Разработка и анализ программно-алгоритмических средств высокоскоростной обработки графической информации и управления в бортовых приборах визуализации изображений

• Автор: Милов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 250 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 . АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ АППАРАТНЫХ И ПРОГРАММНОАЛГОРИТМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ БОРТОВЫМИ ПРИБОРАМИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
1.1. Предметная область построения бортовых приборов визуализации (БПВ)
1.2. Анализ современных алгоритмов и методов обработки графической информации. Уравнение рендеринга и методы его решений
1.2.1. Анализ операций стадии преобразования координат
1.2.2. Анализ операций стадии вычислительной геометрии
1.2.3. Анализ операций стадииpacmepioaifuu
1.2.4. Анализ операций стадии сборки фрагментов
1.2.5. Оценка вычислительной сложности операций ГК
1.3. Сравнительный анализ современных программных интерфейсов для
РЕАЛИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ В БОРТОВЫХ ПРИБОРАХ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
1.4. Анализ современных аппаратных средств микроэлектроники для
ПОСТРОЕНИЯ БОРТОВЫХ ПРИБОРОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
1.5. Архитектурные особенности гетерогенных многоядерных систем на
КРИСТАЛЛЕ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В БПВ
1.6. Анализ алгоритмов и методов организации последовательнопараллельного программного графического конвейера и их недостатков
1.7. Цели и задачи диссертационной работы
Выводы
ГЛАВА 2 . СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ ПАРАЛЛЕЛЬНО ФУНКЦИОНИРУЮЩЕГО ПРОГРАММНОГО ГРАФИЧЕСКОГО КОНВЕЙЕРА В ГЕТЕРОГЕННОЙ МНОГОЯДЕРНОЙ СИСТЕМЕ НА КРИСТАЛЛЕ
2.1. Постановка задачи эффективного управления графическим конвейером в гетерогенной многоядерной системе на кристалле
2.2. Анализ методов организации обработки заданий в параллельных вычислительных системах

2.3. Теоретико-множественная формализация задачи эффективного
УПРАВЛЕНИЯ ГРАФИЧЕСКИМ КОНВЕЙЕРОМ В ГЕТЕРОГЕННОЙ МНОГОЯДЕРНОЙ СИСТЕМЕ НА КРИСТАЛЛЕ
2.4. Разработка модели функционирования вычислительных узлов в
МНОГОЯДЕРНОМ ПРИБОРЕ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
2.5. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПОСТАДИЙНОЙ КОНВЕЙЕРИЗАЦИИ
2.6. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДЕКОМПОЗИЦИЯ АРХИТЕКТУРЫ OPENGL В ГЕТЕРОГЕННОЙ МНОГОЯДЕРНОЙ СИСТЕМЕ НА КРИСТАЛЛЕ
2.7. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К ПОКАЗАТЕЛЯМ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ГЕТЕРОГЕННОЙ МНОГОЯДЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
2.8. Сравнительный анализ разработанных алгоритмов управления программным графическим конвейером в многопроцессорном БПВ
Выводы
ГЛАВА 3 . РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ БОРТОВЫМИ ПРИБОРАМИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
3.1. Декомпозиция архитектуры программного обеспечения приборов визуализации изображений
3.2. Разработка и анализ вариантов распределения вычислительных операций между мезонинным БПВ и несущей БЦВМ
3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАБОРА ПРОГРАММНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БОРТОВЫМИ ПРИБОРАМИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
3.4. Архитектура аппаратного построения приборов визуализации
ИЗОБРАЖЕНИЙ И РАЗРАБОТКА ИХ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
3.5. Основные отличительные особенности приборов визуализации
ИЗОБРАЖЕНИЙ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
3.6. СОЗДАНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОНТРОЛЬНО-ПРОВЕРОЧНОЙ АППАРАТУРЫ (ПО ТКПА)
3.6.1. Разработка методики тестирования компонентов приборов
визуализации изображений

3.6.2. Разработка архитектуры ПО ТКПА и алгоритма тестирования
компонентов БПВ
3.7. Разработка программного обеспечения для диагностики, отладки и
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДДЕРЖКИ ОБНОВЛЕНИЙ ГРАФИЧЕСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ... 13 8 Выводы
ГЛАВА 4 . ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ, АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ВНЕДРЕНИЯ И ОСОБЕННОСТЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БОРТОВЫХ ПРР1БОРОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
4.1. Апробация работы и результаты внедрения
4.2. Практические аспекты создан! м программного обеспече! 1ия
бортовых ПРИБОРОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ изображений
4.3. Описание комплекса программно-аппаратных средств ТКПА
4.4. Разработка алгоритма и методики оценки производительности приборов визуализации изображений
4.5. Результаты экспериментального исследования производительности бортовых приборов визуализации изображений
4.6. Разработка рекомендаций по эффективному применению созданного программного обеспечения для достижения наилучшей производительности бортовых приборов визуализации
4.7. Синтез комплексного алгоритма бортовой визуализации
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ФГУП «НИИ «СУБМИКРОН», ГУЛ НПЦ «ЭЛВИС», ОАО «РПКБ»
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПОЯСНЯЮЩИЕ СХЕМЫ СТЕНДА ТКПА,
ЮШКР.4682.61.177.РЭ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ЛИСТИНГИ ФРАГМЕНТОВ ПРОГРАММ
Формирование матричных операторов преобразований

Матричным оператором Мп х п] называется матрица, которая ставит в соответствие вершине V, заданной в одной СК, вершину V в другой системе:
V —V’ :У' = У-М = [г, и, ... у„]-М. (1.6)
Для указания масштабов и взаимной ориентации моделей, вершины которых заданы в соответствующих модельных СК, каждой модели необходимо сопоставить соответствующий матричный оператор мировой СК, определяющий положение и масштаб модели в мировой СК. Поэтому, если для каждой вершины модели произвести сопоставленное преобразование (1.6), то координаты таких моделей будут заданы в мировой СК, учитывающей положение и масштаб каждой из моделей друг относительно друга.
Матричные операторы обладают очень важным для графических вычислений свойством - аддитивностью преобразований. Оно означает, что в произвольном матричном операторе М может заключаться любая комбинация конечного числа последовательных преобразований [24]:
К — У[ . (17)
где У, =У0- М,, У2 = С, М = У0 М1 Мг, и по индукции
Уы=Уа-\МУ0-М, (1.8)

где М = М1-М2
В качестве простейших обычно используются такие базовые преобразования над координатами, как перенос, масштабирование и поворот (рис.1 .14).
Например, чтобы осуществить преобразования переноса и поворота, необходимо применить к исходным координатам модели матричный оператор Мт, заданный следующим соотношением:
М — М-р' м р,
где МТ,МК- матричные операторы соответственно переноса и поворота.
Тогда вместо того, чтобы к каждой вершине модели последовательно применять операторы Мт и М„, можно применить единственный результирующий