專利名稱：向量化并行碰撞檢測(cè)流水線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及物理仿真流水線，物理仿真流水線能夠量化對(duì)象之間的關(guān)系，以供計(jì)算機(jī)分析。
背景技術(shù)：
物理仿真在各種計(jì)算機(jī)運(yùn)算中使用，其中X寸象的圖像以現(xiàn)實(shí)方式相互作用。例如，在圖像相互作用的視頻游戲中，期望使用物理仿真流水線顯示設(shè)備如何相互作用。例如，如果圖像顯示兩輛汽車碰撞，物理仿真流水線能夠顯示碰撞結(jié)果的逼真描述。
在物理仿真流水線中，具有包括并行碰撞檢測(cè)流水線的幾何階段。并 行碰撞檢測(cè)流水線獲取幾何主體的位置、旋轉(zhuǎn)和速度信息，并且產(chǎn)生一接觸點(diǎn)集合。為某些或全部接觸點(diǎn)建立主體之間的接合點(diǎn)。該接合點(diǎn)集合用于力的計(jì)算和物理仿真階段，進(jìn)而產(chǎn)生作用于主體的計(jì)算機(jī)的力，并響應(yīng)于對(duì)那些力仿真正確的主體運(yùn)動(dòng)。
碰撞檢測(cè)是物理仿真流水線的一個(gè)階段，在建模場(chǎng)景中負(fù)責(zé)檢測(cè)x寸象之間
的接觸點(diǎn)。場(chǎng)景中的每個(gè)對(duì)象用具有諸如質(zhì)量之類的物理特征的某些幾何形狀表不。
碰撞檢觀f介段通常包括寬泛階段和精細(xì)階段。所述寬泛階段檢測(cè)在感興趣的場(chǎng)景中彼此之間可能有接觸的成對(duì)的対豫。這些成對(duì)對(duì)象中的每一個(gè)進(jìn)入用于精確接觸檢測(cè)的精細(xì)階段。所以，寬泛階段的目標(biāo)是減少用于精細(xì)階段分析
的成對(duì)x^的數(shù)量。
碰撞檢測(cè)階段的輸出是該對(duì)象對(duì)中對(duì)象之間的接觸點(diǎn)。每個(gè)接觸點(diǎn)用場(chǎng)景中的其三維坐標(biāo)定義，并且通過(guò)指針指向兩個(gè)相關(guān)的接觸對(duì)象。通常接觸點(diǎn)包含一些附加信息，該信息有助于精確的執(zhí)行碰撞分解。接合點(diǎn)是一種特定結(jié)構(gòu)，該特定結(jié)構(gòu)將兩個(gè)主體之間接觸點(diǎn)描述為進(jìn)行碰撞分解的下一物理階段的約束條件，稱作物理求解器。這些物理求解器對(duì)主體施加額外的力。這些額外的力防li^tm在場(chǎng)景中穿透。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意性描述；
圖2描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有在不同網(wǎng)格層上的兩個(gè)軸對(duì)齊包圍盒的網(wǎng)
格；
圖3描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在i+2層的軸對(duì)齊包圍盒以及插入其中的單元; 圖4描繪在i+l層的$由對(duì)齊包圍盒以及插入其中的單元；以及 圖5描繪本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，描述了向量化并行碰撞檢測(cè)流水線10。對(duì)于"向量化'，旨在涉 及將同樣的算術(shù)運(yùn)算序列變換為單個(gè)指令。然后單個(gè)指令可用于重復(fù)處理多個(gè) 向量化的數(shù)據(jù)集。因此，向量化是重新組織禾歸的過(guò)程，使得編譯器能夠使用 向量。向量是在存儲(chǔ)器中以一纟御頃序排列的數(shù)組。單指令多數(shù)據(jù)(SMD)處理 器，也稱為向量處理器，在同一類型的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)上重復(fù)執(zhí)行單一運(yùn)算。單指令 多數(shù)據(jù)處理器通tot類似安排的數(shù)據(jù)集合重復(fù)且并行執(zhí)行單一運(yùn)算的循環(huán)的向 量化來(lái)采用并行度。數(shù)據(jù)并行度能在可同時(shí)處理大量數(shù)據(jù)的向量處理器和單指 令多重?cái)?shù)據(jù)處理器上采用，因而可同時(shí)執(zhí)行多數(shù)據(jù)單元上的數(shù)學(xué)運(yùn)算。
