煉數(shù)-gpu并行計算與cuda編程第十課

GPU并行計算與CUDA編程第10課本周介紹內容CUDA與OpenGL混合編程做圖形渲染OpenGL介紹OpenGL安裝CUDA混合編程代碼例程：simpleGL.cuOpenGL介紹無論是對于游戲軟件還是高性能計算，OpenGL是可視化程序最通用的編程接口。作為一種標準化接口，開發(fā)者可以使用OpenGL制作出運行在任何支持OpenGL硬件和操作系統(tǒng)的圖形和特效，使得3D游戲軟件可以移植到多種平臺上。參考《WhateEveryCUDAProgrammerShouldKnowaboutOpenGL》:“參考資料/1055_gtc09.pdf”O(jiān)penGL介紹-CUDA和OpenGL的分離從編程角度

當OpenGL將內存映射入CUDA內存空間之前，OpenGL的專家可以盡量地利用舊式程序和他們的專業(yè)知識，以及所有強大的工具，如GLSL（OpenGLShadingLanguage）和Cg。當緩沖區(qū)映射入CUDA內存空間之后，CUDA編程者則可以展現(xiàn)他們的計算才能。從開發(fā)投入的角度

該映射方式可有效利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)OpenGL軟件。從本質上說，通過將緩沖區(qū)映射到CUDA存儲空間，DUDA代碼可以逐步加入到現(xiàn)有的傳統(tǒng)支持庫與應用程序中。該特性使得一些組織可以在較低風險下測試CUDA代碼，從這種編程方法中獲得了性能和編程效率上的好處。OpenGL介紹：GLUTOpenGL實用工具(OpenGLUtilityToolkit,GLUT)是用于編寫獨立于窗口系統(tǒng)的OpenGL程序的編程接口。使用GLUT編寫的程序可以在多種平臺上編譯。NVIDIA在CUDASDK示例中也是用了GLUT。

功能：

1.進行OpenGL渲染的窗口

2.處理毀掉驅動事件

3.鼠標和鍵盤輸入設備OpenGL安裝：Ubuntu下安裝OpenGL圖形庫1.安裝OpenGLLibrarysudoapt-getinstalllibgl1-mesa-dev2.安裝OpenGLUtilities（OpenGLUtilities是一組建構于OpenGLLibrary之上的工具組，提供許多很方便的函式，使OpenGL更強大且更容易使用。）sudoapt-getinstalllibglu1-mesa-dev3.安裝OpenGLUtilityToolkit（OpenGLUtilityToolkit是建立在OpenGLUtilities上面的工具箱，除了強化了OpenGLUtilities的不足之外，也增加了OpenGL對于視窗界面支援）sudoapt-getinstallfreeglut3-dev4.安裝glew（glew是一個跨平臺的C++庫，是一個OpenGL圖形接口擴展庫）sudoapt-getinstalllibglew-dev5.安裝glx（glx是linux下OpenGL的XWindowSystem接口擴展庫，它允許通過x調用OpenGL庫）sudoapt-getinstalllibgl1-mesa-glxOpenGL不同頭文件及庫的說明參考：“參考資料/OpenGL不同頭文件及庫的說明.pdf”混合編程：通過OpenGL映射GPU內存從CUDA編程者角度看，OpenGL在GPU上創(chuàng)建并管理的通過緩沖的內存區(qū)域稱為緩沖對象。CUDAKernel將一段緩沖映射如CUDA內存空間，可實現(xiàn)CUDA和OpenGL的互操作。當釋放該緩沖或解除映射時，其控制權重回OpenGL。因為不需要進行內存拷貝，所以映射是一種處理速度很快的低開銷操作，實現(xiàn)OpenGL和CUDA之間的高速互操作能力。與OpenGL進行互操作，需要在所有其他Runtime調用之前用cudaGLSetGLDevice()函數(shù)來指定CUDA設備。注意，cudaSetDevice()和cudaGLSetGLDevice()是互相排斥的。一旦對某個資源對CUDA進行了注冊，便可以根據需要通過cudaGraphicsMapResources()和sourceSetMapFlags()方法可用于設備提示標識（例如，只讀，只寫等），以便CUDA驅動程序進行優(yōu)化資源管理。混合編程：CUDA使用的兩種OpenGL內存對象像素緩沖對象（PBO）：OpenGL中用于存儲像素的一段內存。2D圖像是由多個像素和顏色點組成的。CUDA程序映射PBO，并逐個像素生成或修改圖像，然后利用OpenGL進行顯示。向量緩沖對象（VBO）：OpenGL中用于存儲3D向量的一段內存。CUDA程序映射VBO，生成或修改3D位置信息，之后OpenGL將這些網格渲染成彩色表面、3D線框圖像或3D點集。

glBindBuffer()

glBufferData()/glBufferSubData()/glGetBufferSubData()

