Littérature scientifique sur le sujet « Unités de traitement graphique (GPU) »

La recherche de similarité de séries de données est une opération essentielle pour plusieurs applications dans de nombreux domaines. Cependant, les techniques de pointe ne parviennent pas à fournir les performances temporelles requises, que ce soit pour réaliser une exploration interactive des séries de données, ou simplement une analyse de grandes collections de données. Au cours de ma thèse, nous présentons les premières solutions d'indexation de séries de données conçues pour tirer parti intrinsèquement du matériel moderne, afin d'accélérer les temps de traitement de la recherche de similarité pour les données sur disque et en mémoire. En particulier, nous développons de nouveaux algorithmes utilisant les architectures SIMD (multi-core, multi-socket et Single Instruction Multiple Data), ainsi que des algorithmes adaptés pour l’utilisation des unités de traitement graphique (GPU). Nos expériences réalisées sur un panel de données synthétiques et réelles démontrent que nos approches sont d’ordres de grandeur plus rapides que les solutions de pointe utilisant les données enregistrées sur disque et en mémoire. Plus précisément, notre solution sur disque peut répondre à des requêtes de recherche de similitude exacte sur des ensembles de données de 100 Go en 15 secondes, et pour notre solution en mémoire en moins de 36 millisecondes, ce qui permet pour la première fois une exploration interactive de données en temps réel sur des grandes collections de séries de données
Data series similarity search is a core operation for several data series analysis applications across many different domains. However, the state-of-the-art techniques fail to deliver the time performance required for interactive exploration, or analysis of large data series collections. In this Ph.D. work, we present the first data series indexing solutions that are designed to inherently take advantage of modern hardware, in order to accelerate similarity search processing times for both on-disk and in-memory data. In particular, we develop novel algorithms for multi-core, multi-socket, and Single Instruction Multiple Data (SIMD) architectures, as well as algorithms for Graphics Processing Units (GPUs). Our experiments on a variety of synthetic and real data demonstrate that our approaches are up to orders of magnitude faster than the state-of-the-art solutions for both disk-resident and in-memory data. More specifically, our on-disk solution can answer exact similarity search queries on 100GB datasets in ∼ 15 seconds, and our in-memory solution in as low as 36 milliseconds, which enables for the first time real-time, interactive data exploration on very large data series collections

Au cours des vingt dernières années, les principaux concepts du traitement du signal ont trouvé leur homologue pour le cas de la géométrie numérique, et en particulier des modèles polygonaux de surfaces 3D. Ces traitements requièrent néanmoins un temps de calcul non négligeable lorsqu’on les applique sur des modèles de taille conséquente. Cette charge de calcul devient un frein important dans le contexte actuel, où les quantités massives de données 3D générées à chaque seconde peuvent potentiellement nécessiter l’application d’un sous-ensemble de ces opérateurs. La capacité à exécuter des opérateurs de traitement géométrique en un temps très court représente alors un verrou important pour les systèmes de conception, capture et restitution 3D dynamiques. Dans ce contexte, on cherche à accélérer de plusieurs ordres de grandeur certains algorithmes de traitement géométrique actuels, et à reformuler ou approcher ces algorithmes afin de diminuer leur complexité ou de les adapter à un environnement parallèle. Dans cette thèse, nous nous appuyons sur un objet compact et efficace permettant d’analyser les surfaces 3D à plusieurs échelles : les quadriques d’erreurs. En particulier, nous proposons de nouveaux algorithmes haute performance, maintenant à la surface des quadriques d’erreur représentatives de la géométrie. Un des principaux défis tient ici à la génération des structures adaptées en parallèle, afin d’exploiter les processeurs parallèles à grain fin que sont les GPU, la principale source de puissance disponible dans un ordinateur moderne
Over the last twenty years, the main signal processing concepts have been adapted for digital geometry, in particular for 3D polygonal meshes. However, the processing time required for large models is significant. This computational load becomes an obstacle in the current context, where the massive amounts of data that are generated every second may need to be processed with several operators. The ability to run geometry processing operators with strong time constraints is a critical challenge in dynamic 3D systems. In this context, we seek to speed up some of the current algorithms by several orders of magnitude, and to reformulate or approximate them in order to reduce their complexity or make them parallel. In this thesis, we are building on a compact and effective object to analyze 3D surfaces at different scales : error quadrics. In particular, we propose new high performance algorithms that maintain error quadrics on the surface to represent the geometry. One of the main challenges lies in the effective generation of the right structures for parallel processing, in order to take advantage of the GPU

