專利名稱：新型異步流水線地形繪制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地形繪制，尤其涉及一種新的異步流水線地形繪制方法，屬于數字化
地形繪制技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)的地形繪制算法(比如ROAM或者其他算法)通常是同步流水線地形繪制方 法，其繪制流水線，或者說一幀的一次完整的繪制過程，按先后順序經歷如下幾個步驟
準備數據一建樹一網格化一繪制 對于上述第一步_準備數據， 一般固定區(qū)域大小的地形繪制系統(tǒng)并不需要進行， 但是針對海量地形數據時，由于繪制的地形區(qū)域不是固定的，因此應當向數據源(本地或
網絡)查詢獲取新的數據，但是由于磁盤i/o延遲和網絡延遲等原因，等待數據準備好的時
間可能會比較長，這樣就會拖慢幀率，而后續(xù)步驟又必須等待第一步完成后才能進行。
傳統(tǒng)同步算法往往針對數據都是一次性載入內存而后建樹并采用自適應策略，速 度會非常快。但是對于無法一次性裝載入內存的龐大海量地形數據以及更廣泛的網絡應用 而言，當前所請求的數據(高程數據或紋理數據)可能暫時不能獲得，使得必須在建樹之前 進行等待，速度自然會降下來。雖然可以做一些策略性質的處理，比如數據沒有到就用一個 默認的值代替，這樣做提高了性能但損失了畫質，因為可能出現很多地方是平地，但是突然 有出現了山峰這樣的不利情況。 此外，建樹和幾何網格化消耗的時間依賴于所創(chuàng)建的地形的大小，遞歸層次和三 角形數量，現有的地形算法都很難控制每幀的三角形數量，更不用說控制每幀的建樹時間 與幀率，即使像ROAM這樣采用自適應方式的算法，其采用動態(tài)的分裂和合并來控制三角形 數量，也很難讓幀率做到完全的穩(wěn)定。對于規(guī)模龐大的地形以及高精度復雜的網格，可能會 讓建樹和網格化過程非常漫長，徒增后續(xù)步驟以及后續(xù)繪制流水線的等待時間。但如果網 格復雜度降低，或者地形規(guī)模減小，又會損失顯示質量。 因此，針對地形繪制技術領域的技術現狀，需要一種新的地形繪制方法，能夠減少 因耗時的繪制步驟(比如準備數據步驟，或建樹和網格化步驟)對后續(xù)步驟或后續(xù)繪制流 水線引起的等待時間，提高總體繪制效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提出一種新的地形繪制方法。
和現有的同步流水線地形繪制方法不同，本發(fā)明地形繪制方法是一種異步流水線 地形繪制方法。 本發(fā)明所述異步流水線地形繪制方法的繪制流水線按先后順序包括準備數據， CPU操作和GPU操作三個步驟，其特征在于，所述方法在同一時刻包括三個并行的所述繪制 流水線，所述三個流水線在同一時刻不進行相同的所述步驟。 概括而言，本發(fā)明方法遵循兩條原則，一是在流水線內上述三個步驟前后依次進行，即準備數據步驟在先，CPU操作其次，GPU操作最后；二是三條流水線中相同的步驟前后 依次進行，比如參考圖l，流水線i_l， i和i+l的準備數據，CPU操作和GPU操作均依次進 行。再比如，參考圖1，當流水線i的準備數據步驟完成后，由于流水線i-l的CPU操作步驟 尚未完成，因此流水線i的CPU操作步驟進入等待直到流水線i-l的CPU操作步驟完成后 才開始進行；類似地，當流水線i+l的CPU操作步驟完成后，由于流水線i的GPU操作步驟 尚未完成，因此流水線i+l的GPU操作步驟進入等待直到流水線i的GPU操作步驟完成后 才開始進行。 圖1是描述本發(fā)明方法實際操作流程的示意圖，圖中僅顯示了流水線i_l， i和i+l 三條流水線。需要指出的是，流水線是動態(tài)變化的，比如流水線i-l的GPU操作步驟完成后， 意味著流水線i-l完結，此時流水線i+2的準備數據步驟開始進行(當然如果流水線i+l 的準備數據步驟尚未完成，則一直等待直到其完成后開始)，意味著流水線i+2開始，此時， 仍然并存三條流水線，即，i， i+l和i+2。 可見，上述第二條原則意在用概括的語言描述圖1所示的流水化異步并行繪制方 式。 采用這種方式可以有效地減少等待時間，提高整體繪制效率。