glMapBuffer()/glUnmapBuffer()混合編程：步驟CUDA和OpenGL互操作具體步驟如下：(1)創(chuàng)建窗口及OpenGL運行環(huán)境。(2)設置OpenGL視口和坐標系。要根據繪制的圖形是2D還是3D等具體情況設置。(1)和(2)是所有OpenGL程序必需的，這里也沒什么特殊之處，需要注意的是，后面的一些功能需要OpenGL2.0及以上版本支持，所以在這里需要進行版本檢查。(3)創(chuàng)建CUDA環(huán)境。可以使用cuGLCtxCreate或cudaGLSetGLDevice來設置CUDA環(huán)境。該設置一定要放在其他CUDA的API調用之前。(4)產生一個或多個OpenGL緩沖區(qū)用以和CUDA共享。使用PBO和使用VBO差不多，只是有些函數(shù)調用參數(shù)不同。以下是具體過程。GLuintbufferID；glGenBuffers(1，&bufferID)；//產生一個bufferIDglBindBuffer(parameter1，bufferID)；//將其設置為當前非壓縮緩沖區(qū)，如果是PBO方式，parameter1設置為GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER，如果是VBO方式，parameter1設置為GL_ARRAY_BUFFERglBufferData(parameter1，parameter2，NULL，GL_DYNAMIC_COPY)；//給該緩沖區(qū)分配數(shù)據，PBO方式下，parameter1設置為GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER，parameter2設置為圖像的長度*寬度*4。VBO方式下，parameter1設置為GL_ARRAY_BUFFER，parameter2設置為頂點數(shù)*16，因為每個頂點包含3個浮點坐標(x，y，z)和4個顏色字節(jié)(RGBA)，這樣一個頂點包含16B混合編程：步驟(5)用CUDA登記緩沖區(qū)。登記可以使用cuGLRegisterBufferObject或cudaGLRegisterBufferObject，該命令告訴OpenGL和CUDA驅動程序該緩沖區(qū)為二者共同使用。(6)將OpenGL緩沖區(qū)映射到CUDA內存?？梢允褂胏uGLMapBufferObject或cudaGLMapBufferObject，它實際是將CUDA內存的指針指向OpenGL的緩沖區(qū)，這樣如果只有一個GPU，就不需要數(shù)據傳遞。當映射完成后，OpenGL不能再使用該緩沖區(qū)。(7)使用CUDA往該映射的內存寫圖像數(shù)據。前面的準備工作在這里真正發(fā)揮作用了，此時可以調用CUDA的kernel，像使用全局內存一樣使用映射了的緩沖區(qū)，向其中寫數(shù)據。(8)取消OpenGL緩沖區(qū)映射。要等前面CUDA的活動完成以后，使用cuGLUnmapBufferObject或cudaGLUnmapBufferObject函數(shù)取消映射。(9)前面的步驟完成以后就可以真正開始繪圖了，OpenGL的PBO和VBO的繪圖方式不同，分別為以下兩個過程。①如果只是繪制平面圖形，需要使用OpenGL的PBO及紋理。glEnable(GL_TEXTURE_2D)；//使紋理可用glGenTextures(1，&textureID)；//生成一個textureIDglBindTexture(GL_TEXTURE_2D，textureID)；//使該紋理成為當前可用紋理glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D，0，GL_RGBA8，Width，Height，0，GL_BGRA，GL_UNSIGNED_BYTE，NULL)；//分配紋理內存。最后的參數(shù)設置數(shù)據來源，這里設置為NULL，表示數(shù)據來自PBO，不是來自主機內存glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D，GL_TEXTURE_MIN_FILTER，GL_LINEAR)；glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D，GL_TEXTURE_MAG_FILTER，GL_LINEAR)；//必須設置濾波模式，GL_LINEAR允許圖形伸縮時線性差值。如果不需要線性差值，可以用GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB代替GL_TEXTURE_2D以提高性能，同時在glTexParameteri()調用里使用GL_NEAREST替換GL_LINEAR然后就可以指定4個角的紋理坐標，繪制長方形了。②繪制3D場景，需要使用VBO。glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY)；//使頂點和顏色數(shù)組可用glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY)；glVertexPointer(3，GL_FLOAT，16，0)；//設置頂點和顏色指針glColorPointer(4，GL_UNSIGNED_BYTE，16，12)；glDrawArrays(GL_POINTS，0，numVerticies)；//根據頂點數(shù)據繪圖，參數(shù)可以使用GL_LINES，GL_LINE_STRIP，GL_LINE_LOOP，GL_TRIANGLES，GL_TRIANGLE_STRIP，GL_TRIANGLE_FAN，GL_QUADS，GL_QUAD_STRIP，GL_POLYGON(10)前后緩存區(qū)來回切換，實現(xiàn)動畫顯示效果。調用SwapBuffers()，緩沖區(qū)切換通常會在垂直刷新間隙來處理，因此，可以在控制面板上關掉垂直同步，使得緩沖區(qū)切換立刻進行。代碼例程simpleGL.cu（356-394行）：1、2345678代碼例程9本周作業(yè)“代碼/test_openGL_cuda.cu”是一個簡單版的使用CUDA計算出一條sin曲線各點的函數(shù)值,

存入數(shù)組,

然后用OpenGL顯示，請把該程序功能改為一個使用VBO顯示的3D效果。法律聲明【聲明】本視頻和幻燈片為煉數(shù)成金網絡課程的教學資料，所有資料只能在課程內使用，不得在課程以外范圍散播，違者將可能被追究法律和經濟責任。課程詳情訪問煉數(shù)成金培訓網站

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