基于PC集群的高度并行多屏戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖顯示方法

鄧紅艷

摘要：針對(duì)單個(gè)計(jì)算機(jī)屏幕較小、計(jì)算機(jī)計(jì)算能力不夠強(qiáng)大給大視景作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示帶來(lái)的難題，在分析現(xiàn)有的多屏顯示方法基礎(chǔ)上，提出了一種在現(xiàn)階段軟硬件條件下基于PC集群的高度并行多屏態(tài)勢(shì)圖顯示方法。實(shí)踐證明該方法可行且具有費(fèi)用低廉，快速的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：PC集群；并行；多屏；戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖；顯示

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）30-7094-03

隨著軍隊(duì)信息化建設(shè)步伐的加快，利用計(jì)算機(jī)可視化等技術(shù)展現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)已成為指揮控制系統(tǒng)建設(shè)中實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)監(jiān)控的必要環(huán)節(jié)。與一般的交通指揮等可視化監(jiān)控內(nèi)容不同，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)涉及戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)兵力部署、戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)等眾多內(nèi)容，不僅內(nèi)容繁多，彼此間的壓蓋關(guān)系也非常復(fù)雜，不僅要求視野開(kāi)闊、顯示速度快，而且態(tài)勢(shì)圖各部分的內(nèi)容都在不停的變化。如果簡(jiǎn)單的利用單屏計(jì)算機(jī)進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的顯示，受計(jì)算機(jī)顯示屏幕大小的限制，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的圖形壓蓋重疊現(xiàn)象，指揮員必須通過(guò)漫游或者縮放等操作才能獲得對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)區(qū)域的較好監(jiān)視，思維需要在態(tài)勢(shì)理解和操作間不停轉(zhuǎn)換，不僅不便于全局掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，同時(shí)分散指揮員的精力，影響監(jiān)控效果。這一問(wèn)題在執(zhí)行聯(lián)合作戰(zhàn)、戰(zhàn)略監(jiān)控和精準(zhǔn)監(jiān)控等任務(wù)時(shí)尤為突出。構(gòu)造大范圍可視化的多屏戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖顯示場(chǎng)景勢(shì)在必行。

針對(duì)這一問(wèn)題，目前流行的解決方案主要有兩種[3，4]：一種是使用大屏投影控制器，利用投影系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)多屏顯示；一種是采用單機(jī)控制多屏顯卡，實(shí)現(xiàn)多屏的顯示輸出。這兩種解決方案對(duì)于解決大范圍多屏戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖顯示場(chǎng)景都存在難以克服的問(wèn)題：首先，使用大屏投影控制器的方案雖然解決了多類(lèi)型信號(hào)的切換和接入，但只適合應(yīng)用于各屏幕內(nèi)容預(yù)先設(shè)定的大屏幕信息顯示，缺乏對(duì)多個(gè)屏幕間信息動(dòng)態(tài)無(wú)縫協(xié)調(diào)拼接顯示的能力，即使是協(xié)同標(biāo)繪，除小視野的缺點(diǎn)外，各協(xié)同機(jī)器也只能顯示相同范圍的態(tài)勢(shì)，難以在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖進(jìn)行縮放漫游時(shí)保持無(wú)縫拼接；其次，采用單機(jī)控制多屏顯卡的方案，接在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的多屏顯卡輸出的態(tài)勢(shì)圖是由同一臺(tái)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的，在采用一切可能的加快繪制速度的方法前提下，同一臺(tái)計(jì)算機(jī)繪制較大視景態(tài)勢(shì)圖顯然比繪制小視景態(tài)勢(shì)圖需要更多的運(yùn)算和繪制，其顯示效率無(wú)法滿足戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的快速需求；最后，無(wú)論是大屏投影控制器還是多屏顯卡，其價(jià)格都是昂貴的，對(duì)于戰(zhàn)爭(zhēng)中需要開(kāi)設(shè)的多個(gè)臨時(shí)指揮所無(wú)疑是增加了巨大的費(fèi)用。

