協(xié)同顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)GIS的超高分辨率顯示

1 引言

地理信息系統(tǒng)（GeographicInformatiONSySTem,簡(jiǎn)稱GIS）是在地理學(xué)、地圖學(xué)、測(cè)量學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門學(xué)科，在最近的30多年內(nèi)取得了驚人的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境評(píng)估、災(zāi)害預(yù)測(cè)、國土管理、城市規(guī)劃、郵電通訊、交通運(yùn)輸、軍事公安、水利電力、公共設(shè)施管理、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計(jì)、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。

隨著GIS應(yīng)用越來越普及，所處理的地理數(shù)據(jù)覆蓋范圍越來越廣，精細(xì)度也越來越高，單個(gè)PC機(jī)的顯示設(shè)備在顯示如此廣而細(xì)的數(shù)據(jù)時(shí)越來越吃力，地圖內(nèi)容的廣度和細(xì)度不能同時(shí)顯示的矛盾愈加明顯。因此，GIS應(yīng)用中超高分辨率顯示的研究就很有現(xiàn)實(shí)意義。

基于PC集群系統(tǒng)的并行協(xié)同顯示是解決上述矛盾的一個(gè)十分經(jīng)濟(jì)而有效的途徑。采用多個(gè)顯示設(shè)備拼接來顯示地圖使得顯示區(qū)域增大為相應(yīng)的倍數(shù)，而顯示比例尺不變；各個(gè)顯示設(shè)備由單獨(dú)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，計(jì)算任務(wù)的分擔(dān)使得顯示速度也大大提高。與傳統(tǒng)的大型圖形工作站相比，PC集群機(jī)有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）高性價(jià)比：價(jià)格是同等處理能力專業(yè)圖形工作站的十分之一；

（2）擴(kuò)展性好：理論上，顯示分辨率隨集群節(jié)點(diǎn)數(shù)增加而線性增加，增刪節(jié)點(diǎn)方便；

（3）升級(jí)方便：可隨時(shí)采用當(dāng)前最先進(jìn)的PC配件進(jìn)行升級(jí)。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及原理

2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用主/從模式設(shè)計(jì)，由一個(gè)GIS平臺(tái)自帶的綜合應(yīng)用程序作為全景操作控制端，確定地圖顯示的實(shí)際范圍，另外由多個(gè)GIS應(yīng)用集群機(jī)組成顯示輸出端，各顯示輸出端的外接顯示設(shè)備拼接成超分辨率顯示矩陣，將全景操作控制端的地圖范圍以更多的細(xì)節(jié)顯示出來。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1。

全景操作控制端與分布式集群顯示輸出端通過局域網(wǎng)進(jìn)行連接，全景處理端的GIS程序在操作過程中，將當(dāng)前屏幕的信息（地理位置、顯示范圍）按塊劃分后，同時(shí)分發(fā)給顯示矩陣中對(duì)應(yīng)的各個(gè)從機(jī)，各從機(jī)將得到的位置、范圍信息與自身的顯示分辨率相比較，計(jì)算出相應(yīng)的比例尺關(guān)系，根據(jù)比例尺關(guān)系按照最合適的縮放級(jí)別重新進(jìn)行顯示。

2.2 系統(tǒng)原理

從系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以看出，物理的超分辨率顯示矩陣雖然搭建好，硬件的超分辨率不一定能被充分利用，從而顯示更多的細(xì)節(jié)信息。如何達(dá)到與物理顯示矩陣的分辨率一致的細(xì)節(jié)顯示率、實(shí)現(xiàn)真正的超分辨率顯示，就要通過軟件系統(tǒng)來控制。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

系統(tǒng)包括主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)兩個(gè)部分，并且它們之間采用TCP或UDP協(xié)議進(jìn)行消息的傳遞。

通過GIS平臺(tái)提供的開發(fā)接口創(chuàng)建一個(gè)超分辨率顯示組件，將帶有該組件的GIS綜合應(yīng)用程序作為全景操作控制端，即主節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)的超分辨率顯示組件包括兩個(gè)模塊：主節(jié)點(diǎn)控制模塊、系統(tǒng)通信模塊?；贕IS平臺(tái)提供的開發(fā)接口，創(chuàng)建一個(gè)完全基于網(wǎng)絡(luò)消息驅(qū)動(dòng)的顯示程序，該程序不提供任何直接與用戶交互的功能，作為顯示輸出端，即從節(jié)點(diǎn)。從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，包括：從節(jié)點(diǎn)控制模塊，系統(tǒng)通信模塊。用戶交互界面是指主節(jié)點(diǎn)GIS綜合應(yīng)用程序的用戶界面。

那么整個(gè)大視景系統(tǒng)是如何工作的呢？