協(xié)同顯示系統實(shí)現GIS的超高分辨率顯示

圖3例舉了一個(gè)由四個(gè)從節點(diǎn)顯示終端所組成的超分辨率顯示系統。主節點(diǎn)控制模塊是控制核心，第一步，按照行優(yōu)先，從左到右的順序，為每個(gè)從節點(diǎn)賦予了一個(gè)唯一的編號。

由這個(gè)唯一的編號可以查找到對應的從節點(diǎn)的地址、端口、可用狀態(tài)等，為通信模塊做好通信準備。第二步，要計算出每個(gè)從節點(diǎn)所需顯示的區域的地理范圍。由圖我們可以看出，整個(gè)大視景顯示區域由若干局部區域拼接而成，各從節點(diǎn)的編號決定了它們所要顯示的局部區域。具體實(shí)現是，將主節點(diǎn)的顯示屏幕分割成與從節點(diǎn)顯示矩陣成相似形的若干區塊，每個(gè)屏幕區塊和一個(gè)從節點(diǎn)對應。GIS平臺提供了將屏幕坐標轉化為地理坐標的接口，因此每個(gè)屏幕區塊的地理坐標都可以計算出來(lái)。地理坐標計算出來(lái)之后，由編號值查找對應從節點(diǎn)的地址和端口，并將地理坐標信息傳送給該從節點(diǎn)。到這里，主節點(diǎn)控制模塊將從節點(diǎn)的編號和它所要顯示的內容緊密地結合在了一起。圖3右側是系統顯示的戰場(chǎng)推演圖。

系統通信模塊基于ICE平臺而開(kāi)發(fā)，支持分布式對象通信，主節點(diǎn)端系統通信模塊主要負責：

一、向各個(gè)從節點(diǎn)發(fā)送消息或者數據，包括命令消息、地理坐標信息、圖層數據等，

二、接受從節點(diǎn)返回的確認信息，包括從節點(diǎn)的可用狀態(tài)、同步狀態(tài)等。

從節點(diǎn)一側，同樣包括通信模塊、控制模塊。從節點(diǎn)通信模塊負責接收主節點(diǎn)發(fā)送來(lái)的消息及數據，以及向主節點(diǎn)反饋?lái)憫Y果。從節點(diǎn)控制模塊響應接受到的命令消息，執行相應操作，訪(fǎng)問(wèn)地理信息數據庫，讀取相應的數據進(jìn)行繪制并顯示。

3 系統同步技術(shù)

作為一個(gè)分布式協(xié)同顯示系統，為了能給用戶(hù)呈現邏輯上唯一的、完整的、正確的大視景，各從節點(diǎn)之間的顯示同步顯得尤為重要，因此在實(shí)現過(guò)程中，必須對同步實(shí)施嚴格精準的控制，具體的指令流同步控制邏輯如圖4所示。

由圖可以看出，系統需要同步的操作主要分為三大類(lèi)：繪圖、視圖變更、系統命令。繪圖命令包括繪制和顯示；視圖變更操作包括改變地圖投影類(lèi)型和改變圖層顯示控制；系統命令指少量操作系統消息。這些同步的實(shí)現根據所涉及的層次由低到高劃分為：幀緩存交換同步，數據同步，消息同步。

（1）幀緩存交換同步

圖形顯示卡由兩組幀緩存的支持以達到幀與幀之間平滑的過(guò)渡。其中一組緩存用于畫(huà)面的顯示，而畫(huà)面的繪制則是在另一組緩存上進(jìn)行，當一幅畫(huà)面繪制完成后這兩組幀緩存進(jìn)行交換，新完成繪制的畫(huà)面將被顯示，而下一幅畫(huà)面將被繪制。這么做的目的在于避免發(fā)生在相同的幀緩存上進(jìn)行顯示和繪制的工作所造成的畫(huà)面失真感。

幀緩存交換同步指的是各從節點(diǎn)圖形顯示卡的前后緩沖區交換動(dòng)作的同步性：在二維GIS動(dòng)態(tài)推演和三維GIS中，各從節點(diǎn)的幀繪制時(shí)間互有長(cháng)短，若我們沒(méi)有有效的手段控制各幀繪制完成后幀緩沖交換動(dòng)作的同步進(jìn)行，那么繪制較快的從節點(diǎn)將提前進(jìn)入下一幀的顯示，這就造成了各從節點(diǎn)顯示內容的不一致性。例如，顯示移動(dòng)目標時(shí)，如果其中一個(gè)從節點(diǎn)先進(jìn)行幀緩沖交換而提前進(jìn)入下一幀的顯示，那么大視景顯示矩陣的接縫處就會(huì )產(chǎn)生撕裂感。我們是用軟件實(shí)現幀緩存交換同步的，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行消息傳遞，控制圖形API的SwapBuffers指令同步執行：具體來(lái)說(shuō)是使用網(wǎng)絡(luò )柵障（networkbarrier）功能，各從節點(diǎn)SwapBuffers命令的同步執行由主節點(diǎn)控制，從節點(diǎn)在完成繪制并能夠進(jìn)行幀緩存交換時(shí)將到達同步點(diǎn)，此時(shí)從節點(diǎn)將通知主節點(diǎn)并進(jìn)入等待狀態(tài)；繪制較快的從節點(diǎn)進(jìn)程將被阻塞，直到最后的節點(diǎn)也完成繪制抵達同步點(diǎn)后，主節點(diǎn)向所有從節點(diǎn)發(fā)送繼續執行的命令，各節點(diǎn)才同時(shí)執行SwapBuffers指令，從而達到同時(shí)交換幀緩存的效果。由于同步的手段是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )以軟件方式實(shí)現的，幀緩存交換同步在效果上可能會(huì )受到網(wǎng)絡(luò )延時(shí)影響。

（2）數據同步

數據同步指的是，主節點(diǎn)作為全景操作控制端，導入新的地圖圖層或者添加新的標繪圖形，從節點(diǎn)必須同步導入相同的地圖圖層或者同步畫(huà)上相同的標繪圖形。系統的數據同步是以主節點(diǎn)“推”的方式實(shí)現的，即主節點(diǎn)有新的數據輸入時(shí)，主動(dòng)向所有從節點(diǎn)廣播數據同步消息，如果是主節點(diǎn)導入外部數據，主節點(diǎn)就將外部數據源地址發(fā)送給所有從節點(diǎn)，各從節點(diǎn)自行從該數據源中取相應數據；如果是主節點(diǎn)自行添加標繪數據，主節點(diǎn)就向所有從節點(diǎn)發(fā)送一份該標繪層的數據。

（3）消息同步

此處的消息包括GIS平臺定義的消息以及少量操作系統消息。比如，地圖投影坐標系的改變、圖層顯示控制的改變、窗口大小的改變等等。主節點(diǎn)一旦截獲這些來(lái)自平臺或者操作系統的消息，就立即通知所有從節點(diǎn)，從節點(diǎn)根據收到的消息作同步響應動(dòng)作。

4 結語(yǔ)

目前該系統已經(jīng)應用于某軍區的GIS作戰綜合應用系統，獲得良好的表現。超高分辨率大視景顯示系統為GIS應用提供一種多通道并行協(xié)同圖形輸出，實(shí)現超高分辨率顯示的方法，適用于軍事指揮調度、交通路況分析、搶險救災分析、電網(wǎng)鋪設分析、國土資源調查等大型GIS應用場(chǎng)景。