Efficient Parallel and Distributed Algorithms for GIS Polygon Overlay Processing

Polygon clipping is one of the complex operations in computational geometry. It is used in Geographic Information Systems (GIS), Computer Graphics, and VLSI CAD. For two polygons with n and m vertices, the number of intersections can be O(nm). In this dissertation, we present the first output-sensitive CREW PRAM algorithm, which can perform polygon clipping in O(log n) time using O(n + k + k\u27) processors, where n is the number of vertices, k is the number of intersections, and k\u27 is the additional temporary vertices introduced due to the partitioning of polygons. The current best algorithm by Karinthi, Srinivas, and Almasi does not handle self-intersecting polygons, is not output-sensitive and must employ O(n^2) processors to achieve O(log n) time. The second parallel algorithm is an output-sensitive PRAM algorithm based on Greiner-Hormann algorithm with O(log n) time complexity using O(n + k) processors. This is cost-optimal when compared to the time complexity of the best-known sequential plane-sweep based algorithm for polygon clipping. For self-intersecting polygons, the time complexity is O(((n + k) log n log log n)/p) using p In addition to these parallel algorithms, the other main contributions in this dissertation are 1) multi-core and many-core implementation for clipping a pair of polygons and 2) MPI-GIS and Hadoop Topology Suite for distributed polygon overlay using a cluster of nodes. Nvidia GPU and CUDA are used for the many-core implementation. The MPI based system achieves 44X speedup while processing about 600K polygons in two real-world GIS shapefiles 1) USA Detailed Water Bodies and 2) USA Block Group Boundaries) within 20 seconds on a 32-node (8 cores each) IBM iDataPlex cluster interconnected by InfiniBand technology

Aplicaciones de la aritmética en coma fija a la representación de primitivas gráficas de bajo nivel

La aritmética en coma fija tiene la propiedad de realizar operaciones con números decimales con un coste computacional entero. A pesar de no estar soportada de forma nativa por los lenguajes de programación y por las CPUs generalistas, es la aritmética ideal para aplicaciones de control industrial, simulación, informática gráfica, multimedia y señal digital, etc. Su falta de normalización y soporte impide su uso extendido en muchos campos de la informática. Esta tesis justifica la utilización de esta aritmética en el campo de los gráficos por computador. A partir de un estudio de implementación y normalización de la aritmética, se estudian incrementos de potencia relativos y precisiones obtenidas y su aplicación a la simulación discreta y de vuelo. Se analizan los algoritmos de dibujo de primitivas básicas como las líneas, con y sin aliasing, su recortado y el dibujo de circunferencias y elipses. Se presentan algunas implementaciones de algoritmos basados en la coma fija y se analiza la mejora del coste computacional y de la precisión obtenida respecto de los algoritmos de fuerza bruta y de los tradicionales. Mientras los algoritmos tradicionales suelen entregar un error comprendido entre los 0.32 y 0.45 píxeles, dependiendo de la primitiva analizada, los algoritmos basados en la coma fija no superan los 0.25 de media, igualando el error teórico generado por los algoritmos de fuerza bruta. Por otro lado, los algoritmos basados en la aritmética en coma fija suelen mejorar la velocidad media de los algoritmos tradicionales, pudiéndose a veces conseguir aceleraciones elevadas si se utilizan técnicas de paralelización. Éste sería el caso de la versión paralela del algoritmo DDA con y sin antialiasing que podría dibujar una recta con coste temporal logarítmico respecto de su longitud en píxeles. Los algoritmos obtenidos son tan sencillos que pueden ser implementados algunos de ellos en hardware dentro de un procesador gráfico de forma muy eficiente.Mollá Vayá, RP. (2001). Aplicaciones de la aritmética en coma fija a la representación de primitivas gráficas de bajo nivel [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15406Palanci