基于OSG的飞机3D维修多场景动态调度方法

以开源图形软件OpenSceneGraph作为底层渲染引擎,结合分页调度技术及多线程渲染策略,建立3D维护场景树,提出一种针对多个3D场景的动态调度方法,并使用多线程渲染方式对场景进行实时绘制,使各场景数据分批进入内存并实现实时卸载,改善内存使用率过高和场景绘制时帧速过低等关键问题。该方法应用于3D飞机维修仿真软件开发,与常规方法对比证明了这种方法的有效性。     

基于远程渲染的移动三维GIS构建方法

随着移动互联网的发展,移动GIS应用逐渐从二维GIS发展为三维GIS。受制于3D场景数据量大、移动设备图形渲染能力低等因素,常用的移动三维GIS渲染效果较差,交互低效。结合预处理策略、客户端预载入策略与远程渲染技术提出一种高效的移动三维GIS构建方法。该方法利用QEM算法在服务器端预处理模型,减少移动端计算量,通过移动端预载入策略,减少帧之间的延迟,提高移动端的实时性,具有较好的渲染效果、高效的交互性和较低的耗电量。最后通过实验证明该方法的可用性。该方法适用于移动设备甚至可穿戴设备中GIS应用的构建。     

图形图像融合的海量建筑绘制

目的 城市3维模型数据海量且结构复杂,缺乏一个高效完善的可视化系统往往是影响数字城市应用的瓶颈之一。通常利用多层次细节（LOD）与调度算法减少每一帧绘制的数据量来提高绘制效率,当场景规模足够大时,即使采用复杂的优化算法也难以取得较好的效果。为此,本文在传统算法基础上,提出一种图形图像融合的海量建筑物场景绘制方法。方法 提出并采用视域分级绘制策略,将视椎体平行分割为感兴趣区域、次感兴趣区域和非感兴趣区域,感兴趣区域采用图形实时绘制方法,使用离屏渲染技术将次感兴趣和非感兴趣区域绘制在纹理图像中,每一帧绘制完成后将二者进行顾及深度信息的融合,实现完整场景渲染。结果 使用公开的纽约市区CityGML文件作为实验数据,数据包含了118 195个LOD1和LOD2级别的建筑物模型。分别构建多组不同建筑数量的场景进行帧率统计实验,绘制帧率都达到20帧/s以上。算法实现了视觉无损失的场景完整渲染,并与Cesium平台进行对比实验,证明算法有效且系统运行流畅。结论 图形图像融合的绘制方法,既保持了图形渲染的漫游连续性,同时也具有图像渲染的场景复杂度无关的优点。实验结果表明,针对大规模的低分辨率建筑模型场景,算法可以有效提高系统的渲染能力,在性能相对较低的硬件条件下也能实现海量建筑物实体模型的流畅漫游,并达到视觉无损失的场景完整绘制。     

基于OpenGL的三维曲面数据场动态显示

在大数据量条件下,实时动态显示三维曲面较困难,其关键在于提高三维图形数据处理和图形绘制速度。通过对基于图形工业标准OpenGL实现三维曲面动态显示的原理和方法的讨论,提出采用OpenGL的双缓存、显示列表技术,大幅度提高了图形数据处理和刷新速度,保证了每帧数据图形绘制的连续性和完整性,成功实现了三维曲面数据场实时动态显示。     

高速铁路长大线路可视化建模系统研制

在研究轨道结构形式的高速铁路长大线路的图形化动力学仿真建模中,模型的结构复杂,数据量庞大,如何提高建模效率、增强模型的可视化效果并减少对内存的占用成为首要解决的问题.通过对线路进行分段离散、合理设计绘制线程、输入\输出线程以及渲染线程的分工与同步,使计算机资源得到了充分的利用,提高了大规模图形的绘制效率,同时利用合理设计的大规模模型LOD(细节层次)显示算法和动态调度算法,提高了动力学仿真模型的渲染效率,增强了其可视化效果,也降低了其内存占用量,最终实现了高速铁路长大线路的可视化快速建模.最后通过应用实例证明了LOD显示和动态调度方法的有效性.     

