一种基于云计算的海量信息超级显示平台的制作方法
【专利摘要】本发明涉及基于云计算的智能海量信息超级显示平台，包括信息显示拼接屏、计算机集群分布式并行计算显示系统、计算机网络以及云计算信息源接口；计算机集群分布式并行计算显示系统包括主节点、子节点计算机；主节点、子节点计算机中，智能调度模块对云端信息内容进行有序的读取和智能调度，通过信息渲染模块显示输出云端信息并对信息源进行智能布局、平铺、层叠、移动及缩放；管理控制模块接收用户指令、加载管理信息源及发送控制命令完成各个子节点计算机进行显示信息的控制；本发明采用集群并行超高分辨显示技术，把信息源分割生成纹理对象再合并成整个纹理绑定到显示窗口，并通过CPU与GPU联合高速处理信息显示渲染模块进行显示。
【专利说明】一种基于云计算的海量信息超级显示平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及海量信息可视化、超高分辨率显示技术，特别是涉及一种基于云计算的海量信息超级显示平台。
【背景技术】
[0002]云计算(Cloud Computing)是一种基于计算机网络的超级计算模式。狭义上讲，它是分布式处理、并行处理和网格计算技术的综合发展，是一种新型的计算模型，是一种新型的共享基础架构的方法。广义上讲，它是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备对内对外的服务。
[0003]随着云计算技术的飞速发展及广泛应用，云计算基础设施提供的信息数据量呈现出爆发式的增长。各类新型的信息层出不穷，特别在大数据越来越受到人们关注的情况下，人们对数据的显示时间及质量都提出了更高的要求，传统显示技术及独立的信息显示设备在海量数据处理显示和大规模部署等方面都表现出了较大的局限性，难以在处理速度、响应时间、显示效果和分辨率等方面满足需求。
[0004]目前的信息显示系统广泛采用集中信息处理工作站，将所需显示的数据和程序都在一台核心处理机上进行集中处理。这种显示方式不可避免地存在以下瓶颈:
[0005]( I)瓶颈一:显示分辨率有限；
[0006]随着高分辨率观测卫星系统的建设，云计算基础设施将提供大量的卫星海量信息，影像信息数据将达10亿像素以上，但受到显示单元尺寸及计算机处理能力的限制，目前市场上的信息显示系统只能显示出海量影像的局部信息，无法支持海量影像数据的超高分辨显示。
[0007](2)瓶颈二:信息显示处理速度慢；
[0008]受CPU处理能力、内存大小等的制约，目前的计算机系统难以支持海量数据信息的快速处理、显示，即使仅仅读取IOGB的数据信息都将耗费数十分钟的时间，而智慧城市、智能交通应急指挥等对信息显示响应时间的要求相当高，因而必须提供高速实时的海量信息显不系统。
[0009](3)瓶颈三:显示平台难以扩展；
[0010]由于采用集中控制方式对显示单元进行控制，整个大屏显示图像的解码、渲染工作均集中在图像拼接器中完成，显示平台的扩展受到图像拼接器、图像处理矩阵等设备处理能力的限制，难以扩展。
[0011](4)瓶颈四:显示信息难以调度；
[0012]显示信息源调度依赖图像处理矩阵来实现，当系统规模增大时，不得不配置多台图像处理矩阵，矩阵之间的信息源调度难以实现，影响用户按照需求任意调度显示信息。
[0013]随着云计算信息数据量的激增，对海量信息的处理速度、显示能力等提出了更高的要求。需要在显示绘制技术上突破集中图形系统的局限，利用集群计算机系统实现高性能的图形并行绘制，为各类海量数据的场景绘制、大规模虚拟现实仿真、超高分辨率可视化等高端应用提供所需的图形绘制能力。
【发明内容】
[0014]为克服现有技术所存在的缺陷，本发明提供一种基于云计算的智能海量信息超级显示平台，采用集群并行超高分辨显示技术，把信息源分割生成纹理对象再合并成整个纹理绑定到显示窗口，并通过CPU与GPU联合高速处理信息显示渲染模块进行显示，解决了海量信息超高分辨同步显示及智能调度的技术问题。
[0015]本发明的一个实施例中，具体采用以下技术方案:一种基于云计算的海量信息超级显示平台，包括依次连接的信息显示拼接屏、计算机集群分布式并行计算显示系统、计算机网络以及云计算信息源接口 ；所述计算机集群分布式并行计算显示系统包括主节点计算机及若干子节点计算机，主节点计算机对计算机集群分布式并行计算显示系统进行统一集中管理控制并提供与用户的交互接口，主节点计算机通过所述计算机网络与子节点计算机通信，所述子节点计算机与所述信息显示拼接屏相连接，经子节点计算机处理后的信息源通过信息显示拼接屏进行显示；