本發(fā)明所述準備數據步驟包括向本地磁盤或網絡請求數據。
本發(fā)明所述CPU操作步驟至少包括建樹和幾何網格化操作。
本發(fā)明所述GPU操作步驟至少包括繪制操作。 綜上，本發(fā)明提出一種新型異步流水線地形繪制方法，通過封裝一種通用的同步 算法，無論傳統(tǒng)四叉樹或者自適應性算法的ROAM算法都可以做異步處理。本發(fā)明異步流水 線地形繪制方法主要有以下三個優(yōu)勢
1.速度快 任何地形算法，基本上評判它好壞的最主要標準就是其建樹速度，異步算法因為 是異步建樹，把建樹時間分配到幾幀去完成，所以速度可以瞬間提高好幾十倍，異步模式同 樣可以達到千萬級三角形數量的繪制，其性能指數遠遠超過同類其他算法速度。同時由于 幾幀之間，視點移動幅度很小，地形細節(jié)變化不是很大，所以不會出現很明顯的跳躍現象。
2.解決延遲 本發(fā)明異步流水線方法可以通過流水線技術來最大化的降低延遲，另外異步算法
可以通過一種延遲更新策略來平滑延遲，避免出現假數據損失顯示質量。 3.幀率穩(wěn)定以及可控性 本發(fā)明異步流水線方法通過設定其更新方式完全可以做到每一幀中建樹每一個 操作的時間完全固定，這對于一些對時間要求特別苛刻的效率軟件是非常重要的。同時，本 發(fā)明也可以根據當前程序所要執(zhí)行的任務多寡，來動態(tài)的分配每一幀的建樹更新時間，在 這一點上是其他任何現有同步算法都無法做到的。


圖1是描述本發(fā)明方法實際操作流程的示意圖；
圖2是描述本發(fā)明實施例前后臺操作策略的示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。 本實施例采用如圖1所示的三流水線并行異步繪制方法進行地形繪制，將異步技
術和流水線技術統(tǒng)一在一起，將現有的地形繪制流程分成3個不同的并行模塊，準備數據
從本質上來說是I/O操作(或者等待網絡操作，本質一樣)，建樹與幾何網格化是CPU操作，
繪制是GPU操作，這三項是可以并行進行的，即第i-1條流水線的繪制操作、第i條流水線
的建樹及網格化操作、第i+1條流水線的準備數據操作三者可以并行執(zhí)行。 在本實施例技術方案實際的執(zhí)行過程中，雖然流水線中的每個模塊是連續(xù)不停地
重復的做自己的操作，但是對于一次完整的流水線過程，在有些情況下，其中的很多屬性
(比如開始的地形的區(qū)域，視點位置，高度等等)是不能改變的，必須在準備數據之前就確
定并且鎖定，然后隨著過程的進行而傳遞，所以流水線操作需要對于每次完整的建樹渲染
操作提供一個唯一的屬性拷貝，并且在整個過程中不能被修改。為了達到這一目的，本實施
例在進行準備數據步驟前將需要確定的地形繪制屬性數據儲存于一個會話(Session)中，
所述會話中的數據供所述準備數據步驟和CPU操作步驟(建樹與幾何網格化)使用。 所述會話的具體實現方式存在多種方案，本實施例則采用下列方案通過兩個會
話交替儲存相鄰的所述繪制流水線的所述地形繪制屬性數據，同時在相鄰的兩個繪制流水
線中，前一流水線的CPU操作和后一流水線的準備數據操作同時開始進行。 具體來說，本實施例采用前臺后臺技術實現流水線中準備數據和CPU操作之間的
數據同步問題，其中建樹及幾何網格化是前臺操作，準備數據是后臺操作。那么前臺操作對
應于一個會話對象，后臺操作對應于另外一個會話對象(應當是下一次的會話)。每次當前
