8 research outputs found

    Parallele Simulation der globalen Beleuchtung in komplexen Architekturmodellen

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    von Olaf SchmidtPaderborn, Univ.-GH, Diss., 200

    Vertex-Tracing - Interaktives Ray-Tracing durch adaptiv progressives Refinement im Objektraum

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    Abstract This dissertation presents an approach for interactive, physically exact simulation of specular reflections and specular refractions in virtual environments. The introduced approach is called Vertex Tracing and allows a hybrid rendering to add global illumination effects in traditional hardware rendering systems. The core of the Vertex Tracing is an adaptive progressive ray tracing. In contrast to standard ray tracing we use image coherence to compute only pixels (samples) that are essential for the final image reconstruction. The step by step adaption towards the final image is performed by geometry refinement of chosen polyhedra. These are scene objects with visual characteristics as specular reflections or refractions and should be handled particularly for Vertex Tracing. The object vertices are the starting point of computation. First, primary rays are shot from the eye point to the object vertices and after that, like in classical ray tracing approaches, a recursive ray shooting is performed from each vertex. If needed new vertices are inserted and consequently a step by step refinement of the object geometry is done. The reconstruction of the final image is performed by bilinear interpolation via graphics hardware. Beside the possibility of a combined rendering with OpenGL-objects, the use of graphics hardware additionally allows an efficient handling of textures. In this context, we introduce a defered texture lookup to prevent a costly sampling of high frequent textures. In addition, this thesis considers aspects of a distributed and parallel computation to speed up Vertex Tracing. In detail we implemented a distributed Vertex Tracing for a heterogenous network as well as a parallel approach for shared memory machines. Despite the adaptive progressive characteristic of the Vertex Tracing both techniques show that a significant speed-up can be achieved.Die vorliegende Dissertation beschreibt ein Verfahren zur interaktiv physikalisch exakten Simulation spekularer Reflexionen sowie spekularer Brechungen in virtuellen Umgebungen. Unter dem Begriff Vertex-Tracing wird in dieser Arbeit ein Ansatz vorgestellt, der es durch hybrides Rendering erlaubt, traditionelles Hardware-Rendering mit globalen Beleuchtungsphänomenen zu ergänzen. Kern des Verfahrens Vertex-Tracing bildet ein adaptiv progressives Ray-Tracing. Im Gegensatz zum Standard-Ray-Tracing besteht das Ziel darin, vorhandene Bildkohärenzen auszunutzen, indem nur diejenigen Pixel (Samples) berechnet werden, die für die Rekonstruktion des Finalbildes erforderlich sind. Die schrittweise Annäherung an das gewünschte Finalbild erfolgt durch Verfeinerung (Refinement) der Geometrie ausgewählter Polyeder. Diese sind Szenenobjekte, die aufgrund ihrer visuellen Charakteristik in Form spekularer Reflexionen oder Brechungen einem Vertex-Tracing unterzogen werden sollen. Ausgangspunkt der Berechnung dieser Objekte stellen ihre Objekt-Vertices dar. Sie bilden jeweils den Aufpunkt eines geschossenen Primärstrahles vom Betrachter und sind zugleich Startpunkt für eine weitere rekursive Strahlenverfolgung im Sinne des klassischen Ray-Tracing. Je nach Bedarf erfolgt das Einfügen neuer Vertices, dass eine schrittweise Verfeinerung der Objektgeometrie nach sich zieht. Die Rekonstruktion des Finalbildes erfolgt durch bilineare Interpolation mit Hilfe von Graphik-Hardware. Ihre Nutzung gestattet nicht nur ein kombiniertes Rendering mit herkömmlichen OpenGL-Objekten, sondern erlaubt darüber hinaus eine effiziente Behandlung von Texturen im Vertex-Tracing. In diesem Zusammenhang wird ein verzögerter Textur-Lookup vorgestellt. Er verhindert ein vollständiges Sampling von Texturen, das vor allem bei hochfrequenten Texturen einen erheblichen Mehraufwand bedeuten würde. Im Hinblick auf die Beschleunigung des Verfahrens werden ferner Aspekte einer verteilt, parallelen Berechnung untersucht beziehungsweise umgesetzt. Im Vordergrund steht dabei die Verteilung des Vertex-Tracings im Rechner-Cluster sowie eine Parallelisierung des Algorithmus auf Shared-Memory-Maschinen. Beide Ansätze zeigen, dass trotz des adaptiv progressiven Charakters des Verfahrens Vertex-Tracing ein signifikanter Speed-Up erzielbar ist

    Parallele und kooperative Simulation für eingebettete Multiprozessorsysteme

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    Die Entwicklung von eingebetteten Systemen wird durch die stetig steigende Anzahl und Integrationsdichte neuer Funktionen in Kombination mit einem erhöhten Interaktionsgrad zunehmend zur Herausforderung. Vor diesem Hintergrund werden in dieser Arbeit Methoden zur SystemC-basierten parallelen Simulation von Multiprozessorsystemen auf Manycore Architekturen sowie zur Verbesserung der Interoperabilität zwischen heterogenen Simulationswerkzeugen entwickelt, experimentell untersucht und bewertet

    Modelling and evaluation of load and performance control mechanisms of B-ISDN/ATM switching systems

