Page 6 - 中国仿真学会

需求。 在硬件加速方面，最大的图形加速卡生产 ３ 基于 ＰＣＩ－Ｅ 总线的延时控制技术
厂商 ＮＶＩＤＩＡ 针对降低延时提出了专门的硬件架
构和图像处 理 流 水 线 来 降 低 延 时 ［ １］ ；并 针 对 特 由于显卡 ＧＰＵ 提供了非常强大的计算及图
定需求利用专门设计的硬件来加速，Ｖｉｎｃｅｎｚｉ 等 像图形处理渲染能力，基于 ＰＣＩ－Ｅ 总线内存映射
人结合“ Ｗａｒｐｅｒ Ｂｏａｒｄ” 技术构造的头戴显示的延 的延时控制方法，保留了显卡 ＧＰＵ 强大图像渲染
时抑制系统［２］ ，能够将原有的绘制延时从 ４０ｍｓ 能力，即可利用图性硬件软件接口 ＯｐｅｎＧＬ、ＳＥ －
降低到 ４ｍｓ 左右；Ｐｏｐｅｓｃｕ 等人设计了一种专门 ＷＯＲＫＢＥＮＣ、Ｖｅｇａ 等图像仿真软件平台实现复杂
处理的并行计算硬件形变阵列和区域累积器来实 场景光学特性仿真，另一方面，场景渲染后规避显
现基于深度缓存的图像扭曲和重构计算，并在此 卡 ＤＶＩ 输出接口的延时问题，利用显存数据读出
基础上设计了完整的图像生成引擎 ＷａｒｐＥｎｇｉｎｅ 技术将每帧图像读入内存，以 ＤＭＡ 方式，经 ＰＣＩ－
［３］ ；Ｌｉ 等人基于 ＦＰＧＡ 架构实现了完整的柱面 Ｅ 总线及光纤传输，将数据直接存入目标模拟系
深度 图 像 形 变 计 算 ［ ４ ］ ， 可 以 在 电 路 上 以 ８８． 统缓存实现同步刷新，实现复杂场景稳定短延时
１５２ＭＨｚ 的 频 率 运 行。 在 流 水 线 及 算 法 优 化 方 输出，原理示意图如图 １ 所示：
面，通过定制图形加速算法来降低延时，Ｒｅｇａｎ ＆
Ｐｏｓｅ 建立了地址重计算流水线，实现了观察位置 图 １ 信息流程流程图
和方向与绘 制 过 程 的 解 耦 ［ ５］ ， 可 以 明 显 降 低 延
时且更稳定。 Ｍａｒｋ 等人提出了一个基于 ３Ｄ 后绘 ３．１ 基于计算机显卡 ＧＰＵ 实现复杂场景仿真
制变形的动 态 图 像 生 成 体 系 架 构 ［ ６］ ，系 统 的 整 计算机图形处理器（ ＧＰＵ） 以大大超过摩尔
体延时得到明显的降低。 后续发展根据参考帧的
图像分辨率建立了一个网 格， 然 后 使 用 典 型 的 定律的速度高速发展，极大地提高了计算机图形
ＧＰＵ 的顶点着色器功能来对网格进行形变，最终 处理的速度和图形质量，并促进了计算机图形相
输出的图像可以通过多种方式重构，能够得到最 关应用领域的发展。 图形处理器技术的迅速发展
好的性能 －质量均衡。 从目前国内研究的情况， 带来的并不只是处理速度的提高，还产生了很多
在这一领域的系统性研究仍需进一步加强。 全新的图形硬件技术。 这里基于 ＧＰＵ 及其图形
接口软件或图像仿真软件系统实时接收姿态角、
２ 光学动态场景模拟延时性能分析 位置及时间等数据量，依据目标、环境及背景数据
生成观测系统视线坐标系下的三维场景仿真，最
光学动态场景模拟系统通常由计算机图像生
成系统，目标模拟器组成、输入输出接口板卡等部
分组成，构成信息串联传输链路，包括接收仿真机
实时解算数据、计算机图像生成、图像数据至目标
模拟器的传输、目标模拟器刷新显示等环节。

基于图形工作站、图像软件及目标模拟器构
成的光学动态场景仿真系统的延时为例，通过示
波器测试数据输入时刻与图像数据输出时刻的时
间差，系统有 ４ 帧左右延时，且具有不稳定性。 上
述系统延时的存在及其每帧延时的不稳定性，导
致观测系统观测到的将是延迟 ４ 帧左右的模拟光
学场景，主要影响因素如下：１） 由非实时操作系
统引起的实时响应能力不足；２） 图像数据传输带
来的不稳定长延时。 光学动态场景模拟不稳定延
时直接影响半实物仿真系统的精度和可靠性。

图 ２ 复杂场景仿真流程

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