基于以上分析，該文提出了一種基于PC集群的高度并行多屏作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示方法。該方法采用分布式交互控制，將態(tài)勢(shì)圖顯示內(nèi)容分割，采用并行處理的方式滿足戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖視野開(kāi)闊、速度快、內(nèi)容變化快、縮放漫游操作時(shí)需保持無(wú)縫拼接的要求。

1 基于PC集群的并行多屏作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示體系結(jié)構(gòu)

基于PC集群的并行多屏態(tài)勢(shì)圖顯示方法與傳統(tǒng)的利用大屏投影控制器與多屏顯卡的方法不同，需要普通PC機(jī)進(jìn)行協(xié)同工作，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要有三類(lèi)功能節(jié)點(diǎn)：

1） 數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)

數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)主要是為戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖提供數(shù)據(jù)源。戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖顯示的內(nèi)容是非常復(fù)雜的，相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)也是多種多樣，既可以是提供戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的靜態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，也可以是實(shí)時(shí)接收戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)，氣象數(shù)據(jù)等的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)。

2） 態(tài)勢(shì)圖顯示協(xié)調(diào)控制節(jié)點(diǎn)

態(tài)勢(shì)圖顯示協(xié)調(diào)控制節(jié)點(diǎn)主要是根據(jù)用戶對(duì)態(tài)勢(shì)圖的實(shí)時(shí)操作控制按照態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的顯示區(qū)域進(jìn)行顯示任務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)的分配，將分配后的任務(wù)打包直接發(fā)送給態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)。

3） 態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)

態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將態(tài)勢(shì)圖顯示控制節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的包進(jìn)行解包，然后依據(jù)相應(yīng)的任務(wù)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，并完成繪制顯示過(guò)程。

其中，態(tài)勢(shì)圖顯示協(xié)調(diào)控制節(jié)點(diǎn)可由態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)中的某一機(jī)器充當(dāng)。從體系結(jié)構(gòu)上看，該文提出的基于PC集群的并行多屏作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示體系結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

1） 該體系結(jié)構(gòu)無(wú)需特殊配置的計(jì)算機(jī)和專(zhuān)用昂貴顯卡等硬件設(shè)備，僅通過(guò)多臺(tái)普通計(jì)算即可實(shí)現(xiàn)大視景態(tài)勢(shì)圖在投影墻上的顯示，構(gòu)建費(fèi)用低廉，可擴(kuò)展性強(qiáng)；

2） 通過(guò)態(tài)勢(shì)顯示分節(jié)點(diǎn)中各顯示分控機(jī)與屏幕矩陣的配置關(guān)系，態(tài)勢(shì)顯示協(xié)調(diào)控制節(jié)點(diǎn)可快速計(jì)算出顯示分節(jié)點(diǎn)需顯示的數(shù)據(jù)，將顯示任務(wù)分配給各顯示分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取并顯示，同時(shí)各顯示分控機(jī)的屏幕不會(huì)出現(xiàn)壓蓋或缺失情況，從而實(shí)現(xiàn)大視景態(tài)勢(shì)圖在投影墻上的無(wú)縫顯示；

3） 帶有倍數(shù)的漫游方法，使得僅通過(guò)對(duì)態(tài)勢(shì)顯示協(xié)調(diào)控制節(jié)點(diǎn)的顯示控制操作，可實(shí)現(xiàn)在全部大視景態(tài)勢(shì)圖上的漫游操作。

