Parallele Algorithmen und Maschinen

Zusammenfassung

Untersucht man die Gründe für den Einsatz von parallelen Maschinen und Spezialhardware in der Bilderzeugung, so zeigen sich zwei unterschiedliche Tendenzen. Einerseits geht es darum, die Einzelbilder einer bewegten Sequenz in Realzeit zu generieren. Ein solcher Bedarf besteht bei Simulatoren in der Luft- und Raumfahrt, aber auch im Automobilbau. Für solche Maschinen werden schon seit Anfang der 70er Jahre spezielle Architekturen zur Bilderzeugung entwickelt. In [Sc83] wird ein Überblick über die verschiedenen Ansätze gegeben, wie sie bei Simulatoren von General Electric, Singer und Evans & Sutherland realisiert sind. Die Bilderzeugungshardware setzt sich dabei meist aus einer Pipeline von Prozessoren zusammen, von denen jeder eine spezielle Aufgabe im Rahmen des verwendeten Algorithmus übernimmt. Das hauptsächlich eingesetzte Verfahren ist der Priotitätsansatz, die verwendeten geometrischen Objekte sind Polygone. Beim Prioritätsansatz werden Polygone zunächst nach der Verdeckungsordnung, der Priorität, vorsortiert. Anschließend folgt die Umwandlung in Rasterdarstellung, die nach dem Scanline-Prinzip vorgenommen wird. Dazu sind weitere Sortiervorgänge nötig. Die Prioritätsberechnung und die verschiedenen Kantensortierungen erfolgen jeweils auf eigenen Prozessoren, die teilweise parallel, teilweise in Pipeline arbeiten. Neben dem Scanline-Verfahren zur Rasterkonvertierung wird auch das Zeilzerlegungsverfahren eingesetzt. Die Bildebene wird dabei in regelmäßige Zellen zerlegt, für die die Bilderzeugung jeweils durch einen eigenen Prozessor erfolgt. Die eingesetzten Algorithmen beschränken sich auf die Sichtbarkeitsberechnung, weitergehende Effekte wie Schlagschatten werden nicht simuliert. Besonderes Gewicht wird auf die Textur gelegt, die es ermöglicht, mit relativ wenig Rechenaufwand sehr wirklichkeitsnahe Bilder zu generieren.