基于Mipmap的大规模地形绘制算法与仿真

研究大规模地形与纹理数据动态可视化算法与仿真问题。针对大规模地形与纹理数据动态可视化实时显示难题,提出一种基于Mipmap的大规模地形动态绘制算法,实现模型数据库组织与管理的高效性、场景调度的实时性,以北京市地形数据为仿真模型,实现大规模地形与纹理数据动态可视化算法与实时仿真。上述算法在Mipmap技术的基础上,首先利用双线性内插算法把离散的原始数据生成规则网格DEM,然后采用四叉树结构的LOD算法简化海量地形和纹理数据,最后使用四队列分页调度、基于视域的LRU算法释放内存、多线程并行处理的场景优化策略来进行动态调度和绘制。结合OSG和Open GL渲染引擎,将基于Mipmap的大规模地形绘制算法应用在北京市地形绘制中,仿真结果表明,上述算法比传统的CLOD地形瓦片绘制算法,具有更快的渲染绘制速率,并且能够快速绘制北京市地形数据和在不同场景下进行快速浏览。     

基于卡尔曼预测器的数据预取方法

大规模复杂场景绘制,地形数据量庞大,需动态调度地形数据;但是由于磁盘传输的延迟,会出现绘制时的卡帧现象.为了解决上述问题,通过研究卡尔曼滤波器,将其与固定间隔的预取方法相结合,提出了采用卡尔曼预测器的数据预取方法.上述方法通过卡尔曼预测器预测视点位置,判断视域范围,进行数据预取.可显著提高视点预测的准确性,减少下一时刻需要预取的数据量,提高绘制效率.     

电力调度动态图形的SVG格式转换与Web转发

在电力调度行业,往往有专用系统提供了厂站接线图等动态图形的显示与刷新;然而,一般均不支持以Web方式作进一步的网络发布。SVG是由W3C制订的用于维护二维矢量图形的一种标记语言,借助其内置脚本的强大功能,SVG图像具备了丰富的动态图形表达能力,可高效地实现数据的实时刷新。为此,本文提出了先将动态图形转换为SVG格式、再作Web发布的思路,并给出了具体的转换方法,以及实现动态数据刷新的模型和方法。作为一种将电力调度动态图形转换为SVG格式并作Web动态发布的实用技术,完全可以成为实现将第三方专用系统动态图形显示界面进一步作为Web方式网络发布的一种有效解决方案。     

基于浏览器的二三维一体标图技术研究与实现

为了实现在Web环境下进行二三维标图的需求,在研究了基于HTML5新特性的二三维图形绘制技术后,提出了一种面向浏览器的二三维一体标图应用的实现方案。基于MVC架构模式,使用HTML5的Canvas特性作为标图应用二维视图呈现,以开源三维GIS引擎Cesium作为辅助手段实现标图应用中三维场景渲染。以事件驱动方式实现标绘过程中图形的更改处理。后台通过REST式服务接口提供服务器端数据访问。     

高频增量数据实时可视化交互实现方法

为满足测控系统对高频增量数据跨平台实时显示与分析能力需求，采用空间换时间的思想，通过态势显示与细节展示相结合的方式，减轻大数据量条件下的图形渲染时间压力。设计前端显示频率动态调整与数据量自动优化算法二者结合，实现高频增量信息实时动态显示与交互的流畅性。通过Echarts工具组件的使用和面向地理信息系统的二次开发，提高了测控信息实时可视化数据分析能力。测试结果表明，通过设定合适的优化系数能够保证可视化软件长时间运行流畅不卡顿，可满足高频增量测控数据实时可视化交互需求。     

