圖形顯示卡并啟動(dòng)三維渲染運(yùn)算，然后等待所述 圖形顯示卡的運(yùn)算處理完畢信號(hào)；當(dāng)接收到所述處理完畢信號(hào)后啟動(dòng)所述同步顯示卡從所 述圖形顯示卡中讀取渲染好的三維圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)將所述處理完畢信號(hào)發(fā)送給 所述主控制臺(tái)；所述主控制臺(tái)在接收到所有渲染節(jié)點(diǎn)的處理完畢信號(hào)后發(fā)送同步顯示命令 給各渲染節(jié)點(diǎn)；各渲染節(jié)點(diǎn)收到所述同步顯示命令后通知所述同步顯示卡將渲染好的三維 圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出顯示。由以上方案可以看出，本專利技術(shù)的分布式三維渲染系統(tǒng)，采用同步顯示卡來(lái)實(shí)現(xiàn)可 控的圖像輸出顯示功能，實(shí)現(xiàn)了卡與卡之間的同步控制，讓整個(gè)渲染系統(tǒng)可以共用同一個(gè) 視頻輸出同步信號(hào)，保證了整個(gè)系統(tǒng)視頻輸出的完全同步；并且由于本專利技術(shù)中實(shí)現(xiàn)了同步 顯示卡與圖形顯示卡之間的直接數(shù)據(jù)傳輸，從而降低了數(shù)據(jù)傳輸對(duì)系統(tǒng)總線帶寬與CPU處 理時(shí)間的浪費(fèi)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。本專利技術(shù)在傳統(tǒng)的軟件機(jī)制的基礎(chǔ)上重點(diǎn)增加 了硬件機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)之間的完全同步，保證了系統(tǒng)快速、正確的顯示，在超大分 辨率三維圖像的生成、演示及仿真方面有較高的實(shí)用價(jià)值(如三維GIS、三維虛擬景觀、虛擬 仿真等)。附圖說(shuō)明圖1為采用傳統(tǒng)的分布式三維渲染系統(tǒng)進(jìn)行渲染時(shí)出現(xiàn)畫(huà)面撕裂的示意圖2為傳統(tǒng)的分布式三維渲染系統(tǒng)中主控制臺(tái)處理流程示意圖3為傳統(tǒng)的分布式三維渲染系統(tǒng)中渲染節(jié)點(diǎn)處理流程示意圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例中一種分布式三維渲染系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例中渲染節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)傳輸路徑示意圖6為傳統(tǒng)的渲染節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)傳輸路徑示意圖7為本專利技術(shù)實(shí)施例中同步顯示卡的結(jié)構(gòu)示意圖8為本專利技術(shù)實(shí)施例中分布式三維渲染系統(tǒng)渲染節(jié)點(diǎn)處理流程示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖以及具體的實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。參見(jiàn)圖4所示，一種分布式三維渲染系統(tǒng)，包括主控制臺(tái)、至少兩個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)。其 中，主控制臺(tái)是系統(tǒng)的主控器及系統(tǒng)對(duì)外的總交互接口，負(fù)責(zé)渲染模型、數(shù)據(jù)及同步控制的 命令分發(fā)；各個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)本節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的三維模型數(shù)據(jù)同步運(yùn)算、圖像生成及圖 像同步輸出顯示等。如圖5所示，每個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)中均可以包括圖形顯示卡(GPU)、同步顯示卡等，同步 顯示卡與圖形顯示卡之間可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不需要經(jīng)過(guò)內(nèi)存，這樣可以節(jié)省大量的 CPU處理時(shí)間及整個(gè)系統(tǒng)帶寬。