小 型 微 型 计 算 机 系 统
Journal of Chinese Computer Systems
2017 年 10 月 第 10 期
Vol. 38 No. 10 2017
收稿日期:2016-08-26 收修改稿日期:2016-12-20 基金项目:国家自然科学基金项目(61472170) 资助. 作者简介:葛梦凡,女,1994 年
生,硕士研究生,研究方向为高性能计算;李 志,男,1991 年生,硕士研究生,研究方向为计算机图形学;徐 南,女,1991 年生,硕士研究生,研
究方向为计算机图形学;张耘齐,男,1989 年生,硕士研究生,研究方向为计算机图形学;孙晓鹏(通信作者),男,1968 年生,博士,教授,CCF 高级
会员,研究方向为计算机图形学.
三维模型自旋图的多线程并行算法
葛梦凡
1,2
,李 志
2
,徐 南
2
,张耘齐
2
,孙晓鹏
2
1
(北京交通大学 计算机与信息技术学院,北京 100044)
2
(辽宁师范大学 计算机与信息技术学院,辽宁 大连 116081)
E-mail:cadcg2008@ hotmail. com
摘 要: 本文针对自旋图计算效率随着三维模型顶点规模增大而降低的问题,基于串行的自旋图算法,给出了多线程的三维模
型自旋图并行计算方法. 本文首先给出了三维模型顶点上自旋图的定义及串行算法,然后详细描述了多线程的顶点自旋图并行
计算方法,最后在实验结果部分分析对比了本文并行算法与串行算法的效率差异,以及三维模型的顶点规模、线程数目等因素
对并行算法的运行时间、加速比、可扩放性等特性的影响. 实验结果表明,与串行方法相比,本文提出的多线程并行算法具有显
著的优势.
关 键 词: 自旋图;并行计算;加速比;多线程;三维模型
中图分类号: TP311 文献标识码:A 文 章 编 号:1000-1220(2017)10-2369-05
Multithreaded Parallel Algorithm of 3D Model Spin Image
GE Meng-fan
1,2
,LI Zhi
2
,XU Nan
2
,ZHANG Yun-qi
2
,SUN Xiao-peng
2
1
(School of Computer and Information Technology,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)
2
(School of Computer and Information Technology,Liaoning Normal University,Dalian 116081,China)
Abstract:We propose a novel multithreaded parallel algorithm to address efficiency problem of spin image,when the vertex scale of
3D models increases. Based on the serial algorithm,we firstly give the definition of spin image and its serial algorithm on the vertex of
3D models,and then give a detailed description of our multithreaded parallel algorithm. And furthermore,in the section of experi-
ments,we compare the results,efficiency of serial algorithm and parallel algorithm,with the influence analysis of the thread number,
the vertex number of 3D models on the run time,the speedup and the scalability. The results showed that,compared with the serial al-
gorithm,our multi-threaded parallel algorithms proposed in this paper have a significant advantage.
Key words:spin image;parallel computing;speed-up ratio;multithread;3D model
1 引 言
自旋图(spin image)是将三维模型映射到模型顶点的二
维切平面后得到的投影图像
[1]
. 在三维模型形状特征检索工
作中,自旋图常用于三维形状特征提取,并基于自旋图的二维
图像特征(平均最大相似性度量、候选对应关系数目等) 实现
三维模型的形状特征对比与匹配.
目前国际国内基于自旋图的三维形状特征识别和检索工
作中,自旋图的计算依然以传统的串行计算方式进行,在处理
较大规模三维模型的过程中,始终存在着内存资源不足、计算
速度缓慢等问题
[1,2]
,现有计算机设备的多核、多进程、多线
程等高性能处理能力没有得到充分的利用. 随着海量三维模
型及三维形状检索需求的快速发展,充分利用现有计算设备
的处理能力来提高自旋图计算效率已成为关键技术之一
[2]
.
本文针对串行自旋图算法,提出在多核处理器上并行计
算自旋图的新算法,在保证计算精度前提下提高了自旋图生
成速度,以并行的形式实现了海量三维模型自旋图特征的实
时计算需求.
2 相关研究工作
2. 1 自旋图
在三维形状特征提取与检索中,自旋图算法得到了较好
的应用
[3-5]
,它将三维空间 的复杂特 征 问 题 降 至 二 维 空 间,
即,将三维模型顶点位置和拓扑链接等三维空间特征信息,转
换为三维模型每个顶点处二维切平面上的二维灰度投影图
像,进而基于二维灰度图像集合的分布特征构造三维模型的
整体形状特征描述,其中动态自旋图的准确性要明显优于其
它静态方法,并由此衍生出众多新的算法.
1997 年,Johnson 等
[6]
首次将自旋图的概念引人三维曲
面模型的形状特征描述工作,此后自旋图的计算方法和属性
得到了不断改进和完善,除初始处理上对自旋图属性等给出
较高分辨率外,在提高该算法的形状特征描述精确性、增强模
型匹配的可靠性等方面也得到了较好的改进,但计算效率方
面始终没有得到提高. 2007 年,Assfalg 等
[7]
提出了自旋图签
万方数据