Garuda: a scalable tiled display wall using commodity PCs

Cluster-based tiled display walls can provide cost-effective and scalable displays with high resolution and a large display area. The software to drive them needs to scale too if arbitrarily large displays are to be built. Chromium is a popular software API used to construct such displays. Chromium transparently renders any OpenGL application to a tiled display by partitioning and sending individual OpenGL primitives to each client per frame. Visualization applications often deal with massive geometric data with millions of primitives. Transmitting them every frame results in huge network requirements that adversely affect the scalability of the system. In this paper, we present Garuda, a client-server-based display wall framework that uses off-the-shelf hardware and a standard network. Garuda is scalable to large tile configurations and massive environments. It can transparently render any application built using the Open Scene Graph (OSG) API to a tiled display without any modification by the user. The Garuda server uses an object-based scene structure represented using a scene graph. The server determines the objects visible to each display tile using a novel adaptive algorithm that culls the scene graph to a hierarchy of frustums. Required parts of the scene graph are transmitted to the clients, which cache them to exploit the interframe redundancy. A multicast-based protocol is used to transmit the geometry to exploit the spatial redundancy present in tiled display systems. A geometry push philosophy from the server helps keep the clients in sync with one another. Neither the server nor a client needs to render the entire scene, making the system suitable for interactive rendering of massive models. Transparent rendering is achieved by intercepting the cull, draw, and swap functions of OSG and replacing them with our own. We demonstrate the performance and scalability of the Garuda system for different configurations of display wall. We also show that the server and network loads grow sublinearly with the increase in the number of tiles, which makes our scheme suitable to construct very large displays.     

一种电网综合展现可视化系统的设计与应用

笔者在分析一种电网信息综合展现可视化系统建设目标和设计思路的基础上,详细阐述该系统的总体架构、业务架构、数据架构、技术架构、部署架构设计。该系统由智能信息集成模块、视频监控模块和综合展现可视化模块三部分组成,基于先进的多层架构体系和SOA构架模型,以ETL、数据挖掘、视频、GIS、图形图像技术为依托,实现电网信息视频、温湿度、风速、雨量气象环境、负荷、潮流等电网运行信息以及安防消防等各类辅助决策信息有逻辑的、互联互通的、交互的和实时的可视化展现,满足业务运行和对外展示的可视化需求,建成电网公司“汇集信息、全面监控、专业联动、统一展现”的电网信息综合展现可视化系统。该系统支持视频、GIS专题图和图形图表等多种展现方式,适用于不同的需求场景,在海南电网公司的实际应用结果证明了其可行性。     

超高分辨GIS信息显示技术

为解决海量 GIS 地图信息显示分辨率高、处理难度大等问题,研究了集群并行显示、WMS 服务、GIS渲染显示等技术,提出了以计算机集群并行计算为基础构建集群并行 GIS 拼接显示系统,采用 WMS 并行获取GIS数据信息、地图投影变换处理数据、OpenGL并行纹理渲染,进而实现GIS数据的超高分辨显示。实验结果表明,提出的集群并行GIS拼接显示系统可极大地提高地图显示分辨率、为海量GIS地图的超高分辨显示提供了可行的解决方案。     

基于纹理数组的大规模地形绘制算法

将Shader Model 4.0引入的纹理数组技术同顶点纹理拾取技术、瓦片块四叉树算法和地形分块技术等相结合,提出了一种基于GPU的大规模地形绘制方法。将整个大规模地形数据分割成地形块,按照金字塔模型保存在CPU内存里,将地形中潜在的可见部分以纹理数组形式驻留在GPU Cache里;在CPU上发送瓦片块四叉树平面网格,利用存储在GPU Cache里的高程值生成相应的地形;GPU Cache随着视点运动而连续更新。实验证明该方法充分利用了现代GPU的特性,适合于大规模地形的漫游。     

基于3S与网格计算的气象监测系统模型研究

针对气象信息的特点,利用GPS、RS获取地理数据,利用GIS的分析功能,使空间信息与属性信息无缝集成,将传统关系型数据库所表现的气象信息建立成以Geodatabase为中间件的气象信息库。采用空间数据引擎,利用数据处理后的图形信息直观显示气象台、气象站、测控船收集的气象信息情况。同时,利用网络环境下多台计算机处理能力的集成计算网格来完成地理信息海量数据的并行计算,从而快速、动态地提供全球气象信息服务,并以空间的三维形式进行直观显示。该模型成功的应用在921载人航天工程的水文气象系统中负责数据显示处理工作,为管理者对信息的动态掌握提供了决策支持信息。     

