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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23458
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Um Acelerador Ray-Tracing de Baixo Custo Otimizado para Arquiteturas Heterogêneas |
Título(s) alternativo(s): | A Low-Cost Ray-Tracing Accelerator Optimized for Heterogeneous Architectures. |
Autor: | Sampaio, Adrianno de Abbadia ![]() |
Primeiro orientador: | Sena, Alexandre da Costa |
Primeiro coorientador: | Nery, Alexandre Solon |
Primeiro membro da banca: | França, Felipe Maia Galvão |
Segundo membro da banca: | Castro, Maria Clicia Stelling de |
Resumo: | Um dos maiores desafios da Computação Gráfica é a geração de imagens fotorrealistas e fisicamente precisas partindo de uma cena tridimensional. Por um lado, existem métodos com os quais é possível renderizar imagens com um certo grau de realismo de forma rápida, porém estes métodos não são capazes de modelar de forma realista o comportamento da luz ao interagir com os objetos, sendo necessário criar atalhos para modelar certos efeitos ópticos. Por outro lado, o método de Ray-Tracing permite a modelagem de efeitos ópticos como reflexão, refração e sombras com um mínimo de esforço, mas ao modelar estes efeitos o método ganha uma natureza exponencial, tornando-o desvantajoso para aplicações de tempo-real. Novas técnicas e abordagens foram desenvolvidas com o objetivo de acelerar o algoritmo de Ray- Tracing, incluindo o uso de outras plataformas de hardware. Entre elas está o desenvolvimento de arquiteturas especializadas em FPGA, especialmente devido à sua flexibilidade e baixo custo energético. Assim, este trabalho propõe e analisa um acelerador de baixo custo energético para a execução eficiente de cálculos de interseção Raio-Triângulo e duas possíveis aplicações do mesmo. Resultados experimentais mostraram a viabilidade do acelerador proposto, onde a versão paralela do acelerador obteve um desempenho aproximadamente 4.7 vezes melhor do que a versão ARM e a versão heterogênea aproximadamente 6.3 vezes melhor. Além disso, o uso da placa embarcada em um sistema edge computing (Nuvem + Borda) conseguiu uma aceleração de até 50% em relação ao uso apenas da Nuvem. |
Abstract: | One of the biggest challenges in computer graphics is to produce photo-realistic and phycally accurate images from a three-dimensional scene. On one hand, there are fast ways of rendering an image that often cannot accurately portray the behavior of light when interacting with objects. On the other hand, the most accurate methods, like the Ray-Tracing algorithm, allow for the correct modeling of optical effect with less effort, but at the expense of execution time. Many new techniques were conceived with the purpose of accelerating ray-tracing applications, including the use of different hardware platforms. Among them is the development of specialized architectures in Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), especially given its flexibility and low energy cost. Thus, this work proposes and analyzes an accelerator to efficiently perform Ray-Triangle intersection calculations and two of the possible applications for it. Experimental results yield the viability of the proposed accelerator, where the parallel version of the accelerator could obtain performance gains of _ 4.7 in relation to the ARM implementation and the heterogeneous version obtained gain of _ 6.3 times the performance. Furthermore, by using the embedded board as the edge in an edge computing system (Edge + Cloud), it was possible to achieve a 50% of performance gains in comparison with only using a cloud. |
Palavras-chave: | Computação gráfica Ray-tracing FPGA Interseção raio-triângulo Computer Graphics SecondRay-Tracing Ray-Triangle intersection |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Matemática e Estatística |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciências Computacionais |
Citação: | SAMPAIO, Adrianno de Abbadia. Um Acelerador Ray-Tracing de Baixo Custo Otimizado para Arquiteturas Heterogêneas. 2020. 93 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Computacionais) - Instituto de Matemática e Estatística, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23458 |
Data de defesa: | 23-Set-2020 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Ciências Computacionais |
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