GPU并行計(jì)算與CUDA編程第10課本周介紹內(nèi)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(wú)論是對(duì)于游戲軟件還是高性能計(jì)算，OpenGL是可視化程序最通用的編程接口。作為一種標(biāo)準(zhǔn)化接口，開(kāi)發(fā)者可以使用OpenGL制作出運(yùn)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(tái)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(dāng)OpenGL將內(nèi)存映射入CUDA內(nèi)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(shí)，以及所有強(qiáng)大的工具，如GLSL（OpenGLShadingLanguage）和Cg。當(dāng)緩沖區(qū)映射入CUDA內(nèi)存空間之后，CUDA編程者則可以展現(xiàn)他們的計(jì)算才能。從開(kāi)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(zhì)上說(shuō)，通過(guò)將緩沖區(qū)映射到CUDA存儲(chǔ)空間，DUDA代碼可以逐步加入到現(xiàn)有的傳統(tǒng)支持庫(kù)與應(yīng)用程序中。該特性使得一些組織可以在較低風(fēng)險(xiǎn)下測(cè)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(shí)用工具(OpenGLUtilityToolkit,GLUT)是用于編寫(xiě)?yīng)毩⒂诖翱谙到y(tǒng)的OpenGL程序的編程接口。使用GLUT編寫(xiě)的程序可以在多種平臺(tái)上編譯。NVIDIA在CUDASDK示例中也是用了GLUT。

