協(xié)同顯示系統(tǒng)實現(xiàn)GIS的超高分辨率顯示

1 引言

地理信息系統(tǒng)（GeographicInformatiONSySTem,簡稱GIS）是在地理學、地圖學、測量學和計算機科學等學科基礎上發(fā)展起來的一門學科，在最近的30多年內(nèi)取得了驚人的發(fā)展，廣泛應用于資源調(diào)查、環(huán)境評估、災害預測、國土管理、城市規(guī)劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設施管理、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計、商業(yè)金融等幾乎所有領域。

隨著GIS應用越來越普及，所處理的地理數(shù)據(jù)覆蓋范圍越來越廣，精細度也越來越高，單個PC機的顯示設備在顯示如此廣而細的數(shù)據(jù)時越來越吃力，地圖內(nèi)容的廣度和細度不能同時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(xiàn)實意義。

基于PC集群系統(tǒng)的并行協(xié)同顯示是解決上述矛盾的一個十分經(jīng)濟而有效的途徑。采用多個顯示設備拼接來顯示地圖使得顯示區(qū)域增大為相應的倍數(shù)，而顯示比例尺不變；各個顯示設備由單獨的計算機進行驅(qū)動，計算任務的分擔使得顯示速度也大大提高。與傳統(tǒng)的大型圖形工作站相比，PC集群機有如下優(yōu)勢：

（1）高性價比：價格是同等處理能力專業(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(jié)點數(shù)增加而線性增加，增刪節(jié)點方便；

（3）升級方便：可隨時采用當前最先進的PC配件進行升級。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及原理

2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用主/從模式設計，由一個GIS平臺自帶的綜合應用程序作為全景操作控制端，確定地圖顯示的實際范圍，另外由多個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(jié)顯示出來。網(wǎng)絡架構(gòu)如圖1。

全景操作控制端與分布式集群顯示輸出端通過局域網(wǎng)進行連接，全景處理端的GIS程序在操作過程中，將當前屏幕的信息（地理位置、顯示范圍）按塊劃分后，同時分發(fā)給顯示矩陣中對應的各個從機，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(jù)比例尺關(guān)系按照最合適的縮放級別重新進行顯示。

2.2 系統(tǒng)原理

從系統(tǒng)的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)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(jié)信息。如何達到與物理顯示矩陣的分辨率一致的細節(jié)顯示率、實現(xiàn)真正的超分辨率顯示，就要通過軟件系統(tǒng)來控制。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

系統(tǒng)包括主節(jié)點和從節(jié)點兩個部分，并且它們之間采用TCP或UDP協(xié)議進行消息的傳遞。

通過GIS平臺提供的開發(fā)接口創(chuàng)建一個超分辨率顯示組件，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(jié)點。主節(jié)點的超分辨率顯示組件包括兩個模塊：主節(jié)點控制模塊、系統(tǒng)通信模塊?；贕IS平臺提供的開發(fā)接口，創(chuàng)建一個完全基于網(wǎng)絡消息驅(qū)動的顯示程序，該程序不提供任何直接與用戶交互的功能，作為顯示輸出端，即從節(jié)點。從節(jié)點與主節(jié)點對應，包括：從節(jié)點控制模塊，系統(tǒng)通信模塊。用戶交互界面是指主節(jié)點GIS綜合應用程序的用戶界面。

那么整個大視景系統(tǒng)是如何工作的呢？