多機分布協(xié)同三維視景實時生成技術及其應用.pdf

1、隨著社會的進步和科技的發(fā)展，多通道三維視景實時生成技術已經(jīng)被廣泛地應用到航天、軍事、通信、醫(yī)療、教育、娛樂、圖形、建筑和商業(yè)等各個領域。由于三維視景實時生成的計算量和渲染量很大，對硬件的要求很高，大多數(shù)實用的多通道實時三維視景生成系統(tǒng)都是使用專用硬件，成本高，推廣困難。為了降低成本，使得多通道實時三維視景生成系統(tǒng)可以更好地推廣到各個應用領域，迫切需要研究一種使用低成本硬件平臺的多通道三維視景實時生成技術，在這種背景下，隨著硬件技術的發(fā)展

2、，基于多微機分布協(xié)同技術的多通道三維視景實時生成技術逐漸成為當前人們研究的重點。由于多通道三維視景實時生成在許多領域具有廣泛的應用，將其由專用硬件平臺向通用微機平臺發(fā)展具有十分重要的實用意義。 本文首先構建了一個多機分布協(xié)同的三維視景實時生成系統(tǒng)平臺，并解決了多機分布協(xié)同實時三維渲染同步的技術難題。 在此基礎上，本文結合作者參與的兩個重大項目：360度機場塔臺視景模擬機和全國空中態(tài)勢實時顯示系統(tǒng)，重點研究了多機分布協(xié)同三

3、維視景實時生成技術在虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)以及高分辨率大屏幕顯示系統(tǒng)中的應用。 360度機場塔臺視景模擬機是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)VROTS（virtual Realitv Operation Training Simulator，虛擬現(xiàn)實操作訓練仿真器）在民航和軍航空中交通管制指揮中的應用，本文對空中交通管制仿真系統(tǒng)中得關鍵技術進行了研究，重點研究了此類仿真系統(tǒng)得仿真模型，為今后VROTS在其他領域中的應用探索出了一條可行的道路，具有一定的理

4、論和實際意義。 全國空中態(tài)勢實時顯示系統(tǒng)是我軍整體監(jiān)視我國領空的迫切需要，本文對其中的關鍵技術，包括巨量紋理的三維大地形實時漫游技術進行了深入研究，并在我軍全國空管指揮中心具體實現(xiàn)，投入戰(zhàn)備值班。本文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點主要包括： ● 基于多機分布協(xié)同技術的三維視景實時生成系統(tǒng)體系結構 基于多機分布協(xié)同技術的三維視景實時生成系統(tǒng)通常是由多臺微機構成的，整個系統(tǒng)是以網(wǎng)絡為基礎進行構架的，多臺微機之間通過網(wǎng)絡進行信息

5、的交換，對網(wǎng)絡在功能和性能上有很高的要求：如具備較好的實時性，可以實時的收發(fā)數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)進行實時的處理與響應；能夠較為迅速地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡連接地各種異常，并對各種異常作出實時處理，使網(wǎng)絡異常對整個系統(tǒng)地影響降到最低；本文建立了一個基于C/S風格的基于多機分布協(xié)同技術的三維視景實時生成系統(tǒng)的軟件體系結構，并重點對支撐此結構的網(wǎng)絡框架進行了介紹。 ● 多機分布協(xié)同實時渲染環(huán)境下的多機同步 多微機協(xié)同實時三維渲染的主要技術

6、難點是：多臺計算機之間的精確同步渲染的問題，以保證三維運動目標跨越多機多屏的平滑運行。本文從渲染空間的同步，動態(tài)數(shù)據(jù)的同步和幀同步三個層次對多機渲染同步的問題進行分析。在解決幀同步問題的過程中，提出了一種結合抖動處理以及運動目標預測的改進桶同步算法解決了多微機渲染的同步以及三維運動目標跨越多機多屏的平滑顯示等難題。 ● 空中交通管制仿真系統(tǒng)中的仿真模型 仿真模型的好壞是一個仿真系統(tǒng)成敗的關鍵。在進行仿真建模時，我們針對

7、空中交通管制仿真系統(tǒng)的特點，提出分層仿真建模，把仿真模型分成命令解析層以及運動核心層。在命令解析層提出并實現(xiàn)了基于原語的語義描述方法，構造了一個用于空中交通管制命令的完備原語集，這個原語集使得所有的空中管制中的命令模型都可以用原語集的序列描述，從而保證了空中交通管制仿真系統(tǒng)的高擴充性；在運動核心層使用了實時面向對象建模（Real-time Object Oriented Modeling，ROOM）語言和方法，這種方法以自動機（Stat

8、e Machine）作為基礎模型，非常適合于ATC仿真系統(tǒng)的運動核心構造。 ● 大空域內(nèi)飛機運動建模 本文提出了一種大空域運動建模的方法，利用三維地理坐標系以及以運動目標質(zhì)點為中心的運動坐標系，在每一個計算周期進行地圖投影映射，考慮了飛機飛行的保角航線以及大圓航線模型，保證了每一步計算的精確，從而克服了傳統(tǒng)運動建模的缺點，實現(xiàn)精確的大空域運動建模。 ● 巨量紋理的三維大地形實時漫游技術 在低成本的微機上實