[0016]所述主节点计算机及子节点计算机均包括:信息接收模块、管理控制模块、智能调度模块及信息渲染显示模块；所述智能调度模块对云端信息内容进行有序的读取和智能调度，通过所述计算机网络传输至所述计算机集群分布式并行计算显示系统中的各个子节点计算机进行处理并通过所述信息渲染模块进行显示输出并对信息源进行智能布局、平铺、层叠、移动及缩放，并实现各节点操作的同步；所述管理控制模块用于接收用户指令、加载管理信息源及发送控制命令完成各个子节点计算机进行显示信息的控制；通过所述信息接收模块及云计算信息源接口读取存储在云端的信息源，并对其进行并行和分布式计算来获取信息源的像素信息，然后把获得的信息源分割生成纹理对象再合并成整个纹理绑定到显示窗口并通过信息显示渲染模块进行显示。
[0017]优选的，所述智能调度模块还包括使用配置文件对显示属性进行预先的配置，并对整个显示布局进行自动和手动调整；所述智能调度模块在所述信息显示拼接屏上进行开窗操作、预先设置多个显示窗口，并对所述显示窗口进行自动平铺和自动排列。所述显示属性包括信息源类型、显示窗口位置及显示窗口大小。
[0018]所述平铺的方式包括:对选取的部分显示窗口进行平铺，对所有显示窗口进行平铺，按所述信息显示拼接屏全屏幕平铺显示，按任意行和列以显示单元为单位平铺，或者在所述信息显示拼接屏顶端单行平铺。
[0019]所述子节点计算机与所述信息显示拼接屏相连接，经子节点计算机处理后的信息源通过信息显示拼接屏进行显示的过程为:各子节点计算机通过接收主节点计算机的控制指令，为能正常显示的信息源建立显示窗口，对信息源信息进行读取生成纹理对象，并将其绑定到显示窗口并通过显示渲染模块进行渲染。
[0020]所述用户指令包括对所述显示窗口的拣选、组选、移动、缩放、增加和删除，还包括对不同信息源的暂停与播放的控制指令，以及对PDF进行翻页、跳转与自动播放。
[0021]由于采用上述方案，本发明具有如下优点及有益效果:
[0022]1、通过在云计算基础设施的基础上，采用集群分布式并行处理计算，对海量信息进行智能调度与控制处理，优化了网络的信息传输，解决了传统处理方式效率低、反应慢、显示分辨率不高、无法处理海量数据信息量的问题，整个平台可实现16G以上海量图像信息的同步显示，达到10亿像素以上的超高显示分辨率。
[0023]2、通过智能管理控制，信息源的数量和类型可以任意加载，还支持多窗口的任意漫游、移动、叠加、切换、层叠、无级缩放，以及智能动态的增加显示窗口、减少显示窗口、窗口自动排列、自动平铺等同步显示，突破了传统显示系统的显示处理瓶颈。
[0024]3、利用云计算及集群系统技术，对海量信息源进行分布式并行处理时，利用海量影像信息的树管理架构、out-of-core技术把当前需要显示的信息调入内存进行，利用LRU算法对内存进行调度，在需要显示的时候才把像素信息调入显示，并利用LOD实现图像的精细显示，通过CPU+GPU的高速信息显示处理，实现对所述海量影像信息的快速处理和高效显示，并且充分利用所述超级显示平台高分辨率来显示所述海量影像信息的细节。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明系统结构示意图；
[0026]图2为本发明实现显示控制的基本类图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加具体和清晰，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细的说明，但本发明的实施例并不限于此。
[0028]实施例
[0029]如图1所示，本发明基于云计算的智能海量信息超级显示平台，包括依次连接的高分辨信息显示拼接大屏309、计算机集群分布式并行计算显示系统307、超级显示计算机网络302以及云计算信息源接口 301。其中，高分辨信息显示拼接大屏309包括若干高清的显示单元308，这样整个平台分辨率可达到亿像素以上。
