[发明专利]嵌入式GPU实现3D-GIS的快速渲染系统

说明书

一、技术领域

本发明属于嵌入式技术领域，具体涉及到采用嵌入式GPU终端实现3D-GIS地图的快速渲染系统。

二、背景技术

目前，嵌入式图形都是二维图形的应用，最常见的应用实例有俄罗斯方块、贪吃蛇等小游戏。此外，有些嵌入式设备上还支持摄像保存、发送以及接收操作，这些都是基于图片的编解码及图形显示的原理，虽然这些应用比起贪吃蛇这类应用要求更加复杂，但是只要仔细分析就会发现，所有的这些图形应用还是局限于二维平面上。

随着集成电路工艺的发展，一些单芯片设计已经开始具备了类似处理3D图形计算的能力。3D图形的硬件加速已经不再局限于个人电脑和工作站，同样能在嵌入式系统上实现。在3D图形领域中，对于个人电脑而言，3D图形硬件加速这一技术已经趋于成熟。但是对于消费类电子行业，如何构建一个低成本，低功耗，高质量显示的嵌入式3D图形处理芯片还是一个新的挑战。

嵌入式硬件平台一般都是因为一些特殊的需要而产生的具有比较单一目的而开发的，它有成本低、性能稳定、硬件资源少、功耗低等特点。也正是由于这样一些原因，在这样的平台上进行三维开发必然带来成本上升，而且三维计算量大也会导致系统资源捉襟见肘。导致嵌入式平台上三维图形学应用和计算机上的应用相差甚远的原因，并不是嵌入式平台上没有进行三维应用的必要，而是嵌入式系统平台硬件资源有限，在一个不具备图形硬件的平台上几乎不可能完成比较复杂的三维模型的建模及显示。以最为普遍使用的移动设备手机为例，传统的游戏和视频都是通过CPU来进行算术运算，这大大消耗了CPU的资源，导致嵌入式多媒体的发展遭遇瓶颈；而且，嵌入式技术注重低功耗技术，电池寿命往往严重影响到嵌入式设备的性能，大量的三维模型运算和带宽消耗必将导致电池寿命的缩短。

随着SOC技术的不断发展，使得芯片的集成度越来越高，可编程图形硬件技术也在不断的发展进步，体积和价格都有了大幅下降。由于消费类嵌入式电子设备有向集成度更高，多媒体功能更加丰富、数据处理能力更强的方向发展的趋势。目前，一些嵌入式多媒体芯片推向市场，不仅在声音处理、图片保存及显示等功能上有了很大的突破和发展，目前已经向3D加速的功能上迅速发展。

可编程图形硬件技术不断进步，使得利用硬件实时绘制三维图形成为可能。这极大地推动了嵌入式三维图像处理的开发。

三、发明内容

本发明提出一种针对嵌入式终端开发的3D-GIS电子地图系统，该系统可以实现用户终端和服务器的实时交互，并在用户终端上利用嵌入式GPU进行实时3D渲染。整个系统包括服务器、客户端和GIS数据库三个部分。

服务器用于制作模型、控制数据流、数据获取、数据传送。GIS数据库可进一步细分为两类：2D-GIS数据库和3D-GIS数据库。

服务器的数据传送主要是指根据客户终端的请求从GIS数据库中获取数据并通过网络传送给客户终端，客户终端是使用嵌入式GPU的嵌入式设备，嵌入式GPU主要负责将服务器传送过来的GIS数据进行渲染并显示在屏幕上。

客户终端的系统框架由硬件层、驱动层、系统平台和应用层组成。

所述客户端的系统框架硬件层，由嵌入式终端和3D-GIS功能关联的硬件组成，主要包括主处理器CPU、嵌入式GPU、输入设备(键盘以及鼠标)、显示屏、内存等等。

所述客户端的系统框架驱动层，表示该层是直接和硬件交互的软件驱动层，由串口驱动、SDL、EGL、和OpenGL ES组成。其中，串口驱动直接提供GPS数据的解析和接收。SDL函数提供对键盘、鼠标和触摸屏的支持，能够为嵌入式GIS的导航提供人机交互，对3D地图进行旋转和缩放。EGL提供的是对本地视窗系统的支持，有了EGL的支持，可以在嵌入式设备上实现无窗口管理系统，节省了很大部分的嵌入式资源。OpenGL ES为3D地图绘制和大规模的场景渲染提供了API，结合PowerVR SGX的API函数接口，进行3D-GIS地图的快速渲染。

所述客户端的系统平台，一般采用嵌入式Linux，嵌入式Linux是以Linux为基础的嵌入式作业系统，它被广泛应用在移动电话、个人数字助理(PDA)、媒体播放器等消费类电子产品。

所述客户端的应用层，是客户端系统的最上面的一层，通过调用系统API、视窗管理API(EGL)、PowerVR Shell API、OpenGL ES API实现3D场景的绘制和大规模地图的渲染。