순차 Shear-Warp 알고리즘을 이용한 병렬볼륨렌더링의 구현

Implementation of Parallel Volume Rendering Using the Sequential Shear-Warp Algorithm

본 논문에서는 볼륨렌더링을 위한 빠른 병렬 알고리즘을 제안하고, 이를 4,096개의 프로세서를 가진 MasPar MP-2범용병렬 컴퓨터에서 C 언어와 MPL(MasPar Programming Language)언어를 이용하여 구현하였다. 본 알고리즘은 현재 가장 빠른 순차 볼륨 렌더링 알고리즘으로 알려진 Lacroute의 Shear-Warp 알고리즘을 병렬화한 것이다. 본 병렬 알고리즘은 밀림변환 공간 분할 기법과 이전의 렌더링 단계에서 얻은 부하정보를 이용하여 다음 렌더링시 부하를 균형화하는 부하균형화 기법을 이용함으로써 통신 오버헤드를 줄이며, 연속길이부호화 기법에 의한 볼륨 데이터 구조를 이용함으로써 처리할 복셀의 수를 크게 줄인다. MasPar MP-23에서 $128\times128\times128$복셀로 구성된 인체 두뇌 볼륨 데이터세트에 대하여 실험한 결과 초당 3~4프레임의 속도로 렌더링하였으며 본 알고리즘의 확장성에 의하여 16,384개의 프로세서를 가진 MasPar MP-2 시스템에서는 초당 12~16프레임의 렌더링이 가능할 것으로 기대된다. 또한 더 큰 볼륨에 대해서도 최근의 SIMD 또는 MIMD 머신상에서는 초당 30~60프레임의 렌더링이 가능할 것으로 기대된다.

This paper presents a fast parallel algorithm for volume rendering and its implementation using C language and MPI MasPar Programming Language) on the 4,096 processor MasPar MP-2 machine. This parallel algorithm is a parallelization hased on the Lacroute' s sequential shear - warp algorithm currently acknowledged to be the fastest sequential volume rendering algorithm. This algorithm reduces communication overheads by using the sheared space partition scheme and the load balancing technique using load estimates from the previous iteration, and the number of voxels to be processed by using the run-length encoded volume data structure.Actual performance is 3 to 4 frames/second on the human hrain scan dataset of $128\times128\times128$ voxels. Because of the scalability of this algorithm, performance of ]2-16 frames/sc.'cond is expected on the 16,384 processor MasPar MP-2 machine. It is expected that implementation on more current SIMD or MIMD architectures would provide 3O~60 frames/second on large volumes.