2 基于PC集群的并行多屏作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵問(wèn)題

結(jié)合圖1所示體系結(jié)構(gòu)，基于PC集群的并行多屏作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示方法基本過(guò)程概括起來(lái)為：首先由多個(gè)可無(wú)縫拼接的顯示屏幕組成的投影墻，與投影墻內(nèi)顯示屏幕個(gè)數(shù)相同的普通PC構(gòu)成態(tài)勢(shì)顯示分節(jié)點(diǎn)，每臺(tái)PC控制一個(gè)顯示屏幕；其次由一臺(tái)普通PC充當(dāng)態(tài)勢(shì)顯示協(xié)調(diào)控制分節(jié)點(diǎn)，當(dāng)顯示協(xié)調(diào)控制分節(jié)點(diǎn)接受到用戶或者其它對(duì)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示內(nèi)容變化的控制信息（典型的如縮放，漫游操作），顯示協(xié)調(diào)控制節(jié)點(diǎn)將態(tài)勢(shì)圖顯示范圍，數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)位置等信息打包成任務(wù)發(fā)送給態(tài)勢(shì)顯示分節(jié)點(diǎn)；最后態(tài)勢(shì)顯示分節(jié)點(diǎn)根據(jù)接受的任務(wù)到指定的數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)并完成繪制過(guò)程。在這一個(gè)過(guò)程中，其硬件配置及網(wǎng)絡(luò)配置都比較簡(jiǎn)單，采用普通PC機(jī)，投影儀和一般局域網(wǎng)即可，關(guān)鍵在于進(jìn)行縮放漫游等屏幕內(nèi)容更新操作時(shí)態(tài)勢(shì)顯示控制分節(jié)點(diǎn)的顯示范圍計(jì)算，多屏同步刷新機(jī)制，多屏態(tài)勢(shì)圖圖層控制一致三個(gè)問(wèn)題：

2.1態(tài)勢(shì)顯示控制分節(jié)點(diǎn)顯示范圍計(jì)算

所有的態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)構(gòu)成[M×N]的矩形，即態(tài)勢(shì)圖顯示分控機(jī)有[M×N]臺(tái)，假設(shè)態(tài)勢(shì)顯示協(xié)調(diào)控制分節(jié)點(diǎn)為態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)中的一臺(tái)普通PC充當(dāng)，記為機(jī)器[P]，其位置為矩陣中第一行第一列，其顯示內(nèi)容是所有其它態(tài)勢(shì)圖分節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)，按照縮放與漫游的不同操作機(jī)器[P]的顯示范圍有所不同：endprint

1） 縮放操作時(shí)的范圍計(jì)算：

① 根據(jù)縮放操作，獲取相應(yīng)的縮放倍數(shù)[A]；

② 以[P]的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，對(duì)[P]顯示的范圍重新進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)[P]的初始顯示經(jīng)度范圍為[L1～L2]，初始顯示緯度范圍為[B1～B2]，則按照公式（1） 可獲取經(jīng)度變化后范圍[L3～L4]與緯度變化后范圍[B3～B4]；

[L3=L2+L12-L2-L12A]

[L4=L2+L12+L2-L12A]

[B3=B2+B12-B2-B12A]

[B4=B2+B12+B2-B12A] （1）

2） 漫游操作時(shí)的范圍計(jì)算

對(duì)于無(wú)倍數(shù)的漫游，若[P]在漫游時(shí)經(jīng)差為X、緯差為Y，則X、Y應(yīng)均不大于[P]顯示的經(jīng)緯差范圍。通過(guò)設(shè)置漫游倍數(shù)，可使漫游范圍為全部大視景態(tài)勢(shì)圖；若投影墻屏幕矩陣為[M×N]，則緯度漫游倍數(shù)不大于[M]倍，經(jīng)度漫游倍數(shù)不大于[N]倍。若鼠標(biāo)在屏幕上的拖拽距離為經(jīng)差X、Y，設(shè)置經(jīng)度、緯度漫游倍數(shù)分別為[n、m]且[n≤N、m≤M]， 顯示的漫游步長(zhǎng)為經(jīng)差[nX]、緯差[mY]，用原顯示范圍加上經(jīng)差[nX]和緯差[mY]后，即得到[P]的新顯示范圍。

在獲取[P]的顯示范圍后，由于[P]處于整個(gè)態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)矩陣中第一行第一列，則可以依據(jù)其范圍采用公式2計(jì)算相應(yīng)的第[i]行，第[k]列（其中[i≤M，k≤N]）顯示分控機(jī)的顯示范圍：

