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出版者:

作者:Mannens, Kevin

出品人:

页数:549

译者:

出版时间:

价格:386.00 元

装帧:

isbn号码:9781598220667

丛书系列:

图书标签:

• MEL
• Maya
• 3D
• Animation
• VFX
• Production
• Scripting
• Problem Solving
• Troubleshooting
• Professional Development

深入探究现代计算核心：并行计算与高效编程实践 摘要 本书旨在为读者提供一套全面而深入的现代高性能计算（HPC）实践指南，重点关注并行化策略、内存管理优化以及跨平台系统间的协同工作。我们将超越传统的单线程编程范式，聚焦于如何利用多核处理器、GPU加速器以及分布式集群的潜力，以解决当前数据密集型应用面临的性能瓶颈。内容涵盖从底层硬件架构理解到高级软件框架应用的完整链条，致力于将复杂的并行概念转化为可操作的工程实践。读者将学习如何诊断性能瓶颈、选择合适的并行模型（如OpenMP, MPI, CUDA），并掌握设计可扩展、容错的计算解决方案所需的关键技能。本书特别强调性能可移植性、能效优化以及现代编译器和工具链的应用，为致力于构建下一代高性能软件的工程师和研究人员提供坚实的理论基础和丰富的实战经验。 --- 第一部分：高性能计算的基石与硬件认知 第一章：现代计算架构的演变与并行计算的必要性 本章首先回顾了摩尔定律放缓背景下，计算性能提升的主要驱动力如何从提高单核频率转向增加核心数量和引入异构加速器。我们将深入剖析冯·诺依曼架构的限制，并引入并行计算的基本概念，如指令级并行（ILP）、数据级并行（DLP）和任务级并行（TLP）。重点分析通用处理器（CPU）的缓存层次结构（L1/L2/L3）、流水线深度与分支预测机制，以及它们如何直接影响到软件的执行效率。理解这些底层机制是编写高效并行代码的前提。 第二章：内存层次结构与数据局部性优化 内存访问延迟是现代计算中最普遍的性能杀手。本章详尽阐述了 DRAM、共享内存系统、缓存一致性协议（如MESI）的工作原理。我们将讨论“数据局部性”的重要性——时间局部性和空间局部性——并介绍如何通过代码重构、数据结构对齐和循环展开等技术，最大化缓存命中率。此外，还将探讨非统一内存访问（NUMA）架构下的内存分配策略，确保线程或进程能够访问到物理上最近的内存节点，避免跨节点通信带来的显著延迟。 第三章：异构计算的兴起：GPU与专用加速器 本章将目光投向以图形处理器（GPU）为代表的通用并行计算（GPGPU）领域。我们详细解析GPU的SIMT（单指令多线程）执行模型，并将其与CPU的多线程模型进行对比。重点剖析CUDA或OpenCL编程模型的核心概念，如网格（Grid）、块（Block）、线程（Thread）的组织方式，以及全局内存、共享内存、常量内存和寄存器之间的性能差异。通过实例展示如何将串行算法有效地映射到数千个并行核上，实现数量级的速度提升。 --- 第二部分：共享内存并行化策略与编程模型 第四章：OpenMP：实现线程级并行化的实用工具 本章聚焦于基于线程的并行编程，以OpenMP为核心工具。我们将系统地介绍OpenMP的编译时指导（Directives），从最基础的`pragma omp parallel for`到复杂的任务调度。内容包括：如何管理并行区域、处理循环依赖、使用关键区（Critical Section）和原子操作（Atomic Operations）进行同步，以及实现数据共享和私有化。本章还将深入探讨OpenMP 4.x及以上版本中引入的并行区域卸载（Offloading）特性，探讨其在CPU/GPU混合编程中的潜力。 第五章：细粒度同步与竞争条件管理 并行程序正确性的核心在于同步机制的设计。本章详细分析了并发编程中常见的陷阱，如竞态条件（Race Conditions）、死锁（Deadlocks）和活锁（Livelocks）。