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基于PVM的并行地形绘制研究

杨沛  
【摘要】: 近年来,随着计算机图形学、科学计算可视化、遥感技术、计算机视觉等相关学科的发展,利用航空航天摄影测量获取的地形数据,生成具有高度细节层次的三维地形已经十分普遍。地形的实时绘制和可视化是计算机图形学、虚拟现实、地理信息系统等技术研究的关键问题。目前,许多专业图形工作站可以对上万个三角形进行实时绘制,但是地形数据异常庞大,超过了单个图形工作站的绘制能力。因此,并行绘制技术成为处理超大规模数据绘制的突破点。特别是基于PC集群的并行图形绘制,具有高性价比、使用灵活、扩展性好的特点,成为并行绘制的研究热点。 本文设计并实现了基于PVM的并行地形绘制框架。系统运行在PC集群之上,使用保留模式的sort-first并行绘制体系结构绘制地形,并对绘制结果进行多通道输出。PC集群中各个节点用高速的以太网互联,利用驻留在每个节点上的PVMD(PVM守护进程),进行任务的控制和消息的传递。利用PVM的接口库进行消息发送和接收、绘制任务的创建、绘制任务同步等。主要工作: (1)介绍PVM原理和搭建并行环境,PVM采用消息传递方式编写程序。在基于PVM的并行环境中,每个节点必须安装PVM系统,在运行时要确保网络畅通。本文详细介绍了并行环境创建的整个过程,对配置过程中出现的问题进行了总结。 (2)研究国内外地形绘制的经典算法:采用二叉树或者四叉树的存储机制,采用自底向上或者自顶向下的细节模型简化和视点相关的模型策略,基于规则格网的绘制比基于三角格网的绘制应用更广泛。总结了众多学者对经典算法的改进方法,目前较为适合并行特性的地形绘制算法是ROAM算法。ROAM算法优点:易分块绘制,数据结构简单,访问结点容易,自动消除裂缝。缺点:强制分裂导致三角形数目急剧增加,耗费内存,降低绘制性能。 针对上述两个方面,将ROAM串行算法并行化,具体改进如下: (3)将数据分块后使用ROAM算法绘制。ROAM算法易分块的特性,使其将数据分块后,仍然可以采用ROAM算法绘制,不产生裂缝。 (4)控制二叉树的分裂深度。通过屏幕误差控制和视点的位置来控制二叉树的分裂深度。 为了减轻网络的传输负担,文章提出了数据本地化的方法,在每个节点上保存完整的灰度图数据。在传输过程中,只需传送需要绘制的文件的起始位置和终止位置,大大减轻了网络传输负担。且在Master/Slave的编程模式下,通过Master主机控制其它Slave主机。从而实现了简单的同步控制操作。


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