因此，在一些實(shí)施例中，并行碰撞檢測(cè)船K線10適應(yīng)于單指令多數(shù)據(jù)處理 器。流水線10能夠采用SMD處理器的并行度，并且使得單指令多數(shù)據(jù)處理器 能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行最高效的處理而不必重新打包和重新排列數(shù)據(jù)。所以，單指令 多數(shù)據(jù)處理器可以通過(guò)更有效的方式高效率i也處理被適當(dāng)分組的數(shù)據(jù)集合。
由諸如游戲程序的用戶代碼產(chǎn)生的接觸接合點(diǎn)集合依賴于圖像主體之間關(guān) 于接觸點(diǎn)信息。具體地，碰撞檢測(cè)使用主體位置和穿入信息的相應(yīng)深度。該信 息由圖1中的并行碰撞檢測(cè)流水線10通過(guò)碰撞檢湖,戶接口傳遞給了用戶定義 代碼。用戶代碼為由碰撞檢觀,檢測(cè)到的每個(gè)接觸點(diǎn)建立接觸接合點(diǎn)。并行碰 撞檢測(cè)流水線架構(gòu)可針對(duì)這樣的行為優(yōu)化。當(dāng)碰撞檢測(cè)流水線工作時(shí)調(diào)用用戶 代碼。
在寬泛階段20中，碰撞檢測(cè)算法并行處理數(shù)據(jù)，并且接觸接合點(diǎn)被并行建立，使得可重復(fù)輸入每個(gè)用戶的代碼。
在精細(xì)碰撞檢測(cè)階段中，并行碰撞檢測(cè)流水線10和用戶回調(diào)函數(shù)14、 16 之間的所有接口均被向量化，以便利用單一指令多數(shù)據(jù)引擎特性。用戶回調(diào)函
數(shù)14、 16由調(diào)用碰撞檢測(cè)流水線10以處理幾何體的同樣系統(tǒng)提供，并且用戶 的回調(diào)(或者14或者16)是用戶代碼會(huì),控制碰撞檢測(cè)流水線的方式。第一階 段回調(diào)14能夠?qū)⒁恍┏蓪?duì)幾何術(shù)莉己為不需被精細(xì)階段碰撞機(jī)35測(cè)試。在第 一回調(diào)函數(shù)結(jié)束之后，碰撞檢測(cè)^7K線10從緩沖的成對(duì)幾何體中準(zhǔn)備用于精細(xì) 碰撞機(jī)的數(shù)據(jù)。然后調(diào)用特定的精細(xì)碰撞機(jī)用于準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)(對(duì)應(yīng)于緩沖器的 類型-球體-球體，封裝包-球體等)。將幾何體對(duì)向量轉(zhuǎn)換為用戶代碼，并且用戶 代碼能夠產(chǎn)生信息，如作為向量的接觸接合點(diǎn)18。幾何體對(duì)向量是主體對(duì)幾何 體識(shí)別器的向量，該主體對(duì)專用于特定仿真系統(tǒng)。向量中的所有信息是統(tǒng)一的， 以便能夠通過(guò)單指令多數(shù)據(jù)處理器有效地運(yùn)算。在寬泛碰撞檢測(cè)階段和精細(xì)碰 撞檢測(cè)階段中，這避免了在單指令多數(shù)據(jù)處理器中不必要的重新打包。
在前精細(xì)碰撞檢測(cè)階段("階段1") 14，并行碰撞檢測(cè)^7jC線10將在寬泛 階段20中將關(guān)于在框26選擇的可能碰撞幾何體對(duì)信息傳遞至,戶回調(diào)函數(shù)14。 用戶回調(diào)函數(shù)14標(biāo)記在精確碰撞檢測(cè)中不需要被測(cè)試的對(duì)。對(duì)于沒(méi)有標(biāo)記的沐 用戶代碼提供在并行碰撞檢測(cè)流7jC^戔10中的精細(xì)階段中可被檢測(cè)到的所需的數(shù) 量的接觸點(diǎn)，并且可為能夠在被稱為后精細(xì)階段("階段2") 16的下一階段使 用的附加信息分配一些空間。
因此，圖1中，在寬泛階段20中，加速結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器24基于幾何體、位置 和速度12存儲(chǔ)關(guān)于可能的碰撞對(duì)的信息，用于在寬泛階段的框26中選擇可能 的對(duì)象對(duì)?？赡艿呐鲎矊?duì)管理器30對(duì)所選的可能碰撞對(duì)28進(jìn)行査看。在階段 一，即前精細(xì)階段，碰撞對(duì)管理器30向用戶回調(diào)函數(shù)14提供信息。
圖1中，黑對(duì)旨示并纟話算的過(guò)程。圖1框16中指出的稱為后精細(xì)階段的 用戶回調(diào)函數(shù)階段二沒(méi)有向流水線IO本身返回任何信息，但可以為個(gè)別接觸點(diǎn) 產(chǎn)生接觸接合點(diǎn)，并且可以以各種方式修改物理"世界"19。用于回調(diào)函數(shù)16僅 有的指令是該函數(shù)僅能進(jìn)行物理世界19線程安全修改，同時(shí)最小化或完全避免 使線程之間同步的需要。因此，在一些實(shí)施例中可以避免或減少使用線程相關(guān) 性。
