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Thèse Année : 1997

Développement de techniques de lancer de rayon dans des géométries 3D adaptées aux machines massivement parallèles

Résumé

Ray tracing is an algorithm for representing 3D scenes realistically . Principle , simple and powerful, based on the laws of geometrical optics : the image observer sees is the result of interactions between photons 6mis by light sources and objects with geometric and optical properties. The use of a physics-based model allows a good approach the following natural phenomena : the illumination by the light sources , the light reflection on objects and the transmission of light through transparent objects . The algorithm derived from this model , however, has a major drawback : the processing time of an image is very important. Although many acceleration methods have been proposed to try to improve its execution speed , this problem remains very present. However, with the current development of distributed memory parallel computers and computer networks , a very promising way of acceleration grows : parallelization. In addition, the pooling of capabilities '' memory " of each component of a parallel architecture enables the treatment of scenes with a larger number of objects with properties more complex . Chapter 1 presents the algorithm ray tracing and sequential acceleration proposed in the literature . D appears that the most effective techniques are based either on the use of bounding volumes or on subdivisions of space. Despite these optimizations, parallelization remains the source acceleration with the greatest potential . chapter 2 identifies the different types of parallel architectures and exposes families of algorithms used for parallel ray tracing on parallel distributed memory machines . Two strategies enable distribution base data : 1. sending rays and sending objects In chapter 3, after presenting our constraints , we compare the parallel algorithms can respond through their modeling. The results will lead us to propose two new algorithms for parallelization based on a new type of flow . Finally, in Chapter 4 we present our experimental results and their analysis. Our tests are performed on massively parallel machines and on a network of workstations.
Le lancer de rayon est un algorithme permettant de représenter des scènes 3D de façon très réaliste. Son principe, simple et puissant, repose sur les lois de l'optique géométrique : l'image que voit un observateur est le fruit des interactions entre des photons 6mis par des sources lumineuses et des objets possédant des propriétés géométriques et optiques. L'utilisation d'un modèle basé sur la physique permet une bonne approche des phénomènes naturels suivants : l'éclairement par des sources lumineuses, la réflexion de la lumière sur des objets et la transmission de la lumière à travers des objets transparents. L'algorithme dérivant de ce modèle possède pourtant un inconvénient majeur : le temps de traitement d'une image est très important. Bien que de nombreuses méthodes d'accélération aient été proposées pour tenter d'améliorer sa vitesse d'exécution, ce problème demeure bien présent. Toutefois, avec le développement actuel des machines parallèles à mémoire distribuée et des réseaux d'ordinateurs, une voie d'accélération très prometteuse se développe : la parallélisation. De plus, la mise en commun des capacités ''mémoire" de chaque composante d'une architecture parallèle rend possible le traitement de scènes comportant un plus grand nombre d'objets aux propriétés de plus en plus complexes. Le chapitre 1 présente l'algorithme de lancer de rayon ainsi que les accélérations séquentielles proposées dans la littérature. D apparaît que les techniques les plus efficaces sont basées soit sur l'utilisation de volumes englobants soit sur des subdivisions de l'espace. Malgré ces optimisations, la parallélisation demeure la source d'accélération au plus fort potentiel. Le chapitre 2 recense les différents types d'architectures parallèles et expose les familles d'algorithmes utilisées pour la parallélisation du lancer de rayon sur des machines parallèles à mémoire distribuée. Deux stratégies permettent une distribution de la base de données : 1' envoi de rayons et l'envoi d'objets. Dans le chapitre 3, après avoir présenté nos contraintes, nous comparons les algorithmes parallèles pouvant y répondre grâce à leur modélisation. Les résultats obtenus vont nous amener à proposer deux nouveaux algorithmes de parallélisation basés sur un nouveau type de flot. Enfin, dans le chapitre 4 nous présentons nos résultats expérimentaux et leur analyse. Nos tests sont réalisés sur des machines massivement parallèles et sur un réseau de stations de travail.
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Dates et versions

tel-00985973 , version 1 (12-05-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00985973 , version 1

Citer

Jean-Christophe Nebel. Développement de techniques de lancer de rayon dans des géométries 3D adaptées aux machines massivement parallèles. Géométrie algorithmique [cs.CG]. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne; Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 1997. Français. ⟨NNT : 1997STET4023⟩. ⟨tel-00985973⟩
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