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研究生:黃啟彰
研究生(外文):Chi-Chang Huang
論文名稱:三維電腦動畫分散繪製系統
論文名稱(外文):A Distributed Rendering System for 3-D Computer Animation
指導教授:朱治平朱治平引用關係
指導教授(外文):Chih-Ping Chu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:資訊工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:三維動畫分散
外文關鍵詞:DistributeAnimation3D
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  目前有許多的動畫不若以往是由二維的影像所組成,而是以三維空間來表現出整個場景,在處理三維場景時,為了要將最後的結果產生在螢幕上,並呈現出逼近真實世界中的效果,我們必須決定螢幕上每一個像素所對應的顏色值,在過去的幾年,已經有許多的繪圖演算法被發展出來,本篇論文所採用的是光跡追踨演算法,由於在整個處理的過程中必須耗費相當大量的時間,若以單一台電腦來計算所有結果,並無法符合經濟效益,因此我們利用目前熱門的電腦叢集系統,藉由集合多台電腦的運算能力,來分擔所有的工作,以縮短整體繪製的時間。
  本系統是藉由分割畫面,將動畫中每個必須計算的畫面分成數個區塊,並把這些區塊交由後端的每一台電腦去計算,最後再由主電腦組合所有的回傳結果,以完成整段動畫繪製的過程。由於每台後端電腦的效能可能不一致,或者所分配到的區塊其計算複雜度不一樣,因此有些後端電腦可能會出現閒置的狀態,為了進一步增進系統的整體效能,必須讓每台後端電腦隨時處於工作狀態,因此我們加入了負載平衡的能力,一旦後端電腦計算完一區塊後,便向主電腦要求下一個尚未計算的區塊。
  Many scenes are constructed by 3-D objects in computer animation. The animation is composed of about 25 to 30 frames per second. We must transform 3-D scene to 2-D image on the screen according to the scenario for each frame. Many algorithms have developed to simulate the effect of shadow in real world for rendering 3-D scene. In the thesis, we adopt ray-tracing algorithm to do this work. The ray-tracing calculates the color of pixels on the screen. Unfortunately, it would cost a lot of time to calculate a frame on a computer. Therefore, we use cluster system that groups computers to do the computation.
  In the purposed system, we divide up the frames on the frontend computer and distribute the partitions among backend computers. Each backend computer calculates the color of pixels on the block and transmits the result to the frontend computer. Once frontend computer recevices all blocks belonging to the same frame, it combines them to a frame. Furthermore, the backend computers may have different performance and the blocks may have different complexity of scene so that some backend computers may wait for the others and be idle. In order to improve the system performance, each backend computer must keep working at any time. We consider the load balance problem and propose a strategy to reach load balance in the system. Experimental results are also presented and analyzed in the thesis.
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英文摘要
目錄
表格目錄
圖表目錄
第1章 緒論 1
第1節 前言 1
第2節 電腦叢集系統 2
第3節 分散繪製系統簡介 3
第4節 論文章節編排 3
第2章 背景知識 4
第1節 電腦叢集系統 4
第2節 三維空間圖學導論 6
2.2.1 投射轉換 6
2.2.2 色彩 6
2.2.3 光效 7
2.2.4 材質 8
第3節 SHADING MODELS 10
第4節 動畫 12
第5節 TRUESPACE檔案格式介紹 13
第3章 分散繪製架構與建置 17
第1節 研究動機 17
第2節 光跡追蹤演算法 21
3.2.1 簡介 21
3.2.2 光線模擬 26
3.2.2.1 Specular reflection 26
3.2.2.2 Diffuse reflection 27
3.2.2.3 Specular transmission 28
3.2.2.4 Whitted’s shading model 28
第3節 分割方式 29
第4節 SAMPLING 30
第5節 系統架構 33
3.5.1 網路架構 33
3.5.2 程式模組架構 35
3.5.2.1 基本模組 35
3.5.2.2 主電腦模組 36
3.5.2.3 後端電腦模組 37
第6節 線與多邊形相交演算法 40
第7節 利用BOUNDING VOLUME最佳化 43
第8節 負載平衡 46
第9節 動畫位移的計算 48
第4章 系統效能分析與結果 51
第1節 場景複雜度 51
第2節 資料傳輸量 53
第3節 系統執行結果 55
第4節 相同區塊大小策略 59
第5節 不同區塊大小策略 62
第5章 結論與未來研究方向 65
第1節 結論 65
第2節 未來研究方向 66
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