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    Behandelt wird die Problematik der Last- und Leistungsregelung im Kontext der ATM-basierten Breitband-Vermittlungstechnik.Objective of this thesis are load control and performance control concepts for broadband switching systems. Focus is the services integrating network technology B-ISDN using ATM as transfer mode. The studied mechanisms and concepts are principally of generic nature. Specifically they are designed within the envisaged context of B-ISDN, due to its extensive vision with respect to service integration, Quality of Service (QoS) support and ATM bearer capabilities. Area of application is implicitly the network control plane, but interactions between user and control plane have to be considered, too. The prime scope are switching nodes between access and core network domain, i.e., B-ISDN switches which have to provide user-to-network and network-to-network signalling protocol functions. Thus, beside service distinction call type differentiation is also covered due to the considered network positioning

    Fahrplanbasiertes Energiemanagement in Smart Grids

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    Die Zunahme dezentraler, volatiler Stromerzeugung im Rahmen der Energiewende führt schon heute zu Engpässen in Stromnetzen. Eine Lösung dieser Probleme verspricht die informationstechnische Vernetzung und Koordination der Erzeuger und Verbraucher in Smart Grids. Diese Arbeit präsentiert einen Energiemanagement-Ansatz, der basierend auf Leistungsprognosen und Flexibilitäten der Akteure spezifische, aggregierte Leistungsprofile approximiert. Hierbei werden Netzrestriktionen berücksichtigt

    Fahrplanbasiertes Energiemanagement in Smart Grids

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    Die Zunahme dezentraler, volatiler Stromerzeugung im Rahmen der Energiewende führt schon heute zu Engpässen in Stromnetzen. Eine Lösung dieser Probleme verspricht die informationstechnische Vernetzung und Koordination der Erzeuger und Verbraucher in Smart Grids. Diese Arbeit präsentiert einen Energiemanagement-Ansatz, der basierend auf Leistungsprognosen und Flexibilitäten der Akteure spezifische, aggregierte Leistungsprofile approximiert. Hierbei werden Netzrestriktionen berücksichtigt

    Optimierung des Wirkungsgrades virtueller Infrastrukturen

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    Virtualisierungstechniken erfreuen sich immer größerer Beliebtheit in vielen Bereichen der Informatik. Ursprünglich wiederentdeckt mit dem Ziel Ressourcen und Dienste zu konsolidieren, dienen Virtualisierungsansätze heute als Grundlage für moderne Grid- und Cloud-Computing-Infastrukturen und werden damit auch im Bereich des Hochleistungsrechnens eingesetzt. Derzeit existieren keine objektiven und systematischen Analysen bezüglich des Wirkungsgrades von Virtualisierungsansätzen, Techniken und Implementierungen, obwohl sie von vielen großen Rechenzentren weltweit eingesetzt und produktiv betrieben werden. Alle existierenden, modernen Hostvirtualisierungsansätze setzen derzeit auf eine Softwareschicht, die sich je nach Virtualisierungstyp zwischen Hardware und Gast-Betriebssystem bzw. zwischen Host- und Gast-Betriebssystem befindet. Eine Anwendung in einer virtuellen Maschine ist somit nicht mehr nur von der Leistung des physischen Systems abhängig, sondern ebenfalls von der Technologie des eingesetzten Virtualisierungsproduktes und nebenläufigen virtuellen Maschinen. Je nach Anwendungstyp kann es daher sinnvoll sein, einen anderen Virtualisierungsansatz zu wählen und auf den Typ der nebenläufigen virtuellen Maschinen zu achten, um den Wirkungsgrad eines lokalen Systems sowie den der globalen Infrastruktur zu optimieren. Um dieses Ziel zu erreichen, werden in einem zweistufigen Ansatz zunächst theoretisch Virtualisierungsansätze analysiert und Parameter identifiziert, deren Einfluss auf den Wirkungsgrad in einem zweiten Schritt empirisch quantifiziert wird. Für die Durchführung dieser quantitativen Analyse ist eine Anpassung verbreiteter Leistungsmaße, wie z.B. Durchsatz und Antwortzeit, für den Kontext der Virtualisierung erforderlich, da sie sich klassisch gesehen auf das Betriebssystem einer Maschine beziehen, eine virtuelle Maschine jedoch von der Architektur her eher einer klassischen Anwendung entspricht. Die Messung dieses Leistungsmaßes in virtuellen Umgebungen stellt eine weitere Herausforderung dar, da Zeitmessung in virtuellen Maschinen aufgrund von Scheduling durch den Hypervisor generell fehlerbehaftet ist und somit alternative Messmethoden konzipiert werden müssen. Basierend auf den durchgeführten Analysen und Messungen wird anschließend ein Leitfaden entwickelt, der dabei hilft, die zur Virtualisierung einer Infrastruktur benötigten Ressourcen qualitativ sowie quantitativ abzuschätzen und eine Verteilung der virtuellen Maschinen anhand ihres charakteristischen Ressourcenbedarfes auf physische Systeme vorzunehmen, so dass vorhandene physische Ressourcen optimal ausgenutzt werden können. Die Automatisierung des erstellten Leitfadens durch die Entwicklung und prototypische Implementierung eines globalen Ressourcen-Schedulers auf der Basis eines gewichteten Constraint Solvers rundet die Arbeit ab. Der verwendete Ansatz besitzt zwar eine theoretisch exponentielle Laufzeitkomplexität, liefert in der Praxis aufgrund einer entwickelten Greedy-Heuristik jedoch bereits nach extrem kurzer Laufzeit herausragende Ergebnisse. Die optimierten Verteilungen lassen sich anschließend mittels weniger Live Migration realisieren, da bereits bei der Berechnung einer Verteilung auf deren räumliche Nähe zur bestehenden Verteilung geachtet wird
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