[发明专利]一种三维地理信息系统实时绘制多线程分配与控制方法

说明书

技术领域

本发明属于地理空间信息系统技术领域，更具体地，涉及一种三维地理信息系统实时绘制多线程分配与控制方法。

背景技术

当人们在使用GoogleEarth,NASAWorldWind以及MicrosoftVirtualEarth等工具来漫游地球影像时，一种全新的浏览方式震撼了普普通通的人们，使得人们可以足不出户地来认识我们生存的这个世界，可以从电脑屏幕来看看那梦寐以求的地方是什么样子的。然而，随着人类活动的发展，只是从影像上看我们的世界，由于其限定的视角、阴影、建筑物等遮挡等因素的限制，渐渐不能满足人们的要求。人们更多地期待日常生活中的各种对象真实再现于虚拟现实，使人有身临其境的感觉。并且要求人们能够与环境进行实时的交互操作。

随着计算机技术的发展，人们在数据获取技术上也取得了飞速的进步，数据获取的手段更加丰富，建模技术更加精确和快捷：表现在CAD建模技术，三维激光扫描技术，全自动或半自动数字摄影测量建模，科学试验算法模拟数据生成以及航空、航天手段遥感数据。数据获取范围越来越大，精度越来越高，更新周期也越来越快。数据获取手段发展的一个重要表现是数据的精确度提高，对建模对象的表达更加精细。在以格网进行表达的模型中，顶点越来越密集，多边形数越来越多，纹理的精度也越来越高，这些都使用以表达模型的数据量以爆炸式增长，表达一个场景的数据量达几十个GB甚至TB级。

所谓实时绘制(realtimerendering)，是指系统在限定的时间内完成场景中各对象的位置和姿态的计算与图像绘制，使画面更新平滑，随用户视点的改变画面的更新必须达到人眼察觉不到闪烁的程度(画面更新速度至少应达到24帧/秒)；同时能够对用户的输入，如模拟飞行时对飞行的位置、方向的控制，立即做出响应，并同步更新相应的场景及事件，并产生相应的环境和场景，以实现用户与系统的实时交互。因此，实时绘制要实现以下指标：一、使得渲染的速度可以达到24FPS以上；二、维持在这个速率对场景进行渲染与用户交互反应；三、反应的外部事件的时间应在100毫秒内。

当前计算机技术硬件发展中，CPU与GPU的发展速度远远超过存储器容量与访问速度提高的速度，同时，随着数据获取技术的进步，模型表达所采用的数据量呈爆炸性增长。模型的数据量是无法全部同时加载到系统的内存中的，场景的复杂度已经远远超过当前硬件的渲染能力。提高实时绘制的能力主要的途径可以从硬件与软件两个方面进行。硬件方面：通过提高计算处理的速度，包括CPU的处理速度以及GPU的处理速度，使图像生成绘制时间变短。软件方面：从绘制算法入手，包括减少图形画面的复杂度和提高图形实时生成的能力。软件的方法可以分为两个大类：一是提高绘制管道效率，二是减少场景进入绘制的数据量。

大规模三维城市模型实时绘制的瓶颈在于数据量巨大引起的大量I/O操作导致的延迟以及绘制管线中的不平衡。在使用简化与剔除方法的基础上，在保证绘制图像质量的前提下，尽可能减少模型表达的数据量时，数据量仍不能满足完全加载的要求。因此，对数据的组织与加载成为决定能否达到场景完整实时绘制的关键。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三维地理信息系统实时绘制多线程分配与控制方法，针对大规模三维城市模型中实时漫游绘制时，模型数据的动态调度困难的问题，从绘制过程本身出发，以实时绘制为目的，将数据加载代价、图元绘制代价反映到三维城市场景模型的组织与存储过程中，并以实时监测的代价为依据动态调节处理器多核资源，实现加载过程与绘制过程的平衡。