臺和后臺都完成操作之后，就交換前臺和后臺的會話，那么后臺就變?yōu)榍芭_，而前臺變?yōu)楹?br> 臺之后就更新為下一輪的會話信息，由此實現流水線數據的傳遞以及同步機制。 舉例來說，如圖2所示，在前后臺轉換時點，位于后臺的Sb (Sa， Sb表示兩個互不相
同的會話)切換為前臺，位于前臺的Sa則切換為另一個流水線(i+1)的后臺。 圖2和圖1相比還存在一個差別，即在圖2實例中，為了實現前后臺會話的切換，
前一流水線的CPU操作和后一流水線的準備數據操作必須同時開始進行，比如，就流水線
i+1而言，在圖1中，i+l的準備數據操作在i的準備數據操作完成之后即可進行，而在圖2
中，i+1的準備數據操作在i的準備數據操作完成之后，還需等待一段時間，以便和i的CPU
操作同時開始進行，以便在Sb由后臺進入前臺的同時，Sa也可由前臺(對應于流水線i-1)
進入后臺(對應于流水線i+1)。 對于建樹及幾何網格化與繪制過程的同步處理也類似。本實施例通過兩個顯示列 表交替儲存相鄰的繪制流水線的GPU操作所需的網格數據。 具體來說，在建樹及幾何網格化的時候，采用顯示列表技術把所有幾何網格數據 導入GPU繪制管線，那么對于GPU而言，可以讓其繪制一個前臺顯示列表(其實也就是上一 次建樹完成的幾何網格)，而此時建樹及網格化生成的是一個后臺顯示列表，每次當建樹和 網格化完成之后，交換前臺顯示列表和后臺顯示列表，然后繼續(xù)更新交換后的后臺顯示列 表，交換前的后臺顯示列表則換入前臺進行實時繪制。
權利要求
一種新型異步流水線地形繪制方法，其繪制流水線按先后順序包括準備數據，CPU操作和GPU操作三個步驟，其特征在于，所述方法在同一時刻包括三個并行的所述繪制流水線，所述三個流水線在同一時刻不進行相同的所述步驟。
2. 如權利要求1所述的新型異步流水線地形繪制方法，其特征在于，所述準備數據步 驟包括向本地磁盤或網絡請求數據和接收數據和組織數據。
3. 如權利要求l所述的新型異步流水線地形繪制方法，其特征在于，所述CPU操作步驟 包括建樹和幾何網格化操作。
4. 如權利要求l所述的新型異步流水線地形繪制方法，其特征在于，所述GPU操作步驟 包括繪制操作。
5. 如權利要求l-4任意一項所述的新型異步流水線地形繪制方法，其特征在于，在一 個所述繪制流水線中，在進行準備數據步驟前將需要確定的地形繪制屬性數據儲存于一個 會話中，所述會話中的數據供所述準備數據步驟和CPU操作步驟使用。
6. 如權利要求5所述的新型異步流水線地形繪制方法，其特征在于，通過兩個會話交 替儲存相鄰的所述繪制流水線的所述地形繪制屬性數據，同時在相鄰的兩個繪制流水線 中，前一流水線的CPU操作和后一流水線的準備數據操作同時開始進行。
7. 如權利要求l-4任意一項所述的新型異步流水線地形繪制方法，其特征在于，通過 兩個顯示列表交替儲存相鄰的所述繪制流水線的GPU操作所需的幾何網格和紋理數據。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型異步流水線地形繪制方法，屬于數字化地形繪制技術領域。本發(fā)明方法的繪制流水線按先后順序包括準備數據，CPU操作和GPU操作三個步驟，所述方法在同一時刻包括三個并行的所述繪制流水線，所述三個流水線在同一時刻不進行相同的所述步驟。所述準備數據步驟包括向本地磁盤或網絡請求數據和接收數據和組織數據。所述CPU操作步驟包括建樹和幾何網格化操作。本發(fā)明可用地形繪制，具有速度快，解決延遲，幀率穩(wěn)定以及可控等優(yōu)勢。
文檔編號G06T1/20GK101697226SQ20091023628
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權日2009年10月23日
發(fā)明者唐晨, 李勝, 汪國平, 陳毅松 申請人:北京大學;