Largement poussés par l'industrie vidéoludique, la recherche et le développement d'outils matériels destinés à la génération d'images de synthèse, tels les cartes graphiques (ou GPU, Graphics Processing Units), ont connu un essor formidable ces dernières années. L'augmentation de puissance et de

La géométrie numérique en temps réel est un domaîne de recherches émergent en informatique graphique.Pour pouvoir générer des images photo-réalistes de haute définition,beaucoup d'applications requièrent des méthodes souvent prohibitives financièrementet relativement lentes.Parmi ces applications, on peut citer la pré-visualisation d'architectures, la réalisation de films d'animation,la création de publicités ou d'effets spéciaux pour les films dits réalistes.Dans ces cas, il est souvent nécessaire d'utiliser conjointement beaucoup d'ordinateurs possédanteux-mêmes plusieurs unités graphiques (Graphics Processing Units - GPUs).Cependant, certaines applications dites temps-réel ne peuvent s'accomoder de telles techniques, car elles requièrentde pouvoir générer plus de 30 images par seconde pour offrir un confort d'utilisationet une intéraction avec des mondes virtuels 3D riches et réalistes.L'idée principale de cette thèse est d'utiliser la synthèse de géométrie,la géométrie numérique et l'analyse géométrique pourrépondre à des problèmes classiques en informatique graphique,telle que la génération de surfaces de subdivision, l'illumination globaleou encore l'anti-aliasing dans des contextes d'intéraction temps-réel.Nous présentons de nouveaux algorithmes adaptés aux architectures matérielles courantes pour atteindre ce but
Eal-time geometry synthesis is an emerging topic in computer graphics.Today's interactive 3D applications have to face a variety of challengesto fulfill the consumer's request for more realism and high quality images.Often, visual effects and quality known from offline-rendered feature films or special effects in movie productions are the ultimate goal but hard to achieve in real time.This thesis offers real-time solutions by exploiting the Graphics Processing Unit (GPU)and efficient geometry processing.In particular, a variety of topics related to classical fields in computer graphics such assubdivision surfaces, global illumination and anti-aliasing are discussedand new approaches and techniques are presented

Les applications graphiques tendent à offrir un rendu interactif de scènes 3D de plus en plus réaliste, résultant en partie de l'accroissement de la richesse géométrique des objets affichés. Le maillage de certains de ces objets est toutefois trop complexe au regard des capacités de traitement des cartes graphiques et doit donc être simplifié afin de conserver un bon niveau d'interactivité. Une méthode élégante pour pallier à la perte des détails les plus fins induits par la simplification consiste à les stocker sous forme de normales dans des textures de grande résolution et de les utiliser lors du calcul de l'éclairage de ces objets. Cette technique de préservation d'apparence repose cependant traditionnellement sur des opérations complexes de paramétrisation 2D de maillages 3D qui sont encore souvent impossibles à réaliser sans l'intervention d'un utilisateur. Nous proposons dans ce mémoire une méthode alternative de préservation de détails basée sur les octree-textures. La création de l'octree est pilotée par la variation des normales à la surface des maillages originaux, adaptant l'échantillonnage des normales à la richesse de détails locale de la surface. Grâce à la nature volumique des octree-textures, aucune opération de paramétrisation n'est requise, rendant le processus de création des textures totalement automatique. Nous proposons un encodage compact de l'octree sous forme de textures 2D exploitables par les GPU programmables, et nous détaillons l'utilisation de ces textures pour le rendu interactif. Nous présentons également un processus de conversion en atlas de textures 2D classiques dans lesquels tous les détails de l'octree-texture sont conservés. Enfin nous montrons l'adéquation de cette représentation des maillages détaillés avec leur visualisation à distance via le réseau. La transmission instantanée du maillage simpliée permet une interaction immédiate avec l'objet 3D pendant que l'affichage se raffine progressivement à mesure du téléchargement des normales les plus précises.

