Araştırmaya İlişkin Regresyon Modelleri

Sistemas de multiprojeção podem suportar conteúdos de alta resolução, entretanto, a aplicação gráfica deve gerar conteúdos em tais definições. A geração do conteúdo pode ser feita tanto por um único computador quanto por múltiplos computadores (aglomerado gráfico).

Embora o uso de aglomerados gráficos possa proporcionar uma redução de investimento sem comprometer a qualidade visual (SOARES, L. P., 2005; SOARES, L. P.; CABRAL, M. C.; BRESSAN, P. A.; FERNANDES, H. G. et al., 2002; SOARES, L. P.; CABRAL, M. C.; BRESSAN, P. A.; LOPES, R. D. et al., 2002; STOLL, G. et al., 2001; ZUFFO, J. A. et al., 2001), o objetivo deste tópico é apenas definir e classificar as arquiteturas monolíticas e distribuídas para geração de imagens em ambientes de multiprojeção.

1.1.1.1 Conteúdo centralizado

O conteúdo centralizado consiste na utilização de apenas um computador (instância) que detém e coordena as informações que serão apresentadas no sistema. Quando o conteúdo é centralizado, o processamento gráfico e a distribuição da projeção podem ser tanto centralizados quanto distribuídos, conforme será visto a seguir.

I) Processamento gráfico

Embora em um sistema de conteúdo centralizado apenas um computador contenha e gerencie o conteúdo gráfico, o processamento gráfico não precisa necessariamente ser centralizado também. A seguir serão descritos os conceitos de processamento centralizado e distribuído para sistemas de conteúdo centralizado.

a) Processamento centralizado

O modelo de conteúdo e processamento centralizado é caracterizado por haver apenas uma única máquina gráfica responsável pela geração da imagem. Como neste modelo toda a geração gráfica é imposta sobre um único computador, o mesmo deve possuir uma capacidade de processamento gráfico compatível com o conteúdo a ser mostrado.

Em sistemas de multiprojeção, é comum atingir projeção de alta definição e este tipo de solução monolítica pode tanto encarecer significativamente o sistema – por exigir máquinas sofisticadas – quanto não ser capaz de gerar imagens com definição equivalente ao provido pelo ambiente de multiprojeção.

Este tipo de arquitetura tem sido cada vez menos adotada por suas limitações orçamentárias e computacionais. Os trabalhos recentes referentes à multiprojeção de médio ou grande porte baseiam-se em uso de múltiplos computadores gráficos.

b) Processamento distribuído

Embora o conteúdo esteja concentrado em apenas uma máquina gráfica, é possível distribuir o processamento gráfico entre um grupo de computadores. Usualmente,

este procedimento ocorre na camada gráfica (OpenGL ou DirectX), na qual todas as chamadas a estas bibliotecas gráficas – realizadas pela aplicação – são interceptadas e distribuídas entre um ou mais computadores gráficos auxiliares. Após o processamento gráfico de cada computador gráfico auxiliar, a imagem é novamente reconstruída no computador gráfico principal. A figura 28 ilustra o modelo de processamento gráfico centralizado e distribuído.

Figura 28 – Processamento gráfico centralizado e distribuído

Existem ferramentas comerciais (e.g. TechViz Turbo25) e gratuitas (e.g. Chromium (HUMPHREYS, G. et al., 2002)) capazes de realizar esta distribuição gráfica. Existem diferentes técnicas para prover a distribuição do modelo gráfico, como o sort-first (divisão por trecho de imagens) e o sort-last (divisão por cenas) (SOARES, L. P. et al., 2010). Contudo, o estudo aprofundado sobre técnicas de distribuição de processamento gráfico foge do contexto deste trabalho.

O grande benefício deste modelo de distribuição do processamento gráfico é que – além do aumento da capacidade gráfica – a aplicação não precisa ser adaptada ou modificada, sendo necessário apenas substituir a interface da biblioteca gráfica. Assim, o uso de aplicações proprietárias – nas quais não há acesso ao código fonte – é suportado.

25 _{Disponível em http://www.techviz.net/f/products/techviz-turbo/, acessado em 07 de Março de 2011.} Biblioteca Gráfica Hardware Gráfico Aplicação 3D Biblioteca Gráfica (Alterada) Hardware Gráfico Aplicação 3D Aglomerado de servidores gráficos auxiliares Computador Gráfico Computador Gráfico

Imagem Final Imagem Final

(a) Processamento centralizado (b) Processamento distribuído

In te rc ep ta çã o, d is tribu iç ão e re co ns tru çã o da s ch amad as g rá fic as p ela re de

II) Distribuição da projeção

Em sistema de multiprojeção com conteúdo centralizado, seja com processamento centralizado ou distribuído, é preciso prover múltiplas saídas gráficas para alimentar cada projetor do sistema. As saídas gráficas que alimentam os projetores podem estar concentradas em um único computador gráfico ou distribuídas entre vários computadores. A seguir, serão descritas as formas de distribuição da projeção em sistemas de multiprojeção.

a) Projeção centralizada

A projeção centralizada consiste na existência de apenas um único computador gráfico para alimentar todos os projetores do sistema de multiprojeção. Este computador gráfico deve conter quantidade suficiente de saídas gráficas para prover sinais para todos os projetores deste sistema. A figura 29 demonstra todas as saídas de projeção conectadas em apenas um único computador gráfico.

