基于可伸縮立體顯示墻的可視計算環(huán)境構(gòu)建.pdf

1、現(xiàn)代大規(guī)?？茖W(xué)計算的參數(shù)多、精度高、尺度大，普通的顯示手段很難展現(xiàn)其計算的全景。使用先進(jìn)的顯示設(shè)備構(gòu)建新型的可視科學(xué)計算環(huán)境來協(xié)助科學(xué)家對科學(xué)計算進(jìn)行有效的駕馭、分析和理解，是當(dāng)前計算機領(lǐng)域和計算科學(xué)領(lǐng)域的一個研究熱點。 在眾多顯示手段中，顯示墻由于能達(dá)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(qū)動高端投影儀拼接實現(xiàn)，由于所用的軟硬件都由專業(yè)公司整體生產(chǎn)，構(gòu)建成本高，構(gòu)建后軟硬件的升級、變更、維護(hù)和

2、擴(kuò)展都比較困難，實用性較差，只有少量政府科研機構(gòu)有能力構(gòu)建和使用。 隨著計算機硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，使用通用的低端硬件來構(gòu)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(gòu)建低成本、可伸縮立體顯示墻的方法，并基于此構(gòu)建了一個面向多學(xué)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(qū)動一組普通中低檔投影儀構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)投影圖像幾何和色彩上的無縫拼接。由于完全使用標(biāo)準(zhǔn)硬件，構(gòu)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(jù)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(gòu)建方法，包括其系統(tǒng)構(gòu)架、硬件選擇、幾何校正、顏色校正、立體實現(xiàn)、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(yīng)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(qū)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(dāng)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(xiàn)了流緩沖和動態(tài)列表構(gòu)建。

5、由于幀間具有相似性，將指令緩沖可以降低帶寬負(fù)載，進(jìn)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(fù)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(shù)情況下提高負(fù)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(wǎng)格快速分組的動態(tài)負(fù)載平衡方法。該方法是一種近似的離散對象調(diào)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(shù)目較少時實現(xiàn)繪制加速。

6、 3、設(shè)計和實現(xiàn)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(xué)計算環(huán)境，用于支撐多學(xué)科的大規(guī)模科學(xué)計算。主要工作包括： ■使用黑板框架設(shè)計和實現(xiàn)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(xié)同解決多學(xué)科問題。 ■集成了許多有用模塊，特別是基于偏微分方程應(yīng)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