理工论文一种多通道同步显示技术的研究与实现

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1、一种多通道同步显示技术的研究与实现 一种多通道同步显示技术的研究与实现是小柯论文网通过网络搜集，并由本站工作人员整理后发布的，一种多通道同步显示技术的研究与实现是篇质量较高的学术论文，供本站访问者学习和学术交流参考之用，不可用于其他商业目的，一种多通道同步显示技术的研究与实现的论文版权归原作者所有，因网络整理，有些文章作者不详，敬请谅解，如需转摘，请注明出处小柯论文网，如果此论文无法满足您的论文要求，您可以申请本站帮您代写论文，以下是正文。摘要：本文重点讨论了平板幕和环形幕两种多通道系统的拼接技术，给出了实现方法。选用TCP协议建立了分布式通信环境，在Master端和Slave端的通信过程中通

2、过添加最大相关等待时间机制对多通道系统进行优化，实现了大屏幕的多通道立体显示系统，给出了一个被动式多通道立体显示系统的硬件解决方案。实验结果表明，本系统在实时性、一致性以及显示效果上都有良好的表现。 关键字：多通道；同步；显示技术 视景系统是驾驶模拟器最重要的组成部分之一，视景系统设计的好坏是评判一个驾驶模拟器系统性能的重要指标之一。为了获得更逼真，更加身临其境的视觉效果，我们将立体显示技术与多通道技术紧密的结合在一起，应用于驾驶模拟器的视景显示系统中。立体显示给了驾驶者真实的深度感，多通道大屏幕投影则从环境的真实大小尺寸上给了驾驶者更真实的现场感受。 1 多通道投影的组成与拼接 多通道三维投

3、影显示系统是一种具有高度沉浸感的视景仿真显示系统，该系统以多通道视景同步技术、数字图像边缘融合、多通道亮度和色彩平衡技术为支撑，将三维图形计算机生成的三维数字图像实时地输出并显示在一个超大幅面的投影幕墙上，使观看者和参与者获得一种身临其境的虚拟仿真视觉感受。一个典型的多通道投影系统主要由图形渲染子系统、融合矫正子系统、投影显示子系统、分布式网络通信子系统等四个部分组成。 OSG中，我们研究的多通道拼接主要分为平板幕拼接和环形幕拼接二大类型。对于平板幕，其对应的投影视锥类型为非对称视锥。对于环形幕，其对应的投影视锥类型为对称视锥。OSG中的Producer:Camera类封装了OpenGL的视点

4、变换、投影变换等功能，通过对该类进行矩阵设置，我们可以得到想要的投影变换。根据两种投影幕拼接的数学模型，在OSG实现多通道拼接的核心代码如下： /ar为投影面宽高比 double ar = m_pCamera->getLensAspectRatio(); /通过视锥水平张角m_DisFovX（由用户给定）得到垂直张角 double vfov = RadiansToDegrees( 2.0 * atan( tan(osg:DegreesToRadians(m_DisFovX*0.5)/ar ) ); /设置视锥 m_pCamera ->setLensPerspective(m_Dis

5、FovX,vfov,1.0,1e6); if (m_bSymmetric) /对称视锥（对应环形幕） double hfov = m_pCamera ->getLensHorizontalFov(); double vfov = m_pCamera ->getLensVerticalFov(); /设置偏移矩阵，m_OverlapX、m_OverlapY为融合区大小 Matrix mat = Matrix:rotate( osg:inDegrees(m_OffsetX*(1-m_OverlapX)*hfov),Y_AXIS) ; mat *=Matrix:rotate( osg:i

6、nDegrees(-m_OffsetY*(1-m_OverlapY)*vfov),X_AXIS); /偏移视锥 m_pCamera ->setOffset(mat.ptr(),0.0,0.0); else /非对称视锥（对应平板幕） /设置偏移量 float xshear = -2.0*m_OffsetX*(1-m_OverlapX); float yshear = -2.0*m_OffsetY*(1-m_OverlapY); /偏移视锥 m_pCamera ->setOffset(osg:Matrix:identity().ptr(),xshear,yshear); 代码中，m_

