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版本 d8ff4869fd5c7579bcad124ceae622511db96b17

2016q1 Homework #2

預期目標

  • 學習效能分析工具
  • 學習 GNU Toolchain

標注須知

下方只要是 $ 開頭，就表示在 GNU/Linux 的終端機裡面輸入的指令，比方說 $ sudo apt-get update，就表示要輸入 sudo apt-get update。

預先準備動作

  • 參照 2016q1: Homework1 的指示，在實體機器安裝 GNU/Linux 和相關的開發套件
    • 注意: 不得透過虛擬機器，因為我們在意實際機器上的效能
  • 安裝以下開發工具
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install graphviz
$ sudo apt-get install imagemagick

光影追蹤程式

  • 光線追蹤 (Ray tracing) 是三維電腦圖形學中的描繪演算法 (rendering algorithm)，跟蹤從眼睛發出的光線，而非是光源發出的光線，藉由預先編排好的場景，以數學模型顯現出來，可得到類似於光線投射與掃描線描繪方法的結果，對於反射與折射，可有更準確的模擬效果，效率非常高，所以當追求高品質的效果時，經常使用這種方法
  • 在物理學中，光線追跡可以用來計算光束在介質中傳播的情況。在介質中傳播時，光束可能會被介質吸收，改變傳播方向或者射出介質表面等。我們通過計算理想化的窄光束（光線）通過介質中的情形來解決這種複雜的情況
  • 在實際應用中，可將各種電磁波或者微小粒子看成理想化的窄波束（即光線），基於這種假設，人們利用光線追跡來計算光線在介質中傳播的情況。光線追跡方法首先計算一條光線在被介質吸收，或者改變方向前，光線在介質中傳播的距離，方向以及到達的新位置，然後從這個新的位置產生出一條新的光線，使用同樣的處理方法，最終計算出一個完整的光線在介質中傳播的路徑
  • 成大資訊系師生合作開發原始程式碼僅 650 行的光線追蹤 C 語言程式: raytracing
  • 取得原始程式碼、編譯和測試:
$ git clone https://github.com/embedded2016/raytracing.git && cd raytracing
$ make
$ ./raytracing

出現 # Rendering scene 字樣後，請保持耐心，等待程式輸出 Done! 字樣，參考輸出:

Execution time of raytracing() : 2.994175 sec
  • raytracing 程式執行完畢，將輸出名為 out.ppm 的檔案，可透過 eog 或在圖形界面點擊開啟。參考輸出: ray_tracing
  • 操作提示：
    • 透過 convert 這個工具可將 PPM 轉為 PNG 或其他格式，如:
    convert out.ppm out.png
    • make check 會檢驗程式碼輸出的圖片是否符合預期，符合的話會得到綠色的 “OK!” 字樣

GDB (GNU Debugger)

$ git clone https://github.com/embedded2016/unit-tests.git && cd unit-tests
$ make
$ make check
  • 檔案 data-swap.in 為輸入，格式為:
    • 第 1 行是用來給 list 的長度，如 4，GDB 會透過程式去建立一個有 4 個 node 的 linked list
    • 第 2 行與第 3 行是預計要的 node，從 head 開始算 (包含自己) 的第 N 個 node
  • 檔案 data-bubble.in 為輸入，格式為:
    • 第 1 行指定 List 的長度，如 3，GDB 會透過程式去建立一個有 3 個 node 的 linked list
    • 第 2 行為 linked list 每個 node 的初始值，如 12 4 5 就表示 list = {12, 4, 5}

參考資料