Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU. Aluno: Eduardo Telles Carlos Orientador: Alberto Raposo Co-Orientador: Marcelo Gattass
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- Laís Porto Regueira
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1 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU Aluno: Eduardo Telles Carlos Orientador: Alberto Raposo Co-Orientador: Marcelo Gattass
2 Agenda Objetivos Motivação Algoritmos de visibilidade Frustum Culling em CPU Frustum Culling em GPU Frustum Culling híbrido Conclusão Trabalhos Futuros 2/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
3 Objetivos Estado da arte do frustum culling Propor alternativas para utilizar GPU Apresentar algoritmo híbrido 3/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
4 Motivação Modelos massivos Lei de Moore GPGPU (General-purpose computing on graphics processing units) Poucos estudos na área Double eagle tanker 80 milhões triângulos Boeing milhões de triângulos Sunflowers 1 bilhão de triângulos 4/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
5 Agenda Objetivos Motivação Algoritmos de visibilidade Algoritmos de culling Pipeline gráfico Frustum Culling na CPU Frustum Culling na GPU Frustum Culling híbrido Conclusão Trabalhos Futuros 5/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
6 Algoritmos de visibilidade (1) Culling Back-face culling View-frustum culling Occlusion culling Portal culling Detail culling 6/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
7 Algoritmos de visibilidade (2) Classificação dos algoritmos [coh03] Exato X Conservativo X Aproximado Pré-processados X Online 2-D X 3-D Software X Hardware Cenas Dinâmicas X Cenas Estáticas 7/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
8 Pipeline do Frustum Culling Pipeline da GPU Em CPU 8/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
9 Pipeline do Frustum Culling Pipeline da GPU Em CPU Em GPU 9/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
10 Pipeline do Frustum Culling Pipeline da GPU Em CPU Em GPU Híbrido 10/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
11 Agenda Objetivos Motivação Algoritmos de visibilidade Frustum Culling na CPU Modelos / Ambiente de Benchmark Técnicas / Resultados Hierarquia / Resultados Otimizações / Resultados Frustum Culling na GPU Frustum Culling híbrido Conclusão Trabalhos Futuros 11/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
12 Modelos de Testes P-38 P-40 P-43 P-50 Boeing 777 Quad-Core 3.00 GHz, 8 GB DDR2 800, 280 GTX 1GB, Windows XP 64 bits 12/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
13 Frustum Culling em CPU Algoritmo clássico com ponto Volume envolvente 13/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
14 Planos X Radar Planos Radar From Sunar, M.S.; Zin, A.M.; Sembok, T.M.T., "Range Detection Approach in Interactive Virtual Heritage Walkthrough," Artificial Reality and Telexistence--Workshops, Nov Método Atualização Melhor caso Pior caso Planos 316 operações 7 operações 336 operações Radar 112 operações 8 operações 192 operações 14/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU Menor = Melhor
15 Planos + otimização 1 X Radar Planos + otimização 1 (Planos NP) Radar Método Atualização Melhor caso Pior caso Planos NP 316 operações 10 operações 120 operações Radar 112 operações 8 operações 192 operações Menor = Melhor 15/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
16 Planos NP X Planos NP[Res08] Planos NP Planos + otimização 2[Res08] Método Atualização Melhor caso Pior caso Planos NP 316 operações 10 operações 120 operações Planos NP[Res08] 340 operações 11 operações 11 operações Menor = Melhor 16/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
17 Resultados Caminho de câmera pelos modelos Métodos P-38 P-40 P-43 P-50 Boeing 777 Planos Radar Planos NP Maior = Melhor 17/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
18 Hierarquia de volume envolventes (1) Construção da hierarquia Top-down Bottom-up Insertion Estratégia de particionamento Minimizar a soma dos volume dos filhos Dividir primitivas igualmente entre os filhos Maximizar a separação dos volumes dos filhos Plano de corte Eixo Posição From ERICSON C.: Real-Time Collision Detection. Morgan Kaufmann, /54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
19 Hierarquia de volume envolventes (2) Critério de parada Três objetos 19/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
20 Hierarquia de volume envolventes (3) Top-Down Mediana Média Modelos Mediana Média P P P P Boeing Maior = Melhor 20/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
21 Otimizações (3) Traversal sem pilha Modelos Sem Pilha P % P % P % P % Boeing % 21/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
22 Otimizações (4) Octant test Plane-Coherency Masking TR-Coherency 22/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
23 Otimizações (5) Octant test + Plane-coherency Modelos Plane-coherency + Octant test From U. Assarson and T. Möller. Optimized View Frustum Culling Algorithms for Bounding Boxes. Journal of Graphics Tools, 2000 P % P % P % P % Boeing % 23/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
24 Otimizações (6) Teste entre AABBs Modelos Entre AABBs P % P % P % P % Boeing % 24/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
25 Agenda Objetivos Motivação Algoritmos de visibilidade Frustum Culling na CPU Frustum Culling na GPU GPU primitives / Modelos genéricos Frustum culling nas GPU primitives / Resultados Frustum culling nos modelos genéricos / Resultados Hierarquia Frustum Culling híbrido Conclusão Trabalhos Futuros 25/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
