Download - YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE
![Page 1: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/1.jpg)
YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA
PARALEL IŞIN İZLEME
Tez Jürisi:
Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE
Doç. Dr. Rıfat YAZICI
Yrd. Doç. Dr. Ali GANGAL
![Page 2: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/2.jpg)
GENEL BİLGİLERIŞIN İZLEME (RAY TRACING)
İleri Yönde Işın İzleme
Geri Yönde Işın İzleme
Işının Tanımı ve İlk Birincil Işının Üretilmesi
Görünmeyen Yüzeylerin Kaldırılması
IŞIN-NESNE KESİŞİM TESTLERİ
Vektörel İşlemler (Skaler Ç., Vektörel Ç.)
Barisentrik Koordinatlar
Işın-Yüzey Kesişim Testi
Işın-Poligon Kesişim Testi (Jordan C. T.)
Işın-Üçgen Kesişim Testi (Möller’in Yön.)
Işın-Küre Kesişim Testi
GÖLGELER
AYNASAL YANSIMA
GEÇİRGENLİK ve KIRILMA
BOYAMA (Shading)
1. Düz, 2. Gouraud, 3. Phong.
PHONG BOYAMA
1. Ambient Bileşen
2. Diffuse Bileşen
3. Specular Bileşen
DOKU KAPLAMA
Düzlemsel Yüzey ve Küre Doku Kaplama
Bump Mapping ile Doku Kaplama
Aliasing ve Antialiasing
IŞIN İZLEMEYİ HIZLANDIRMA YÖNTEMLERİ
Arkayüz Kaldırma (Backface Culling)
Çevreleyen Hacim (Bounding Volume)
PARALEL BİLGİSAYARLAR
Paralel Bilgisayar Türleri
Master-Slave Yaklaşımı ile Paralel Programlama
YAPILAN ÇALIŞMALAR1. Özyinelemeli (Recursive) Işın İzleme Programı
2. Yansıma, Geçirgenlik ve Kırılmanın Modellenmesi
3. Düzlemsel Yüzey ve Küre Üzerine Doku Kaplama
4. Bump Mapping ile Doku Kaplama
5. Hızlandırma Yöntemlerinin Uygulanması
6. Etkileşimli (Interactive) Işın İzleme
7. Master-Slave Yaklaşımı ile Paralel Programlama
8. Etkileşimli Paralel Işın İzleme
9. İşlemci Çiftliği Modeli ile Dinamik Yük Dengeleme
SONUÇLAR
![Page 3: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/3.jpg)
IŞIN İZLEME
İleri Yönde Işın İzleme
Geri Yönde Işın İzleme
![Page 4: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/4.jpg)
Görünmeyen Yüzeylerin Kaldırılması
İlk Birincil Işının Üretilmesi
Rd = ( R - R0 ) / t
Işının Tanımı
R = R0 + tRd t>0
![Page 5: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/5.jpg)
IŞIN-NESNE KESİŞİM TESTLERİ
Vektörel İşlemler :
Skaler Çarpım ( R = R1 * R2 = R1xR2x + R1yR2y + R1zR2z )
Vektörel Çarpım ( R = R1 x R2 = [ R1yR2z - R1zR2y R1zR2x - R1xR2z R1xR2y – R1yR2x ] )
Barisentrik Koordinatlar
![Page 6: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/6.jpg)
Işın-Yüzey Kesişim Testi
Pn = [ A B C ] normaline sahip bir P yüzeyinin denklemi Ax + By + Cz + D = 0
A( X0 + tXd) + B( Y0 + tYd) + C( Z0 + tZd) + D = 0
t = - ( AX0 + BY0 + CZ0 + D ) / (AXd + BYd + CZd )
t = -( Pn * R0 + D ) / ( Pn * Rd )
Pn * Rd = 0 ise ışın yüzeye paraleldir.
Ri = [ xi yi zi ] = [ X0 + tXd Y0 + tYd Z0 + tZd ]
Işın-Poligon Kesişim Testi (Jordan Curve Teoremi)
![Page 7: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/7.jpg)
Işın-Üçgen Kesişim Testi (Tomas Möller’in Yöntemi)
R = O + tD ve t(u,v) = (1-u-v)V0 + uV1 + vV2 biliniyor. Eger kesişim varsa
O + tD = (1-u-v)V0 + uV1 + vV2 olmalıdır. Denklem düzenlenirse
Yukarıdaki hale gelir. Bu denklem çözülürse t ve barisentrik koordinatlar aşağıdaki gibi hesaplanır.
Burada E1=V1-V0 E2=V2-V0 ve S=O-V0 ‘dır.
![Page 8: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/8.jpg)
Işın-Küre Kesişim Testi
Işın_Küre_Kesişimi( o, d, c, r)
1: l = c – o
2: s = l * d
3: l2 = l * l
4: if ( s < 0 and l2 > r2 ) return (REJECT,0,0)
5: m2 = l2 - s2
6: if ( m2 > r2 ) return (REJECT,0,0)
7: q = sqrt(r2 - m2 )
8: if ( l2 > r2 ) t = s – q
9: else t = s+ q
10: return (INTERSECT, t, o + td)
![Page 9: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/9.jpg)
GÖLGELER
![Page 10: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/10.jpg)
AYNASAL YANSIMA
![Page 11: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/11.jpg)
Geçirgenlik ve Kırılma
n1Sin(1) = n2Sin(2)
t = ri + (w-k)n Burada
w = -(i*n)r,
k = sqrt(1+(w-r)(w+r)) ‘dır.
