基于PC集群的多屏无缝拼接技术研究

该文介绍了一种基于PC集群的多屏无缝拼接技术构造大场景显示系统的方法。大面积高分辨率的投影系统在各个领域获得了越来越广泛的应用,但系统构建费用高、维护要求严。在对比分析了传统投影系统的优缺点和目前存在的解决方案后,该方法使用普通PC、数码像机和以太网构建的硬件系统,提出了基于相机的自动几伺校准和基于线性函数的边缘融合方法,消除了投影画面之间的缝隙,并采用Master／Slave结构控制图形的同步渲染,同时支持分布交互式控制。这种方法在满足同等投影显示要求的情况下。将大幅度降低了系统的构建费用和维护要求。     

基于PC集群的实时渲染系统

本文提出了一个基于多投影机的无缝显示系统。该系统采用PC、图形加速卡和以太网进行构建．具有很强的灵活性和可扩充性。本文提出了三个主要的技术．渲染任务的拆分和分配策略；一种基于时间戳的高精度同步技术；此外还提出了一种消除输出图像拼缝的技术。并且实现了原型系统。     

大屏幕无缝拼接系统的应用软件平台开发

在开放源码的三维绘制引擎OpenSceneGraph和Windows视频显示平台Direct Show的基础上,结合大屏幕投影的应用特点,利用一个通过网络连接的PC集群机组,开发了无缝拼接的三维渲染和视频播放大屏幕投影系统的软件平台,使之既可以用来观看各种格式的大屏幕电影,也可以交互浏览各种格式的三维虚拟场景。设计了主机/从机系统架构思想,利用OSG技术加载几何场景和视频,并提出在保留和立即两种模式下的同步控制技术——时间同步和帧同步。实践证明该方法效果理想,投入成本低,易于操作。     

基于小波的顺序独立半透明渲染

实时渲染半透明物体是提高游戏画面真实感的重要因素,为了在兼顾质量的同时提高半透明物体渲染的速度,提出使用小波级数重建半透明物体透射率的顺序独立半透明(order-independent transparency,OIT)渲染算法.在渲染半透明物体时,首先通过光栅化得到每个像素对应的所有半透明片元;然后根据深度值将半透明片元的吸收率投影至小波尺度函数,计算并累计系数,得到重建每个像素对应的透射率函数所需的信息;最后在计算半透明片元对某一像素的贡献时,取出该像素处保存的小波系数以重建透射率函数,代入深度值计算出其透射率,将该片元的颜色累计至最终像素.实验使用半透明的Utah teapot,Stanford dragon等数据在GTX 980显卡上进行渲染,结果表明,在不同场景中本文算法比基于矩的OIT算法效率提升了10%~40%.将基于并发链表的OIT算法作为准确结果,本文渲染结果的均方误差(root mean square error,RMSE)不超过1.5%.     

分布式多交互虚拟场景渲染的协同控制

针对分布式多交互虚拟现实系统场景渲染的协同控制问题,构建了基于分布式开放灵活的多交互虚拟现实系统结构,将协同交互技术集成到虚拟现实系统设计中,设计包含控制平台、网络服务平台和渲染平台的系统架构,提出了一种基于OGRE的分布式多交互实时协同渲染方法。完成了单个控制节点对应多个渲染节点时,多个渲染节点渲染场景的实时同步,以及多个控制节点在同一场景中的协同、交互。此研究成果应用于河北大学虚拟漫游交互控制平台,具有广阔应用的前景。     

多投影仪无缝拼接显示中的颜色校正技术比较研究

基于多投影仪的无缝拼接显示是对图形、图像、视频等进行大范围、高分辨率显示的一种有效实现方式。多投影仪无缝拼接显示的一个关键是解决颜色失调问题,而现有的颜色失调原因的分析结果可归纳为投影仪输出颜色的变化特性和投影屏幕与投影环境的影响两个方面。近年来,为解决该问题已提出了多种颜色校正技术,而根据解决颜色失调问题的原理和实现方法的不同,这些技术可分为基于边缘融合的校正技术、基于单一投影光源的校正技术和基于颜色/亮度输出匹配的校正技术3类,并对这3类技术在无缝拼接显示效果、可维护性和可扩展性等方面的优缺点进行了较详细分析,该领域下一步的研究将会朝着兼顾不同投影机类型、不同形状和反射特性的投影屏幕和考虑运动中观察者的实时颜色校正方向发展。     