26 GPU Primitives (1) Modelos genéricos X GPU primitives 60 vértices 408 vértices 1320 vértices 4680 vértices 8 vértices Melhor Qualidade 26/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
27 GPU Primitives (2) GPU Vertices Vertex Processor Uniform variables CPU Display List B u s Transformed Vertices Assemble Geometry Assembled Primitive Shader Memory Uniform variables RGBA Texels Rasterizer Primitives Informations Interpolated Values Display 27/54 Texture Memory Fragment Processor Pixels
28 GPU FC nas GPU primitives (1) Planos NP Algoritmo de frustum culling nos shaders das primitivas CPU GPU Vertex Shader Geometry Shader Pixel Shader Planos Vértices 1) Frustum Culling 2) Posição dos vértices Visíveis Invisíveis 1) Repassa informações 2) Emite Vértices 1) Ray-casting da superfície 2) Cor e profundidade Retorna 28/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
29 GPU FC nas GPU primitives (2) 29/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
30 GPU FC nas GPU primitives (3) 30/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
31 GPU FC nas GPU primitives (3) 31/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
32 GPU FC nas GPU primitives (3) 32/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
33 GPU FC nas GPU primitives (3) 33/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
34 GPU FC em modelos genéricos (1) 34/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
35 GPU FC em modelos genéricos (2) 35/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
36 GPU FC em modelos genéricos (3) 36/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
37 GPU FC em modelos genéricos (3) 37/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
38 GPU FC em modelos genéricos (3) 38/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
39 GPU FC em modelos genéricos (3) 39/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
40 GPU FC em modelos genéricos (3) 40/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
41 GPU FC nas GPU primitives e modelos genéricos (1) Hierarquia [Simonsen, L. O. and Thrane, N., (2005). A Comparison of Acceleration Structures for GPU Assisted Ray Tracing. Master s thesis] 41/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
42 GPU FC nas GPU primitives e modelos genéricos (2) Problemas do traversal na GPU Ordem fixa Limitações do geometry shader 42/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
43 Agenda Objetivo Motivação Algoritmo de visibilidade Frustum Culling na CPU Frustum Culling na GPU Frustum Culling híbrido Identificação do momento de transição Paralelização do algoritmo Possíveis estados do algoritmo Resultados Conclusão Trabalhos Futuros 43/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
44 Frustum culling Híbrido (1) CPU X GPU 44/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
45 Frustum culling Híbrido (2) Identificação do momento de transição Altura da hierarquia Número de interseções Porcentagem de nós processados Tempo de processamento 45/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
46 Frustum culling Híbrido (3) Paralelização do algoritmo 46/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
47 Frustum culling Híbrido (4) Possíveis estados do algoritmo 47/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
48 Frustum culling Híbrido (5) 48/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
49 Frustum culling Híbrido (5) 49/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
50 Frustum culling Híbrido (5) 50/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
51 Frustum culling Híbrido (5) 51/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
52 Frustum culling Híbrido (5) 52/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
53 Conclusão Bom desempenho da CPU Frustum culling em GPU Heurística híbrida 53/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
54 Trabalhos Futuros Melhor investigação do multiprocessamento Minimizar memória utilizada na GPU[Mah05] Melhoria no algoritmo de Reshetov Técnicas de aceleração em GPU Determinação dos momentos ideais Estrutura Híbrida 54/54 Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
55 Perguntas? Contato: Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU
56 Algoritmos de visibilidade Hidden surface removal Algoritmo do pintor Z-Buffer Ray tracing 1/x Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU 03/04/09
57 Pipeline do Frustum Culling Pipeline da GPU 2/x Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU 03/04/09
58 Otimizações (7) SIMD Extração dos planos Volume envolvente da câmera Cálculo de distância Modelos SIMD P % P % P % P % Boeing % 3/x Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU 03/04/09
59 Multiprocessamento (1) 2 Threads 4 Threads } OpenMP 2.5 Modelos 2 Threads 4 Threads P % % P % % P % % P % % Boeing % % 4/x Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU 03/04/09
60 Multiprocessamento (2) Global Task Queue Global Counter Scheme Hybrid Scheme Lock-free Scheme From U. Assarsson, P. Stenstrom, A Case Study of Load Distribution in Parallel View Frustum Culling and Collision Detection. Journal LECTURE NOTES IN COMPUTER SCIENCE, /x Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU 03/04/09
61 Multiprocessamento (3) OpenMP 3.0 Modelos Lock- Free OpenMP 3.0 P % % P % % P % % P % % Boeing % % 6/x Frustum Culling Híbrido Utilizando CPU e GPU 03/04/09
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