![Page 12: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/12.jpg)
BOYAMA (Shading)
1. Düz, 2. Gouraud, 3. Phong.
PHONG BOYAMA
1. Ambient Bileşen 2. Diffuse Bileşen 3. Specular Bileşen
idif = n * I = cos ispec = ( r * v )mshi = ( cos )mshi
![Page 13: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/13.jpg)
Parlaklık Parametresi
![Page 14: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/15.jpg)
itop = iamb + idif + ispec
d = 1/ || spos - p||2
itop = iamb + d(idif + ispec)
![Page 16: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/16.jpg)
Doku Kaplama
t(u,v) = V0 + u(V1-V0) + v(V2-V0)
![Page 17: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/17.jpg)
Küre Üzerine Doku Kaplama
1: = arccos ( -Sp * Sn )
2: v = /
3: = ( (Se * Sn) / sin() ) / (2*)
4: if( (Sp x Se) * Sn > 0) then u =
5: else u = 1 -
![Page 18: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/18.jpg)
Bump Mapping ile Doku Kaplama
![Page 19: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/19.jpg)
Aliasing ve Antialiasing
![Page 20: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/20.jpg)
Işın İzlemeyi Hızlandırma Yöntemleri
Vektörel Çarpımla Arkayüz Kaldırma Skaler Çarpımla Arkayüz Kaldırma
1. Arkayüz Kaldırma (Backface Culling)
2. Çevreleyen Hacim (Bounding Volume)
a)Çevreleyen Küre b) Çevreleyen Dikdörtgen Prizma
![Page 21: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/21.jpg)
PARALEL BİLGİSAYARLAR
Paralel Bilgisayar Türleri
Palaşımlı Bellekli Çoklu İşlemcili Sistem Mesaj Geçmeli Çoklu Bilgisayar Sistemi
![Page 22: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/22.jpg)
Master-Slave Yaklaşımı ile Paralel Programlama
![Page 23: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/23.jpg)
YAPILAN ÇALIŞMALAR
Özyinelemeli Işın İzleme Programının Tasarlanması
Birincil Işınların Üretilmesi, Kesişim Testleri ve Gölge Testi
Poligon sayısı Işık kaynağı sayısı
Möllerin Yöntemi
Jordan Curve T.
Alan Hesabı
112 1 73.09 sn. 119.2 sn. 131.77 sn.
![Page 24: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/24.jpg)
Farklı Tonda Gölgeler Yumuşatılmış Gölgeler
![Page 25: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/25.jpg)
Yansıma ve Kırılma ile Görünen Nesnelerin Modellenmesi
Yansıma
Geçirgenlik ve Kırılma
![Page 26: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/26.jpg)
Düzlemsel Yüzey ve Küre Üzerine Doku Kaplama
Düzlemsel Yüzey Üzerine Doku Kaplama ve Antialiasing
![Page 27: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/27.jpg)
Küre Üzerine Doku Kaplama
![Page 28: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/28.jpg)
Işın İzlemeyi Hızlandırma Yöntemleri
1. Arkayüz Kaldırma ve Çevreleyen Küre
GEÇEN ZAMAN (sn.)Kürenin üçgen
sayısıArka-yüz kaldırma
yokArka-yüz kaldırma
var
80 14.47 12.53
180 32.89 28.14
320 61.23 49.97
500 101.91 87.47
720 175.89 140.92
980 260.38 224.89
GEÇEN ZAMAN (sn.)
Küre üçgen sayısı
Arka-yüz kal. yok Arka-yüz kal. var
Arka-yüz k. Çev. küre
80 14.47 12.53 8.58
180 32.89 28.14 16.84
320 61.23 49.97 29.58
500 101.91 87.47 51.05
720 175.89 140.92 81.02
980 260.38 224.89 127.55
![Page 29: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/29.jpg)
2. Çevreleyen Dikdörtgen Prizma
Yukarıdaki 300x300 çözünürlükteki görüntünün çevreleyen hacim yöntemi kullanılmadan üretilmesi için geçen süre 43.8 saniyedir. Çevreleyen hacim yöntemi kullanıldığında bu süre 36.7 saniyeye düşmektedir.
![Page 30: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/30.jpg)
Etkileşimli Işın İzleme
![Page 31: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/31.jpg)
Master-Slave Paralel Programlama Yaklaşımı Etkileşimli Paralel Işın İzleme
![Page 32: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/32.jpg)
İşlemci Çiftliği Modeli ile Dinamik İş Tahsisi ve Yük Dengelemsi
Heterojen bir ağ için yük dengelemesi yapmak paralel hesaplamanın etkinliği açısından gereklidir. Ayrıca üretilecek görüntüdeki herhangi bir piksel için gereken zaman diğerinden farklı olabilmektedir. O ndenele ağ homojen bile olsa statik iş tahsisi yapıldığında yük dengesizlikleri olabilmektedir. Bunun için paralel çalışmada işlemci çiftliği modeli gerçeklenmiştir. Buna göre ana bilgisayar üretilecek görüntüyü parçalara bölerek bir iş havuzu oluşturur. Ağ üzerindeki her bir bilgisayar da bu iş havuzundan bir iş alıp tamamlar ve tekrar havuzdan iş ister. Böylece dinamik iş tahsisi ve yük dengelemesi yapılmıştır.
![Page 33: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/33.jpg)
SONUÇLAR
1. Etkileşimli Paralel Işın İzleme
![Page 34: YEREL AĞDAKİ KİŞİSEL BİLGİSAYARLARLA PARALEL IŞIN İZLEME Tez Jürisi: Yrd. Doç. Dr. Cemal KÖSE](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051001/568149eb550346895db71633/html5/thumbnails/34.jpg)
2. İşlemci Çiftliği Modeli ile Dinamik İş Tahsisi ve Yük Dengelemesi