其中，GPU負(fù)責(zé)三維數(shù)據(jù)的運(yùn)算及圖像數(shù)據(jù)的生成，是完成 三維渲染的核心模塊；同步顯示卡是完成圖像數(shù)據(jù)輸出顯示的模塊，負(fù)責(zé)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間輸 出圖像的同步控制，是同步輸出的關(guān)鍵模塊。本專利技術(shù)實(shí)施例中分布式三維渲染系統(tǒng)的工作流程如下所述主控制臺(tái)將三維模 型數(shù)據(jù)發(fā)給各渲染節(jié)點(diǎn)，各渲染節(jié)點(diǎn)接收到自己的三維模型數(shù)據(jù)后，將所述三維模型數(shù)據(jù) 傳輸給所述圖形顯示卡并啟動(dòng)三維渲染運(yùn)算，然后等待所述圖形顯示卡的運(yùn)算處理完畢信 號(hào)(圖形顯示卡的三維渲染運(yùn)算完成之后會(huì)發(fā)送運(yùn)算處理完畢信號(hào))；當(dāng)接收到所述處理完 畢信號(hào)后，啟動(dòng)所述同步顯示卡從所述圖形顯示卡中讀取渲染好的三維圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行存 儲(chǔ)，同時(shí)將所述處理完畢信號(hào)發(fā)送給所述主控制臺(tái)；所述主控制臺(tái)在接收到所有渲染節(jié)點(diǎn) 的處理完畢信號(hào)后，發(fā)送同步顯示命令給本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種分布式三維渲染系統(tǒng)，其特征在于，包括：主控制臺(tái)、至少兩個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)，所述渲染節(jié)點(diǎn)包括：圖形顯示卡、同步顯示卡；所述主控制臺(tái)將三維模型數(shù)據(jù)發(fā)給各渲染節(jié)點(diǎn)，各渲染節(jié)點(diǎn)接收到自己的三維模型數(shù)據(jù)后將所述三維模型數(shù)據(jù)傳輸給所述圖形顯示卡并啟動(dòng)三維渲染運(yùn)算，然后等待所述圖形顯示卡的運(yùn)算處理完畢信號(hào)；當(dāng)接收到所述處理完畢信號(hào)后啟動(dòng)所述同步顯示卡從所述圖形顯示卡中讀取渲染好的三維圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)將所述處理完畢信號(hào)發(fā)送給所述主控制臺(tái)；所述主控制臺(tái)在接收到所有渲染節(jié)點(diǎn)的處理完畢信號(hào)后發(fā)送同步顯示命令給各渲染節(jié)點(diǎn)；各渲染節(jié)點(diǎn)收到所述同步顯示命令后通知所述同步顯示卡將渲染好的三維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出顯示。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種分布式三維渲染系統(tǒng)，其特征在于，包括主控制臺(tái)、至少兩個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)，所述渲染節(jié)點(diǎn)包括圖形顯示卡、同步顯示卡；所述主控制臺(tái)將三維模型數(shù)據(jù)發(fā)給各渲染節(jié)點(diǎn)，各渲染節(jié)點(diǎn)接收到自己的三維模型數(shù)據(jù)后將所述三維模型數(shù)據(jù)傳輸給所述圖形顯示卡并啟動(dòng)三維渲染運(yùn)算，然后等待所述圖形顯示卡的運(yùn)算處理完畢信號(hào)；當(dāng)接收到所述處理完畢信號(hào)后啟動(dòng)所述同步顯示卡從所述圖形顯示卡中讀取渲染好的三維圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)將所述處理完畢信號(hào)發(fā)送給所述主控制臺(tái)；所述主控制臺(tái)在接收到所有渲染節(jié)點(diǎn)的處理完畢信號(hào)后發(fā)送同步顯示命令給各渲染節(jié)點(diǎn)；各渲染節(jié)點(diǎn)收到所述同步顯示命令后通知所述同步顯示卡將渲染好的三維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式三維渲染系統(tǒng)，其特征在于，所述渲染節(jié)點(diǎn)還包括 CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)接口卡；所述內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)接口卡、圖形顯示卡、同步顯...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙群英，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：