协同显示系统实现GIS的超高分辨率显示

1 引言

地理信息系统（GeographicInformatiONSySTem,简称GIS）是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，在最近的30多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。

随着GIS应用越来越普及，所处理的地理数据覆盖范围越来越广，精细度也越来越高，单个PC机的显示设备在显示如此广而细的数据时越来越吃力，地图内容的广度和细度不能同时显示的矛盾愈加明显。因此，GIS应用中超高分辨率显示的研究就很有现实意义。

基于PC集群系统的并行协同显示是解决上述矛盾的一个十分经济而有效的途径。采用多个显示设备拼接来显示地图使得显示区域增大为相应的倍数，而显示比例尺不变；各个显示设备由单独的计算机进行驱动，计算任务的分担使得显示速度也大大提高。与传统的大型图形工作站相比，PC集群机有如下优势：

（1）高性价比：价格是同等处理能力专业图形工作站的十分之一；

（2）扩展性好：理论上，显示分辨率随集群节点数增加而线性增加，增删节点方便；

（3）升级方便：可随时采用当前最先进的PC配件进行升级。

2 系统体系结构及原理

2.1 系统体系结构

系统采用主/从模式设计，由一个GIS平台自带的综合应用程序作为全景操作控制端，确定地图显示的实际范围，另外由多个GIS应用集群机组成显示输出端，各显示输出端的外接显示设备拼接成超分辨率显示矩阵，将全景操作控制端的地图范围以更多的细节显示出来。网络架构如图1。

全景操作控制端与分布式集群显示输出端通过局域网进行连接，全景处理端的GIS程序在操作过程中，将当前屏幕的信息（地理位置、显示范围）按块划分后，同时分发给显示矩阵中对应的各个从机，各从机将得到的位置、范围信息与自身的显示分辨率相比较，计算出相应的比例尺关系，根据比例尺关系按照最合适的缩放级别重新进行显示。

2.2 系统原理

从系统的网络体系结构可以看出，物理的超分辨率显示矩阵虽然搭建好，硬件的超分辨率不一定能被充分利用，从而显示更多的细节信息。如何达到与物理显示矩阵的分辨率一致的细节显示率、实现真正的超分辨率显示，就要通过软件系统来控制。软件系统结构如图2。

系统包括主节点和从节点两个部分，并且它们之间采用TCP或UDP协议进行消息的传递。

通过GIS平台提供的开发接口创建一个超分辨率显示组件，将带有该组件的GIS综合应用程序作为全景操作控制端，即主节点。主节点的超分辨率显示组件包括两个模块：主节点控制模块、系统通信模块。基于GIS平台提供的开发接口，创建一个完全基于网络消息驱动的显示程序，该程序不提供任何直接与用户交互的功能，作为显示输出端，即从节点。从节点与主节点对应，包括：从节点控制模块，系统通信模块。用户交互界面是指主节点GIS综合应用程序的用户界面。

那么整个大视景系统是如何工作的呢？