# 2017q1 Homework1(raytracing)

contributed by<`yanang`>
###### tags: `yanang`
>進度落後請加緊腳步!
>[name=課程助教][color=red]

### Reviewed by stanleytazi
+ 可以 Loop unrolling 記得還有其他的 math toolkit，可以對那些做更改再做比較
+ 這邊捨去 double dp 的目的是什麼呢？ 不捨去的效能會比較差嗎？
+ 看不太懂 Pthread 那邊由 malloc 改成 array 宣告的差別
+ git commit 可以再多加一些描述來符合 "**Use the body to explain what and why vs. how**"
## 初步測試
* $ ./raytracing

# Rendering scene
Done!
Execution time of raytracing() : 2.817711 sec

* $ convert out.ppm out.png
* $ make clean 後重新 $ make PROFILE=1

# Rendering scene
Done!
Execution time of raytracing() : 5.906013 sec

* $ grof ./raytracing | less

Each sample counts as 0.01 seconds.
  %   cumulative   self              self     total           
 time   seconds   seconds    calls   s/call   s/call  name    
 24.71      0.60     0.60 56956357     0.00     0.00  subtract_vector
 21.00      1.11     0.51 69646433     0.00     0.00  dot_product
  9.47      1.34     0.23 31410180     0.00     0.00  multiply_vector
  8.24      1.54     0.20 17836094     0.00     0.00  add_vector
  7.41      1.72     0.18 13861875     0.00     0.00  rayRectangularIntersection
  5.76      1.86     0.14 13861875     0.00     0.00  raySphereIntersection
  4.94      1.98     0.12 10598450     0.00     0.00  normalize

## loop unrolling
* 針對 dot_product() 將 loop 展開，同時捨去 double dp 。

double dot_product(const double *v1, const double *v2)
{
    return (v1[0] * v2[0] + v1[1] * v2[1] + v1[2] * v2[2]);
}

* $ ./rayracing

# Rendering scene
Done!
Execution time of raytracing() : 2.384672 sec sec

## POSIX Thread
* 參閱了 [去年的共筆](https://embedded2016.hackpad.com/ep/pad/static/f5CCUGMQ4Kp) 當中 POSIX Thread 這段，將 raytracing() 做 thread 以達到將一張圖切分成數份去做繪製。
* 稍微有點忘記 pthread 的用法，跟 data 的傳輸。
參考 [POSIX執行緒](https://zh.wikipedia.org/wiki/POSIX%E7%BA%BF%E7%A8%8B) 和 [pthread_data](http://stackoverflow.com/questions/1352749/multiple-arguments-to-function-called-by-pthread-create)

typedef struct __PARAMETER{
    uint8_t *pixels;
    rectangular_node rectangulars;
    sphere_node spheres;
    light_node lights;
    const viewpoint *view;
    int width_start;
    int width;
    int height_start;
    int height;
} para;

* 因為 pthread 資料庫不是 Linux 系統默認的資料庫，連接時需要使用靜態庫 libpthread.a

CC ?= gcc
CFLAGS = \
        -std=gnu99 -Wall -O0 -g
LDFLAGS = \
        -lm -lpthread

* 一開始只使用一個 struct para *ptr 去處理所有資料，忘了 pointer 特性，所以畫出來的圖總是缺角，原先一直以為某一小段寫錯了，最後才想起。

para *ptr = malloc(sizeof(para));
ptr->pixels = pixels;
ptr->rectangulars = rectangulars;
...
pthread_create(&pid0, NULL, raytracing, (void *)ptr);

* 後改用宣告為矩陣

para ptr[4];
ptr[0].pixels = pixels;
ptr[0].rectangulars = rectangulars;
...
pthread_create(&pid0, NULL, raytracing, (void *)&ptr[0]);

* raytracing() 運算當中的 width 和 height 指的是邊界(512)，而非輸入的最大 width 和 height ，未修改結果
* 修改後測試 (回復正常的圖)

* $ ./rayracing

# Rendering scene
Done!
Execution time of raytracing() : 0.963422 sec

* 總比較圖：

## -O0 -Ofast
* 記得在 [作業解說](https://www.youtube.com/watch?v=m1RmfOfSwno) 裡有提到，若要得到最佳效能能使用 -Ofast ，所以想說再新增 thread 後再使用一次。
* 完全未修改的程式碼使用 -Ofast

# Rendering scene
Done!
Execution time of raytracing() : 0.806448 sec

* 增加 loop unrolling 後使用 -Ofast

# Rendering scene
Done!
Execution time of raytracing() : 0.654491 sec

* 增加 thread 後使用 -Ofast

# Rendering scene
Done!
Execution time of raytracing() : 0.272825 sec