用戶回調(diào)函數(shù)階段16從實(shí)際碰撞對(duì)管理器46接收輸入。因此，參考圖1 ，在前精細(xì)階段中，由管理器30識(shí)別可能的碰撞對(duì)。如箭頭32所指示的，那些 對(duì)也提供給用于每個(gè)對(duì)象X寸類型的可能的碰撞對(duì)緩沖器34。，對(duì)類型是一對(duì) 用于兩個(gè)給定乂豫的類型，如48和52。然后，已預(yù)分組的所準(zhǔn)備的娜在36 被傳遞到精細(xì)階段框35。因此，這些特定的分組數(shù)據(jù)類型可在在相應(yīng)的精細(xì)碰 撞機(jī)核'1>~"^口 40和42——中在單指令多數(shù)據(jù)處理器上運(yùn)算。存在特定的精細(xì) 碰撞核心用于緩沖 的各類型，如40用于48 (盒-盒)以及42用于52 (球體 -球體)。如箭頭44指示的，在精細(xì)階段35中確定的實(shí)際的碰撞對(duì)傳送到向用戶 回調(diào)函數(shù)16提供信息的實(shí)際碰撞對(duì)管理器46。如箭頭所指示的，用戶代碼然后 為世界19提f，合點(diǎn)18，然后其被輸出用于圖形顯示。
可能的碰撞對(duì)管理器30是傳給用戶代碼的數(shù)據(jù)的有效緩沖器。類似的，實(shí) 際的碰撞對(duì)管理器46是用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶代碼的緩沖器，更具體地，是用 于在寬泛階段、用戶回調(diào)函數(shù)和精細(xì)階段之間傳遞數(shù)據(jù)的緩沖器。
可能碰撞對(duì)管理器30從寬泛階段收集可能的主體碰撞對(duì)，并將其轉(zhuǎn)換為向 量。之后將向量發(fā)送給用戶回調(diào)函數(shù)14。此外，如方框32所指示的，可能的碰 撞對(duì)管理器30依據(jù)類型將幾何體對(duì)分為多個(gè)種類。這些分纟M^類型被存儲(chǔ)在 特定分配的緩沖器34中。
當(dāng)用于特定幾何體類型的特定緩沖器滿時(shí)，來(lái)自諸如緩沖器48或52之類 的緩沖器的所有幾何體對(duì)被傳送到精細(xì)階段碰撞機(jī)35。因此，由于數(shù)據(jù)已經(jīng)被
分組以供并行運(yùn)算，所以精細(xì)階段碰撞可有效的使用單指令多數(shù)據(jù)處理。該緩 沖用于收集足夠的用于調(diào)用向量化的精細(xì)階段碰撞機(jī)35的對(duì)數(shù)量。在一些實(shí)施 例中，碰撞機(jī)35可j頓屏蔽的單指令多,運(yùn)算來(lái)調(diào)用鄉(xiāng)糊夂碰撞對(duì)，并且 避免有條件的分支。
在框35中的精細(xì)階段之后，結(jié)果得到的對(duì)44和接觸點(diǎn)被發(fā)送到實(shí)際碰撞 對(duì)管理器48，實(shí)際碰撞對(duì)管理器48對(duì)其進(jìn)行管理并將其傳i^l過(guò)用戶回調(diào)階段 16，用戶回調(diào)階段16可以根據(jù)接觸點(diǎn)改變物理世界19以建立接合點(diǎn)18和執(zhí)行 其他功能。
在一些實(shí)施例中，流水線IO是物理仿真的寬泛和精細(xì)階段之間的基于向量 化單指令多數(shù)據(jù)分組的接口。它提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)格式和用于積聚每個(gè)碰撞 機(jī)類型的幾何體的存儲(chǔ)分配策略。兩個(gè)回調(diào)函數(shù)在碰撞檢測(cè)系統(tǒng)和用戶定義的 代碼之間傳送向量化的數(shù)據(jù)。
7根據(jù)一些實(shí)施例，根據(jù)精細(xì)碰撞機(jī)35類型將給定的主體幾何體分成幾組。
在將幾個(gè)主體X寸發(fā)送到精細(xì)階段碰撞機(jī)35之前收集這些主體對(duì)。在一些實(shí)施例
中，這種方法可得到大的數(shù)據(jù)粒度，并且因此為旨碰撞檢測(cè)tl/K線io產(chǎn)生更
好的局部性和并行性。
另外，兩個(gè)回調(diào)函數(shù)將碰撞檢測(cè)流水線與用戶定義代碼相連接，使得用戶 能夠控制碰撞檢測(cè)過(guò)程并且能夠執(zhí)行一些額外的任務(wù)，這些任務(wù)由禾u用寬單指 令多數(shù)據(jù)引擎的碰撞而驅(qū)動(dòng)。因此，回調(diào)函數(shù)的使用以及將幾何體分成組或類 型導(dǎo)致了碰撞檢測(cè)流水線更好盼性能，在一些實(shí)施例中，使得處理器的寬單指 令多數(shù)據(jù)單元會(huì),有效的使用。