大屏幕投影系统中基于软件的无缝拼接技术

为了克服现有大多数投影系统价格昂贵,投影形式单一,需要专业人员维护的局限性,提出了基于软件的无缝拼接技术.在开放源码的三维绘制引擎OpenSeeneGmph基础上,通过对大屏幕系统二个关键技术(基于集群机的分布式图形绘制及其同步控制技术、几何校准、颜色亮度校准)的研究,结合大屏幕投影的应用特点,提出了一套利用普通投影机和具有普通图形卡的PC机实现的大屏幕无缝拼接的三维渲染软件平台.实践证明该方法效果理想,成本投入低,易于操作.     

分布式实时渲染中帧同步的实现

分布式实时渲染系统有效地解决了单机渲染的时间瓶颈问题。但在该系统中,由于每一帧图像在各个部分的场景复杂度不一样,这样就造成了渲染端节点负载不平衡,这将导致各输出端节点显示的图像不能组成一幅连贯的图像。为了解决该问题,本文提出了在分布式实时渲染系统中,通过控制端节点发送命令通知渲染端节点切换缓冲,然后渲染端节点发送请求要求控制端节点发送数据的方法来实现分布式渲染的帧同步。     

基于分布式渲染架构的远程可视化研究

互联网带宽的增长催生了远程可视化,它有着更好的分享性、移动性和方便性.针对大规模数据的远程可视化问题,提出了一种基于Sort-Last的分布式渲染架构,给出了基于GPU的融合、抗锯齿等算法.该架构用于远程可视化的服务器端,包括渲染节点、融合节点和任务节点等3层结构,具有良好的可扩展性.基于此,实现了一个远程可视化系统Waterman,提供基于Internet的高精地形渲染和海洋排放口污水扩散可视化服务,并给出了详细的设计方法和技术细节,包括基于Raycasting的地形渲染算法、基于陆地掩蔽(mask)方法的海面渲染技术和基于图片、网格模型的客户端混合实现技术等.最后对该架构和系统进行了性能测试和分析.提出的方法实用、鲁棒、扩展性好,可为同类系统设计提供很好的参考.     

一种基于OGRE图形引擎的实时分布式渲染系统

虚拟现实的实时交互得到了越来越广泛地应用,实时分布式渲染有效地解决了普通PC机渲染的时间瓶颈问题,提高了系统实时渲染性能和输出分辨率。在对分布式渲染原理研究分析的基础上,依据设计模式的思想,设计了一种基于Sort-First结构的实时分布式渲染框架和同步机制,并在实践中应用OGRE图形引擎实现了该系统。     

多投影显示墙的全局颜色校正

画面校正是实现无缝多投影显示墙系统的关键环节,针对此,提出了一种基于参数估计和统计思想的全局颜色校正方法.首先根据采样点的粗略分布建立亮度响应曲线的经验参数模型,并通过采样数据来确定该曲线的参数;然后依据亮度响应曲线,引入统计算法来调整投影仪输入,从而实现视觉上无缝的多投影拼接显示.最后在2×2和3×5多投影显示墙上进行了该算法的可行性和效果测试.结果表明,该算法比现有颜色校正算法的画面质量更好,亮度更高.     

面向多投影显示墙的手势交互系统设计与实现

在PC集群驱动的多投影显示环境下,设计并实现了一个基于计算机视觉技术和数据手套的手势交互系统(gesture-based interaction system,GBIS).GBIS整合了满足色彩一致性和特征一致性的特征点跟踪算法来实现交互动作的捕捉,并配合数据手套的有限状态机输出,实现了实时的沉浸式手势交互.实验结果表明:当所用摄像头的采集频率不低于30帧时,该系统能够实时地跟踪手臂的交互动作,同时保持较高的跟踪精度和交互可靠性.     

