973 项目结题报告

1. 973项目结题报告 项目名称：虚拟现实的基础理论、算法及实现 课题编号：2002CB312105 课题名称：分布式虚拟环境 子课题名称：分布并行图形绘制技术及系统 子课题负责人：石教英

2. 研究任务 • 研究规模可扩展的高性能分布并行图形绘制体系结构、绘制流水线组织和负载平衡算法。 • 研究多种高性能分布并行图形绘制加速算法。 • 研究支持异构大规模场景数据的实时绘制技术，以及高效的分布仿真与并行绘制系统的集成技术。 • 研究高分辨率分屏显示技术。

3. 分布式虚拟环境图形绘制特点 • 场景规模大，场景对象数据类型复杂，绘制能力要求高。 • 仿真系统与图形绘制存在两套数据结构，数据管理复杂。 • 多以高分辨率投影墙作为观察终端，绘制数据量大、显示分辨率高、任务划分方式相对固定。 • 具有广泛的分布特征，如数据来源、参与用户、仿真计算节点、终端显示节点等。 • 要求较高的硬软件通用性。

4. 研究成果 一、新型并行绘制体系结构 • 动态绘制组 • 复式嵌套并行绘制流水线 • 基于节点迁移的负载平衡策略 • 优点：扩展性能好，适应负载变化能力强，负载平衡开销小，速度快。

5. 研究成果 • 动态绘制组DRT • 本体系结构的基本绘制功能单元由数目可变的PC节点组成，便于动态调节其运算能力。

6. 研究成果 • 复式嵌套并行绘制流水线 • 灵活的绘制流水线组织方式 • 动态绘制组之间：sort-first • 动态绘制组内部：sort-first 和sort-last 切换

7. 研究成果 • 基于节点迁移的负载平衡策略 • 检测帧速率判别 负载量变化。 • 启动基于节点迁 移的负载平衡流 程动态调节绘制 单元PC节点数。

8. 研究成果 二、集成多种图形绘制加速技术 • 基于预测的可见性剔除。 • 并行网格简化与并行多分辨率构建。 • 存储访问优化技术。 • 面向并行绘制的网格压缩和条带化技术。 • 优点：支持大规模虚拟场景的实时绘制，提高并行图形绘制系统的交互性能。

9. 研究成果 • 基于预测的可见性剔除 • 利用硬件遮挡查询， 利用可见性的时空 连贯性减少查询次 数，利用分层缓冲 区减少排序代价， 实时遮挡剔除效率 最高可达99％。

10. 研究成果 • 并行网格简化 • 基于网格分割和基于网格流的并行简化方法 • 基于基准网格简化测试的资源管理和任务分配 • 24节点PC集群的简化加速比最高可达19：1

11. 研究成果 • 存储访问优化技术 • 基于优先权的外存数据管理框架，使用该框架绘制性能最大可提高20倍。

12. 研究成果 • 面向并行绘制的网格压缩和条带化技术 • 支持网格分片随机存取 • 缓存优化的三角形条带化

13. 研究成果 三、场景组织框架和数据通讯模型 • 异构场景图。 • 统一对象模型。 • 优点：支持不同上层应用，扩大了并行图形绘制系统的适用范围 ，在仿真平台和并行绘制平台之间建立高效的数据交换桥梁，减轻了两者集成的开发工作量。

14. 研究成果 • 异构场景图

15. 研究成果 • 统一对象模型

16. 研究成果 四、并行绘制系统D3DPR • 优点：可支持基于Direct3D和采用GPU 着色器的应用程序透明化并行，具有较强的软件通用性。

17. 研究成果 五、高分辨率多屏拼接显示技术 • 优点：解决了几何拼接和色彩突变的问题，实用性较强。

18. 研究成果 六、集成技术 （1）集成并行绘制系统与多屏拼接显示系统

19. 研究成果 （2）集成并行绘制系统、基于HLA的分布仿真系统和多屏拼接显示系统

20. 研究成果 七、基于网格的分布仿真、并行绘制和可视化集成系统GSPR • 优点：支持多种应用的网格体系结构，支持动态资源分配与管理，灵活的数据管理框架。

21. 研究成果 • GSPR系统采用三层体系结构模型 • 运行时环境层GRE。 • 网格应用框架层GAF。 • 网格门户层GPortal。

22. 研究成果特点 • 具有较强的硬件通用性，支持不同分布并行环境。 • 支持PC集群和图形集群。 • 支持网格分布并行环境。 • 具有较强的软件通用性，支持不同图形绘制API。 • 支持OpenGL。 • 支持Direct3D。 • 支持不同类型的上层应用。

23. 研究成果特点 • 体系结构与负载平衡效率高、扩展性好，特别适用于任务划分相对固定的虚拟现实应用。 • 集成多种绘制加速技术，支持大规模场景的分布数据存储、数据流压缩传输和实时绘制。 • 支持分布式仿真环境与并行绘制系统的高效集成。