La géométrie numérique en temps réel est un domaîne de recherches émergent en informatique graphique.Pour pouvoir générer des images photo-réalistes de haute définition,beaucoup d'applications requièrent des méthodes souvent prohibitives financièrementet relativement lentes.Parmi ces applications, on peut citer la pré-visualisation d'architectures, la réalisation de films d'animation,la création de publicités ou d'effets spéciaux pour les films dits réalistes.Dans ces cas, il est souvent nécessaire d'utiliser conjointement beaucoup d'ordinateurs possédanteux-mêmes plusieurs unités graphiques (Graphics Processing Units - GPUs).Cependant, certaines applications dites temps-réel ne peuvent s'accomoder de telles techniques, car elles requièrentde pouvoir générer plus de 30 images par seconde pour offrir un confort d'utilisationet une intéraction avec des mondes virtuels 3D riches et réalistes.L'idée principale de cette thèse est d'utiliser la synthèse de géométrie,la géométrie numérique et l'analyse géométrique pourrépondre à des problèmes classiques en informatique graphique,telle que la génération de surfaces de subdivision, l'illumination globaleou encore l'anti-aliasing dans des contextes d'intéraction temps-réel.Nous présentons de nouveaux algorithmes adaptés aux architectures matérielles courantes pour atteindre ce but
Eal-time geometry synthesis is an emerging topic in computer graphics.Today's interactive 3D applications have to face a variety of challengesto fulfill the consumer's request for more realism and high quality images.Often, visual effects and quality known from offline-rendered feature films or special effects in movie productions are the ultimate goal but hard to achieve in real time.This thesis offers real-time solutions by exploiting the Graphics Processing Unit (GPU)and efficient geometry processing.In particular, a variety of topics related to classical fields in computer graphics such assubdivision surfaces, global illumination and anti-aliasing are discussedand new approaches and techniques are presented

