This diploma thesis is focused on object detections through general-purpose computing on graphics processor units. There is an explanation of graphics adapters work and basics of their architecture in this thesis. Based on the adapters, there is the effective work in libraries for general-purpose computing on graphics processor units demonstrated in this thesis. Further, the thesis shows the available algorithms for object detection and which ones from them are possible to be effectively parallelized. In conclusion of this thesis, there is a comparison of the object detections speeds to common implementations on classical processors.

Particle simulations in real-time become reality only a few years before, when in computer science occured the idea of GPGPU. This new technology allows use the massive force of graphics card for general purposes. Today, the trend is to accelerate existing algorithms by rewriting into parallel form. On this priciple operate the particle systems too. An interesting area of particle systems are fluid simulations. The simulations are based on the theory of Navier-Stokes equations and their numerical solutions with SPH (Smoothed particle hydrodynamics). Liquids are part of everyday life, and therefore it is important to render them realistically. They are used in modern computer games and different visualizations that run in real time, therefore they must be quickly displayed.

The simulation of natural phenomena such as clouds, smoke, fire and water is one of the most important research areas in computer graphics. Clouds are an essential component of any outdoor virtual environment, they add an important element of visual detail without which the environment would feel unrealistic. This paper describes an approach for setting up a cloud simulation. Clouds in our system are modeled using cellular automaton. To accelerate the simulation and its visualization, we implement both  entirely on programmable floating-point graphics hardware. The main part of the algorithm is implemented in a fragment shader and therefore takes full advantage of the highly parallel structure. The algorithm can generate result at real-time or near real-time frame rates. We also simulate the interaction of clouds with light, including self-shadowing.

Purpose of this work is show possibility of using grapichs cart for imaging a video signal. This work is particularly focused on technology CUDA and OpenCL. The solution is first focused on graphics cart and show how has been changed components and how has been changed performaces of graphics cart. Then show CUDA and OpenCL technology itself, and show samples of codes with explain, what which code do. Output of this work is some programs, witch defined for both technology and for both procesors unit. Contribution of this work is show differents between procesors unit, witch can be used to right choose for design your own algorithm.

