Алгоритмические и программные средства компрессии текстур на графических процессорах

• Автор: Перминов, Илья Валентинович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Содержание
Список сокращений и обозначений
Введение
1 Анализ архитектуры графических процессоров, современных форматов
и алгоритмов сжатия текстур
1.1 Особенности текстурного сжатия
1.1.1 Основные требования к алгоритмам и форматам компрессии-
декомпрессии текстур
1.1.2 Сжатие для ускорения загрузки
1.1.3 Качество и скорость сжатия
1.2 Ранние работы, связанные с текстурным сжатием
1.3 Семейство S3TC
1.3.1 Формат блока ВСІ (S3TC/DXT1)
1.3.2 Особенности форматов ВС6Н и ВС
1.3.3 Формат блока ВС
1.4 Формат ASTC
1.4.1 Метод кодирования BISE
1.4.2 Прочие особенности
1.4.3 Формат блока ASTC
1.5 Анализ форматов сжатия текстур и особенностей алгоритмов сжатия
1.6 Обобщённая схема компрессии
1.7 Метрики ошибок сжатия
1.8 Существующие методы сжатия текстур в формате ВСІ
1.8.1 Быстрое сжатие
1.8.2 Метод ClusterFit
1.8.3 Алгоритм сжатия LSDxt
1.8.4 Сравнение качества
1.9 Существующие методы сжатия текстур в формате ASTC
1.9.1 Процедура компрессии для фиксированного типа блока
1.9.2 Процедура поиска наилучшего деления на регионы
1.10 Архитектура графического процессора

1.10.1 Модель вычислений OpenCL
1.10.2 Значимые отличия от классических идеализированных параллельных архитектур
1.11 Гетерогенные архитектуры
1.12 Выводы
2 Параллельный алгоритм сжатия текстур в формате ВС
2.1 Модификация алгоритма LSDxt
2.1.1 Модификация этапа сортировки
2.1.2 Отображение групп потоков на аппаратные SlMD-вектора
2.1.3 Расположение данных в локальной памяти
2.1.4 Использование регистровой памяти
2.2 Выводы
3 Межкадровая (динамическая) компрессия текстур
3.1 Стандарты и программные интерфейсы Direct3D и OpenGL
3.1.1 Графический конвейер Direct3D
3.2 Традиционный графический конвейер
3.3 Возможности межкадрового сжатия текстур в Direct3D и OpenGL
3.4 Графический конвейер с тайловой архитектурой
3.5 Выводы
4 Сжатие текстур с высокой глубиной цвета
4.1 Ограничения представления цвета с глубиной 8 бит
4.2 Критерий точности сохранения градиентных цветов
4.3 Модификация кодека gpu_bc
4.4 Выводы
5 Последовательно-параллельный алгоритм сжатия текстур в формате ASTC
5.1 Анализ работы кодека ASTC Evaluation Codec
5.1.1 Быстродействие в различных режимах
5.2 Адаптация алгоритма для работы в гетерогенной среде
5.2.1 Компиляция кода для архитектуры х
5.2.2 Результаты профилирования производительности
5.2.3 Объединение блоков в пакеты
5.2.4 Компиляция во время исполнения
5.2.5 Изменение порядка этапов сжатия
5.3 Выбор размера пакета
5.4 Сравнение оригинального и предлагаемого кодеков
5.5 Выводы

Заключение

Литература
А Дополнительные форматы текстурной компрессии семейства S3TC
АЛ Формат блока ВС2 (DXT2/DXT3)
А.2 Формат блока ВСЗ (DXT4/DXT5)
А.З Формат блока ВС4 (ATIl/3Dc+)
А.4 Формат блока ВС5 (ATI2/3Dc)
A.5 Формат блока ВС6Н
В Семейство форматов текстурной компрессии ЕТС
ВЛ Формат блока PACKMAN
B.2 Формат блока ЕТС 1 (iPACKMAN)
В.З Формат блока ЕТС
B.4 Формат блока ЕАС
С Семейство форматов текстурной компрессии PVRTC
С Л Формат блока PVRTC 4Ьрр
C.2 Формат блока PVRTC 2Ьрр
С.З Формат блока PVRTC2 4Ьрр

н R Диапазон Количество используемых символов
Трит Квинт Бит
0 ООО Неисп.
0 001 Неисп.
0 010 0..1
0 он 0..2
0 100 0..3
0 101 0..4
0 110 0..5 1
0 111 0..7
1 000 Неисп.
1 001 Неисп.
1 010 0..9 1
1 011 0.. 11 1
1 100 0..15
1 101 0..19 1
1 110 0..23 1
1 111 0..31
Таблица 1.5: Кодирование диапазона для коэффициентов интерполяции
• Base+offset (Аналог блока ETC-differential). Первое значение в паре представлено с большей точностью (к + 1), а для восстановления второго используется смещение длинной (к — 1) бит.
• Base+scale. Два RGB значения представляются при помощи четырёх чисел (R, G, В, s). Первый цвет равен (R, G, В), а второй — (sR, sG, sB).
Упрощённо декодирование блока ASTC осуществляется следующим образом. Сначала по полю BlockMode выясняется количество и диапазон квантованных коэффициентов интерполяции. Коэффициенты считываются с хвоста блока при помощи BISE-декодирования. Коэффициенты деквантуются до диапазона 0..64. В случае, если количество коэффициентов меньше количества текселей в блоке, используется билинейная фильтрация для масштабирования сетки коэффициентов до размеров блока текселей.
Далее по значению поля Part определяется количество регионов, и номер разделения считывается из сжатого блока. При помощи хэш-функции генерируется номер региона для каждого текселя.
По полям ConfigData и MoreConfigData и количеству регионов определяется формат представления всех базовых цветов и определяется общее количество скалярных