基于嵌入式Linux图形渲染系统的研究与实现

摘要

三维图形渲染是影视动漫制作过程中的关键环节，需要进行海量的数据计算，极其耗时，一直是3D动画制作领域的难题。为了提高渲染速度，国内外普遍采用的是将渲染技术与计算机集群技术相结合的集群渲染系统。然而，对于小型动漫企业或工作室而言，构建一个具有商业渲染能力的集群渲染系统，不仅需要在软件和硬件等方面投入大量成本，而且还要考虑集群对场地空间的需求、前期搭建和后期维护对高端的技术支持方面的要求。
　　为了提高渲染效率、节省集群成本，以ARM架构处理器为硬件核心、开源软件Blender为渲染引擎、嵌入式Linux为操作系统，对集群渲染系统进行了研究。首先利用开发板和Android设备作为渲染节点，实现了基于异构ARM平台的集群渲染系统。然后，基于A80处理器和Debian系统，从硬件和软件两方面设计一个图形渲染专用的ARM平台。使用Blender软件制作3D模型，对集群系统和图形渲染平台分别进行了渲染测试。结果表明嵌入式平台同样能集群渲染，其效率与渲染节点的性能和数量大致成正比例关系。最后，从场景配置、负载均衡和节能控制等方面给出简洁的嵌入式集群渲染系统的优化方案。
　　相比于传统PC构建的集群渲染系统，本文提出的嵌入式集群渲染系统实现简单、成本低、占用空间小，并且具有较高的性能/功耗比和良好的可扩展性。另外，精简后的ARM图形渲染平台单机渲染性能提升10％左右，可应用于搭建基于该平台的同构集群系统，进一步提高渲染速度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 3D图形渲染

1．2．2 嵌入式系统

1．3 论文的主要研究内容

第二章 系统整体方案设计

2．1 集群渲染基本理论

2．1．1 渲染

2．1．2 集群及其种类

2．1．3 集群渲染系统概述

2．2 嵌入式集群渲染系统的功能需求

2．3 系统的硬件架构设计方案

2．4 系统的软件设计方案

2．5 本章小结

第三章 嵌入式集群渲染系统的研究与实现

3．1 集群设备简介

3．2 渲染节点的系统部署

3．2．1 开发板

3．2．2 智能设备

3．3 集群渲染环境搭建

3．3．1 SSH远程登录配置

3．3．2 渲染测试环境搭建与配置

3．4 渲染测试与结果分析

3．4．1 3D模型制作

3．4．2 渲染测试及其结果分析

3．5 本章小结

第四章 ARM架构图形渲染平台的设计与实现

4．1 硬件平台设计

4．1．1 硬件整体结构设计

4．1．2 A80处理器简介

4．1．3 存储器模块

4．1．4 网络模块

4．1．5 电源模块

4．1．6 处理器系统部分

4．2 软件平台设计

4．2．1 交叉编译环境搭建

4．2．2 U-Boot移植

4．2．3 Linux内核移植

4．2．4 根文件系统制作

4．2．5 系统文件的烧写

4．2．6 渲染软件编译与安装

4．3 ARM平台性能测试

4．4 本章小结

第五章 嵌入式集群渲染系统的优化研究

5．1 Blender工程文件配置

5．2 硬件方面的优化

5．3 负载均衡与节能控制

5．3．1 负载均衡

5．3．2 节能控制

5．3．3 效果测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 内容总结

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