在一些實(shí)施例中，流水線10由圖形處理器實(shí)現(xiàn)。流7jC線10可實(shí)現(xiàn)在硬件 或軟件、或硬件和軟件的組合中。
此處描述的圖形處理器技術(shù)可以以多種硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。例如，圖形功能可 以集成在芯片組中?；蛘?，可以使用分立圖形處理器。作為又一個(gè)實(shí)施例中， 圖形功能可以由通用處理器實(shí)現(xiàn)，包括多核處理器。
在一個(gè)實(shí)施例中，寬泛階段碰撞檢測(cè)算法20可以使用空間散列。在空間散 列中，兩維或三維空間中的對(duì)象被投影到一維散列表中，使得，能夠更決定 位。空間散列使用散列表能加速搜索可能發(fā)生碰撞的幾何體對(duì)?？臻g散列算法 可以使用包圍體，并且在一個(gè)實(shí)施例中，僅使用軸對(duì)齊包圍盒來(lái)確定幾何體是 否相交。包圍體是包括X,集合的封閉體。包圍盒是包含對(duì)象的立方體或矩形。 在包圍盒與坐標(biāo)系統(tǒng)的軸對(duì)齊的情況下，將其稱為軸對(duì)齊包圍盒。如果幾何體 軸對(duì)齊包圍盒相交，則算法將這些相交的幾何體傳遞到相連的精細(xì)階段碰撞機(jī) 35之一。
可以使用具有2i單元大小的無(wú)限網(wǎng)格，其中i在集合(min—level，...，和 max一leveU中。參數(shù)min—level和max—level確定場(chǎng)景中的一般的軸對(duì)齊包圍盒的 大小。
如圖5方框50所指示的，在算法的準(zhǔn)備階段，為場(chǎng)景中的每W由對(duì)齊包圍 盒選擇網(wǎng)格中的層i。層i對(duì)應(yīng)特定網(wǎng)格層級(jí)。將，鵬寸到網(wǎng)格操作的選定層 上(框52)。根據(jù)選定的網(wǎng)格層，每個(gè)軸對(duì)齊包圍盒被擴(kuò)展成確定的網(wǎng)格單元(框 54)。在一個(gè)實(shí)施例中，這些單元的數(shù)量從1到8變化?？蛇x擇網(wǎng)格層以滿足單 元的屬性。使用全部軸對(duì)齊包圍盒的相應(yīng)單元被填入散列表以加速用于特定單元的檢索(框56)。
在一個(gè)實(shí)施例中，可使用一種特定形式的散列表，以便在全部主體上完全 并行地執(zhí)行預(yù)準(zhǔn)備階段，而且沒(méi)有數(shù)據(jù)在線程之間傳遞。
在算法的主要階段中，處理所有軸對(duì)齊包圍盒(框58)。借助于散列表，針
對(duì)與所有其他單元的相交，觀l賦為每個(gè)軸對(duì)齊包圍盒建立的全部單元(框60)。
與分配到所有主體上的工作并行地處理主階段。因此，可有效地使用多核或多 處理器系統(tǒng)。
因此，參照?qǐng)D2，作為示例，將兩M由對(duì)齊包圍盒A和B放置在不同網(wǎng)格 層上。軸對(duì)齊包圍盒A插入至i+2層并且軸對(duì)齊包圍盒B插入至i+l層。描述 了用于i+l和i+2層的網(wǎng)格線。
圖3中，示出軸對(duì)齊包圍盒B與插入其中的單元1、 2、 3和4 一起在i+2 層處。單元l、 2、 3和4屬于軸對(duì)齊包圍盒。然后，在圖4中，示出軸對(duì)齊包 圍盒A與插入其中的單元1和2 —起在i+l層。
在一些實(shí)施例中，特定散列函數(shù)并行度有助于多核處理和單指令多數(shù)據(jù)庫(kù) 并行處理的使用。
在整個(gè)說(shuō)明書中對(duì)"一個(gè)實(shí)施例"或"實(shí)施例"的參考意思是結(jié)合實(shí)施例描述 的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明內(nèi)包括的至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)中。因此，短語(yǔ)"一 個(gè)實(shí)施例"或"在實(shí)施例中"的出現(xiàn)并不一定涉及相同的實(shí)施例。此外，該特定特 征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可以以其他合適的形式體現(xiàn)，而不同于所示的特定實(shí)施例，并 且所有這樣的形式可以包含在本申請(qǐng)的權(quán)利要求中。
盡管已經(jīng)參考有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可意識(shí) 到各種修改和變化。所附權(quán)利要求旨在覆蓋本發(fā)明真實(shí)思想和范圍內(nèi)的所有這 樣的修改和變化。