基于全生命周期管理的电力企业数据治理技术研究

电力企业业务数据存在人为干预多、数据口径不一致、缺乏管理规范等现象,造成数据统计困难、及时性低、数据失真等问题,严重影响数据的深化应用。针对该问题,本文提出一种基于数据全生命周期管理的电网企业数据治理方案,通过构建公共数据云,开展数据资源池建设,部署结构化数据中心、非结构化数据中心及海量准实时数据中心等三大公共数据资源管理平台,定义完整的电网数据管控流程和数据责任机制,对数据进行从数据获取到数据加工、数据分发到数据使用的数据全生命周期管理,从各环节把控数据质量,辅以数据质量评估,提升电网数据的及时性、准确性及完整性。经过在输电、配电、电网调度、电网规划等多方面应用实践,该方案实现了多口径业务数据的质量管控及集中应用,提升了数据质量及综合治理水平,实现了专业数据资产全面共享。     

电网遥信大数据智能分析辅助决策系统建设研究

电力调度控制中心为适应电网规模不断扩大、结构日趋复杂化而带来的海量设备监控信息,充分发挥现代化技术手段应用的先进作用,提高调控运行人员对电网驾驭能力以及对电网异常、事故信息处置效率,降低人员劳动强度,开展了电网遥信大数据智能分析辅助决策系统建设研究。本研究基于实际电网模型和实时数据,从电网海量信息中梳理、智能分析,提供结论性结果,智能替代人工,而且以电网实时信息为输入,以设备基础信息为辅助,横向对比,纵向分析,提供科学的辅助决策,全程信息深加工,独立设置,只提取系统信息,而不改变系统数据。建成一个具有简、全、独立安全三个主要特点的系统,有效提高电网设备异常事故处置效率、降低安全生产隐患,保证电网安全稳定运行。     

电力调度大数据应用平台系统技术研究

为解决智能电网的发展中电网运行和设备检测或监测数据、电力企业管理数据、电力企业营销等数据海量的增加带来的不同业务系统之间分散地开发、运行和管理,系统数据存储结构独立,带来数据多源、格式不一致,数据准确性、实时性不强,数据质量不高,缺乏统一的数据规范等问题,本文利用Hadoop的分布式文件系统HDFS和并行处理框架MapReduce的工作原理,搭建电网调度大数据应用平台系统,解决了不同业务系统之间的数据不能及时共享、访问、管理与分析挖掘等问题。采用数据清洗数据,解决数据质量不高的问题。搭建电网调度大数据应用平台系统,既能实现跨专业、跨部门的多维度关联分析,又能满足海量的智能电网数据存储和数据处理需求,并具有强大的伸缩性,可扩展为电网实现安全、可靠、经济、高效地运行提供保障。     

基于FAST协议的数据融合技术在电能质量监测系统中的应用

FAST(FIX adapted for streaming)协议利用结构模型描述与数据内容分离的方法,根据设定的消息数据模板对数据内容进行字节编码以及二进制序列化压缩,有效地提高了海量数据传输的实时性和可靠性.探讨了FAST协议在电能质量监测系统数据压缩传输方面的应用可行性,进一步扩大了FAST协议在智能电网等工业控制系统中的应用.     

基于三维GIS技术的电网可视化展示研究

由于现有对电网覆盖范围界定不准确，导致可视化结果与实际数据信息结果有所出入，影响可视化效果。因此本文提出基于三维GIS技术的电网可视化展示研究。通过Beakers对有功功率进行测量，计算出电网各个供电区域的负荷，采用三维GIS技术将电网覆盖区域内的负荷数据转化为带有位置标签的三维信息，利用Apache Zeppelin将数据库中的电网信息转化为目标可视化效果。测试结果表明，设计方法可以实现对电网耗电类型、整体耗电量以及峰电量、谷电量、平电量的准确可视化展示，可视化结果与实际数据信息结果一致，可视化效果较好。