經(jīng)度顯示范圍 = （[L1+（k-1）×（L2-L1）]，[L1+k×（L2-L1）]）

緯度顯示范圍 = （[B2-（i-1）×（B2-B1）]，[B2-i×（B2-B1）]） （2）

2.2 多屏同步刷新機(jī)制

因?yàn)樗褂玫母饔?jì)算機(jī)的性能配置可以不一致，則存在由計(jì)算機(jī)性能帶來(lái)的各屏幕顯示時(shí)間的差異；即使各計(jì)算機(jī)配置相同，也會(huì)因?yàn)榉峙渲粮饔?jì)算機(jī)的繪制任務(wù)有數(shù)據(jù)量和符號(hào)化的差異（繪制較大數(shù)據(jù)量和繪制較復(fù)雜符號(hào)需要的工作時(shí)間較多），而出現(xiàn)各屏幕顯示時(shí)間的差異。如果不加控制地讓各計(jì)算機(jī)直接將繪制好的態(tài)勢(shì)圖呈現(xiàn)給用戶，必然會(huì)出現(xiàn)各部分更新時(shí)間不一致的問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)大視景顯示會(huì)有明顯的塊跳動(dòng)感，缺乏態(tài)勢(shì)圖顯示需要的協(xié)調(diào)整體感。因此需提供多屏同步顯示自動(dòng)刷新方法，即按照繪制時(shí)間最長(zhǎng)的顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)確定整體刷新時(shí)間，由顯示控制分節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)刷新時(shí)間，具體多屏同步刷新方如下：

① 各顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)預(yù)先采用內(nèi)存位圖繪制態(tài)勢(shì)圖，繪制完畢后顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)給顯示控制分節(jié)點(diǎn)發(fā)送內(nèi)存位圖繪制完畢命令，然后等待顯示控制分節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存位圖拷貝至屏幕的命令；

② 顯示控制分節(jié)點(diǎn)接收所有顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)的內(nèi)存位圖繪制完畢命令后，自動(dòng)向所有從機(jī)發(fā)送內(nèi)存位圖拷貝至屏幕的命令；

③ 所有顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)收到來(lái)自顯示控制分節(jié)點(diǎn)的拷貝內(nèi)存位圖至屏幕命令后，完成位圖拷貝，在視覺(jué)上提供態(tài)勢(shì)圖顯示需要的協(xié)調(diào)整體感。

2.3 多屏態(tài)勢(shì)圖圖層控制一致

由于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖的顯示包括多層態(tài)勢(shì)圖顯示，例如地圖顯示、軍標(biāo)圖層顯示、地圖與軍標(biāo)圖層疊加顯示等，因而需要顯示內(nèi)容的協(xié)調(diào)。顯示控制分節(jié)點(diǎn)對(duì)圖層顯示內(nèi)容的協(xié)調(diào)包含態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)源、態(tài)勢(shì)圖層選擇及比例尺、指北針等的統(tǒng)一管理。顯示控制分節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向所有顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)發(fā)送某一態(tài)勢(shì)圖層的顯示與隱藏命令，實(shí)現(xiàn)大視景態(tài)勢(shì)圖相應(yīng)圖層數(shù)據(jù)的一致顯示；顯示控制分節(jié)點(diǎn)向特定顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)發(fā)送顯示比例尺、指北針的控制命令，使比例尺、指北針顯示在某一從機(jī)對(duì)應(yīng)的屏幕上。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

幕顯示分辨率1024*768的屏幕，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為上海市2009年全境道路網(wǎng)數(shù)據(jù)（ESRI公司的shapefile格式，包括147，448個(gè)弧段以及10M等高線數(shù)據(jù)）和15000個(gè)軍標(biāo)符號(hào)。從圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果看來(lái)，采用基于PC集群的并行多屏作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示方法完全能滿足作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示內(nèi)容多，顯示場(chǎng)景大的要求。

從表1中可以看出，若由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制單屏幕輸出，所需時(shí)間長(zhǎng)、屏幕較小，顯示內(nèi)容嚴(yán)重壓蓋；而按照本方法使用多臺(tái)普通計(jì)算機(jī)顯示態(tài)勢(shì)圖，則顯示時(shí)間大大縮短，屏幕較大，顯示內(nèi)容壓蓋明顯減少，清晰可見(jiàn)內(nèi)容明顯增多。 （下轉(zhuǎn)第7102頁(yè)）

實(shí)驗(yàn)證明，基于該方法開(kāi)發(fā)的大視景態(tài)勢(shì)圖顯示系統(tǒng)，能夠快速顯示大視景的態(tài)勢(shì)圖，且具有配置靈活、費(fèi)用低廉的特點(diǎn)。該方法可直接用于部隊(duì)、公安等領(lǐng)域大視景監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì)與研制。