9
權(quán)利要求
1.一種物理仿真的方法，包括在物理仿真中，基于對(duì)象類型對(duì)可能碰撞的對(duì)象進(jìn)行分組。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括積聚m類型的預(yù)定數(shù)量的對(duì)象，并且當(dāng)積聚對(duì)象類型的預(yù)定數(shù)量的對(duì)象時(shí)，向精細(xì)階段碰撞機(jī)發(fā)送積聚的對(duì)象類型信息。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，積聚x^類型的x^m包括積聚特定幾何體的對(duì)象。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括使用用戶回調(diào)函數(shù)將碰撞檢測(cè)流7K線與用戶定義的代碼耦合，使得用戶能^J空制碰撞檢測(cè)過(guò)程。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括基于數(shù)據(jù)集中的適應(yīng)于單指令多數(shù)據(jù)處理的對(duì)象類型提供輸出數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括在寬泛階段碰撞檢測(cè)期間向用戶回調(diào)函數(shù)提供輸入。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，包括在精細(xì)階段碰撞檢測(cè)期間向用戶回調(diào)函 供輸入。
8. 如權(quán)利要求1戶艦的方法，其特征在于，包摘每并行空間散歹傭于寬泛階段碰撞檢測(cè)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括將多核處理用于所述空間散列中。
10. —種碰撞檢測(cè)體，其特征在于，包括寬泛階段碰撞檢測(cè)單元；以及耦合到所述寬泛階段碰撞檢測(cè)單元的精細(xì)階段碰撞檢測(cè)單元，所述精細(xì)階段碰撞檢測(cè)單元基于對(duì)象類型對(duì)可能的碰撞對(duì)織行分組。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述精細(xì)階段碰撞檢測(cè)單元積聚對(duì)象類型的預(yù)定數(shù)量的對(duì)象，并且當(dāng)積聚對(duì)象類型的預(yù)定數(shù)量的X寸象時(shí)，向精細(xì)階段碰撞檢測(cè)單元發(fā)送積聚的^類型信息。
12. 如權(quán)禾腰求11戶腿的裝置，其特征在于，所述精細(xì)階段碰撞檢測(cè)單元通過(guò)積聚特定幾何體的X寸象積聚X^類型的對(duì)象。
13.如權(quán)利要求10戶腿的裝置，其特征在于，還包括管理器，4頓用戶回調(diào)函數(shù)將所述裝置與用戶定義的代碼相鏈接，使得用戶控制寬泛和精細(xì)階段碰撞檢測(cè)。
14.如權(quán)禾腰求10戶腿的裝置，其特征在于，所述裝置包括單指令多薩處理器。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述處理器是多核處理器。
16. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，包括管理器，在寬泛階段碰撞檢測(cè)期間向用戶回叫函數(shù)樹共輸入。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述管理器在精細(xì)階段碰撞檢測(cè)期間向用戶回調(diào)函數(shù)提供輸入。
18.如權(quán)利要求10 fM的裝置，其特征在于，所述精細(xì)階段碰撞檢測(cè)單元使用空間散列。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，包括具有多個(gè)核的多核處理器并行執(zhí)行空間散列。
全文摘要
并行碰撞檢測(cè)流水線可使用多核處理器執(zhí)行物理仿真。在精細(xì)階段碰撞檢測(cè)階段，基于對(duì)象類型對(duì)可能碰撞的對(duì)象進(jìn)行分組。在一些實(shí)施例中，可在寬泛階段碰撞檢測(cè)中使用并行空間散列。
文檔編號(hào)G06T1/20GK101645163SQ200910173329
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者A·A·巴德, S·利亞林 申請(qǐng)人:英特爾公司