Yerel ağdaki kişisel bilgisayarlarla paralel ışın izleme
Parallel ray tracing on networked personal computers
Yazar: ÖMER ÇAKIR
Danışman: Y.DOÇ.DR. CEMAL KÖSE
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
ÖZET Işın izleme yöntemi 3 -Boyutlu görüntü üretiminde yaygm olarak kullanılan bir yöntemdir. Işm izleme, gerçek hayatta ışık kaynağından saçılan ışınların 3B nesnelerle etMleşimini fiziksel gerçeklere uygun olarak modelleyebildiğinden bu yöntem kuUamlarak fotoğraf kalitesine yakın görüntü üretmek mümkündür. Işm izleme, kaliteli 3B görüntü üretimi için çok iyi bir yöntem olmasına karşın oldukça fazla hesaplama yapılmasını gerektiren bir yöntemdir. O nedenle tek bilgisayar kullanılınca üretimi uzun zaman alan bir görüntü paralel bilgisayarlar kullanarak çok daha kısa zamanda üretilebilir. Yeterli sayıda bilgisayar kullamlarak gerçek zamanlı görüntü üretimi de mümkündür. Bu çalışmada, öncelikle ışm izleme ile 3B görüntü üretimi gerçeklenmiştir. Geliştirilen özyinelemeli algoritma ile yansıyan ve kırılan ışınlar da modellenmiştir. Gölgeleme yapılmış ve sert gölgeler yumuşatılmıştır. Üretilen görüntüdeki piksellerin renk değerleri Phong aydınlatma modeli ile belirlenmiştir. Doku kaplama yapılarak görüntünün kalitesi arttırılmıştır. Bump mapping ile doku kaplama yapılmıştır. Doku kaplamada karşılaşılan aliasing problemi supersampling yapılarak çözümlenmiştir. Işm izlemeyi hızlandırmak için arka yüz kaldırma ve çevreleyen hacim yöntemleri kullanılmıştır. Ayrıca etkileşimli ışm izleme yapılmıştır. Buna göre kullanıcı üretilen görüntü içerisinde tuşlarla ile geri ilerlemekte ve sağa sola dönebilmektedir. Işm izlemede herhangi bir pikselin renginin hesaplanması diğerlerinden bağımsızdır. Bu özelliği ile ışm izleme paralel hesaplamaya yatkın bir yöntemdir. Yapılan çalışmada yerel ağ üzerindeki bilgisayarlar paralel çahştmlmış üretilen görüntüler için speedup değerleri hesaplanmıştır. Heterojen bir ağ için yük dengelemesi yapmak paralel hesaplamanın etkinliği açısından gereklidir. Ayrıca üretilecek görüntüdeki herhangi bir piksel için gereken zaman diğerinden farklı olabilmektedir. O nedenle ağ homojen bile olsa yük dengelemesi yapmak gerekebilir. Bunun için paralel çalışmada işlemci çiftliği modeli gerçeklenmiştir. Buna göre ana bilgisayar üretilecek görüntüyü parçalara bölerek bir iş havuzu oluşturur. Ağ üzerindeki her bir bilgisayar da bu iş havuzundan bir iş alıp tamamlar ve tekrar havuzdan iş ister. Böylece dinamik iş tahsisi ve yük dengelemesi yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Işm izleme, Paralel Işm îzleme, İşlemci Çiftliği, Dinamik Yük Dengeleme. VI

Abstract:
ÖZET Işın izleme yöntemi 3 -Boyutlu görüntü üretiminde yaygm olarak kullanılan bir yöntemdir. Işm izleme, gerçek hayatta ışık kaynağından saçılan ışınların 3B nesnelerle etMleşimini fiziksel gerçeklere uygun olarak modelleyebildiğinden bu yöntem kuUamlarak fotoğraf kalitesine yakın görüntü üretmek mümkündür. Işm izleme, kaliteli 3B görüntü üretimi için çok iyi bir yöntem olmasına karşın oldukça fazla hesaplama yapılmasını gerektiren bir yöntemdir. O nedenle tek bilgisayar kullanılınca üretimi uzun zaman alan bir görüntü paralel bilgisayarlar kullanarak çok daha kısa zamanda üretilebilir. Yeterli sayıda bilgisayar kullamlarak gerçek zamanlı görüntü üretimi de mümkündür. Bu çalışmada, öncelikle ışm izleme ile 3B görüntü üretimi gerçeklenmiştir. Geliştirilen özyinelemeli algoritma ile yansıyan ve kırılan ışınlar da modellenmiştir. Gölgeleme yapılmış ve sert gölgeler yumuşatılmıştır. Üretilen görüntüdeki piksellerin renk değerleri Phong aydınlatma modeli ile belirlenmiştir. Doku kaplama yapılarak görüntünün kalitesi arttırılmıştır. Bump mapping ile doku kaplama yapılmıştır. Doku kaplamada karşılaşılan aliasing problemi supersampling yapılarak çözümlenmiştir. Işm izlemeyi hızlandırmak için arka yüz kaldırma ve çevreleyen hacim yöntemleri kullanılmıştır. Ayrıca etkileşimli ışm izleme yapılmıştır. Buna göre kullanıcı üretilen görüntü içerisinde tuşlarla ile geri ilerlemekte ve sağa sola dönebilmektedir. Işm izlemede herhangi bir pikselin renginin hesaplanması diğerlerinden bağımsızdır. Bu özelliği ile ışm izleme paralel hesaplamaya yatkın bir yöntemdir. Yapılan çalışmada yerel ağ üzerindeki bilgisayarlar paralel çahştmlmış üretilen görüntüler için speedup değerleri hesaplanmıştır. Heterojen bir ağ için yük dengelemesi yapmak paralel hesaplamanın etkinliği açısından gereklidir. Ayrıca üretilecek görüntüdeki herhangi bir piksel için gereken zaman diğerinden farklı olabilmektedir. O nedenle ağ homojen bile olsa yük dengelemesi yapmak gerekebilir. Bunun için paralel çalışmada işlemci çiftliği modeli gerçeklenmiştir. Buna göre ana bilgisayar üretilecek görüntüyü parçalara bölerek bir iş havuzu oluşturur. Ağ üzerindeki her bir bilgisayar da bu iş havuzundan bir iş alıp tamamlar ve tekrar havuzdan iş ister. Böylece dinamik iş tahsisi ve yük dengelemesi yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Işm izleme, Paralel Işm îzleme, İşlemci Çiftliği, Dinamik Yük Dengeleme. VI