Реализация простого Z-буфера в CUDA

Question

У меня есть трехмерное облако точек, и я проецирую пиксели на плоскость изображения. Поскольку некоторые 3D-точки отображаются на один и тот же пиксель, я хочу, чтобы для моей камеры использовался только пиксель с самым низким значением Z. Я использую Z-буфер - массив с плавающей точкой - чтобы отслеживать значения глубины. Вот некоторый псевдокод:

// Initialize z-Buffer with max depth (99999.9f)
// Go through every point of point cloud...
// Project Point (x,y,z) to image plane (u,v) 
int newIndex = v*imgWidth+u;
float oldDepth = zbuffer[newIndex];

if (z < oldDepth){
  zbuffer[newIndex] = z; // put z value in buffer
  outputImg[newIndex] = pointColor[i]; // put pixel in resulting image
}

У меня есть отлично работающая одноядерная версия процессора.

Версия cuda выглядит отлично и очень быстро, но только области, где z-тест играет роль, очень "полосатые", что означает, что некоторые точки фона перезаписывают пиксели переднего плана, я думаю. Кроме того, когда я смотрю на цветное изображение, я вижу случайные цветные полосы с цветами, которых нет на изображении.

Версия CUDA выглядит примерно так:

//Initialize, kernel, project, new coordinates...

const float oldDepth = outputDepth[v * outputMaxWidth + u];

if (z < oldDepth){
  outputDepth[v * outputMaxWidth + u] = z;
  const int inputColorIndex = yIndex * inputImageStep + 3*xIndex;
  const int outputColorIndex = yIndex * outputImageStep + 3*xIndex;
  outputImage[outputColorIndex] = inputImage[inputColorIndex]; //B
  outputImage[outputColorIndex + 1] = inputImage[inputColorIndex + 1]; //G
  outputImage[outputColorIndex + 2] = inputImage[inputColorIndex + 2]; //R
}

Я думаю, что параллелизм является проблемой здесь. Один поток может записать ближайшее Z-значение этого пикселя в Z-буфер, но в то же время другой поток считывает старое значение и перезаписывает правильное значение.

Как я могу предотвратить это в CUDA?

Edit1: Уменьшение размера блока с (16,16) до (1,1) приведет к менее полосатым узорам, но это будет выглядеть как дыры в 1 пиксель.

Edit2: вот минимальный пример:

#include "cuda_runtime.h"
#include "device_launch_parameters.h"

#include <stdio.h>

cudaError_t insertToZBuffer(int *z, const int *a, unsigned int size);

__global__ void zbufferKernel(int *z, const int *a)
{
    int i = threadIdx.x;
    if (a[i] < z[0]){
        z[0] = a[i]; //  all mapped to pixel index 0        
    }    
}

int main(){
    for (int i = 0; i < 20; ++i){
        const int arraySize = 5;
        const int a[arraySize] = { 1, 7, 3, 40, 5 }; // some depth values which get mapped all to index 0
        int z[arraySize] = { 999 }; // large depth value

        insertToZBuffer(z, a, arraySize);

        printf("{%d,%d,%d,%d,%d}\n", z[0], z[1], z[2], z[3], z[4]);
        cudaDeviceReset();

    }   
    return 0;
}

cudaError_t insertToZBuffer(int *z, const int *a, unsigned int size){
    int *dev_a = 0;
    int *dev_z = 0;
    cudaError_t cudaStatus;
    cudaStatus = cudaSetDevice(0);
    cudaStatus = cudaMalloc((void**)&dev_z, size * sizeof(int));
    cudaStatus = cudaMalloc((void**)&dev_a, size * sizeof(int));
    cudaStatus = cudaMemcpy(dev_a, a, size * sizeof(int), cudaMemcpyHostToDevice);
    cudaStatus = cudaMemcpy(dev_z, z, size * sizeof(int), cudaMemcpyHostToDevice);
    zbufferKernel<<<1, size >>>(dev_z, dev_a);
    cudaStatus = cudaGetLastError();
    cudaStatus = cudaDeviceSynchronize();   
    cudaStatus = cudaMemcpy(z, dev_z, size * sizeof(int), cudaMemcpyDeviceToHost);

    cudaFree(dev_z);
    cudaFree(dev_a);

    return cudaStatus;
}

Значение от z в индексе 0 должно быть 1, потому что это самое низкое значение, но это 5, что является последним значением a.

Answer 1

Вот как я решил это благодаря комментариям:

Я использовал atomicCAS (приведение чисел к целым числам) для записи в мой z-буфер, если он имеет меньшее значение z. Когда текущий поток имеет большее значение z, я просто возвращаюсь. В конце я синхронизирую все остальные потоки (__syncthreads()), которые записали в буфер, и проверяю, было ли их значение z последним. Если это действительно так, я записываю цвет точки в значение моего пикселя в этой позиции.

Редактировать: я должен был использовать только AtomicMin...