一種分布式三維虛擬環(huán)境的實體模型動態(tài)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維可視化仿真領(lǐng)域，尤其涉及諸如虛擬戰(zhàn)場這類大規(guī)模復(fù)雜虛擬環(huán)境中的實體模型動態(tài)調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式三維虛擬環(huán)境是一種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實時網(wǎng)絡(luò)交互環(huán)境，它通過分布在各地的計算節(jié)點之間的通信，共享虛擬三維環(huán)境的局部或全局數(shù)據(jù)信息，協(xié)同完成分布到多計算節(jié)點上的任務(wù)，給用戶提供一種整體的、真實的、可沉浸的虛擬三維空間。分布式三維虛擬環(huán)境技術(shù)由于其擴展性好，適應(yīng)性廣等特點，已在軍事仿真、網(wǎng)絡(luò)娛樂等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]隨著計算機圖形技術(shù)的發(fā)展，分布式三維虛擬環(huán)境的圖形效果越來越逼真，隨之帶來存儲量和運算量的急劇增加，針對這一問題，目前通常采用out-of-core技術(shù)將場景數(shù)據(jù)根據(jù)需要動態(tài)調(diào)入調(diào)出內(nèi)存，但由于外存數(shù)據(jù)獲取速度較為緩慢，頻繁的內(nèi)外存數(shù)據(jù)交互必然會引起系統(tǒng)延遲，使渲染幀率變得非常不穩(wěn)定。
[0004]對于虛擬環(huán)境中的靜態(tài)模型(整個渲染過程中空間位置和狀態(tài)保持不變的模型)，通過在數(shù)據(jù)調(diào)度的基礎(chǔ)上引入數(shù)據(jù)預(yù)測機制，即預(yù)先判斷并獲取與未來需求密切相關(guān)的數(shù)據(jù)集，將可能突然增加的調(diào)度量平均到多個幀間完成，保證渲染平滑連續(xù)。但是對于虛擬環(huán)境中的動態(tài)模型，由于在分布式三維虛擬環(huán)境中存在著大量的構(gòu)造復(fù)雜的實體模型，且這些模型空間位置和狀態(tài)一直處于隨機的動態(tài)變化之中，無法引入數(shù)據(jù)預(yù)測機制進行預(yù)測，因而無法采用現(xiàn)有的技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)調(diào)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種分布式三維虛擬環(huán)境的實體模型動態(tài)調(diào)度方法，其在不降低三維虛擬環(huán)境內(nèi)場景實體逼真度的基礎(chǔ)上大幅降低實體模型的內(nèi)外存數(shù)據(jù)交互頻率，從而使得整個場景資源動態(tài)調(diào)度過程迅速、平滑。
[0006]本發(fā)明的分布式三維虛擬環(huán)境的實體模型動態(tài)調(diào)度方法，其方法包括以下步驟:
[0007]步驟1，建立所述分布式三維虛擬場景內(nèi)各實體模型的層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將所述實體模型內(nèi)每個部件分別保存為一個模型資源文件；
[0008]其中，所述層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為:實體模型內(nèi)各部件的層級結(jié)構(gòu)、各部件名稱、各部件的局部坐標系和各部件的定位點；
[0009]步驟2，以外部文件的方式建立所述分布式三維虛擬場景內(nèi)各仿真節(jié)點發(fā)送的實體模型狀態(tài)信息數(shù)據(jù)包PDU與模型類模板的映射關(guān)系，所述映射關(guān)系為:實體模型ID、完好狀態(tài)state與模型類模板的模型類名template、派生方式碼mod--對應(yīng)；
[0010]其中，所述實體模型狀態(tài)信息數(shù)據(jù)包PDU包括:實體模型ID、實體模型的三維空間坐標和完好狀態(tài)state ;所述模型類模板的內(nèi)容包括模型類名template、基礎(chǔ)模型和派生模型；所述基礎(chǔ)模型包括:部件層級結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)部件對應(yīng)的外部存儲器中的步驟I保存的模型資源文件、基礎(chǔ)部件識別碼；所述派生模型包括:派生方式碼mod、派生部件對應(yīng)的外部存儲器中的步驟I保存的模型資源文件、派生部件識別碼和派生部件的裝配偏移量和裝配相對方向；
[0011]步驟3，創(chuàng)建從三維虛擬環(huán)境回收不可見實體模型的緩沖池Ml和存放三維虛擬環(huán)境中所有可見實體模型索引的存儲池M2 ；
[0012]步驟4:獲取當前幀三維場景視點信息，并結(jié)合所述實體模型狀態(tài)信息數(shù)據(jù)包進行實體模型的可見性判斷，將已存在于場景中的不可見的實體模型放入緩沖池M1，并將其模型置為不可見、將其模型的索引從存儲池M2中刪除；對場景中不存在或已存在但完好狀態(tài)發(fā)生變化的可見的實體模型，根據(jù)步驟2中的映射關(guān)系和緩沖池Ml中存在對應(yīng)的模型類模型實例情況，或進行實體模型重用操作、或進行實體模型重組操作、或進行實體模型重構(gòu)操作。
