基于PVM的并行地形绘制研究

论文摘要

近年来,随着计算机图形学、科学计算可视化、遥感技术、计算机视觉等相关学科的发展,利用航空航天摄影测量获取的地形数据,生成具有高度细节层次的三维地形已经十分普遍。地形的实时绘制和可视化是计算机图形学、虚拟现实、地理信息系统等技术研究的关键问题。目前,许多专业图形工作站可以对上万个三角形进行实时绘制,但是地形数据异常庞大,超过了单个图形工作站的绘制能力。因此,并行绘制技术成为处理超大规模数据绘制的突破点。特别是基于PC集群的并行图形绘制,具有高性价比、使用灵活、扩展性好的特点,成为并行绘制的研究热点。本文设计并实现了基于PVM的并行地形绘制框架。系统运行在PC集群之上,使用保留模式的sort-first并行绘制体系结构绘制地形,并对绘制结果进行多通道输出。PC集群中各个节点用高速的以太网互联,利用驻留在每个节点上的PVMD（PVM守护进程）,进行任务的控制和消息的传递。利用PVM的接口库进行消息发送和接收、绘制任务的创建、绘制任务同步等。主要工作:（1）介绍PVM原理和搭建并行环境,PVM采用消息传递方式编写程序。在基于PVM的并行环境中,每个节点必须安装PVM系统,在运行时要确保网络畅通。本文详细介绍了并行环境创建的整个过程,对配置过程中出现的问题进行了总结。（2）研究国内外地形绘制的经典算法:采用二叉树或者四叉树的存储机制,采用自底向上或者自顶向下的细节模型简化和视点相关的模型策略,基于规则格网的绘制比基于三角格网的绘制应用更广泛。总结了众多学者对经典算法的改进方法,目前较为适合并行特性的地形绘制算法是ROAM算法。ROAM算法优点:易分块绘制,数据结构简单,访问结点容易,自动消除裂缝。缺点:强制分裂导致三角形数目急剧增加,耗费内存,降低绘制性能。针对上述两个方面,将ROAM串行算法并行化,具体改进如下:（3）将数据分块后使用ROAM算法绘制。ROAM算法易分块的特性,使其将数据分块后,仍然可以采用ROAM算法绘制,不产生裂缝。（4）控制二叉树的分裂深度。通过屏幕误差控制和视点的位置来控制二叉树的分裂深度。为了减轻网络的传输负担,文章提出了数据本地化的方法,在每个节点上保存完整的灰度图数据。在传输过程中,只需传送需要绘制的文件的起始位置和终止位置,大大减轻了网络传输负担。且在Master/Slave的编程模式下,通过Master主机控制其它Slave主机。从而实现了简单的同步控制操作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 并行绘制的研究背景
• 1.2 基于PC集群的并行图形绘制
• 1.2.1 并行多边形绘制
• 1.2.2 并行绘制流水线的组织方式
• 1.3 并行地形绘制综述
• 1.3.1 大规模地形绘制算法综述
• 1.3.2 并行地形绘制研究的现状
• 1.4 本文的研究内容及章节安排
• 第2章 基于PVM并行环境的建立
• 2.1 PC集群系统
• 2.1.1 集群系统介绍
• 2.2 并行虚拟机PVM
• 2.2.1 PVM的特点
• 2.2.2 PVM结构与功能
• 2.2.3 PVM守护进程PVMD
• 2.2.4 PVM消息机制
• 2.2.5 PVM与MPI的比较
• 2.3 集群配置过程
• 2.3.1 安装 PVM
• 2.3.2 机群配置
• 2.3.3 编程环境配置
• 2.4 PVM编程模式
• 2.5 本章小结
• 第3章 集群环境性能测试与分析
• 3.1 测试环境
• 3.2 通信性能测试原理
• 3.3 通信开销测试
• 3.4 测试结果分析
• 第4章 并行地形绘制的分析与实现
• 4.1 地形的并行性分析
• 4.1.1 ROAM地形绘制算法
• 4.1.2 二叉树的可视化机制对DEM数据的要求
• 4.1.3 平面数据的分块
• 4.2 地形的并行绘制
• 4.2.1 单机环境下的地形绘制
• 4.2.2 基于PC集群的地形绘制
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 并行程序评估
• 4.4 同步控制
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果