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1） 縮放操作時(shí)的范圍計(jì)算：

① 根據(jù)縮放操作，獲取相應(yīng)的縮放倍數(shù)[A]；

② 以[P]的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，對(duì)[P]顯示的范圍重新進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)[P]的初始顯示經(jīng)度范圍為[L1～L2]，初始顯示緯度范圍為[B1～B2]，則按照公式（1） 可獲取經(jīng)度變化后范圍[L3～L4]與緯度變化后范圍[B3～B4]；

[L3=L2+L12-L2-L12A]

[L4=L2+L12+L2-L12A]

[B3=B2+B12-B2-B12A]

[B4=B2+B12+B2-B12A] （1）

2） 漫游操作時(shí)的范圍計(jì)算

對(duì)于無(wú)倍數(shù)的漫游，若[P]在漫游時(shí)經(jīng)差為X、緯差為Y，則X、Y應(yīng)均不大于[P]顯示的經(jīng)緯差范圍。通過(guò)設(shè)置漫游倍數(shù)，可使漫游范圍為全部大視景態(tài)勢(shì)圖；若投影墻屏幕矩陣為[M×N]，則緯度漫游倍數(shù)不大于[M]倍，經(jīng)度漫游倍數(shù)不大于[N]倍。若鼠標(biāo)在屏幕上的拖拽距離為經(jīng)差X、Y，設(shè)置經(jīng)度、緯度漫游倍數(shù)分別為[n、m]且[n≤N、m≤M]， 顯示的漫游步長(zhǎng)為經(jīng)差[nX]、緯差[mY]，用原顯示范圍加上經(jīng)差[nX]和緯差[mY]后，即得到[P]的新顯示范圍。

在獲取[P]的顯示范圍后，由于[P]處于整個(gè)態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)矩陣中第一行第一列，則可以依據(jù)其范圍采用公式2計(jì)算相應(yīng)的第[i]行，第[k]列（其中[i≤M，k≤N]）顯示分控機(jī)的顯示范圍：

經(jīng)度顯示范圍 = （[L1+（k-1）×（L2-L1）]，[L1+k×（L2-L1）]）

緯度顯示范圍 = （[B2-（i-1）×（B2-B1）]，[B2-i×（B2-B1）]） （2）

2.2 多屏同步刷新機(jī)制

因?yàn)樗褂玫母饔?jì)算機(jī)的性能配置可以不一致，則存在由計(jì)算機(jī)性能帶來(lái)的各屏幕顯示時(shí)間的差異；即使各計(jì)算機(jī)配置相同，也會(huì)因?yàn)榉峙渲粮饔?jì)算機(jī)的繪制任務(wù)有數(shù)據(jù)量和符號(hào)化的差異（繪制較大數(shù)據(jù)量和繪制較復(fù)雜符號(hào)需要的工作時(shí)間較多），而出現(xiàn)各屏幕顯示時(shí)間的差異。如果不加控制地讓各計(jì)算機(jī)直接將繪制好的態(tài)勢(shì)圖呈現(xiàn)給用戶，必然會(huì)出現(xiàn)各部分更新時(shí)間不一致的問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)大視景顯示會(huì)有明顯的塊跳動(dòng)感，缺乏態(tài)勢(shì)圖顯示需要的協(xié)調(diào)整體感。因此需提供多屏同步顯示自動(dòng)刷新方法，即按照繪制時(shí)間最長(zhǎng)的顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)確定整體刷新時(shí)間，由顯示控制分節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)刷新時(shí)間，具體多屏同步刷新方如下：

① 各顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)預(yù)先采用內(nèi)存位圖繪制態(tài)勢(shì)圖，繪制完畢后顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)給顯示控制分節(jié)點(diǎn)發(fā)送內(nèi)存位圖繪制完畢命令，然后等待顯示控制分節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存位圖拷貝至屏幕的命令；

② 顯示控制分節(jié)點(diǎn)接收所有顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)的內(nèi)存位圖繪制完畢命令后，自動(dòng)向所有從機(jī)發(fā)送內(nèi)存位圖拷貝至屏幕的命令；

