一种基于分布式渲染的分屏实现方法

分屏技术是高分辨率、超大屏幕的分布式渲染的实现基础。本文对分屏的技术原理进行了分析和研究,并提出一种基于Ogre渲染引擎的分屏实现方法。即根据不同的分屏要求,修改投影变换过程中的四阶透视投影矩阵,沿Camera射线方向切分原场景中的视屏截头体。     

4K视频流异构多核的多路分屏方法研究

针对视频多屏显示系统无法依据分屏数量进行超高清视频自适应分屏传输的问题,提出了异构多核的视频流传输方法。采用基于ARM的嵌入式系统实现多任务处理与实时监控;通过FPGA实现对视频流进行接收、转换、处理及分屏输出显示的硬件加速。系统可以根据输入信号实时配置FPGA的工作参数,实现分辨率大小、分屏数量可变的超高清视频流分屏显示。测试结果表明,4K视频多路分屏画面拼接无明显错位、同步一致,较好地满足了视频多路分屏显示要求。     

4K视频流异构多核的多路分屏方法

针对视频多屏显示系统无法依据分屏数量进行超高清视频自适应分屏传输的问题,提出了异构多核的视频流传输方法。该方法首先采用基于ARM处理器的嵌入式系统实现多任务处理与实时监控;然后通过FPGA实现对视频流的接收、转换、处理及分屏输出显示的硬件加速。系统可以根据输入信号实时配置FPGA的工作参数,实现分辨率和分屏数量可变的超高清视频流分屏显示。最后采用Zynq UltraScale+MPSOC XCZU7EV多核异构处理器开发平台对本文系统进行测试,结果表明：4K视频多路分屏画面拼接无明显错位,同步一致,较好地满足了视频多路分屏显示要求。     

集群渲染管理软件的构建技术与框架设计

分析当前各种渲染管理软件,归纳出系统的软硬件架构、工作流程以及所需的关键技术,包括渲染节点管理、渲染任务的划分、文件系统、可靠性问题以及多种渲染引擎命令接口等。给出一种由管理节点软件、渲染节点软件和客户端任务提交软件等构成的集群渲染管理软件框架设计,该框架能实现提速比为线性的渲染系统,测试结果显示了系统架构的有效性。     

基于多核PC集群的并行绘制系统研究与实现

为满足大规模虚拟现实应用在渲染速度和显示分辨率等方面的要求,采用基于多核平台的PC集群系统,构建了高性价比的分布式图形渲染系统。系统充分结合多核PC集群中节点内部的并行和节点间的并行,通过对视景体的缩放和投影中心的移动实现了灵活的分屏,集群节点内部从渲染流水线、循环迭代、函数级三个层次进行了多核并行优化,有效地提高了并行绘制系统的效率。实验结果表明：多核平台与并行绘制系统结合,以多线程的方式有效地提高了应用程序性能。     

基于PC集群多通道视景仿真系统的设计与实现

使用PC集群实现了多通道视景仿真,在给用户带来较大的视野和强烈沉浸感的同时可以得到较高的性价比。针对基于PC集群多通道视景仿真系统的系统框架进行了研究,使用OSG三维图形渲染引擎,提出了一种基于投影变换的分屏方法,并应用于基于PC集群的多通道视景仿真系统。实验结果表明与旋转视锥体方法相比该方法改善了在通道交界处产生“偏折”的现象,能够灵活、简便地进行分屏,方便地达到扩大视野或获得更大的显示尺寸的目的,保持了视景仿真中多通道视景和交互的同步并保持了画面的流畅。     

一种多路快速视频拼接系统设计与实现

针对当前高分辨率的多路视频拼接系统速度慢、实时性能低的问题,提出一种基于CPU和GPU并行架构的多路高清视频拼接算法。该算法在传统基于方向的快速特征点检测和旋转不变的特征描述算法上进行改进,删除针对尺度不变性应用的图像金字塔模块,并使用基于重叠区的局部配准方法,将配准后的图像数据在GPU设备端进行并行融合。在GPU与CPU异步执行的原则上,实现CPU端当前帧图像的配准,与其前帧图像融合,且以并行方式执行。通过显卡端图像数据计算与图像渲染之间的共享缓冲区,完成帧图像的快速渲染。实验结果表明,在4路200万像素的网络相机环境下,该算法实现的全景拼接系统的视频帧率达到17 f/s,可满足大场景的实时性需求。     

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.     

三维动画渲染集群节能控制研究

研究三维动画渲染领域的渲染集群能耗问题,采用基于神经网络的任务量预测模型,结合渲染系统任务量历史数据统计,提出基于多步预测的渲染集群自动开-关机控制算法和节能控制架构,并通过实际数据验证了节能控制方法的有效性。     

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.     