[0030]所述计算机集群分布式并行计算显示系统307采用分布式并行计算集群系统，可对海量数据进行高速处理及显示，可支持GB以上信息源的显示，包括主节点计算机及若干子节点计算机。其中，主节点计算机对计算机集群分布式并行计算显示系统进行统一集中管理控制并提供与用户的交互接口。所述超级显示计算机网络302负责所有信息源的传输、主节点计算机与子节点计算机间的通信。所述云计算信息源接口 301提供了云计算基础设施信息和超级显示平台显示集群之间的信息连接接口，云端信息通过该接口及所述信息接收模块进入本发明显示平台。
[0031]所述主节点计算机及子节点计算机均设有信息接收模块303、管理控制模块304、智能调度模块305及海量信息渲染显示模块306。所述智能调度模块305对云端信息内容进行有序的读取和智能调度，通过所述超级显示计算机网络302传输至所述计算机集群分布式并行计算显示系统中的各个子节点计算机进行处理并通过所述海量信息渲染模块306进行显示输出并提供对信息源进行智能布局、平铺、层叠、移动及缩放功能，并实现各节点操作的同步。通过管理控制模块304，所述主节点计算机完成对所述各个子节点计算机的海量显示进行管理控制，实现用户指令响应、信息源加载释放管理、显示窗口管理等显示管理控制功能，所述海量信息渲染显示模块实现在高分辨信息显示拼接大屏上的海量信息显
/Jn ο[0032]所述计算机集群分布式并行计算显示系统307中的各节点通过所述信息接收模块303及云计算信息源接口 301读取存储在云端的信息源，并对其进行并行和分布式计算来快速获取信息源的像素信息，然后把获得的信息源生成纹理对象再合并成整个纹理绑定到显示窗口进行显示。优选的，每个显示窗口都与一个信息源纹理绑定，这样根据显示窗口就可以确定其对应的信息源。
[0033]具体一点来说，所述主节点计算机中的智能调度模块305对云端信息内容进行有序的读取和智能调度，云端信息通过所述云计算信息源接口 301进入计算机集群分布式并行计算显示系统307，计算机集群分布式并行计算显示系统307中各个子节点计算机都执行一份应用程序的拷贝，进行处理和显示输出，所述管理控制模块304接收用户指令、加载管理信息源及发送控制命令完成各个子节点计算机进行显示信息的控制，使各个子节点计算机按照用户指令显示信息。智能调度模块还包括使用配置文件对信息源类型、显示窗口位置及显示窗口大小等显示属性进行预先的配置以及对其他如视频流的IP地址、端口号、显示文字的颜色、背景色、透明度等特殊属性的设置，并可对整个显示布局进行自动和手动调整，无论所述显示平台是在运行中还是退出运行，都可重新恢复显示布局。智能调度还包括在所述的高分辨信息显示拼接大屏上可进行任意开窗操作，也可预先设置多个显示窗口。对所述的显示窗口可以进行自动平铺和自动排列，平铺方式多样。其中平铺的方式多样性，可以对选取的部分显示窗口进行平铺，也可对所有显示窗口进行平铺，还可以按所述高分辨信息显示拼接大屏全屏幕平铺显示，或者按任意行和列以显示单元为单位平铺，以及在所述高分辨信息显示拼接大屏顶端单行平铺。
[0034]所述子节点计算机与所述高分辨信息显示拼接大屏309相连接，处理后的信息源通过所述高分辨信息显示拼接大屏309进行显示。当系统运行相关应用程序后，各子节点计算机通过接收主节点计算机的控制指令，为能正常显示的信息源建立显示窗口，对信息源信息进行读取生成纹理对象，并将其绑定到显示窗口并通过显示渲染模块进行渲染，然后将显示窗口加入到所述超级显示系统的场景树中，其中显示窗口与信息源是一一对应的关系。当系统读取某信息源失败时，取消为其建立显示窗口而直接跳过忽略该信息源，读取下一个信息源信息并输出相应的提不信息。
[0035]所述管理控制模块通过主节点计算机对所述计算机集群中各个子节点计算机对海量显示进行管理控制，实现用户指令响应、信息源加载释放管理、显示窗口管理等显示管理控制功能；所述海量信息渲染显示模块实现在高分辨信息显示拼接大屏上的海量信息显示。也就是说，管理控制模块对计算机集群中各个节点对海量显示数据的同步处理及显示输出的控制，主要通过主节点计算机向所述计算机集群的各子节点计算机发送控制信息和用户指令，而对显示信息的处理都在各子节点计算机上进行，这就大大减少了所述高速网络上数据的传输，进而减小了网络延时，提高了系统的响应速度。其中，用户指令包括对所述显示窗口的拣选、组选、移动、缩放、增加和删除，还包括对不同信息源的控制指令，如:视频信息源的暂停与播放以及对PDF进行翻页、跳转与自动播放等。所述的移动和缩放包括单个或多个显示窗口跨节点计算机、跨显示单元屏幕的任意移动和缩放，移动的距离和缩放的范围不受物理边界的限制。其中，对信息源的控制还包括在不改变当前显示窗口相关属性的情况下，利用GUI动态地将当前窗口的信息源切换为其他所需的信息源，无需重新修改和加载整个场景，所述其他所需信息源的类型不受限制，这样，大大增加了系统的易用性和稳定性。
