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Rendering large terrains on large screens at interactive frame rates is a challenging area of computer graphics. In the last decade, real-time terrain rendering on large screens played a significant role in various simulations and virtual reality systems. To fulfill the demand of these systems, two software tools are developed. The first tool is a Terrain Editor that creates and manipulates large terrains. The second is a Multi-Display Viewer that displays the created terrains on multiple screens. Since the typical large terrains consist of many polygons, graphics boards might have difficulties in rendering the terrain at interactive frame rates. The common solution to this problem is to use terrain simplification without losing image quality. To this purpose, in this study, a paged level of detail mechanism that works with multiple threads is developed and integrated on multiple screen display systems to increase the performance of the high resolution systems.

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[pt] Este trabalho apresenta um novo sistema de renderização distribuída destinado ao uso em agrupamentos de PCs. É feita uma extensão à linha de produção gráfica convencional para uma linha de produção gráfica distribuída, que pelo uso de múltiplas linhas de execução permite paralelizar as operações feitas na CPU, na GPU e na rede que interliga os PCs do agrupamento. Este sistema serviu de base para a implementação e o teste de três arquiteturas para renderização distribuída: uma arquitetura com ordenação no início, uma arquitetura com ordenação no fim para renderização volumétrica e uma arquitetura híbrida que tenta combinar as vantagens da ordenação no início e da ordenação no fim. É apresentado um novo algoritmo de balanceamento de carga baseado nos tempos de renderização do quadro anterior. O algoritmo é de implementação muito simples e funciona bem tanto em aplicações com gargalo na geometria quanto em aplicações com gargalo na rasterização. Este trabalho também propõe uma estratégia de distribuição de trabalho entre os computadores de renderização do agrupamento que usa eficientemente os recursos gráficos disponíveis, melhorando assim o desempenho da renderização. Um novo algoritmo de partição paralela do modelo entre os computadores do agrupamento é proposto para a arquitetura híbrida. / [en] This work presents a new distributed rendering system destined for PC clusters. The conventional graphics pipeline is extended to a distributed pipeline that parallelizes the operations done on the CPU, the GPU and the network by using multiple threads. This system was the base for the implementation of three distributed rendering architectures: a sort-first architecture, a sort-last architecture for volume rendering, and a hybrid architecture that seeks to combine the advantages of both sort-first and sortlast architectures. A new load-balancing algorithm based on the rendering times of the previous frame is proposed. The algorithm is very simple to be implemented and works well for both geometry- and rasterization-bound models. A new strategy to assign tiles to rendering nodes is proposed which effectively uses the available graphics resources, thus improving rendering performance. A new parallel model partition algorithm is proposed for the hybrid architecture.

[pt] Os avanços recentes na tecnologia de simulação paralela de reservatórios de petróleo têm permitido a simulação numérica de domínios cada vez mais discretizados. Essas simulações produzem um volume de dados sem precedentes, que precisam ser visualizados em ambientes 3D, possibilitando assim a análise e inspeção cuidadosa do modelo. Tais modelos tornam as técnicas convencionais de visualização inviáveis, criando a necessidade de se desenvolver soluções escaláveis de visualização. A necessidade de se visualizar dados tão complexos introduz diversos problemas computacionais que precisam ser tratados para visualizar o modelo com taxas de renderização interativas, como a impossibilidade de armazenar o dado todo em memória principal. Existem duas linhas principais para o tratamento de modelos de tal magnitude: renderização distribuída e técnicas de multi-resolução. Nesse trabalho são propostas soluções para a visualização de modelos massivos de reservatório de petróleo em cada uma dessas frentes de pesquisa, e é feita uma discussão acerca das vantagens e limitações de cada solução. Na primeira parte do trabalho, é proposto um sistema distribuído com ordenação no fim para a renderização de tais modelos em agrupamentos de PCs, onde cada PC é equipado com múltiplas GPUs. Dado o uso eficiente de cada GPU e de um estágio de composição parcial, nossa proposta trata dos problemas de escalabilidade que surgem em todo sistema com ordenação no fim em clusters de médio a grande porte. Na segunda parte do trabalho, é proposta uma estrutura hierárquica de multi-resolução de malhas de reservatórios de petróleo, com um novo algoritmo de simplificação feito especificamente para tais malhas. A estrutura hierárquica traz novidades em relação a trabalhos relacionados, fazendo uma estimativa de erro projetado menos conservadora. É feita uma proposta para a renderização com multi-resolução com garantia de uma taxa mínima de renderização, que é o objetivo principal de tais sistemas. Além disso, é feita uma proposta para odesenho do wireframe e das propriedades associadas à malha original do modelo de reservatório mapeados sobre as malhas simplificadas, o que torna a estrutura de multi-resolução independente das propriedades geradas pela simulação, garantindo o seu reuso ao longo de múltiplas simulações do mesmo modelo. Nossos experimentos computacionais demonstram a eficiência das soluções propostas. / [en] Recent advances in parallel architectures for the numerical simulation of natural black oil reservoirs have allowed the simulation of very discretized domains. As a consequence, these simulations produce an unprecedented volume of data, which must be visualized in 3D environments for careful analysis and inspection of the model. Conventional scientific visualization techniques of such very large models are not viable, creating a demand for the development of scalable visualization solutions. The need for the visualization of such complex data introduces several computational issues which must be addressed in order to achieve interactive rendering rates, such as the impossibility of storing the entire data in main memory. There are two main research areas which propose solutions for the visualization of models with such magnitude: distributed rendering and multi-resolution techniques. This work proposes solutions for the visualization of massively complex reservoir models in each of these research areas, and a discussion over the advantages and limitations of each solution is made. In the first part of the work, we propose a distributed system based on a sort-last approach for the rendering of such models in PC clusters, where each PC is equipped with multiple GPUs. Given an efficient use of the available GPUs, combined with a pipelined implementation and the use of partial image compositions on the cluster nodes, our proposal tackles the scalability issues that arise when using mid-to-large GPU clusters. The second part of the work brings the proposal of a hierarchical multi-resolution structure of black oil reservoir meshes, with a new simplification algorithm designed specifically for such meshes. The hierarchical structure brings some new approaches in relation to related work, doing a much less conservative projected error estimation. We propose a minimum refresh rate guarantee strategy for our multiresolution rendering, which is the main goal for such systems. Afterwards, we introduce a proposal for the rendering of data associated with the original reservoir mesh mapped over the simplified meshes, such as the original model grid wireframe and reservoir properties. This proposal guarantees an independence between the multi-resolution structure and the properties generated by a simulation, which guarantees the reuse of the structure among several simulations of the same model. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed solutions.