In dieser Arbeit wurde ein Verfahrung zur Random-Walk-Simulation auf fraktalen Strukturen untersucht. Es dient der Simulation von Diffusion in porösen Materialien. Konkret wurde der Mastergleichungsansatz zur Simulation eines Random Walks auf Sierpiński-Teppichen für GPGPUs (General Purpose Graphics Processing Units) in drei verschiedenen Versionen implementiert: Zunächst wurde die gesamte Fläche in einem zweidimensionalen Array gespeichert. Danach wurde eine Version untersucht, bei der nur die begehbaren Felder abgespeichert wurden. Diese Vorgehensweise spart Speicher, da die Sierpiński-Teppiche meist nur dünn besetzt sind. Weiter wurde die Implementierung verbessert, indem die Fläche jeweils dynamisch erweitert wird, wenn die Simulation an den Rand des vorhandenen Gebietes stößt. Die genutzten Grafikprozessoren arbeiten nach dem SIMD-Prinzip. Daher wurde zusätzlich untersucht, ob sich Laufzeitverbesserungen ergeben, wenn der Code dahingehend optimiert wird. Die Ergebnisse zeigen, dass sich in der Tat eine kürzere Laufzeit ergibt, wenn nur noch begehbare Felder abgespeichert werden. Noch weiter kann die Laufzeit mit der dynamischen Erweiterung der Simulationsfläche verkürzt werden. Optimierungen für die SIMD-Arbeitsweise der Prozessoren bringen jedoch keine Laufzeitver besserung. / This thesis investigates an algorithm for random walk simulations on fractal structures. Its purpose is the simulation of diffusion in porous materials. Indeed the master equation approach for the simulation of random walks on Sierpiński carpets has been implemented for GPGPUs (general purpose graphics processing units) in three different versions: In the first approach the whole carpet has been saved in a two-dimensional array. Secondly a version was investigated that only saves the present cells. This strategy saves memory as Sierpiński carpets are generally sparse. The implementation has been further improved by extending the carpet dynamically each time when the simulation reaches its current border. The graphics processing units that were used have a SIMD architecture. Therefore it has been investigated additionally if optimization for the SIMD architecture leads to performance improvements. The results show that execution time does indeed decrease if only present cells are being saved. It can be decreased further by dynamically extending the carpet. Optimizations for the SIMD architecture did not result in a reduced execution time.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Algorithmen aus dem Bereich der Bildsegmentierung sowie der Datensynthese für das so genannte Hologrammdruck-Prinzip. Angelehnt an ein anatomisch motiviertes Forschungsprojekt werden aktive Konturen zur halbautomatischen Segmentierung digitalisierter histologischer Schnitte herangezogen. Die besondere Herausforderung liegt dabei in der Entwicklung von verschiedenen Ansätzen, die der Anpassung des Verfahrens für sehr große Bilder dienen, welche in diesem Kontext eine Größe von einigen hundert Megapixel erreichen können. Unter dem Aspekt der größtmöglichen Effizienz, jedoch mit der Beschränkung auf die Verwendung von Consumer-Hardware, werden Ideen vorgestellt, welche eine auf aktiven Konturen basierende Segmentierung bei derartigen Bildgrößen erstmals ermöglichen sowie zur Beschleunigung und Reduktion des Speicheraufwandes beitragen. Darüber hinaus wurde das Verfahren um ein intuitives Werkzeug erweitert, das eine interaktive lokale Korrektur der finalen Kontur gestattet und damit die Praxistauglichkeit der Methode maßgeblich erhöht. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit einem Druckprinzip für die Herstellung von Hologrammen, basierend auf virtuellen Abbildungsgegenständen. Der Hologrammdruck, der namentlich an die Arbeitsweise eines Tintenstrahldruckers erinnern soll, benötigt dazu spezielle diskrete Bilddaten, die als Elementarhologramme bezeichnet werden. Diese tragen die visuelle Information verschiedener Blickrichtungen durch einen festen geometrischen Ort auf der Hologrammebene. Ein vollständiges, aus vielen Elementarhologrammen zusammengesetztes Hologramm erzeugt dabei ein erhebliches Datenvolumen, das parameterabhängig schnell im Terabyte-Bereich liegen kann. Zwei unabhängige Algorithmen zur Erzeugung geeignet aufbereiteter Daten unter intensiver Ausnutzung von Standard-Graphikhardware werden präsentiert, hinsichtlich ihrer Berechnungs- sowie Speicherkomplexität verglichen und unter Berücksichtigung von Qualitätsaspekten bewertet.

An autonomous vehicle is a complex system that requires a good perception of the surrounding environment to operate safely. One part of that is multiple object tracking, which is an essential component in camera-based perception whose responsibility is to estimate object motion from a sequence of images. This requires an association problem to be solved where newly estimated object positions are mapped to previously predicted trajectories, for which different solution strategies exist.  In this work, a multiple hypothesis tracking algorithm is implemented. The purpose is to demonstrate that measurement associations are improved compared to less compute-intensive alternatives. It was shown that the implemented algorithm performed 13 percent better than an intersection over union tracker when evaluated using a standard evaluation metric. Furthermore, this work also investigates the usage of abstraction layers to accelerate time-critical parallel operations on the GPU. It was found that the execution time of the tracking algorithm could be reduced by 42 percent by replacing four functions with implementations written in the purely functional array language Futhark. Finally, it was shown that a GPU code abstraction layer can reduce the knowledge barrier required to write efficient CUDA kernels.

This master thesis deals with modern technologies in graphic hardware and using their for general purpose computing. It is primary focused on architecture of unified processors and algorithm implementation via CUDA programming interface. Thesis base is to choose suited algorithm for GPU horsepower demonstration. Main aim of this work is implementation of multiplatform library offering algorithms for discrete volumetric data vectorization. For this purpose was chosen algorithm Marching cubes that is able to find surface of processed object. In created library will be contained algorithm runnable on graphic device and also one runnable on CPU. Finally we compare both variants and discuss their pros and cons.