Figura 29 – Projeção concentrada em um único computador gráfico

O grande benefício desta abordagem é a simplicidade do sistema que exige apenas uma única máquina e um conjunto restrito de projetores. Contudo, mesmo com a utilização de placas gráficas sofisticadas, como a Quadro Plex 2200 D2 da nVidia26, que pode conter até dois módulos por máquina (totalizando 8 saídas gráficas), ou

26 _{Disponível em http://www.nvidia.com/object/product_quadroplex_2200_d2_us.html, acessado em}

06 de Março de 2011. Biblioteca Gráfica Hardware Gráfico Aplicação 3D Computador Gráfico Conteúdo da aplicação S ina l d e ví de o

com a utilização de supercomputadores gráficos (contendo 16 saídas gráficas), pode não ser obtido o resultado desejado, por tais equipamentos não serem suficientes para atender sistemas de multiprojeção que necessitam de uma quantidade superior de projetores.

b) Projeção distribuída

A projeção distribuída consiste na utilização de um conjunto de computadores de projeção para aumentar a capacidade de projetores e, possivelmente, o desempenho computacional.

Existem duas hipóteses para distribuir a imagem gerada pelo computador gráfico entre os computadores de projeção: (a) enviar a área de trabalho do computador gráfico como uma sequência de imagem (stream) ou, (b) usar bibliotecas especiais para a distribuição do processamento e conteúdo.

No caso de envio da área de trabalho, o grande benefício é a total independência da aplicação, o que permite suportar qualquer tipo de conteúdo: vídeos, visualizações de modelos 3D, dentre outros. Porém, como é necessário transmitir para os computadores de projeção cada quadro da aplicação, a quantidade de informações que deve ser enviada pela rede pode comprometer o desempenho do sistema. Como exemplo, se considerarmos uma aplicação com pixeis de resolução, com bits ( bytes) por pixel, transmitindo a quadros por segundo, a banda necessária para o envio – considerado o uso de transmissão Multicast27 _(1-n) – será de pelo menos , além dos cabeçalhos e mensagens de controle. Mesmo com algum método de compressão (e.g. MPEG-228_{), este exigirá um processamento computacional adicional para} efetuar a compactação e descompactação do conteúdo, além de proporcionar um atraso maior entre a geração da imagem e a sua apresentação no sistema de multiprojeção. Ainda, sistemas de multiprojeção podem atingir alta resolução e, desta forma, o volume de dados para a transmissão destes conteúdos de alta resolução também aumenta proporcionalmente.

Alternativamente, é possível adotar a técnica de distribuição de processamento gráfico, conforme discutido no tópico “Processamento distribuído”, página 73.

27 _{Multicast IP é um protocolo de transmissão para múltiplos destinatários ao mesmo tempo.}

28 _{MPEG-2 é um padrão de codificação digital com compressão de vídeo e áudio, que permite}

Porém, em vez de centralizar as imagens geradas por cada computador auxiliar no computador gráfico principal – detentor do conteúdo – a imagem é projetada diretamente por cada computador de projeção, conforme apresentado na figura 30.

Figura 30 – Processamento gráfico e projeção distribuída

Da mesma forma do sistema de processamento distribuído (tópico “Processamento distribuído”, página 73), existem ferramentas comerciais (e.g. TechViz XL29_{) e} gratuitas (e.g. Chromium (HUMPHREYS, G. et al., 2002)) capazes de realizar tanto a distribuição do processamento gráfico quanto da projeção e que utilizam uma banda de rede bem reduzida comparada com a transmissão da área de trabalho. O grande benefício desta técnica – além de prover a distribuição da projeção mais eficiente, com menor consumo de banda – é o melhor desempenho gráfico distribuído entre os computadores de projeção.

2.3.1.2 Conteúdo distribuído

Um sistema de conteúdo distribuído é baseado em aglomerado de computadores gráficos, e cada nó (computador) compartilha o mesmo conteúdo de apresentação,

29 _{Disponível em http://www.techviz.net/f/products/techviz-xl-driver/, acessado em 06 de Março de}

2011. Biblioteca Gráfica (Alterado) Hardware Gráfico Aplicação 3D Computador Gráfico Aglomerado de computadores gráficos de projeção Biblioteca Gráfica Hardware Gráfico Aplicação Cliente Biblioteca Gráfica Hardware Gráfico Aplicação Cliente Biblioteca Gráfica Hardware Gráfico Aplicação Cliente Biblioteca Gráfica Hardware Gráfico Aplicação Cliente In te rc ep ta çã o e di st ribu iç ão d as ch amad as g rá fic as p ela re de Conteúdo da aplicação

ou seja, existe uma instância da aplicação com o mesmo conteúdo em cada computador gráfico executado de forma sincronizada. Cada computador gráfico está conectado a um ou mais projetores e cada projetor colabora com uma porção da imagem. A figura 31 ilustra este modelo para um e dois projetores por computador gráfico.

Figura 31 – Conteúdo distribuído

O maior benefício do sistema de conteúdo distribuído consiste na distribuição da carga computacional gráfica entre os computadores gráficos, o que permite alta escalabilidade (SOARES, L. P., 2005): cada nó gráfico irá contribuir apenas com uma parcela da imagem final, com uma resolução inferior. Nesta arquitetura, a rede de interconexão é pouco utilizada (apenas para sincronismo e mensagens de controle).