7、OffsetX 、m_OffsetY分别为沿X、Y轴偏移量，其值由通道所在的位置计算得出。对于水平的三通道来说，不管是平板幕还是环形幕，视锥在Y轴方向的偏移量均为0，而对于一个3×3的九通道来说，其中的某些通道不仅存在X轴方向的偏移，还存在Y轴方向的偏移。 多通道的同步技术 视景同步技术是多通道投影系统的关键技术之一，关系到不同通道的同步显示与多通道显示的画面质量。多通道的同步是本系统分布式通信模块的工作之一，也属于分布式系统仿真同步范畴1。实时性和一致性是衡量DVR系统好坏的重要标准，而因为DVR系统异构性的特点，二者在一定意义上存在着对立和矛盾，在二者之间寻求一个合适的折衷点亦

8、是DVR系统目前研究的热点问题之一。一般DVR系统常用的同步方法有：乐观（Optimistic）算法2和保守（Conservative）算法3两种。 .1 通信协议选择 对于本驾驶模拟器系统，有两种网络通信协议可供选择：UDP（User Datagram Protocol）协议和TCP（Transmission Control Protocol）协议。UDP协议一般使用数据报式SOCKET，是一种是面向无连接的、不可靠的、无序的、无流量控制的传输层协议。TCP协议一般使用流式SOCKET，是一种面向连接的、可靠的、有序的、拥有流量控制的传输层协议。UDP协议的优势在于速度快，占用系统资源少，能

9、满足DVR系统实时性的要求；其缺点在于不可靠性，有可能产生丢包现象，造成显示画面的不连续性。TCP协议优势在于可靠，保障了数据传输的准确性，能满足DVR系统一致性即同步的要求；其缺点在于以增加通信负载为代价换取可靠性，降低了系统的实时性。 对于本驾驶模拟器的多通道显示系统，笔者选用TCP协议，在保证各通道一致性的基础上通过使用最大相关等待时间机制来控制每两帧图像显示的间隔时间，较大程度上提高了系统的实时性。 .2 多通道同步流程设计 系统的同步过程由控制主机和显示从机之间的通信来完成，本驾驶模拟器系统将控制主机也作为显示通道之一，称为Master通道，其它显示从机均为Slave通道。图描述了系

10、统的同步过程。 系统显示场景经历三个阶段：读取数据、渲染场景、显示场景4。一般情况下，计算机在渲染场景所花的时间要比另两个阶段所花的时间加起来还多很多，因此，要达到多个通道的同步显示，重点在对渲染时间的控制把握上。为此，设计了下面的流程算法。 通过对Master端通道等待时间T的控制，避免了因为少数通道某一帧渲染时间过长而导致整个多通道系统显示频率降低的情况出现；而通过超时标记flag的设置又避免了Slave端通道连续两帧无法完成渲染的可能性。这样，在提高了整个多通道系统显示帧速的前提下，虽然可能出现某一帧不连续的现象，但这种情况，人眼视觉几乎感觉不到，因此，不会影响到整个系统的一致性。 .3

11、 多通道通用数据包设计 多通道通信所要传输的数据包括：视点信息、帧数信息、命令信息（开启特效，切换天空背景等）等等，为了方便传输处理这些信息，笔者设计了一个通用数据包结构，在满足通用性的前提下，尽量减少了传输数据的大小。 typedef struct Producer:Matrix m_Matrix;/相机矩阵（包含视点信息） FrameStamp m_FrameStamp;/帧数信息 float m_EyeDistance;/双眼视差 FusionDistanceMode m_FusionDistanceMode;/立体显示模式 float m_FusionDistance;/立体显示参数

12、COMMANDTYPEm_CommandType;/命令类型 CCommandParam m_CommandParam;/命令参数 trans_packet;/传输数据包 如果是立体显示，则需要加上立体显示的相关参数。对于Master端通道的命令消息，定义了一系列的枚举变量（COMMANDTYPE）来设置各种命令类型，Slave端通过handleCameraPacket()函数来对数据包进行解析。 .4 多通道立体显示系统的实现 在单机立体显示的基础上，将该技术运用到多通道系统中的每一个通道上，通过Master通道主机来控制所有通道的视差等参数以达到所有通道位差同步，这样便在软件上实现了多通道