③ 所有顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)收到來(lái)自顯示控制分節(jié)點(diǎn)的拷貝內(nèi)存位圖至屏幕命令后，完成位圖拷貝，在視覺(jué)上提供態(tài)勢(shì)圖顯示需要的協(xié)調(diào)整體感。

2.3 多屏態(tài)勢(shì)圖圖層控制一致

由于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖的顯示包括多層態(tài)勢(shì)圖顯示，例如地圖顯示、軍標(biāo)圖層顯示、地圖與軍標(biāo)圖層疊加顯示等，因而需要顯示內(nèi)容的協(xié)調(diào)。顯示控制分節(jié)點(diǎn)對(duì)圖層顯示內(nèi)容的協(xié)調(diào)包含態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)源、態(tài)勢(shì)圖層選擇及比例尺、指北針等的統(tǒng)一管理。顯示控制分節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向所有顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)發(fā)送某一態(tài)勢(shì)圖層的顯示與隱藏命令，實(shí)現(xiàn)大視景態(tài)勢(shì)圖相應(yīng)圖層數(shù)據(jù)的一致顯示；顯示控制分節(jié)點(diǎn)向特定顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)發(fā)送顯示比例尺、指北針的控制命令，使比例尺、指北針顯示在某一從機(jī)對(duì)應(yīng)的屏幕上。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

幕顯示分辨率1024*768的屏幕，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為上海市2009年全境道路網(wǎng)數(shù)據(jù)（ESRI公司的shapefile格式，包括147，448個(gè)弧段以及10M等高線數(shù)據(jù)）和15000個(gè)軍標(biāo)符號(hào)。從圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果看來(lái)，采用基于PC集群的并行多屏作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示方法完全能滿足作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示內(nèi)容多，顯示場(chǎng)景大的要求。

從表1中可以看出，若由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制單屏幕輸出，所需時(shí)間長(zhǎng)、屏幕較小，顯示內(nèi)容嚴(yán)重壓蓋；而按照本方法使用多臺(tái)普通計(jì)算機(jī)顯示態(tài)勢(shì)圖，則顯示時(shí)間大大縮短，屏幕較大，顯示內(nèi)容壓蓋明顯減少，清晰可見(jiàn)內(nèi)容明顯增多。 （下轉(zhuǎn)第7102頁(yè)）

實(shí)驗(yàn)證明，基于該方法開(kāi)發(fā)的大視景態(tài)勢(shì)圖顯示系統(tǒng)，能夠快速顯示大視景的態(tài)勢(shì)圖，且具有配置靈活、費(fèi)用低廉的特點(diǎn)。該方法可直接用于部隊(duì)、公安等領(lǐng)域大視景監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì)與研制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 華一新，王飛，郭新華，等.通用態(tài)勢(shì)圖原理與技術(shù)[M].北京：解放軍出版社，2007.

[2] 彭敏峰，曾亮，陸筱霞，等.一種高度并行的多任務(wù)并行繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2006（9）：63-66.

[3] 侯洪濤，朱一凡，韋慶，等.基于PC集群的多屏無(wú)縫拼接技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2006，23（11）：202-205.

[4] 陳靜姝，王慶官，張凡，等.基于網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2007，24（8）.

[5] 金其杰，王弘，肖麗.并行應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)跟蹤可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2004，41（5）.

[6] 石教英，趙友兵，仇應(yīng)俊，等.面向網(wǎng)格的可視化系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2004（12）.

[7] KNISS J，McCORMICK P，McPHERSON A，et al.Interactive texture-based volume rendering for large data sets[J].IEEE Computer Graphics and Applications， 2001，21（4）：52-61.

[8] XU Zhi-wei，LI Wei，ZHA Li，et al.A computer systems approach to grid computing[J].Journal of Grid Computing，2004，2（2）.

