Multi-Frame Rate Rendering

Springer, Jan P. GND

Multi-frame rate rendering is a parallel rendering technique that renders interactive parts of a scene on one graphics card while the rest of the scene is rendered asynchronously on a second graphics card. The resulting color and depth images of both render processes are composited, by optical superposition or digital composition, and displayed. The results of a user study confirm that multi-frame rate rendering can significantly improve the interaction performance. Multi-frame rate rendering is naturally implemented on a graphics cluster. With the recent availability of multiple graphics cards in standalone systems the method can also be implemented on a single computer system where memory bandwidth is much higher compared to off-the-shelf networking technology. This decreases overall latency and further improves interactivity. Multi-frame rate rendering was also investigated on a single graphics processor by interleaving the rendering streams for the interactive elements and the rest of the scene. This approach enables the use of multi-frame rate rendering on low-end graphics systems such as laptops, mobile phones, and PDAs. Advanced multi-frame rate rendering techniques reduce the limitations of the basic approach. The interactive manipulation of light sources and their parameters affects the entire scene. A multi-GPU deferred shading method is presented that splits the rendering task into a rasterization and lighting pass and assigns the passes to the appropriate image generators such that light manipulations at high frame rates become possible. A parallel volume rendering technique allows the manipulation of objects inside a translucent volume at high frame rates. This approach is useful for example in medical applications, where small probes need to be positioned inside a computed-tomography image. Due to the asynchronous nature of multi-frame rate rendering artifacts may occur during migration of objects from the slow to the fast graphics card, and vice versa. Proper state management allows to almost completely avoid these artifacts. Multi-frame rate rendering significantly improves the interactive manipulation of objects and lighting effects. This leads to a considerable increase of the size for 3D scenes that can be manipulated compared to conventional methods.

Multi-Frame Rate Rendering ist eine parallele Rendertechnik, die interaktive Teile einer Szene auf einer separaten Graphikkarte berechnet. Die Abbildung des Rests der Szene erfolgt asynchron auf einer anderen Graphikkarte. Die resultierenden Farb- und Tiefenbilder beider Darstellungsprozesse werden mittels optischer Überlagerung oder digitaler Komposition kombiniert und angezeigt. Die Ergebnisse einer Nutzerstudie zeigen, daß Multi-Frame Rate Rendering die Interaktion für große Szenen deutlich beschleunigt. Multi-Frame Rate Rendering ist üblicherweise auf einem Graphikcluster zu implementieren. Mit der Verfügbarkeit mehrerer Graphikkarten für Einzelsysteme kann Multi-Frame Rate Rendering auch für diese realisiert werden. Dies ist von Vorteil, da die Speicherbandbreite um ein Vielfaches höher ist als mit üblichen Netzwerktechnologien. Dadurch verringern sich Latenzen, was zu verbesserter Interaktivität führt. Multi-Frame Rate Rendering wurde auch auf Systemen mit einer Graphikkarte untersucht. Die Bildberechnung für den Rest der Szene muss dazu in kleine Portionen aufgeteilt werden. Die Darstellung erfolgt dann alternierend zu den interaktiven Elementen über mehrere Bilder verteilt. Dieser Ansatz erlaubt die Benutzung von Multi-Frame Rate Rendering auf einfachen Graphiksystemen wie Laptops, Mobiltelefonen and PDAs. Fortgeschrittene Multi-Frame Rate Rendering Techniken erweitern die Anwendbarkeit des Ansatzes erheblich. Die interaktive Manipulation von Lichtquellen beeinflußt die ganze Szene. Um diese Art der Interaktion zu unterstützen, wurde eine Multi-GPU Deferred Shading Methode entwickelt. Der Darstellungsvorgang wird dazu in einen Rasterisierungs- und Beleuchtungsschritt zerlegt, die parallel auf den entsprechenden Grafikkarten erfolgen können. Dadurch kann die Beleuchtung mit hohen Bildwiederholraten unabhängig von der geometrischen Komplexität der Szene erfolgen. Außerdem wurde eine parallele Darstellungstechnik für die interaktive Manipulation von Objekten in hochaufgelösten Volumendaten entwickelt. Dadurch lassen sich zum Beispiel virtuelle Instrumente in hochqualitativ dargestellten Computertomographieaufnahmen interaktiv positionieren. Aufgrund der inhärenten Asynchronität der beiden Darstellungsprozesse des Multi-Frame Rate Rendering Ansatzes können Artifakte während der Objektmigration zwischen den Graphikkarten auftreten. Eine intelligente Zustandsverwaltung in Kombination mit Prediktionstechniken kann diese Artifakte fast gänzlich verhindern, so dass Benutzer diese im allgemeinen nicht bemerken. Multi-Frame Rate Rendering beschleunigt die interaktive Manipulation von Objekten und Beleuchtungseffekten deutlich. Dadurch können deutlich umfangreichere virtuelle Szenarien bearbeitet werden als mit konventionellen Methoden.

Zitieren

Zitierform:

Springer, Jan P.: Multi-Frame Rate Rendering. 2008.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:

Export