Uma Arquitetura de Suporte a Interações 3D ... - DCA - Unicamp

1.1 Motivação 3
tataram que a ordenação de 16 milhões de registros de um banco de dados poderia ser realizada em
apenas 2 segundos em uma placa gráfica NVIDIA GeForce 7800 GTX. O mesmo processamento era
realizado em no mínimo 15 segundos usando a função qsort (ANSI C) otimizada no compilador
Intel C++ com instruções SSE (Streaming SIMD Extensions), e sendo executado numa CPU Intel
Pentium 4 de 3.2 GHz utilizando a tecnologia Hyper-Threading.
Hoje, o maior mercado consumidor de hardware gráfico programável e principal responsável
pelo impulso do desenvolvimento de novas tecnologias é o mercado de entretenimento digital (e.g.,
jogos para computadores e video games). Para essas aplicações, o uso não convencional das GPUs
tem sido comumente concentrado na realização de tarefas de animação e modelagem geométrica em
malhas triangulares. Embora anteriormente a GPU fosse utilizada apenas para a aceleração das eta-
pas de transformação geométrica, cálculo de iluminação e rasterização, verificou-se que tarefas mais
complexas de processamento de geometria tais como mesh skinning [Dempski, 2002], simulação de
ondas no oceano [Isidoro et al., 2002], modelagem procedural de terrenos [Green, 2002], simulação
de tecidos [Zeller, 2005] e mapeamento de deslocamento [Kryachko, 2005] poderiam ser realiza-
das totalmente na GPU. Essa estratégia, além de aproveitar melhor o paralelismo entre a CPU e a
GPU, também se beneficia da ampla largura de banda existente no acesso a recursos armazenados
em memória de vídeo local: de 8 GB/s do barramento PCI Express 16X para mais de 50 GB/s da
memória de vídeo local em uma placa NVIDIA GeForce 7900 GTX [Kilgariff and Fernando, 2005].
Atualmente, o barramento de uma placa NVIDIA GeForce 8800 Ultra tem uma largura de banda de
103.7 GB/s.
Uma ilustração do acesso a recursos da memória de vídeo e memória do sistema é mostrada na
figura 1.1. Nas técnicas citadas, a CPU envia apenas uma vez um modelo geométrico estático para a
GPU. Este modelo é armazenado em memória de vídeo local e, para cada quadro de exibição, ele é
lido, processado e renderizado pelo hardware gráfico sem intervenção da CPU.
A capacidade de deformar geometria na GPU sem intervenção da CPU introduz sérias com-
plicações para a implementação de algoritmos de interação 3D que trabalham com tais modelos.
Tradicionalmente, o processamento necessário para executar tarefas de manipulação direta tais como
seleção (picking) e posicionamento com restrição (snapping) usando dispositivos apontadores, é re-
alizado inteiramente na CPU. Esse processamento é feito com base em informações fornecidas pelo
sistema de janelas (e.g., eventos dos dispositivos de entrada sobre os controles de interface 2D) e
com base no modelo geométrico armazenado em um banco de dados sobre a cena 3D na memória do
sistema. Um diagrama conceitual ilustrando essas relações é mostrado na figura 1.2.
Se a GPU é utilizada para executar técnicas de animação e modelagem geométrica, instâncias dos
modelos geométricos devem ser armazenadas em memória de vídeo local. Porém, se as instâncias
deformadas na GPU não são propagadas para o modelo original armazenado na memória do sistema,