[发明专利]多通道实时三维视景渲染显示方法

说明书

(一)所属技术领域

本发明涉及一种计算机三维图象仿真处理的方法，特别是视景的渲染处理，具体是多通道实时三维视景渲染显示的方法。

(二)背景技术

计算机三维图象的仿真处理，大都需要有一个渲染的过程，现有的多通道实时三维渲染显示方法有三种：

最简单的一种方式是将一个处理器实时渲染的画面分成多路信号，将多路信号分别发送给显示器阵列中的显示器。这种方式虽然可以增加显示的尺寸但是显示的分辨率却保持不变。例如一个1280×1024的三维画面被放大到占据4个1280×1024投影单元所负责的屏幕，信息的精度仍然是1280×1024只不过原信号的每一个像素被放大成了占用4个像素，只是尺寸上的放大而已，并不是2560×2048的显示。所以，这种方式仅适用于对分辨率要求不高的平面的大尺寸图形的显示，对于分辨率要求很高或非平面的多屏幕拼接例如超大分辨率大范围态势显示、CAVE和360度环幕的三维视景显示等显然是不适用的。

第二种方式是用一台功能强大的计算机使用多个图形卡进行多通道渲染。这种方式对计算机的计算能力以及渲染要求很高，计算机负载很大，例如现有的洞穴式沉浸虚拟现实环境(CAVE-Like Immersive Environment)以及国外的360度塔台模拟机产品(如Future Flight Central，NASA)通常使用SGI Onyx2工作站配置4至12个甚至更多的InfiniteReality2板，但是这种方式的硬件成本通常十分昂贵，一台SGI Onyx2工作站往往需要几十甚至上百万美金。用这种方式实现多通道三维视景实时渲染造成整个系统造价过高，限制多通道三维视景实时渲染技术的推广应用。

第三种结构是使用通过网络连接的多台微机进行协同渲染，每台微机使用一块图形卡渲染整个场景的一部分，将多台微机渲染的子场景拼接成一个完整的高分辨率场景，这种方式是一种可以满足三维视景渲染显示要求的廉价并且有效的方式。

但是，使用多台微机进行多通道三维视景实时渲染中的技术难题是：多机分布协同环境下的渲染同步问题。由于在多微机协同渲染的环境中，每台微机只负责渲染一部分视角范围内的内容，每台微机将渲染出的内容输出到一个屏幕或投影仪上，通过将多台微机的显示屏幕或投影仪输出拼接起来，形成一个大范围和广角度的高分辨率三维视景。由于每台微机是独立的，就产生了三维视景在各屏幕上显示的同步问题。当一个运动物体穿过一块屏幕的边界进入另一块屏幕，相邻两个屏幕的微机必须正确的显示以反映这个过程。两块相邻的屏幕对于运动物体穿越时产生的时间延迟或不一致的时间间隔必须在人的视觉不能感觉到的范围内。如果运动物体穿过边界，另一块相邻的屏幕却迟迟没有显示该运动物体，或者运动物体还没有穿过一块屏幕的边界，另一块屏幕就显示出来了都是多微机渲染系统所不能接受的。同时，画面割裂的问题也是必须要解决的。但是，在现有技术中，还没有能完全解决多微机渲染同步问题的有效方法。例如瑞典Cell-ITS公司DATS-Durable Aviation塔台模拟机的三维视景就是使用多台微机共同渲染，但是运动目标跨越两个屏幕时却不够平滑，会出现画面割裂现象，没有完全解决多微机渲染的同步问题。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种通过网络连接的多台微机进行实时协同渲染的新方法，这种方法能有效的解决多台微机共同渲染的同步问题，达到帧同步，有效解决三维运动目标跨越多机多屏不能平滑显示和画面割裂问题。

本发明的目的是这样达到的：

一种多通道实时三维视景渲染显示方法，采用多机、多屏幕，通过多通道拼接进行实时协同渲染，其特征在于：按照渲染帧率，将系统的时间划分为等时间间隔的桶，每一个动态数据包DDU在被计算出来时就被关联上一个时间戳。这个时间戳代表了这个数据被关联在哪一个桶中，同时，增加消除网络的非实时性传输抖动的防抖动处理和网络丢包现象的运动目标预测机制。

防抖动处理的方法是：在每个DDU中加上产生时间的时间戳，并写入其中，在接收方增加一个DDU缓冲区，并且将DDU的转发时间向后调整，当DDU的时戳与渲染的时间匹配时进行渲染。

运动目标预测机制的具体方法是：当DDU的时戳与渲染的时间不匹配时进行运动目标预测，采用两步线性法预测各运动目标下一帧的位置和姿态，即已知第一、第二帧目标的位置和姿态，预测出第三帧目标的位置和姿态，算法如下：