[0013]進一步的，所述步驟4包括:
[0014]步驟40，獲取當前幀三維場景視點信息和所有仿真節(jié)點發(fā)送的rou，其中三維場景視點數(shù)據(jù)包括視點的位置、方向、水平視場角和可見距離；
[0015]步驟41，根據(jù)實體模型的三維空間坐標和三維場景視點數(shù)據(jù)計算各實體模型的觀察角和視目距離，并對從網(wǎng)絡(luò)中接收的所有PDU進行遍歷判斷:若觀察角和視目距離均處于設(shè)定的觀察范圍和視場角之內(nèi)，則實體模型為可見實體模型，執(zhí)行步驟44;否則實體模型為不可見實體模型，執(zhí)行步驟42 ;
[0016]步驟42，以實體模型ID為關(guān)鍵字搜索M2內(nèi)其對應(yīng)的實體模型索引，如果搜索到，則說明該實體模型在三維虛擬場景中存在，則執(zhí)行步驟43 ;如果未搜索到，則說明該實體在場景中不存在，不需要進行處理；
[0017]步驟43，將實體模型以及實體模型的索引、template和mod加入緩沖池Ml，并將該實體模型置為不可見；同時將該實體模型的索引從M2中刪除；
[0018]步驟44:以實體模型ID為關(guān)鍵字搜索M2內(nèi)其對應(yīng)的實體模型索引:
[0019]如果搜索到，則說明該實體模型在三維虛擬場景中已存在，進一步判斷該實體模型的state是否發(fā)生變化，如果發(fā)生變化則先執(zhí)行步驟43，然后執(zhí)行步驟45 ;如果未發(fā)生變化，說明該實體模型不需要更新，不執(zhí)行調(diào)度處理；
[0020]如果未搜索到，說明該模型還未加入到三維虛擬場景，執(zhí)行步驟45 ;
[0021]步驟45，根據(jù)實體模型ID和state從步驟2中建立的映射關(guān)系中獲取模型類模板的template和mod，并在Ml中進行檢索，如果檢索到template和mod的值都匹配的實體模型，則對該模型執(zhí)行步驟46的模型重用操作；如果只有template的值匹配，則進入步驟47的模型重組操作；如果template和mod都不匹配，則進入步驟48的模型重構(gòu)操作；
[0022]步驟46，模型的重用操作:將實體模型的索引加入M2，并置為可見，同時將模型的索引、template和mod從緩沖池Ml中刪除；
[0023]步驟47，模型的重組操作:在緩沖池Ml中查找template相同，mod差值絕對值最小的模型，將該模型稱為原始模型，將需要重組的模型稱為目標模型；在template對應(yīng)的模板資源文件中找到目標模型mod對應(yīng)的派生方式描述T和原始模型mod對應(yīng)的派生方式描述0，首先對T中所有的部件識別碼進行遍歷，將原始模型中對應(yīng)的部件替換為T指定的部件；然后對O中的所有的部件識別碼進行遍歷，首先判斷部件識別碼是否在T中存在，若存在，則不進行任何操作，若不存在，則將原始模型中對應(yīng)的部件替換回基礎(chǔ)模型對應(yīng)的部件；對原始模型執(zhí)行步驟46的模型重用操作；
[0024]步驟48，模型構(gòu)造操作:依據(jù)template對應(yīng)的模板資源文件中的基礎(chǔ)模型部件層級結(jié)構(gòu)，按照自頂向下的順序依次加載外部存儲器中基礎(chǔ)部件的模型資源文件，構(gòu)造出基礎(chǔ)模型B ;如果mod不等于0，按照步驟47對基礎(chǔ)模型B執(zhí)行模型重組操作；將重組后的模型索引加入M2，并置為可見。
[0025]進一步的，該方法還包括動態(tài)調(diào)整緩沖池Ml中各模型類的模型實例數(shù)量比例的步驟:在某一時間段內(nèi)對所有模型類調(diào)出和存入緩沖池的模型實例數(shù)量以及當前緩沖池內(nèi)存儲的模型實例數(shù)量進行統(tǒng)計，如果存入數(shù)量遠大于調(diào)出數(shù)量，則將緩沖池內(nèi)該模型類的模型實例數(shù)量減半；如果調(diào)出數(shù)量大于存入數(shù)量，則將緩沖池內(nèi)該模型類的模型實例通過復(fù)制，將其數(shù)量增加調(diào)出與存入差值的二倍。
[0026]進一步的，該方法還包括動態(tài)調(diào)整緩沖池Ml大小的步驟:在某一時間段內(nèi)對緩沖池內(nèi)所有模型類的模型實例總數(shù)量進行統(tǒng)計，如果大于某一閾值，以該時間段內(nèi)不同模型類的模型實例數(shù)量的方差值作為優(yōu)先級，對模型類的模型實例進行刪除。
[0027]有益效果:
[0028]本發(fā)明的實體模型動態(tài)調(diào)度方法以xml模板構(gòu)建模型部件-模型類-模型實體的層次化的模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在動態(tài)調(diào)度過程中實現(xiàn)了實體模型的部件級重用，減少模型幾何數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)對內(nèi)存資源的消耗，并減少內(nèi)外存儲器的交互頻率，確保虛擬場景渲染的實時和平滑。
[0029]本發(fā)明針對大規(guī)