階調表現と高精細化が可能な時空間分割電子ホログラフィによる実時間三次元動画再生

使用时空分割电子全息技术进行实时3D视频播放，具有层次表现和高清晰度

基本信息

批准号：
21K11996
负责人：
高田直樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kochi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，実用化に向け，膨大な物体点で構成された階調を持つ三次元物体の高精細なリアルタイム三次元動画再生を実現することを目的とする．令和4年度は，次に示す①～③を行った．①ヘテロ型マルチGPUクラスタによるリアルタイム電子ホログラフィシステムの開発．②Ada LavelaceアーキテクチャのGPUによるCGH計算高速化の検討．③ポータブルホログラフィックプロジェクタを用いた階調を持つ三次元映像の投影．①では，過去の計算資源の有効活用のために，異なるGPUで構成されたヘテロ型マルチGPUクラスタシステムを構築した．また，GPUの性能に合わせてCGH計算の負荷を分散し，異なるGPUで構成されたヘテロ型マルチGPUクラスタシステムでCGH計算を高速化するプログラムを開発した．本研究で開発したヘテロ型マルチGPUクラスタシステムは，理論上，使用するGPUの枚数に制約がない．必要に応じて計算ノードを増加させてスケールアウトすることにより，膨大な物体点で構成された三次元物体のリアルタイム動画再生が可能となる．② 新しいアーキテクチャAda LavelaceのGPUが発売された．Ampereアーキテクチャと同様，CUDAコアに比べてSpecial Function Unit（SFU）の数が少なくなっている．昨年度開発したCGH計算アルゴリズムを用いて高速なCGH計算を実現できるかを検討した．③において，小型のDMDを搭載したプロジェクタ評価ボードをシングルボードコンピュータに搭載したポータブルホログラフィックプロジェクタを開発した．重み付きバイナリCGH(BW-CGH)を用いて，光源の明るさの調整やCGHの再計算をせずに，再生される三次元映像の明るさを自在に調整することが可能となった．

本研究的目的是实现海量物体点组成的灰度3D物体的高清实时3D视频播放，以期实际应用。 2020年度，实施了以下①～③。 ①使用异构多GPU集群开发实时电子全息系统。 ② 使用 Ada Lavelace 架构的 GPU 检查 CGH 计算加速。 ③ 使用便携式全息投影仪投影具有渐变的三维图像。在①中，为了有效利用过去的计算资源，我们构建了由不同GPU组成的异构多GPU集群系统。我们还开发了一个程序，根据GPU性能分配CGH计算负载，并使用由不同GPU组成的异构多GPU集群系统来加速CGH计算。理论上，本研究开发的异构多GPU集群系统对可以使用的GPU数量没有限制。通过增加计算节点的数量并根据需要进行扩展，由大量对象点组成的三维对象的实时视频播放成为可能。 ② 发布全新架构的GPU Ada Lavelace。与 Ampere 架构类似，它的特殊功能单元 (SFU) 数量少于 CUDA 核心。我们研究了使用去年开发的CGH计算算法是否可以实现高速CGH计算。在③中，我们开发了一种便携式全息投影仪，其投影仪评估板配备了安装在单板计算机上的小型DMD。使用加权二值 CGH (BW-CGH)，现在可以自由调整再现 3D 图像的亮度，而无需调整光源亮度或重新计算 CGH。