功能：

1.進(jìn)行OpenGL渲染的窗口

2.處理毀掉驅(qū)動(dòng)事件

3.鼠標(biāo)和鍵盤(pán)輸入設(shè)備OpenGL安裝：Ubuntu下安裝OpenGL圖形庫(kù)1.安裝OpenGLLibrarysudoapt-getinstalllibgl1-mesa-dev2.安裝OpenGLUtilities（OpenGLUtilities是一組建構(gòu)于OpenGLLibrary之上的工具組，提供許多很方便的函式，使OpenGL更強(qiáng)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(qiáng)化了OpenGLUtilities的不足之外，也增加了OpenGL對(duì)于視窗界面支援）sudoapt-getinstallfreeglut3-dev4.安裝glew（glew是一個(gè)跨平臺(tái)的C++庫(kù)，是一個(gè)OpenGL圖形接口擴(kuò)展庫(kù)）sudoapt-getinstalllibglew-dev5.安裝glx（glx是linux下OpenGL的XWindowSystem接口擴(kuò)展庫(kù)，它允許通過(guò)x調(diào)用OpenGL庫(kù)）sudoapt-getinstalllibgl1-mesa-glxOpenGL不同頭文件及庫(kù)的說(shuō)明參考：“參考資料/OpenGL不同頭文件及庫(kù)的說(shuō)明.pdf”混合編程：通過(guò)OpenGL映射GPU內(nèi)存從CUDA編程者角度看，OpenGL在GPU上創(chuàng)建并管理的通過(guò)緩沖的內(nèi)存區(qū)域稱為緩沖對(duì)象。CUDAKernel將一段緩沖映射如CUDA內(nèi)存空間，可實(shí)現(xiàn)CUDA和OpenGL的互操作。當(dāng)釋放該緩沖或解除映射時(shí)，其控制權(quán)重回OpenGL。因?yàn)椴恍枰M(jìn)行內(nèi)存拷貝，所以映射是一種處理速度很快的低開(kāi)銷操作，實(shí)現(xiàn)OpenGL和CUDA之間的高速互操作能力。與OpenGL進(jìn)行互操作，需要在所有其他Runtime調(diào)用之前用cudaGLSetGLDevice()函數(shù)來(lái)指定CUDA設(shè)備。注意，cudaSetDevice()和cudaGLSetGLDevice()是互相排斥的。一旦對(duì)某個(gè)資源對(duì)CUDA進(jìn)行了注冊(cè)，便可以根據(jù)需要通過(guò)cudaGraphicsMapResources()和sourceSetMapFlags()方法可用于設(shè)備提示標(biāo)識(shí)（例如，只讀，只寫(xiě)等），以便CUDA驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行優(yōu)化資源管理?；旌暇幊蹋篊UDA使用的兩種OpenGL內(nèi)存對(duì)象像素緩沖對(duì)象（PBO）：OpenGL中用于存儲(chǔ)像素的一段內(nèi)存。2D圖像是由多個(gè)像素和顏色點(diǎn)組成的。CUDA程序映射PBO，并逐個(gè)像素生成或修改圖像，然后利用OpenGL進(jìn)行顯示。向量緩沖對(duì)象（VBO）：OpenGL中用于存儲(chǔ)3D向量的一段內(nèi)存。CUDA程序映射VBO，生成或修改3D位置信息，之后OpenGL將這些網(wǎng)格渲染成彩色表面、3D線框圖像或3D點(diǎn)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(yùn)行環(huán)境。(2)設(shè)置OpenGL視口和坐標(biāo)系。要根據(jù)繪制的圖形是2D還是3D等具體情況設(shè)置。(1)和(2)是所有OpenGL程序必需的，這里也沒(méi)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(jìn)行版本檢查。(3)創(chuàng)建CUDA環(huán)境?？梢允褂胏uGLCtxCreate或cudaGLSetGLDevice來(lái)設(shè)置CUDA環(huán)境。該設(shè)置一定要放在其他CUDA的API調(diào)用之前。(4)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)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(diào)用參數(shù)不同。以下是具體過(guò)程。GLuintbufferID；glGenBuffers(1，&bufferID)；//產(chǎn)生一個(gè)bufferIDglBindBuffer(parameter1，bufferID)；//將其設(shè)置為當(dāng)前非壓縮緩沖區(qū)，如果是PBO方式，parameter1設(shè)置為GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER，如果是VBO方式，parameter1設(shè)置為GL_ARRAY_BUFFERglBufferData(parameter1，parameter2，NULL，GL_DYNAMIC_COPY)；//給該緩沖區(qū)分配數(shù)據(jù)，PBO方式下，parameter1設(shè)置為GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER，parameter2設(shè)置為圖像的長(zhǎng)度*寬度*4。VBO方式下，parameter1設(shè)置為GL_ARRAY_BUFFER，parameter2設(shè)置為頂點(diǎn)數(shù)*16，因?yàn)槊總€(gè)頂點(diǎn)包含3個(gè)浮點(diǎn)坐標(biāo)(x，y，z)和4個(gè)顏色字節(jié)(RGBA)，這樣一個(gè)頂點(diǎn)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(qū)動(dòng)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(nèi)存?？梢允褂胏uGLMapBufferObject或cudaGLMapBufferObject，它實(shí)際是將CUDA內(nèi)存的指針指向OpenGL的緩沖區(qū)，這樣如果只有一個(gè)GPU，就不需要數(shù)據(jù)傳遞。當(dāng)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(nèi)存寫(xiě)圖像數(shù)據(jù)。前面的準(zhǔn)備工作在這里真正發(fā)揮作用了，此時(shí)可以調(diào)用CUDA的kernel，像使用全局內(nèi)存一樣使用映射了的緩沖區(qū)，向其中寫(xiě)數(shù)據(jù)。(8)取消OpenGL緩沖區(qū)映射。要等前面CUDA的活動(dòng)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(kāi)始繪圖了，OpenGL的PBO和VBO的繪圖方式不同，分別為以下兩個(gè)過(guò)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(gè)textureIDglBindTexture(GL_TEXTURE_2D，textureID)；//使該紋理成為當(dāng)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(nèi)存。最后的參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)來(lái)源，這里設(shè)置為NULL，表示數(shù)據(jù)來(lái)自PBO，不是來(lái)自主機(jī)內(nèi)存glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D，GL_TEXTURE_MIN_FILTER，GL_LINEAR)；glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D，GL_TEXTURE_MAG_FILTER，GL_LINEAR)；//必須設(shè)置濾波模式，GL_LINEAR允許圖形伸縮時(shí)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(shí)在glTexParameteri()調(diào)用里使用GL_NEAREST替換GL_LINEAR然后就可以指定4個(gè)角的紋理坐標(biāo)，繪制長(zhǎng)方形了。②繪制3D場(chǎng)景，需要使用VBO。glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY)；//使頂點(diǎn)和顏色數(shù)組可用glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY)；glVertexPointer(3，GL_FLOAT，16，0)；//設(shè)置頂點(diǎn)和顏色指針glColorPointer(4，GL_UNSIGNED_BYTE，16，12)；glDrawArrays(GL_POINTS，0，numVerticies)；//根據(jù)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)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(lái)回切換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)顯示效果。調(diào)用SwapBuffers()，緩沖區(qū)切換通常會(huì)在垂直刷新間隙來(lái)處理，因此，可以在控制面板上關(guān)掉垂直同步，使得緩沖區(qū)切換立刻進(jìn)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(gè)簡(jiǎn)單版的使用CUDA計(jì)算出一條sin曲線各點(diǎn)的函數(shù)值,

存入數(shù)組,

然后用OpenGL顯示，請(qǐng)把該程序功能改為一個(gè)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(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)資料，所有資料只能在課程內(nèi)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(jīng)濟(jì)責(zé)任。課程詳情訪問(wèn)煉數(shù)成金培訓(xùn)網(wǎng)站

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