Page 8 - 中国仿真学会

系统由三维图形处理核心和一个或多个接口 制环节的同步点，可采用“ 无帧” （ ｆｒａｍｅｌｅｓｓ） 绘制
扩展模块组成，前者负责三维图形的低稳延时绘 技术，在无帧绘制方法中，图像不是以每帧为单位
制，后者提供和外部系统的接口以及图像后处理。 进行更新，而是以像素为单位对图像变化的部分
两者之间通过高速 ＰＣＩ － ｅ 总线连接。 设备从上 进行更新，通过减少或消除同步点以及提升每个
位机通过网络或高速 ＵＳＢ 接口获得预处理好的 环节的计算效率；采用 “ 时间扭曲” （ Ｔｉｍｅ Ｗａｒｐ，
目标和场景几何数据；从仿真机通过光纤接口获 ＴＷ） 技术，当只有视点发生转动变化，而场景特性
得仿真实时数据和同步信号；通过三维绘制和图 不发生变化时，图像绘制无需走过完整的绘制流
像后处理计算完成二维图像的低稳延时生成，将 水线来生成图像，而是根据视点的变化从绘制流
生成的图像数据通过 ＨＤＭＩ 或 ＤＶＩ 等接口或共同 水线后端取得绘制完成的图像来进行显示。 由于
缓存的方式输出给目标模拟器，同时具有向信息 这一位置更接近显示环节，使用时间扭曲技术能
处理机通过特定接口传输图像数据的能力。 够显著降低绘制延时。
４．２ 低稳延时流水线架构 ４．３ 延时约束下的图像生成效率与生成质量

典型的实时绘制流水线如图。 其中第一个步 均衡方法
骤 Ｐｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ 和第二个步骤 Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ 是应用 图像模拟生成领域，有很多定义图像质量或
相关的生成数字化场景的过程；第三个步骤中，场 真实感的方法及度量标准，通常采用将输出图像
景被表达成粒子、三角面片等元素后进入绘制流 和离线的 理 想 绘 制 方 法 生 成 的 参 考 图 像 进 行 对
水线。 后者包括了阴影图（ Ｓｈａｄｏｗ Ｍａｐｓ） 、光栅化 比， 常 用 的 方 法 包 括 针 对 静 态 图 像 均 方 误 差
（ Ｒａｓｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ） 、 环 境 光 遮 蔽 （ Ａｍｂｉｅｎｔ Ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ， ＭＳＥ、针对动态 图 像 的 空 间 域 快 速 傅 里 叶 变 换 方
ＡＯ） 、着色（ Ｓｈａｄｅ） 、后处理特效（ Ｐｏｓｔ ＦＸ） 等环节 法、峰值信噪比 ＰＳＮＲ 标准、信息保真度标准 ＶＩＦ
（ 典型的后处理特效包括景深、反 射、雾、调 色、运 等。 另外，由于图像模拟方法永远不具备完全重
动模糊和反 走 样 等 ） ， 每 一 个 环 节 都 会 带 来 额 外 建“真实世界” 输入的能力，考虑探测感知的特
的延时。 性，另一个重要的度量是感知可信度。 本项目将
在分析上述客观的图像质量标准和感知的图像质
图 ５ 典型的绘制流水线构成 量标准等相关研究的基础上，选择可行的模拟图
像的质量进行定量的评估。 在软件设计过程中，
这里的每一个红色竖线代表着一个同步点， 建立解决两方面问题需突破动态场景图像生成质
意味着后一个步骤必须在前一个步骤的所有像素 量动态连续可控的算法设计问题，实现算法参数
处理完毕后才能开始，例如，光栅化需要等阴影图 的反馈控制，建立保障图像生成质量要求的延时
的生成全部结束后才能开始进行。 同步点的存在 控制方法。
进一步放大了延时。 控制信号（ 用户交互） 反馈
到绘制之前的仿真环节，因此控制和最终显示刷 为保证延时约束下的动态场景生成效率和渲
新之间的延时，就是由仿真计算、绘制的各个子环 染质量动态均衡，需突破动态场景图像生成质量
节加上显示信号传输延时构成的。 从以上延时成 动态连续可控的算法设计问题，实现算法参数的
因可以看出，缩减延时可采取的措施包括：通过减 反馈控制。
少绘制环节最直接有效的降低延时方法，即为了 ４．４ 小结
降低图像生成延时，可根据实际应用状态放弃复
杂着色效果、景深、反射等效果支持；为了减少绘 基于众核架构的自适应区域分割、分批绘制
及优化图元装箱等的低稳延时策略，解决了片上
复杂图像生成低稳传输延时技术瓶颈，建立的基
于统一时统、内存共享的图像生成及驱动新方法，
摆脱了国外高性能显卡传输工业标准限制，在模
拟目标场景面片数不小于 ５ 万，评估图像生成并
传输至目标模拟器内存耗时不大于 ５ｍｓ，极大提
高半实物图像生成时间精度。

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