Турлапов В.Е., Боголепов Д.К.

Москва, МФТИ
23-30 августа 2009
Проект
Аннотация курса
Продолжительность (час.)
Курс
Компьютерная графика в
инженерном анализе и
научной визуализации.
Лектор/ ассистент
Турлапов Вадим
Евгеньевич
Всего
Теория
Практика
8
4
4
Начало
курса
28/08
Боголепов Денис
Константинович
Цели курса
1. Изучение основ визуализации 3D-сцен и результатов моделирования полей и сред методами
компьютерной графики.
2. Приобретение навыков шейдерного программирования и высокопроизводительных
вычислений на графических процессорах.
Уровень подготовки, необходимый для изучения курса
1. Обязательно знание основ программирования на языке С/С++, С#.
2. Желательно знание основ компьютерной графики.
Содержание курса
Лекционная часть:
1. Основы визуализации 3D-сцен и результатов инженерно-научного моделирования
Роль графики в научной визуализации. Представление о графическом конвейере,
обеспечивающем визуализацию 3D-сцен. Место преобразований координат в
графическом конвейере. Понятие локального освещения. Различие между понятиями
Lighting и Shading. Основы аппаратной реализации графического конвейера:
геометрический и пиксельный шейдеры. Программируемость графического конвейера.
Понятие глобального освещения. Модели и методы его реализации. Основы метода
трассировки лучей. Понятие о методе Photon Mapping.
2. Графические процессоры как вычислительные устройства
Причины быстрого развития GPU. Понятие о графических API (DirectX, OpenGL) и
шейдерных языках (GLSL, MS HLSL). Визуализация полей и сред средствами OpenGL.
Визуализация на основе методов глобального освещения. Проблема реального
времени. Графические процессоры с шейдерами 4 версии (на примере GPU от AMD).
Средства от производителей (NVIDIA CUDA, AMD Stream) и сторонние средства
(BrookGPU, Sh): краткий обзор данных средств, их достоинства и недостатки. Переход к
шейдерному программированию.
Москва, МФТИ
23-30 августа 2009
3. Общие принципы вычислений общего назначения на графическом процессоре
Обсуждение базовых техник GPGPU на примере задачи сложения двух матриц
(OpenGL): доступные форматы текстур и работа с ними; технология использование
шейдеров в основной программе (загрузка, компиляция, передача параметров); вывод
результата в текстуру с помощью буфера кадров; выполнение расчетов на графическом
процессоре. Ограничения шейдерного программирования.
Практическая работа
Пример 1: Моделирование гравитационного взаимодействия N тел
Пример использования шейдеров для вычислений: задействует практически все
важные техники. Показаны подходы к совместному анализу теоретической и
практической производительности приложения, определению узких мест, простейшие
подходы к оптимизации производительности.
Пример 2: Визуализация неявно заданных поверхностей методом трассировки лучей
Задача универсальная для визуализации поверхностей в научно-инженерном анализе и
ее решение на GPU.
Мастер-класс включает в себя рассмотрение программ сложения матриц, задачи N тел,
визуализации поверхностей методом трассировки лучей и их дальнейшию доработку.
Учебно-методические материалы по курсу «Компьютерная графика»
http://new-rus.itlab.unn.ru/?dir=531 или http://new-rus.itlab.unn.ru/?doc=959
Информация об авторах
Турлапов Вадим Евгеньевич, доктор технических наук,
профессор кафедры математического обеспечения ЭВМ
факультета Вычислительной математики и кибернетики
(ВМК) Нижегородского государственного университета
им.Н.И.Лобачевского.
Основные научные интересы лежат в области компьютерной
графики
и
компьютерного
зрения,
автоматизации
проектирования пространственных механизмов, вычислений
на графических процессорах.
Опубликовано свыше 70
научных работ.
E-mail: [email protected]; [email protected]
+7 9030408401
Москва, МФТИ
23-30 августа 2009
Боголепов Денис Константинович, аспирант кафедры
математического
обеспечения
ЭВМ
факультета
Вычислительной
математики
и
кибернетики
(ВМК)
Нижегородского
государственного
университета
им.Н.И.Лобачевского.
Основные научные интересы лежат в области компьютерной
графики, высокопроизводительных и распределенных
вычислений, вычислений на графических процессорах.
Опубликовано 10 научных работ.
E-mail: [email protected]
+7 9049246085