基于Medium型Camera Link的多通道图像实时显示系统设计

为了实现对相机拍摄到的图像数据的实时显示,提出了一种基于Medium型Camera Link的多通道图像实时显示系统设计方案,并完成系统的软硬件设计;Medium型Camera Link可以同时接收和发送两组数据,经过基于“乒乓RAM法”的数据同步处理后,利用2组RAM交替进行写、读操作,可以实现高频高速的数据同步传输;该系统的硬件部分用来接收相机端的实时图像数据输入并对数据进行高速传输,软件部分实现对数据的筛选,整理,格式转换等功能,能够完成对图像的实时显示.     

基于分布式数据库的指挥显示信息管理系统的设计

应用分布式数据库的设计思想,针对指挥显示系统的实际需求,利用线程、网络等技术的支持,设计了一套分布式信息管理系统,完成对现有资料的保存、检索及对各个分指挥所的访问控制设置透明度,使其具有不同的访问权限,实现对系统的安全管理。     

分布式虚拟环境中的三维音频支持

提出一种适用于分布式虚拟环境的三维音频生成方案,并介绍了其中的具体算法和实现,该方案利用音频信号的正弦变换中分析和合成是两个完全独立过程这一重要特性,在重新合成音频信号之前很自然地加入HRTF滤波处理,以得到特定方位的三维合成效果,受步进图形／图像传输及可扩展视频等技术的启发,进一步提出基于MPEG心理声学模型1进行匹配对的重排序,从而实现三维声步进合成的算法,基于以上算法,最后给出了分布式实现的一种可能途径并分析了该方案的优点,如可扩展性,声源方向的灵活性及HRTF可选性等。     

基于物理的火焰实时渲染

为了实时渲染具有真实质感的火焰,针对现在物理模型计算量大的特点,引入一种改进的物理方法,采用可压缩的Navier-Stokes方程,只求解速度与密度两组物理量。使用解出的密度场数据刻画火焰的形态,再通过火焰的蓝核模型,对密度场数据进行分段插值得出火焰的颜色。该方法可降低解N-S方程的计算规模,提高计算速度,呈现效果真实的动画,能表现出火焰被风吹以及障碍物遮挡的效果。     

基于GPU编程的真实感水面模拟绘制

提出基于GPU编程的真实感水面的优化实时渲染算法。介绍了各种水面渲染需要使用到的图形,数学处理技术。通过固定的顶点流实现了水波建模,凹凸映射贴图和纹理混合,水面的反射和折射等多种特效,并使用可编程流水线的补色渲染完成最后的水面绘制。实验证明该方法可以很好地模拟真实水面的渲染要求,可以满足3D游戏和动画中对水面渲染的需要。     

PDF集群并行解析显示技术研究

针对大型拼接显示系统对PDF文件高分辨显示的需求,文中研究了集群并行高分辨信息显示平台的显示技术,分析了PDF在大屏显示系统中的重要性以及PDF文件格式和层次关系,研究并探讨了poppler库和mupdf库的优缺点,以及对PDF文件格式的解析与显示技术,并基于poppler库和mupdf库分别实现了PDF文件的解析和集群并行显示。通过对比实验,采用mupdf库能够更清晰、高效地实现PDF集群并行显示,验证了文中提出的PDF集群并行解析显示技术可极大地提高大型拼接显示系统对PDF文件的高分辨显示处理能力。     

基于XML Web Service和Ajax的Web实时分布式系统的架构及应用

如果WEB系统的用户数比较多、数据计算比较复杂、数据库访问量比较大,人机交互量比较大,就会使传统的Web系统无法满足用户的实时性要求.通过XML Web Service可以均衡Web服务器的负载,创建分布式Web系统;通过Ajax可以创建无需等待、无需刷新的Web交互模式.本文提出了基于XML Web Service和Ajax的Web实时分布式系统的架构方案,并进行了具体应用.