Parallel Shortest Path Algorithm for Voronoi Diagrams with Generalized Distance Functions
Résumé
Voronoi diagrams are fundamental data structures in computational geometry with applications on different areas. Recent soft object simulation algorithms for real time physics engines require the computation of Voronoi diagrams over 3D images with non-Euclidean distances. In this case, the computation must be performed over a graph, where the edges encode the required distance information. But excessive computation time of Voronoi diagrams prevent more sophisticated deformations that require interactive topological changes, such as cutting or stitching used in virtual surgery simulations. The major bottleneck in the Voronoi computation in this case is a shortest-path algorithm that must be computed multiple times during the deformation. In this paper, we tackle this problem by proposing a GPU algorithm of the shortest-path algorithm from multiple sources using generalized distance functions. Our algorithm was designed to leverage the grid-based nature of the underlying graph used in the simulation. Experimental results report speed-ups up to 65x over a current reference sequential method.
Les Diagrammes de Voronoï sont des structures de données fondamentales de la géométrie algorithmique, avec des applications dans différents domaines. Des nouveaux algorithmes de simulation d'objets déformables, en temps réels, nécessitent le calcul des diagrammes de Voronoï sur des images 3D avec des distances non euclidiennes. Dans ce cas, le calcul doit être effectué sur un graphe, où les arêtes codent l'information de distance requise. Cependant, le temps de calcul des diagrammes de Voronoï est trop coûteux et empêche des déformations plus complexes qui nécessitent des modifications topologiques interactives, telles que la coupe ou la couture utilisée dans les simulations de chirurgie virtuelle. Le goulot d'étranglement majeur dans le calcul de Voronoï dans ce cas est un algorithme du plus court chemin qui doit être calculé plusieurs fois au cours de la déformation. Dans cet article, nous nous attaquons à ce problème en proposant un algorithme de GPU pour le probléme du plus court chemin à partir de plusieurs sources utilisant une fonctions de distance généralisées. Notre algorithme a été conçu pour tirer parti de la nature basé sur une grille du graphe sous-jacent utilisé dans la simulation. Les résultats expérimentaux indiquent des accélérations jusqu'à 65x sur une méthode séquentielle de référence.
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