13、同步立体显示，即实现了多通道投影系统的分布式通信子系统。 此外，渲染子系统可以采用配备了能输出 一种多通道同步显示技术的研究与实现是小柯论文网通过网络搜集，并由本站工作人员整理后发布的，一种多通道同步显示技术的研究与实现是篇质量较高的学术论文，供本站访问者学习和学术交流参考之用，不可用于其他商业目的，一种多通道同步显示技术的研究与实现的论文版权归原作者所有，因网络整理，有些文章作者不详，敬请谅解，如需转摘，请注明出处小柯论文网，如果此论文无法满足您的论文要求，您可以申请本站帮您代写论文，以下是正文。多路信号的专业图形卡的工作站。投影显示子系统中，因为每一个通道都要显示左右眼两幅图像，对一个三通

14、道系统来说需要3组6台投影仪，摆放位置如图所示。融合矫正子系统采用硬件方法来实现，整体硬件具体配置方案如表1所示。这样，便在软、硬件上实现了一个完整的被动式三通道立体投影显示系统。 . 实验结果 为了提高系统的实时性，我们引入了最大相关等待时间机制（等待时间和Master端当前帧渲染时间相关）。Master端主机在渲染完成后会等待所有Slave端的渲染完成反馈信息，为了避免因为少数通道渲染时间过长而使得整个多通道系统渲染效率降，可以将等待时间T限制在一个可以接受的范围内，本系统中设定 （ 为Master端当前帧渲染时间）。这样，当等待时间超过限制时，Master端会根据超时标记flag的值强行

15、发出显示命令，而未完成渲染的Slave端将显示前一帧的渲染结果。 实验环境：P4 2.8GHz 处理器、512M内存、128M GeForce4 TI4200显卡、100M 集成网卡、WindowsXP操作系统、模型A、B都是利用osgconv应用程序优化过后的.ive格式文件，大小分别为65.4M、102.5M使用最大相关等待时间机制前后，实验结果如表2所示。 可见，在没有破坏系统同步状况的前提下，通过添加最大相关时间等待机制，显著提高了整个系统的帧速，增强了系统的实时性。 为了测试本驾驶模拟器系统多通道立体显示的性能，笔者在表3所提供的硬件环境上对本系统进行了测试，对比软件为Multige

16、n VEGA。Multigen VEGA是MultiGen-Paradigm公司开发的一款用于实时视觉模拟、虚拟现实和普通视觉应用的多功能软件，现今已广泛的运用于虚拟现实仿真领域。使用其用户界面Lynx可以很方便的实现多通道立体显示功能。测试场景模型均由MultiGen Creator建模，在三维实时视景仿真领域，MutiGen Creator以其无与伦比的强大的三维实体建模工具及三维地形生成功能，被公认为是当今最优秀的建模软件之一。不同的是本驾驶模拟器系统需要使用osgconv应用程序将建好的模型转换为osg自用格式（.ive）文件，模型总面数60.1万，转换格式前后文件大小分别为345.5

17、M（.flt模型加纹理贴图）、327.4M（.ive单一文件）立体模式选用四缓冲（Quad Buffer）模式，对比数据如表3。 实验结果表明本系统相比常用的虚拟现实软件VEGA，在多通道显示速率上提高了22%-28%，具有良好的实时性和一致性。 小结 本文通过对组成多通道系统的四个部分进行了简要介绍，重点论述了平板幕和环形幕两种多通道系统的拼接技术，并给出了实现方法。选用TCP协议建立了分布式通信环境，在Master端和Slave端的通信过程中通过添加最大相关等待时间机制对多通道系统进行优化。实现了大屏幕的多通道立体显示系统，给出了一个被动式多通道立体显示系统的硬件解决方案。实验结果表明本系

18、统在实时性、一致性以及显示效果上都有良好的表现。 参考文献 1乔彩丽,戴树岭.多通道显示系统同步技术研究J. 系统仿真学报,2007,19(15): 3437-3440. 2Som T K, Sargent R G. A probabilistic event scheduling policy for optimistic parallel discrete event simulation CProc.12th Workshop on Parallel and Distributed Simulation. 445 Hoes Lane, Piscataway: IEEE Intellect

19、ual, 1998: 56-63. 3Hiller J B, Hartrum T C. Conservative synchronization in object-oriented paralleled battlefield discrete event simulation CProc.11th Workshop on Parallel and Distributed Simulation. 445 Hoes Lane, Piscataway: IEEE Intellectual, 1997: 12-19. 4MA Ji-feng, PENG Xiao-yuan, FENG Qin, e

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