除了基础的互斥锁（Mutex）和信号量（Semaphore），我们将探讨更高效的无锁（Lock-Free）或低争用（Low-Contention）技术，如屏障（Barriers）、读写锁（RW Locks）以及内存屏障（Memory Fences）的精确使用，以最小化同步开销。 第六章：并行算法设计模式与性能剖析 本章从算法设计层面讨论如何适应并行环境。我们将分析诸如前缀和（Prefix Sum）、并行归约（Parallel Reduction）、并行排序等基础操作的优化实现。重点在于如何设计算法以最大化计算与通信比（Compute-to-Communication Ratio）。同时，我们将介绍使用性能分析工具（如VTune, Callgrind）来识别线程争用点、缓存缺失率和负载不平衡（Load Imbalance），并将分析结果转化为具体的代码优化措施。 --- 第三部分：分布式内存并行化与大规模计算 第七章：MPI：构建大规模分布式计算集群的桥梁 本章全面介绍消息传递接口（MPI）的标准和实践。我们将从MPI的基本概念入手，包括进程创建、通信域的建立，到点对点（Point-to-Point）通信（如Send/Recv，Isend/Irecv）的阻塞与非阻塞模式。随后，重点讲解集合通信（Collective Communications）原语（如Broadcast, Scatter, Gather, Allreduce）在实现数据同步和负载均衡中的关键作用，并讨论如何通过MPI I/O和自定义数据类型来提升跨节点数据传输效率。 第八章：负载均衡与任务分解策略在MPI中的应用 在大规模并行计算中，保持所有计算节点以接近相同的速度完成工作至关重要。本章探讨各种任务分解技术：静态分解（如均匀划分）和动态负载均衡（如基于工作池或分布式队列）。我们将研究如何应用领域分解（Domain Decomposition）和算子分解（Operator Decomposition），并结合MPI的拓扑感知功能，设计出与底层网络架构相匹配的高效通信模式。 第九章：混合并行编程：MPI与OpenMP的协同工作 现实世界的高性能计算往往是混合模型——进程间使用MPI，进程内使用OpenMP或Pthreads。本章是连接共享内存和分布式内存的桥梁。我们将阐述如何合理分配计算资源（例如，每个MPI进程拥有N个线程），并详细讨论在使用混合模型时，如何避免MPI通信与OpenMP线程同步之间可能发生的交叉干扰，实现计算资源的最高效利用。 --- 第四部分：数据流编程与可扩展性进阶 第十章：数据并行框架与领域特定语言的引入 随着并行编程模型的复杂化，抽象层级的提升变得必要。本章介绍一些现代数据并行框架（如TBB, Intel TBB, 或基于C++标准库的并行算法），它们提供了更高层次的抽象，使开发者能专注于数据流而非底层线程管理。我们还将探讨领域特定语言（DSL）在简化特定应用领域（如图形处理或稀疏矩阵计算）并行实现中的作用。 第十一章：容错性与并行程序的持久化 在大规模集群上运行数小时乃至数天的计算任务，故障恢复能力是必需的。本章讨论并行程序的容错机制，包括Checkpointing/Restart技术、数据一致性维护以及如何利用MPI的容错扩展（如CRIU）。重点在于设计“增量式”的检查点策略，以最小化因系统故障导致的工作回滚损失。 第十二章：性能可移植性与未来趋势展望 高性能软件的生命周期要求其能够在不同硬件平台（从桌面多核到超级计算机）上保持合理的性能。本章分析了实现性能可移植性的挑战，并介绍了抽象层、运行时系统以及编译器的优化策略。最后，展望未来计算模型的发展方向，包括池化内存、新型互连网络（如InfiniBand, Slingshot）以及量子计算对传统并行范式可能带来的冲击与融合点。 --- 附录 附录 A: 常用性能分析工具使用指南 附录 B: 关键并行算法的伪代码实现 附录 C: 常见硬件架构指标对照表