[0036]所述海量信息渲染显示模块，对海量信息进行大规模、高效、快速以及超高分辨率同步显示。“海量”指所显示信息的信息源类型的多样性；也指在所述超级显示平台上同时显示的信息在数量上庞大，可对亿像素以上的影像信息进行显示及所述智能调度和控制。所显示信息的信息源类型包括各种格式的图片(BMP、DDS、GIF、JPEG、PNG、TAG、RGB等类型)，各种格式的视频文件(AV1、MP4、MPG, MOV、MKV, WMV, FLV等类型)，各种编码格式的视频流文件，以及各种格式的 3D 模型(DAE、3DS、ASE、OBJ、XGL, DXF, LffO, LXO, LffS, STL、XAC,MS3D、SCN、XML、IRMESH、MDL, IRR, MD2、PK3、MD3、SMD, M3、3D、Q3D、OFF、TER 等类型)，还包括HF、矢量文字、GIS等多种信息源类型。
[0037]本发明的计算机集群分布式并行计算显示系统307对获取的云端信息进行分布式处理，由于海量信息的数据量大，如果将海量的信息同时调入内存，对整个系统将是严峻的考验，所以显示系统将海量的信息存外部存储器中，并利用out-of-core技术仅把当前需要显示的信息调入内存，如果当前需要显示的信息已在内存中，则无需重新加载。利用LRU算法对内存进行调度，当需要显示的时候才把像素信息调入内存显示，不需要显示的内容则将其从内存中卸载以减轻内存压力。最后，利用LOD实现图像的精细显示，进而实现对海量信息的快速处理和高效显示。利用系统应用软件的求交功能，就可以得到当前鼠标选中的显示窗口信息。进而实现对选中窗口任意的跨节点、跨显示单元的移动和缩放。还可以实现对任意显示窗口(包括单选显示窗口、组选显示窗口和所有显示窗口)的删除操作，进行该删除操作的同时解除信息源的绑定并删除该信息源。同样也可随时增加一个显示窗口并添加所需信息源进行显示。
[0038]如图2所示，本发明超级显示平台采用类封装方法来实现所述各项功能。所述类包括ShowWindow类、SourceInterface类及各种信息源类。ShowWindow类是所有显示窗口类的父类，实现各类信息源在显示窗口中的显示。显示系统新建显示窗口的类建立步骤如下:
[0039]1、新建ShowWindow类,定义窗口坐标、大小；
[0040]2、给ShowWindow类的SourceInterface指针赋值,实现与信息源的关联；
[0041]3、渲染信息源纹理，实现信息源在指定窗口中的显示。
[0042]SourceInterface是所有信息源类的父类，通过继承，可以针对不同的信息源生成Image、Movie、Stream、PDF> Text等显示信息源。所述ShowWindow类带有所述SourceInterface类的指针、显示窗口位置坐标、显示窗口大小等信息，可实现窗口移动，窗口缩放等功能并接收用户指令；所述SourceInterface类带有信息源类型及信息源纹理等信息，它是一个抽象类，位于ShowWindow类跟信息源类之间，是两者沟通的桥梁，它使ShowWindow类忽略各信息源类的具体实现，为平台对海量信息源的支持提供支撑平台，使二者产生了相对的独立性，当增加新的信息源类时，无需更改ShowWindow类,使所述平台的灵活性、多样性大大增强。所有的信息源类使用一个策略模式来实现，他们共同继承自一个抽象的父类=S0urceInterface类，这样就可以动态的添加不同的信息源类型，并且在每个新信息源上添加新的操作时不需要修改与ShowWindow类的接口和已有的类，只需要继承Sourcelnterface这个共同的抽象父类就可以实现。并且每一个显示窗口都包含一个信息源抽象父类SourceInterface类的指针,每个信息源类都拥有各自的信息源指针、窗口位置坐标、窗口大小等信息以及属于自己的相关功能；ShowWindow类通过SourceInterface指针便可实现与相应的信息源类的联系,进一步实现直接的信息源操作与控制。根据用户拣选指令可以获得一个显示窗口，利用显示窗口就可以获得该显示窗口的信息源的指针，根据信息源的指针就可以判断该信息源的类型；如此，就可以针对不同的信息源类型进行信息源的个性化操作控制。例如:实现视频文件的播放、暂停，实现三维场景的漫游，实现文字颜色、字体等属性的调整等操作。
