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2017 年度 実施状況報告書

超高精細・超広視野角3Dホログラフィック表示のための大規模ピクセル計算技術

研究課題

研究課題/領域番号 17K00265
研究機関宇都宮大学

研究代表者

馬場 敬信  宇都宮大学, オプティクス教育研究センター, 教授 (70092616)

研究分担者 大津 金光  宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00292574)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードヒューマンインターフェイス / 計算機ホログラム / ギガピクセル / マルチGPUクラスタ
研究実績の概要

ホログラフィック3Dディスプレイは、ヘッドマウントディスプレイのように特別な機器を装着することなく3D表示を実現できるため、これからのヒューマンインターフェイスとして実用化が期待されている。原理的には、3Dオブジェクトデータを入力として、コンピュータ上で対応するホログラム(Computer-generated hologram, CGH)を計算し、SLM(Spatial Light Modulator)に記憶、再生光を照射することによって再構成像を得る。本方式の実現に際しては、メガピクセルオーダの計算に数百秒掛かるなどCGHの計算コストが大きいことが課題である。
本研究では、更に高精細、広視野角の3Dディスプレイの実現を目指して、ギガピクセル規模のリアルタイム処理を目指した高速化を行っている。本年度は、マルチGPUクラスタ上に我々の提案するオブジェクト分割法を実現し、マルチコアCPUとマルチGPUを内蔵する個々のノード内の最適化、及びノード間のデータ転送の最適化を図った。特にノード内最適化に関しては、オブジェクト分割法の変更、CPU-GPU間のデータ転送量の削減、カーネル統合、ストリーム処理の活用、マルチGPUによる並列化等を行った。このコードを用いて、ギガピクセルオーダの3Dオブジェクトを入力として、ギガピクセルCGHを生成する実験を行った結果、8ノード構成において4.28秒で処理が行えることを確認した。これは、通常のCPUでFFTを用いて処理した場合と比べて、237.92倍高速となっている。これらの成果は、国内研究会で発表すると共に、国際会議において発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の大きな目標であるギガピクセルレベルの3Dオブジェクトデータを処理し、これをマルチGPUクラスタ上で我々の提案するオブジェクト分割法を用いて処理することを実現するとともに、CPU上で逐次コードを使用した場合と比べて、237.92倍の高速化を達成したことによる。

今後の研究の推進方策

オブジェクト分割法では、ノード間転送が起きるのは最初に3Dオブジェクトデータを転送するときだけであるが、それでも最終的な処理時間の約半分を占めている。これを高速化するためには、ソフトウェアの最適化には限界があり、この先はネットワークの高性能化が必要と考えている。また、現在、入力オブジェクトとして元々の3Dオブジェクトを圧縮したものから処理を開始しているが、本来の3Dディスプレイの実現のためには圧縮前の3Dデータを圧縮するところから検討を加える必要がある。今後は、リアルタイム3Dディスプレイの実現に向けて、これらの課題に取り組む予定である。

次年度使用額が生じた理由

本研究では、既設のGPUクラスタを有効活用して、実験を実施することができたため、GPUクラスタに充てる予算を次年度に使用して、既設のGPUクラスタの課題となっている通信性能の改善に充てる予定である。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Decomposition method for fast computation of giga-pixel sized Fresnel holograms on a GPU-cluster2018

    • 著者名/発表者名
      Boaz Jessie Jackin, Shinpei Watanabe, Kanemitsu Ootsu,Takeshi Ohkawa, Takashi Yokota, Yoshio Hayasaki, Toyohiko Yatagai, Takanobu Baba
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [学会発表] Overcoming the difficulty of large-scale CGH generation on multi-GPU cluster2018

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Baba, Shinpei Watanabe, Boaz Jessie Jackin, Takeshi Ohkawa, Kanemitsu Ootsu, Takashi Yokota, Yoshio Hayasaki, Toyohiko Yatagai
    • 学会等名
      Proceedings of the 11th Workshop on General Purpose GPUs
    • 国際学会
  • [学会発表] Acceleration of large-scale CGH generation using Multi-GPU cluster2017

    • 著者名/発表者名
      Shinpei Watanabe, Boaz Jessie Jackin, Takeshi Ohkawa, Kanemitsu Ootsu, Takashi Yokota, Yoshio Hayasaki, Toyohiko Yatagai, Takanobu Baba
    • 学会等名
      Proc. 5th International Symposium on Computing and Networking
    • 国際学会
  • [学会発表] マルチGPUクラスタを用いた大規模計算機ホログラム生成時間の初期評価2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉 晋平,ボアズ ジェシー ジャッキン,大川 猛,大津 金光,横田 隆史, 早崎 芳夫,谷田貝 豊彦,馬場 敬信
    • 学会等名
      電子情報通信学会CPSY研究会

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公開日: 2018-12-17  

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