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我一直觉得，作为一名专业的特效师，掌握一门脚本语言是必不可少的技能，而MEL作为Maya的原生脚本语言，其重要性不言而喻。然而，很多时候，我们学习MEL的过程就像是在大海捞针，不知道从何下手，也不知道学了之后能用来做什么。我希望《Professional MEL Solutions for Production》这本书能够为我指明方向，提供一条清晰的学习路径。我期待它能够从最基础的MEL语法和概念开始，循序渐进地讲解，但又不会过于冗长和繁琐，而是直击核心，快速地让我们理解MEL在实际工作中的应用价值。我特别想看到书中能够提供大量实际的、可操作的案例，这些案例最好是围绕着影视后期制作中常见的痛点来设计的，比如如何快速生成大量重复性模型，如何批量修改材质属性，如何自动化绑定流程，如何进行大规模场景的灯光和渲染设置管理等等。我非常好奇，书中是否会包含一些能够显著提高工作效率的“黑科技”级别的MEL脚本，例如能够自动生成 LOD 模型，或者能够自动进行 UV 展开和布局的脚本。如果能够提供一些关于如何调试MEL脚本，以及如何编写可维护、可扩展的MEL代码的指导，那将更是锦上添花。

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我是一位热爱学习的CG从业者，对一切能够提升工作效率和解决实际难题的技术都抱有浓厚的兴趣。在《Professional MEL Solutions for Production》这本书中，我最期待的是它能够突破以往许多教程的局限性，真正提供“生产级”的、解决实际问题的MEL脚本解决方案。我希望书中能够深入探讨如何在大型、复杂的项目中，通过MEL脚本来构建高效、健壮的工作流程。这可能包括如何开发一套自定义的工具集，来满足特定的项目需求，例如自动化地生成场景中的植被，或者批量地创建复杂的道具。我更希望书中能够分享一些关于如何进行MEL脚本的调试、优化和维护的技巧，以及如何编写出易于理解、易于扩展的代码，以便于团队协作。我对于书中是否会涉及到一些更高级的MEL应用，比如如何通过MEL脚本来控制摄像机动画，如何实现复杂的粒子系统和动力学模拟的自动化，或者如何将MEL脚本与渲染农场集成，从而实现大规模的渲染任务管理，都充满了好奇。总而言之，我希望这本书能够成为我手中一把能够解决生产难题、提升工作效率的利器。

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作为一名在影视后期制作领域摸爬滚打多年的老兵，我一直在寻找能够真正提升工作效率、解决实际生产难题的工具和方法。市面上关于Maya特效的书籍琳琅满目，但很多都停留在基础理论的讲解，或者是一些零散的技巧分享，很难找到一本能够系统性地、深度地剖析生产流程中MEL脚本应用的书籍。我对于《Professional MEL Solutions for Production》这本书的期待，正是源于它承诺的“生产级解决方案”这个关键词。我设想这本书不会仅仅教你如何写一个简单的MEL命令，而是会深入探讨如何在大型项目中，利用MEL脚本来自动化繁琐的任务，优化工作流程，甚至是开发定制化的工具来满足特定的项目需求。比如，我非常好奇它是否会涉及如何构建一套完整的场景管理系统，通过MEL脚本实现素材的批量导入、导出、命名规范化，以及对场景中模型、材质、动画等元素的统一管理和修改。又或者，在复杂的模拟环节，是否会有关于如何通过MEL脚本来控制粒子发射器、流体缓存、动力学约束等参数，从而实现更精细化的艺术控制，并且能够快速地迭代和测试不同的效果。我更期待的是，书中能够分享一些真实的生产案例，剖析在实际项目中遇到的棘手问题，以及如何利用MEL脚本巧妙地一一化解。这种来自一线生产经验的宝贵分享，远比枯燥的理论讲解更能打动我。

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我是一名数字艺术家，主要负责3D建模和材质贴图。在工作中，我经常会遇到一些重复性极高且耗时的工作，比如批量修改模型属性，统一调整 UV 比例，或者生成大量相似的纹理变体。我一直希望能够找到一种方法来自动化这些繁琐的过程，而MEL脚本无疑是最直接的解决方案。我希望《Professional MEL Solutions for Production》这本书能够提供一些针对我这个领域的具体MEL应用案例。例如，我非常想知道，是否能够通过MEL脚本来实现对模型拓扑的批量修改，或者能够自动化地生成并应用复杂的材质节点网络。在 UV 方面，我期待书中能够讲解如何用MEL脚本来批量展开 UV，并且根据预设的规则来优化 UV 布局，甚至能够实现 UV 的自动烘焙。对于贴图制作，我希望能够学习如何通过MEL脚本来批量处理纹理文件，例如批量重命名、调整分辨率、添加水印等等。如果书中能够包含一些关于如何将MEL脚本与 Substance Painter、Mari 等第三方软件结合使用的示例，那将是我最期待的内容。

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在我的职业生涯中，我曾经多次因为Maya自身功能的局限性，或者因为重复性劳动而浪费大量宝贵的时间。当我听说《Professional MEL Solutions for Production》这本书时，我立刻被它“生产解决方案”的定位所吸引。我脑海中立刻浮现出许多我可以借由MEL脚本来解决的问题。例如，在大型项目的中，如何确保所有艺术家都遵循统一的命名规范，如何自动化地检查场景中的错误，例如缺失纹理、无效节点等等，这些都能够通过MEL脚本来有效地管理。另外，我一直对如何优化Maya的性能非常感兴趣，我希望书中能够提供一些关于如何通过MEL脚本来分析场景性能瓶颈，以及如何编写脚本来优化场景结构，提升渲染速度的解决方案。还有，对于一些复杂的动画或模拟过程，我希望能够通过MEL脚本来创建自定义的控制工具，从而让艺术家们能够更直观、更便捷地进行操作，而不是一味地依赖Maya自带的繁琐界面。我尤其期待书中能够分享一些关于如何将MEL脚本集成到更大型的工作流程中的方法，例如如何与其他软件或系统进行交互，如何构建更强大的自动化管线。

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