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。     

多投影显示墙画面校正技术综述*

由投影仪阵列组成的多投影显示墙是目前实现高性能、低成本大型绘制平台的首选解决方案。为了保证多投影显示墙画面的完整性,需要通过一定的方法来预补偿由于投影仪特性差异造成的画面几何扭曲与色彩不均衡。结合实际研究工作,从多投影显示墙存在的问题、几何变换矩阵求取、颜色模型估计和全局颜色校正等几个方面对多投影显示墙画面校正的研究情况进行综述, 讨论了存在的问题和进一步的发展方向。     

大规模立体显示墙系统的构建

从硬件选择、几何校正、边缘融合、颜色校正和软件环境等5方面系统地研究了构建大规模立体显示墙系统的关键技术.采用并行绘制技术和基于计算机视觉的自动校正,由Linux集群驱动多台普通投影仪拼接成一个统一的高分辨率、大规模的被动立体显示系统.     

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。     

GPU rendering for tiled multi-projector autostereoscopic display based on chromium

In this paper, a GPU-based high-resolution multiview rendering approach (HRMVRA) is presented and incorporated into Chromium, and then a tiled multi-projector autostereoscopic display system (TMPADS) based on HRMVRA is constructed to provide an immersing 3D perception and a compelling sense of presence without the need of glasses for viewers. HRMVRA renders the multiview images in real time in only one pass, though the traditional multiview rendering approaches based on Chromium render the multiviews in multiple passes. The hardware of the autostereoscopic display system consists of a front-projection screen that covers an area of 360×160 square centimeters, twenty four projectors and thirteen computers connected with the gigabit Ethernet. TMPADS is well scalable since both the resolution and the number of the rendered views are configurable. It is shown by the experiments that HRMVRA has more than five times performance of the traditional high-resolution multiview parallax rendering based on Chromium. Most existing single-view OpenGL applications (e.g., some games like Quake III) can run directly on TMPADS without any source-code modification or re-compiling.     

Low bandwidth desktop and video streaming for collaborative tiled display environments

High-resolution display environments built on networked, multi-tile displays have emerged as an enabling tool for collaborative, distributed visualization work. They provide a means to present, compare, and correlate data in a broad range of formats and coming from a multitude of different sources. Visualization of these distributed data resources may be achieved from a variety of clustered processing and display resources for local rendering and may be streamed on demand and in real-time from remotely rendered content. The latter is particularly important when multiple users want to concurrently share content from their personal devices to further augment the shared workspace. This paper presents a high-quality video streaming technique allowing remotely generated content to be acquired and streamed to multi-tile display environments from a range of sources and over a heterogeneous wide area network.The presented technique uses video compression to reduce the entropy and therefore required bandwidth of the video stream. Compressed video delivery poses a series of challenges for display on tiled video walls which are addressed in this paper. These include delivery to the display wall from a variety of devices and localities with synchronized playback, seamless mobility as users move and resize the video streams across the tiled display wall, and low latency video encoding, decoding, and display necessary for interactive applications. The presented technique is able to deliver 1080p resolution, multimedia rich content with bandwidth requirements below 10 Mbps and low enough latency for constant interactivity. A case study is provided, comparing uncompressed and compressed streaming techniques, with performance evaluations for bandwidth use, total latency, maximum frame rate, and visual quality.     

D3DPR:基于Direct3D9的并行图形绘制系统

根据Direct3D9图形库的特征,提出了支持Direct3D9应用程序级透明并行图形绘制系统D3DPR的系统结构及其实现原理.D3DPR分为资源分配和资源绘制2类逻辑节点.通过资源分配节点并行图形库DPGL的截取技术和资源绘制节点的重构技术,任何单机的Direct3D9应用程序都不需要经过修改即可实时转变为由PC集群并行绘制,从而得到更高的绘制性能和高分辨率的多屏拼接显示效果,为用户提供具有更强真实感和沉浸感的虚拟环境.     

基于机群的拼贴显示系统的软件结构

利用计算机系统控制多个图形部件,驱动多个投影仪得到基于投影拼贴的显示,是突破现有显示技术制约,实现千万像素以上的高清晰度大尺寸显示的有效手段。目前采用PC机群系统来驱动拼贴显示系统的方式由于其较高的性能价格比正日益成为主流的选择,但是这种实现方式同时需要更复杂的分布式显示软件的支持。该文分析比较了几种基于机群的拼贴显示系统的软件结构并在此基础上提出了一种新的适合并行程序环境的软件接口。     

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.