On peut atteindre des images réalistes par la simulation du transport lumineuse avec des méthodes de Monte-Carlo. La possibilité d’utiliser des sources de lumière réalistes pour synthétiser les images contribue grandement à leur réalisme physique. Parmi les modèles existants, ceux basés sur des cartes d’environnement ou des champs lumineuse sont attrayants en raison de leur capacité à capter fidèlement les effets de champs lointain et de champs proche, aussi bien que leur possibilité d’être acquis directement. Parce que ces sources lumineuses acquises ont des fréquences arbitraires et sont éventuellement de grande dimension (4D), leur utilisation pour un rendu réaliste conduit à des problèmes de performance.Dans ce manuscrit, je me concentre sur la façon d’équilibrer la précision de la représentation et de l’efficacité de la simulation. Mon travail repose sur la génération des échantillons de haute qualité à partir des sources de lumière par des estimateurs de Monte-Carlo non-biaisés. Dans ce manuscrit, nous présentons trois nouvelles méthodes.La première consiste à générer des échantillons de haute qualité de manière efficace à partir de cartes d’environnement dynamiques (i.e. qui changent au cours du temps). Nous y parvenons en adoptant une approche GPU qui génère des échantillons de lumière grâce à une approximation du facteur de forme et qui combine ces échantillons avec ceux issus de la BRDF pour chaque pixel d’une image. Notre méthode est précise et efficace. En effet, avec seulement 256 échantillons par pixel, nous obtenons des résultats de haute qualité en temps réel pour une résolution de 1024 × 768. La seconde est une stratégie d’échantillonnage adaptatif pour des sources représente comme un "light field". Nous générons des échantillons de haute qualité de manière efficace en limitant de manière conservative la zone d’échantillonnage sans réduire la précision. Avec une mise en oeuvre sur GPU et sans aucun calcul de visibilité, nous obtenons des résultats de haute qualité avec 200 échantillons pour chaque pixel, en temps réel et pour une résolution de 1024×768. Le rendu est encore être interactif, tant que la visibilité est calculée en utilisant notre nouvelle technique de carte d’ombre (shadow map). Nous proposons également une approche totalement non-biaisée en remplaçant le test de visibilité avec une approche CPU. Parce que l’échantillonnage d’importance à base de lumière n’est pas très efficace lorsque le matériau sous-jacent de la géométrie est spéculaire, nous introduisons une nouvelle technique d’équilibrage pour de l’échantillonnage multiple (Multiple Importance Sampling). Cela nous permet de combiner d’autres techniques d’échantillonnage avec le notre basé sur la lumière. En minimisant la variance selon une approximation de second ordre, nous sommes en mesure de trouver une bonne représentation entre les différentes techniques d’échantillonnage sans aucune connaissance préalable. Notre méthode est pertinence, puisque nous réduisons effectivement en moyenne la variance pour toutes nos scènes de test avec différentes sources de lumière, complexités de visibilité et de matériaux. Notre méthode est aussi efficace par le fait que le surcoût de notre approche «boîte noire» est constant et représente 1% du processus de rendu dans son ensemble
Realistic images can be rendered by simulating light transport with Monte Carlo techniques. The possibility to use realistic light sources for synthesizing images greatly contributes to their physical realism. Among existing models, the ones based on environment maps and light fields are attractive due to their ability to capture faithfully the far-field and near-field effects as well as their possibility of being acquired directly. Since acquired light sources have arbitrary frequencies and possibly high dimension (4D), using such light sources for realistic rendering leads to performance problems.In this thesis, we focus on how to balance the accuracy of the representation and the efficiency of the simulation. Our work relies on generating high quality samples from the input light sources for unbiased Monte Carlo estimation. In this thesis, we introduce three novel methods.The first one is to generate high quality samples efficiently from dynamic environment maps that are changing over time. We achieve this by introducing a GPU approach that generates light samples according to an approximation of the form factor and combines the samples from BRDF sampling for each pixel of a frame. Our method is accurate and efficient. Indeed, with only 256 samples per pixel, we achieve high quality results in real time at 1024 × 768 resolution. The second one is an adaptive sampling strategy for light field light sources (4D), we generate high quality samples efficiently by restricting conservatively the sampling area without reducing accuracy. With a GPU implementation and without any visibility computations, we achieve high quality results with 200 samples per pixel in real time at 1024 × 768 resolution. The performance is still interactive as long as the visibility is computed using our shadow map technique. We also provide a fully unbiased approach by replacing the visibility test with a offline CPU approach. Since light-based importance sampling is not very effective when the underlying material of the geometry is specular, we introduce a new balancing technique for Multiple Importance Sampling. This allows us to combine other sampling techniques with our light-based importance sampling. By minimizing the variance based on a second-order approximation, we are able to find good balancing between different sampling techniques without any prior knowledge. Our method is effective, since we actually reduce in average the variance for all of our test scenes with different light sources, visibility complexity, and materials. Our method is also efficient, by the fact that the overhead of our "black-box" approach is constant and represents 1% of the whole rendering process

De nombreuses études ont été menées lors des vingt dernières années dans le domaine de l'auralisation.Elles consistent à rendre audible les résultats d'une simulation acoustique. Ces études se sont majoritairementfocalisées sur les algorithmes de propagation et la restitution du champ acoustique dans desenvironnements complexes. Actuellement, de nombreux travaux portent sur le rendu sonore en tempsréel.Cette thèse aborde la problématique du rendu sonore dynamique d'environnements complexes selonquatre axes : la propagation des ondes sonores, le traitement du signal, la perception spatiale du son etl'optimisation informatique. Dans le domaine de la propagation, une méthode permettant d'analyser lavariété des algorithmes présents dans la bibliographie est proposée. A partir de cette méthode d'analyse,deux algorithmes dédiés à la restitution en temps réel des champs spéculaires et diffus ont été extraits.Dans le domaine du traitement du signal, la restitution est réalisée à l'aide d'un algorithme optimisé despatialisation binaurale pour les chemins spéculaires les plus significatifs et un algorithme de convolutionsur carte graphique pour la restitution du champ diffus. Les chemins les plus significatifs sont extraitsgrace à un modèle perceptif basé sur le masquage temporel et spatial des contributions spéculaires.Finalement, l'implémentation de ces algorithmes sur des architectures parallèles récentes en prenant encompte les nouvelles architectures multi-coeurs et les nouvelles cartes graphiques est présenté.