将坐标转换卸载到 GPU

Question

我有一个使用 WinForms 的遗留 map 查看器应用程序。 它很慢。 （速度过去是可以接受的，但谷歌地图、谷歌地球出现了，用户被宠坏了。现在我可以做得更快了：）

在完成所有明显的速度改进（缓存、并行执行、不绘制不需要绘制的内容等）之后，我的分析器告诉我真正的瓶颈是将点从地图空间转换为屏幕空间时的坐标转换. 通常转换代码如下所示：

    public Point MapToScreen(PointF input)
    {
        // Note that North is negative!
        var result = new Point(
           (int)((input.X - this.currentView.X) * this.Scale),
           (int)((input.Y - this.currentView.Y) * this.Scale));
        return result;
    }

真正的实现更棘手。 纬度/经度表示为整数。 为避免精度下降，将它们乘以 2^20（约 100 万）。 这就是坐标的表示方式。

public struct Position
{
    public const int PrecisionCompensationPower = 20;
    public const int PrecisionCompensationScale = 1048576; // 2^20
    public readonly int LatitudeInt; // North is negative!
    public readonly int LongitudeInt;
}

重要的是，可能的比例因子也明确绑定到 2 的幂。这允许我们用移位替换乘法。 所以真正的算法是这样的：

    public Point MapToScreen(Position input)
    {
        Point result = new Point();
        result.X = (input.LongitudeInt - this.UpperLeftPosition.LongitudeInt) >>
                     (Position.PrecisionCompensationPower - this.ZoomLevel);
        result.Y = (input.LatitudeInt - this.UpperLeftPosition.LatitudeInt) >> 
                     (Position.PrecisionCompensationPower - this.ZoomLevel);
        return result;
    }

（UpperLeftPosition 表示 map 空间中屏幕的左上角。）我现在正在考虑将此计算卸载到 GPU 。 任何人都可以告诉我如何做到这一点的例子吗？

我们使用 .NET4.0，但代码最好也能在 Windows XP 上运行。 此外，我们不能使用 GPL 下的库。

Answer 1

我建议您看看使用 OpenCL 和Cloo来执行此操作 - 看一下矢量添加示例，然后将其更改为 map 通过使用两个ComputeBuffer （每个点中的LatitudeInt和LongitudeInt各一个）将值更改为 2 output ComputeBuffer秒。 我怀疑 OpenCL 代码看起来像这样：

__kernel void CoordTrans(__global int *lat, 
                         __global int *lon, 
                         __constant int ulpLat,
                         __constant int ulpLon,
                         __constant int zl,
                         __global int *outx,
                         __global int *outy)
{
    int i = get_global_id(0);        
    const int pcp = 20;

    outx[i] = (lon[i] - ulpLon) >> (pcp - zl);
    outy[i] = (lat[i] - ulpLat) >> (pcp - zl);
}

但是你会为每个核心做不止一个坐标变换。 我需要赶快离开，我建议您在执行此操作之前阅读 opencl。

此外，如果坐标数量合理（<100,000/1,000,000），基于非 GPU 的解决方案可能会更快。

Answer 2

现在一年后问题再次出现，我们找到了一个非常平庸的答案。 我觉得有点愚蠢没有早点意识到这一点。 我们通过普通的 WinForms GDI 将地理元素绘制到 bitmap。 GDI 是硬件加速的。 我们所要做的就是不自己进行转换，而是设置 System.Drawing.Graphics object 的比例参数：Graphics.TranslateTransform(...) 和 Graphics.ScaleTransform(...) 我们甚至不需要技巧随着位移。

:)

Answer 3

我来自 CUDA 背景，只能代表 NVIDIA GPU，但这里是。

在 GPU 上执行此操作的问题是您的操作/传输时间。

每个元素要执行大约 1 次操作。 你真的想为每个元素做更多的事情以获得真正的速度提升。 全局 memory 和 GPU 上的线程之间的带宽约为 100GB/s。 因此，如果您必须加载一个 4 字节 integer 来执行一次 FLOP，则理论上的最大速度为 100/4 = 25 FLOPS。 这与宣传的数百 FLOPS 相去甚远。

请注意，这是理论上的最大值，实际结果可能更糟。 如果您要加载多个元素，情况会更糟。 在您的情况下，它看起来像 2，因此您最多可以从中获得 12.5 FLOPS。 实际上，它几乎肯定会更低。

如果这对您来说没问题，那么请拨打 go！

Answer 4

XNA 可用于执行您需要的所有转换并提供非常好的性能。 它也可以显示在 winforms 应用程序中： http://create.msdn.com/en-US/education/catalog/sample/winforms_series_1