Tato práce se zabývá Houghovou transformací (HT). HT je nejčastěji používána pro detekci přímek nebo křivek, ale byla zobecněna i pro detekci libovolných tvarů. Hlavní téma této práce jsou parametrizace přímek, speciálně PTLM - zobrazení bodů na přímky. Tyto parametrizace mají tu vlastnost, že bodům v obrázku odpovídají přímky v parametrickém prostoru. Tato práce poskytuje důkazy některých vlastností PTLM. Za zmínku stojí existence páru PTLM vhodného pro detekci a efekt konvoluce v obrázku na obsah parametrického prostoru. V práci jsou prezentovány dvě implementace HT. Obě využívají k akceleraci grafický hardware. Jedna využívá GPGPU API CUDA a druhá zobrazovací API OpenGL. Jako aplikace detekce přímek je uvedena část detekce šachovnicových markerů použitelných pro rozšířenou realitu.

Massive graph visualization in an immersive environment, such as virtual reality (VR) or Augmented Reality (AR), has the possibility to improve users’ understanding when exploring data in new ways. To make the most of a visualization, such as this, requires interactive components that are fast enough to accommodate interactivity. By rendering the edges of the graph as shaded lines that imitate three‑dimensional (3D) lines or tubes, one can circumvent technical limitations. This method works well enough when using traditional two‑dimensional (2D) monitors, but representing tubes as flat lines in a virtual environment (VE) makes for a less immersive user experience as opposed to visualizing true 3D geometry. In order to accommodate for these requirements i.e., speed and visual fidelity, we need a time efficient way of producing tubular meshes. This thesis project explores how one can generate tubular geometry utilizing compute shaders in the modern game engine, Unreal Engine (UE). Exploiting the parallel computing power of the graphical processing unit (GPU) we use compute shaders to generate a tubular mesh following a predetermined path. The result from the project is an open source plugin for UE, able to generate tubular geometry at rapid rates. While not giving any major advantages when generating smaller models, comparing it to a sequential implementation, the compute shader implementation create and render models > 40× faster when generating 106 tube segments. A secondary effect of generating most of the data on the GPU, is that we avoid bottlenecks that can occur when surpassing the bandwidth of the central processing unit (CPU) to GPU data transfer. Using this tool researches can more easily explore information visualization in a VE. Furthermore, this thesis promotes extended development of mesh generation, using compute shaders in UE. / Att visualisera stora grafer i en immersiv miljö, såsom VR eller AR, kan förbättra en användares förståelse när de utforskar data på nya sätt. För att få ut det mesta av denna typen av visualiseringar krävs interaktiva komponenter som är tillräckligt snabba för att tillgodose interaktivitet. Genom att visa de linjer, som binder samman en grafs noder, som plana linjer som imiterar 3Dlinjer eller rör, kan man undvika att slå i det tak som tekniska begränsningar medför. Denna metoden är acceptabel vid användning av traditionella 2Dskärmar, men att representera rör som plana linjer i VE ger en mindre immersiv användarupplevelse, i kontrast till att visualisera sann 3D -geometri. För att tillgodose dessa krav dvs, tidseffektivitet och visuella kvaliteter, behöver vi ett effektivt sätt att producera 3D-linjer. Denna uppsats undersöker hur man kan generera rörformad geometri med hjälp av compute shaders i den moderna spelmotorn Unreal Engine (UE). Genom att använda compute shaders kan vi utnyttja den parallella beräkningskraften hos en GPU, kan vi generera ett rörformat mesh som följer en förutbestämd bana. Resultatet från projektet är ett open source-plugin för UE, som kan generera rörformad geometri i höga hastigheter. Även om det inte kan visas ge några större fördelar när man genererar mindre modeller, jämfört med en sekventiell implementering, skapar och renderar implementeringen av compute Shaders modeller > 40× snabbare, när de genererar 106 rörsegment. I och med att den större delen av datan skapas på GPU kan vi också undvika den flaskhals som kan uppstå när vi överskrider bandbredden mellan CPU och GPU. Med hjälp av verktyget som skapats i samband med denna uppsats kan människor lättare utforska informationsvisualisering i VE. Dessutom främjar denna uppsats utökad utveckling av mesh-generering med hjälp av compute shaders i UE.