[0043]优选的，根据所述信息源指针的不同就可确定信息源的类型，实现对该信息源的除缩放、移动、智能布局等一般操作外的其他特有的相关操作，如:PDF翻页、跳转、自动播放等操作，视频文件的播放、暂停与快进等操作。
[0044]优选的，通过对键盘及鼠标等按键的检测，可实现用户指令的响应。如:通过按下F6键调出源切换的控制界面，根据界面上的提示和操作说明可对所需信息源进行切换，切换信息源的类型和次数均不受限制。另外，还可通过按下F7键调出预先配置的各种信息源及其相关属性的控制界面，配置完成后点击保存，加载该配置文件即可进行相应的显示控制和操作，操作简单，管理方便。
[0045]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于云计算的海量信息超级显示平台，其特征在于，包括依次连接的信息显示拼接屏、计算机集群分布式并行计算显示系统、计算机网络以及云计算信息源接口 ；所述计算机集群分布式并行计算显示系统包括主节点计算机及若干子节点计算机，主节点计算机对计算机集群分布式并行计算显示系统进行统一集中管理控制并提供与用户的交互接口，主节点计算机通过所述计算机网络与子节点计算机通信，所述子节点计算机与所述信息显示拼接屏相连接，经子节点计算机处理后的信息源通过信息显示拼接屏进行显示； 所述主节点计算机及子节点计算机均包括:信息接收模块、管理控制模块、智能调度模块及信息渲染显示模块；所述智能调度模块对云端信息内容进行有序的读取和智能调度，通过所述计算机网络传输至所述计算机集群分布式并行计算显示系统中的各个子节点计算机进行处理并通过所述信息渲染模块进行显示输出并对信息源进行智能布局、平铺、层叠、移动及缩放，并实现各节点操作的同步；所述管理控制模块用于接收用户指令、加载管理信息源及发送控制命令完成各个子节点计算机进行显示信息的控制；通过所述信息接收模块及云计算信息源接口读取存储在云端的信息源，并对其进行并行和分布式计算来获取信息源的像素信息，然后把获得的信息源分割生成纹理对象再合并成整个纹理绑定到显示窗口并通过信息显示渲染模块进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于云计算的海量信息超级显示平台，其特征在于，每个显示窗口都与一个信息源纹理绑定。
3.根据权利要求1所述的基于云计算的海量信息超级显示平台，其特征在于，所述智能调度模块还包括使用配置文件对显示属性进行预先的配置，并对整个显示布局进行自动和手动调整；所述智能调度模块在所述信息显示拼接屏上进行开窗操作、预先设置多个显示窗口，并对所述显示窗口进行自动平铺和自动排列。
4.根据权利要求3所述的基于云计算的海量信息超级显示平台，其特征在于，所述显示属性包括信息源类型、显示窗口位置及显示窗口大小。
5.根据权利要求3所述的基于云计算的海量信息超级显示平台，其特征在于，所述平铺的方式包括:对选取的部分显示窗口进行平铺，对所有显示窗口进行平铺，按所述信息显示拼接屏全屏幕平铺显示，按任意行和列以显示单元为单位平铺，或者在所述信息显示拼接屏顶端单行平铺。
6.根据权利要求1所述的基于云计算的海量信息超级显示平台，其特征在于，所述子节点计算机与所述信息显示拼接屏相连接，经子节点计算机处理后的信息源通过信息显示拼接屏进行显示的过程为:各子节点计算机通过接收主节点计算机的控制指令，为能正常显示的信息源建立显示窗口，对信息源信息进行读取生成纹理对象，并将其绑定到显示窗口并通过显示渲染模块进行渲染。
7.根据权利要求1所述的基于云计算的海量信息超级显示平台，其特征在于，所述用户指令包括对所述显示窗口的拣选、组选、移动、缩放、增加和删除，还包括对不同信息源的暂停与播放的控制指令，以及对PDF进行翻页、跳转与自动播放。
【文档编号】G06F3/14GK103530083SQ201310530646
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】孙峻岭, 罗明宇, 归强, 付燕平, 蔡文举 申请人:广东粤铁瀚阳科技有限公司