[9] SHAN Gui-hua，CHI Xue-bin，LIU Jun，et al.ScVisGrid：a remote visualization environment in grid computing[C]//Proc of DCABES and ICPACE Joint Conference on Distributed Algorithms for Science and Engineering.London，2005：223-226.endprint

1） 縮放操作時(shí)的范圍計(jì)算：

① 根據(jù)縮放操作，獲取相應(yīng)的縮放倍數(shù)[A]；

② 以[P]的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，對(duì)[P]顯示的范圍重新進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)[P]的初始顯示經(jīng)度范圍為[L1～L2]，初始顯示緯度范圍為[B1～B2]，則按照公式（1） 可獲取經(jīng)度變化后范圍[L3～L4]與緯度變化后范圍[B3～B4]；

[L3=L2+L12-L2-L12A]

[L4=L2+L12+L2-L12A]

[B3=B2+B12-B2-B12A]

[B4=B2+B12+B2-B12A] （1）

2） 漫游操作時(shí)的范圍計(jì)算

對(duì)于無(wú)倍數(shù)的漫游，若[P]在漫游時(shí)經(jīng)差為X、緯差為Y，則X、Y應(yīng)均不大于[P]顯示的經(jīng)緯差范圍。通過(guò)設(shè)置漫游倍數(shù)，可使漫游范圍為全部大視景態(tài)勢(shì)圖；若投影墻屏幕矩陣為[M×N]，則緯度漫游倍數(shù)不大于[M]倍，經(jīng)度漫游倍數(shù)不大于[N]倍。若鼠標(biāo)在屏幕上的拖拽距離為經(jīng)差X、Y，設(shè)置經(jīng)度、緯度漫游倍數(shù)分別為[n、m]且[n≤N、m≤M]， 顯示的漫游步長(zhǎng)為經(jīng)差[nX]、緯差[mY]，用原顯示范圍加上經(jīng)差[nX]和緯差[mY]后，即得到[P]的新顯示范圍。

在獲取[P]的顯示范圍后，由于[P]處于整個(gè)態(tài)勢(shì)圖顯示分節(jié)點(diǎn)矩陣中第一行第一列，則可以依據(jù)其范圍采用公式2計(jì)算相應(yīng)的第[i]行，第[k]列（其中[i≤M，k≤N]）顯示分控機(jī)的顯示范圍：

經(jīng)度顯示范圍 = （[L1+（k-1）×（L2-L1）]，[L1+k×（L2-L1）]）

緯度顯示范圍 = （[B2-（i-1）×（B2-B1）]，[B2-i×（B2-B1）]） （2）

2.2 多屏同步刷新機(jī)制

因?yàn)樗褂玫母饔?jì)算機(jī)的性能配置可以不一致，則存在由計(jì)算機(jī)性能帶來(lái)的各屏幕顯示時(shí)間的差異；即使各計(jì)算機(jī)配置相同，也會(huì)因?yàn)榉峙渲粮饔?jì)算機(jī)的繪制任務(wù)有數(shù)據(jù)量和符號(hào)化的差異（繪制較大數(shù)據(jù)量和繪制較復(fù)雜符號(hào)需要的工作時(shí)間較多），而出現(xiàn)各屏幕顯示時(shí)間的差異。如果不加控制地讓各計(jì)算機(jī)直接將繪制好的態(tài)勢(shì)圖呈現(xiàn)給用戶，必然會(huì)出現(xiàn)各部分更新時(shí)間不一致的問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)大視景顯示會(huì)有明顯的塊跳動(dòng)感，缺乏態(tài)勢(shì)圖顯示需要的協(xié)調(diào)整體感。因此需提供多屏同步顯示自動(dòng)刷新方法，即按照繪制時(shí)間最長(zhǎng)的顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)確定整體刷新時(shí)間，由顯示控制分節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)刷新時(shí)間，具體多屏同步刷新方如下：

① 各顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)預(yù)先采用內(nèi)存位圖繪制態(tài)勢(shì)圖，繪制完畢后顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)給顯示控制分節(jié)點(diǎn)發(fā)送內(nèi)存位圖繪制完畢命令，然后等待顯示控制分節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存位圖拷貝至屏幕的命令；

② 顯示控制分節(jié)點(diǎn)接收所有顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)的內(nèi)存位圖繪制完畢命令后，自動(dòng)向所有從機(jī)發(fā)送內(nèi)存位圖拷貝至屏幕的命令；

