協(xié)同顯示系統實(shí)現GIS的超高分辨率顯示

1 引言

地理信息系統（GeographicInformatiONSySTem,簡(jiǎn)稱(chēng)GIS）是在地理學(xué)、地圖學(xué)、測量學(xué)和計算機科學(xué)等學(xué)科基礎上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)學(xué)科，在最近的30多年內取得了驚人的發(fā)展，廣泛應用于資源調查、環(huán)境評估、災害預測、國土管理、城市規劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設施管理、農林牧業(yè)、統計、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。

隨著(zhù)GIS應用越來(lái)越普及，所處理的地理數據覆蓋范圍越來(lái)越廣，精細度也越來(lái)越高，單個(gè)PC機的顯示設備在顯示如此廣而細的數據時(shí)越來(lái)越吃力，地圖內容的廣度和細度不能同時(shí)顯示的矛盾愈加明顯。因此，GIS應用中超高分辨率顯示的研究就很有現實(shí)意義。

基于PC集群系統的并行協(xié)同顯示是解決上述矛盾的一個(gè)十分經(jīng)濟而有效的途徑。采用多個(gè)顯示設備拼接來(lái)顯示地圖使得顯示區域增大為相應的倍數，而顯示比例尺不變；各個(gè)顯示設備由單獨的計算機進(jìn)行驅動(dòng)，計算任務(wù)的分擔使得顯示速度也大大提高。與傳統的大型圖形工作站相比，PC集群機有如下優(yōu)勢：

（1）高性?xún)r(jià)比：價(jià)格是同等處理能力專(zhuān)業(yè)圖形工作站的十分之一；

（2）擴展性好：理論上，顯示分辨率隨集群節點(diǎn)數增加而線(xiàn)性增加，增刪節點(diǎn)方便；

（3）升級方便：可隨時(shí)采用當前最先進(jìn)的PC配件進(jìn)行升級。

2 系統體系結構及原理

2.1 系統體系結構

系統采用主/從模式設計，由一個(gè)GIS平臺自帶的綜合應用程序作為全景操作控制端，確定地圖顯示的實(shí)際范圍，另外由多個(gè)GIS應用集群機組成顯示輸出端，各顯示輸出端的外接顯示設備拼接成超分辨率顯示矩陣，將全景操作控制端的地圖范圍以更多的細節顯示出來(lái)。網(wǎng)絡(luò )架構如圖1。

全景操作控制端與分布式集群顯示輸出端通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行連接，全景處理端的GIS程序在操作過(guò)程中，將當前屏幕的信息（地理位置、顯示范圍）按塊劃分后，同時(shí)分發(fā)給顯示矩陣中對應的各個(gè)從機，各從機將得到的位置、范圍信息與自身的顯示分辨率相比較，計算出相應的比例尺關(guān)系，根據比例尺關(guān)系按照最合適的縮放級別重新進(jìn)行顯示。

2.2 系統原理

從系統的網(wǎng)絡(luò )體系結構可以看出，物理的超分辨率顯示矩陣雖然搭建好，硬件的超分辨率不一定能被充分利用，從而顯示更多的細節信息。如何達到與物理顯示矩陣的分辨率一致的細節顯示率、實(shí)現真正的超分辨率顯示，就要通過(guò)軟件系統來(lái)控制。軟件系統結構如圖2。

系統包括主節點(diǎn)和從節點(diǎn)兩個(gè)部分，并且它們之間采用TCP或UDP協(xié)議進(jìn)行消息的傳遞。

通過(guò)GIS平臺提供的開(kāi)發(fā)接口創(chuàng )建一個(gè)超分辨率顯示組件，將帶有該組件的GIS綜合應用程序作為全景操作控制端，即主節點(diǎn)。主節點(diǎn)的超分辨率顯示組件包括兩個(gè)模塊：主節點(diǎn)控制模塊、系統通信模塊?；贕IS平臺提供的開(kāi)發(fā)接口，創(chuàng )建一個(gè)完全基于網(wǎng)絡(luò )消息驅動(dòng)的顯示程序，該程序不提供任何直接與用戶(hù)交互的功能，作為顯示輸出端，即從節點(diǎn)。從節點(diǎn)與主節點(diǎn)對應，包括：從節點(diǎn)控制模塊，系統通信模塊。用戶(hù)交互界面是指主節點(diǎn)GIS綜合應用程序的用戶(hù)界面。

那么整個(gè)大視景系統是如何工作的呢？