基于可伸縮立體顯示墻的可視計算環(huán)境構建.pdf

1、現代大規(guī)?？茖W計算的參數多、精度高、尺度大，普通的顯示手段很難展現其計算的全景。使用先進的顯示設備構建新型的可視科學計算環(huán)境來協助科學家對科學計算進行有效的駕馭、分析和理解，是當前計算機領域和計算科學領域的一個研究熱點。 在眾多顯示手段中，顯示墻由于能達到超高分辨率和超大顯示面積而備受青睞。傳統(tǒng)的顯示墻使用緊耦合的圖形流水線驅動高端投影儀拼接實現，由于所用的軟硬件都由專業(yè)公司整體生產，構建成本高，構建后軟硬件的升級、變更、維護和

2、擴展都比較困難，實用性較差，只有少量政府科研機構有能力構建和使用。 隨著計算機硬件技術的飛速發(fā)展，使用通用的低端硬件來構建顯示墻逐漸成為可能。本文研究了完全使用通用硬件來構建低成本、可伸縮立體顯示墻的方法，并基于此構建了一個面向多學科模擬的可視計算環(huán)境。這種立體顯示墻使用微機集群驅動一組普通中低檔投影儀構成。投影儀陣列中每兩個投影儀形成一個立體投影對，投影到屏幕上的同一區(qū)域，實現被動立體。投影儀位置不需要物理上精確定位，通過計算

3、機視覺的方法實現投影圖像幾何和色彩上的無縫拼接。由于完全使用標準硬件，構建的方法和支撐軟件都有良好的可伸縮性，所以用戶可以根據需要非常迅速地搭建多種分辨率和顯示尺寸的顯示墻。 本文研究的重點包括： 1、系統(tǒng)研究了立體顯示墻的構建方法，包括其系統(tǒng)構架、硬件選擇、幾何校正、顏色校正、立體實現、軟件平臺等各個方面。其中有特點的工作包括： 提出了兩次投影、在線消除投影儀非線性因素的幾何校正算法。該方法簡化了幾何校正過程，

4、并提高了校正精度。 ■提出了利用雙通道顯卡，將校正算法透明地應用到顯示墻系統(tǒng)中的集成方法。該方法在后臺運行，不影響前臺程序的正常運行，并且利用了顯卡硬件的計算能力，校正速度較高。 2、研究了驅動立體顯示墻的并行繪制方法。分析了各種并行繪制方法的特點，指出sort-first方法是最合適當前集群硬件條件的并行繪制方法。研究了提高sort-first并行繪制效率的方法，主要包括： ■提出和實現了流緩沖和動態(tài)列表構建。

5、由于幀間具有相似性，將指令緩沖可以降低帶寬負載，進一步將緩沖的指令編譯為動態(tài)顯示列表則可以提高指令執(zhí)行效率。 ■提出了基于Hilbert曲線的靜態(tài)負載平衡方法。利用Hilber曲線在空間上良好的解聚集特點，能在多數情況下提高負載平衡率，能在較低分辨率下提高繪制速度?！鎏岢隽嘶诘确志W格快速分組的動態(tài)負載平衡方法。該方法是一種近似的離散對象調度方法，綜合考慮了幾何對象邊界覆蓋和像素傳輸耗時，能在幾何對象數目較少時實現繪制加速。

6、 3、設計和實現了問題求解環(huán)境EEMAS的主要部分。EEMAS與立體顯示墻一起組成了一個可視的科學計算環(huán)境，用于支撐多學科的大規(guī)?？茖W計算。主要工作包括： ■使用黑板框架設計和實現了EEMAS的主體框架，各個功能模塊以可插拔的方式動態(tài)組合，協同解決多學科問題。 ■集成了許多有用模塊，特別是基于偏微分方程應用類的支撐工具。開發(fā)了幾何建模前處理模塊，并改造了ParaView可視化模塊。 ■驗證了EEMAS在立體顯