協(xié)同顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)GIS的超高分辨率顯示

圖3例舉了一個(gè)由四個(gè)從節(jié)點(diǎn)顯示終端所組成的超分辨率顯示系統(tǒng)。主節(jié)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(jié)點(diǎn)賦予了一個(gè)唯一的編號(hào)。

由這個(gè)唯一的編號(hào)可以查找到對(duì)應(yīng)的從節(jié)點(diǎn)的地址、端口、可用狀態(tài)等，為通信模塊做好通信準(zhǔn)備。第二步，要計(jì)算出每個(gè)從節(jié)點(diǎn)所需顯示的區(qū)域的地理范圍。由圖我們可以看出，整個(gè)大視景顯示區(qū)域由若干局部區(qū)域拼接而成，各從節(jié)點(diǎn)的編號(hào)決定了它們所要顯示的局部區(qū)域。具體實(shí)現(xiàn)是，將主節(jié)點(diǎn)的顯示屏幕分割成與從節(jié)點(diǎn)顯示矩陣成相似形的若干區(qū)塊，每個(gè)屏幕區(qū)塊和一個(gè)從節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。GIS平臺(tái)提供了將屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)的接口，因此每個(gè)屏幕區(qū)塊的地理坐標(biāo)都可以計(jì)算出來(lái)。地理坐標(biāo)計(jì)算出來(lái)之后，由編號(hào)值查找對(duì)應(yīng)從節(jié)點(diǎn)的地址和端口，并將地理坐標(biāo)信息傳送給該從節(jié)點(diǎn)。到這里，主節(jié)點(diǎn)控制模塊將從節(jié)點(diǎn)的編號(hào)和它所要顯示的內(nèi)容緊密地結(jié)合在了一起。圖3右側(cè)是系統(tǒng)顯示的戰(zhàn)場(chǎng)推演圖。

系統(tǒng)通信模塊基于ICE平臺(tái)而開發(fā)，支持分布式對(duì)象通信，主節(jié)點(diǎn)端系統(tǒng)通信模塊主要負(fù)責(zé)：

一、向各個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息或者數(shù)據(jù)，包括命令消息、地理坐標(biāo)信息、圖層數(shù)據(jù)等，

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

從節(jié)點(diǎn)一側(cè)，同樣包括通信模塊、控制模塊。從節(jié)點(diǎn)通信模塊負(fù)責(zé)接收主節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的消息及數(shù)據(jù)，以及向主節(jié)點(diǎn)反饋?lái)憫?yīng)結(jié)果。從節(jié)點(diǎn)控制模塊響應(yīng)接受到的命令消息，執(zhí)行相應(yīng)操作，訪問(wèn)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制并顯示。

3 系統(tǒng)同步技術(shù)

作為一個(gè)分布式協(xié)同顯示系統(tǒng)，為了能給用戶呈現(xiàn)邏輯上唯一的、完整的、正確的大視景，各從節(jié)點(diǎn)之間的顯示同步顯得尤為重要，因此在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，必須對(duì)同步實(shí)施嚴(yán)格精準(zhǔn)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(tǒng)需要同步的操作主要分為三大類：繪圖、視圖變更、系統(tǒng)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型和改變圖層顯示控制；系統(tǒng)命令指少量操作系統(tǒng)消息。這些同步的實(shí)現(xiàn)根據(jù)所涉及的層次由低到高劃分為：幀緩存交換同步，數(shù)據(jù)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(dá)到幀與幀之間平滑的過(guò)渡。其中一組緩存用于畫面的顯示，而畫面的繪制則是在另一組緩存上進(jìn)行，當(dāng)一幅畫面繪制完成后這兩組幀緩存進(jìn)行交換，新完成繪制的畫面將被顯示，而下一幅畫面將被繪制。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面失真感。

幀緩存交換同步指的是各從節(jié)點(diǎn)圖形顯示卡的前后緩沖區(qū)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(jié)點(diǎn)的幀繪制時(shí)間互有長(zhǎng)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(jié)點(diǎn)將提前進(jìn)入下一幀的顯示，這就造成了各從節(jié)點(diǎn)顯示內(nèi)容的不一致性。例如，顯示移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，如果其中一個(gè)從節(jié)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(xiàn)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(zhí)行：具體來(lái)說(shuō)是使用網(wǎng)絡(luò)柵障（networkbarrier）功能，各從節(jié)點(diǎn)SwapBuffers命令的同步執(zhí)行由主節(jié)點(diǎn)控制，從節(jié)點(diǎn)在完成繪制并能夠進(jìn)行幀緩存交換時(shí)將到達(dá)同步點(diǎn)，此時(shí)從節(jié)點(diǎn)將通知主節(jié)點(diǎn)并進(jìn)入等待狀態(tài)；繪制較快的從節(jié)點(diǎn)進(jìn)程將被阻塞，直到最后的節(jié)點(diǎn)也完成繪制抵達(dá)同步點(diǎn)后，主節(jié)點(diǎn)向所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)送繼續(xù)執(zhí)行的命令，各節(jié)點(diǎn)才同時(shí)執(zhí)行SwapBuffers指令，從而達(dá)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(xiàn)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(shù)據(jù)同步

數(shù)據(jù)同步指的是，主節(jié)點(diǎn)作為全景操作控制端，導(dǎo)入新的地圖圖層或者添加新的標(biāo)繪圖形，從節(jié)點(diǎn)必須同步導(dǎo)入相同的地圖圖層或者同步畫上相同的標(biāo)繪圖形。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步是以主節(jié)點(diǎn)“推”的方式實(shí)現(xiàn)的，即主節(jié)點(diǎn)有新的數(shù)據(jù)輸入時(shí)，主動(dòng)向所有從節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)同步消息，如果是主節(jié)點(diǎn)導(dǎo)入外部數(shù)據(jù)，主節(jié)點(diǎn)就將外部數(shù)據(jù)源地址發(fā)送給所有從節(jié)點(diǎn)，各從節(jié)點(diǎn)自行從該數(shù)據(jù)源中取相應(yīng)數(shù)據(jù)；如果是主節(jié)點(diǎn)自行添加標(biāo)繪數(shù)據(jù)，主節(jié)點(diǎn)就向所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)送一份該標(biāo)繪層的數(shù)據(jù)。

（3）消息同步

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

4 結(jié)語(yǔ)

目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于某軍區(qū)的GIS作戰(zhàn)綜合應(yīng)用系統(tǒng)，獲得良好的表現(xiàn)。超高分辨率大視景顯示系統(tǒng)為GIS應(yīng)用提供一種多通道并行協(xié)同圖形輸出，實(shí)現(xiàn)超高分辨率顯示的方法，適用于軍事指揮調(diào)度、交通路況分析、搶險(xiǎn)救災(zāi)分析、電網(wǎng)鋪設(shè)分析、國(guó)土資源調(diào)查等大型GIS應(yīng)用場(chǎng)景。