③ 所有顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)收到來(lái)自顯示控制分節(jié)點(diǎn)的拷貝內(nèi)存位圖至屏幕命令后，完成位圖拷貝，在視覺(jué)上提供態(tài)勢(shì)圖顯示需要的協(xié)調(diào)整體感。

2.3 多屏態(tài)勢(shì)圖圖層控制一致

由于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖的顯示包括多層態(tài)勢(shì)圖顯示，例如地圖顯示、軍標(biāo)圖層顯示、地圖與軍標(biāo)圖層疊加顯示等，因而需要顯示內(nèi)容的協(xié)調(diào)。顯示控制分節(jié)點(diǎn)對(duì)圖層顯示內(nèi)容的協(xié)調(diào)包含態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)源、態(tài)勢(shì)圖層選擇及比例尺、指北針等的統(tǒng)一管理。顯示控制分節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向所有顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)發(fā)送某一態(tài)勢(shì)圖層的顯示與隱藏命令，實(shí)現(xiàn)大視景態(tài)勢(shì)圖相應(yīng)圖層數(shù)據(jù)的一致顯示；顯示控制分節(jié)點(diǎn)向特定顯示分節(jié)點(diǎn)控制機(jī)發(fā)送顯示比例尺、指北針的控制命令，使比例尺、指北針顯示在某一從機(jī)對(duì)應(yīng)的屏幕上。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

幕顯示分辨率1024*768的屏幕，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為上海市2009年全境道路網(wǎng)數(shù)據(jù)（ESRI公司的shapefile格式，包括147，448個(gè)弧段以及10M等高線數(shù)據(jù)）和15000個(gè)軍標(biāo)符號(hào)。從圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果看來(lái)，采用基于PC集群的并行多屏作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示方法完全能滿足作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖顯示內(nèi)容多，顯示場(chǎng)景大的要求。

從表1中可以看出，若由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制單屏幕輸出，所需時(shí)間長(zhǎng)、屏幕較小，顯示內(nèi)容嚴(yán)重壓蓋；而按照本方法使用多臺(tái)普通計(jì)算機(jī)顯示態(tài)勢(shì)圖，則顯示時(shí)間大大縮短，屏幕較大，顯示內(nèi)容壓蓋明顯減少，清晰可見(jiàn)內(nèi)容明顯增多。 （下轉(zhuǎn)第7102頁(yè)）

實(shí)驗(yàn)證明，基于該方法開(kāi)發(fā)的大視景態(tài)勢(shì)圖顯示系統(tǒng)，能夠快速顯示大視景的態(tài)勢(shì)圖，且具有配置靈活、費(fèi)用低廉的特點(diǎn)。該方法可直接用于部隊(duì)、公安等領(lǐng)域大視景監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì)與研制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 華一新，王飛，郭新華，等.通用態(tài)勢(shì)圖原理與技術(shù)[M].北京：解放軍出版社，2007.

[2] 彭敏峰，曾亮，陸筱霞，等.一種高度并行的多任務(wù)并行繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2006（9）：63-66.

[3] 侯洪濤，朱一凡，韋慶，等.基于PC集群的多屏無(wú)縫拼接技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2006，23（11）：202-205.

[4] 陳靜姝，王慶官，張凡，等.基于網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2007，24（8）.

[5] 金其杰，王弘，肖麗.并行應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)跟蹤可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2004，41（5）.

[6] 石教英，趙友兵，仇應(yīng)俊，等.面向網(wǎng)格的可視化系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2004（12）.

[7] KNISS J，McCORMICK P，McPHERSON A，et al.Interactive texture-based volume rendering for large data sets[J].IEEE Computer Graphics and Applications， 2001，21（4）：52-61.

[8] XU Zhi-wei，LI Wei，ZHA Li，et al.A computer systems approach to grid computing[J].Journal of Grid Computing，2004，2（2）.

[9] SHAN Gui-hua，CHI Xue-bin，LIU Jun，et al.ScVisGrid：a remote visualization environment in grid computing[C]//Proc of DCABES and ICPACE Joint Conference on Distributed Algorithms for Science and Engineering.London，2005：223-226.endprint