第20节 实例-多机协同渲染的一种形式

致谢

感谢网友提出这个问题。大家有问题也可以在评论区提出,有问必有答。如果涉及商业需求,可以联系作者133-2459-8743。

问题描述

经常的,我们会遇到这样的问题。
1. 我们想在这台机器上渲染一个视口。同样的场景,希望在局域网内的另一台机器渲染与之相邻的视口,两个视口组成一个视口。
2. 一个场景太大了,渲染起来很慢,我们希望每台机器渲染的分辨率低一些。这样很多机器类似把一张照片分块给渲染了。其实和问题1是类似的。只是需求着眼于性能。
3. 需要做一个CAVE的系统,四个相机的画面由四台机器渲染出来。
**总之.**我就是要很多台机器渲染,最后又能组成一张图。

本节资源

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功能

本节有两个程序,一个是服务器,一个是客户端,也就是用户要建两个工程分别编译客户端与服务器。运行时先运行服务器,而后再运行客户端。起来之后两个程序各有一个400X300的小窗口,它们挨着组成一个场景。如下图:
image.png

主体思想

1. 思想 服务器这边正常渲染,然后把自己的相机位置传给客户端。客户端再反当前相机位置向右旋转个38.4度。至于为什么是38.4呢,下面再来讲一下相机的原理。
2.原理
image.png
在卧铺上呢,车摇摇晃晃的,年纪大了手也直抖,画的不咋的。我们先看1 1表示单个相机的透视投影。这和我们的人眼是差不多的,有近面,有远面,中间斜线是视锥体。

要是不知道什么是视锥体,那要好好百度一下了。视锥体的理解对本节非常重要。

图2 想象一个西瓜瓣,然后中间被切两刀,给三等分了。组成了三个小视锥体,它们彼此相邻。假如西瓜以前是90度的瓣,切两刀就是每个视锥体是30度开角。开角、近面、远面都是可以设置的。图2我们想象,中间那瓣是服务器,它起来之后把它的视点信息传给了客户端,客户端把当前视点信息向右旋转30度(本例是38.4)不就和服务器组成一幅连续的图了吗?

图3 这是一个CAVE系统,可以是方的六个面,现在我们比如没有顶和盖儿,只有四个面,前后左右。那么只需要视点位置不变,开口360/4=90度,然后朝向分别朝前后左右,这样渲染出来的四个面投影到四个墙上就可以了。

好了,图1、图2、图3都是我们正常的系统经常做的。那么下面说说一些其它注意事项:

图4 我们想象,一幅山水画,可以画的老长老长了,那么图123都是视点的位置不变,原地视口做旋转。能不能像图4一样,一面墙有个100X100块屏幕组成,每个视屏的视点都不一样,想象你拿着相机拍张照片挪一下位置,再拍张照片再挪一下位置,最后再拼成一张照片,这样可行吗?我们先看4.1和4.2相比,它们的远面是相连接的,但是近面断开了。这也就是你拍照片的时候,对着一面墙,你可以拍着相连。墙和你的相机之间没有东西,则是没有问题的。4.2和4.3相比较,近面相连,但是远面会有交叉,想象你的双眼,闭上右眼左眼看的就是4.2,闭上左眼,右眼看的就是4.3,在鼻尖处是近面,看的远方是远面。左眼与右眼的远方画面是有部分重合的,但是鼻子处是近面是相连的。但是有一点要注意:左眼看到的和右眼看到的是有细微的偏差的,因为他们的位置不同,所以远方的景物是有偏差的,只是说这个偏差不大,重合的部分我们的大脑才可以处理得了。但是要是计算机图形学可就难了,稍微的一点偏差,都不那么容易融合。这也是研究的课题之一。

为什么很多幕是球幕,原因就是我们视点不变,向各个角度旋转形成的视场拼在一起,其实就是个球。其实真正的我们的眼球所看到平面视景都是有弯曲的球形,想象我们在一个西瓜的中间,我们所看到的就是西瓜的一部分,这些部分组成一起是一个西瓜,是圆的。所以是球幕。

具体实现

1. 关于消息传输的,网上都有,不再多讲。服务端是起了一个线程用于发自己的视点信息:

class CRenderingThread : public OpenThreads::Thread
{
public:
    CRenderingThread() 
    {

    };
    virtual ~CRenderingThread() {};

    bool EqualFloat(osg::Vec3 f1, osg::Vec3 f2)
    {
        if ((f1 - f2).length() < 0.00001)
        {
            return true;
        }

        return false;
    }

    virtual void run()
    {
        while (1)
        {
            if((EqualFloat(_eye, _eyes)&&EqualFloat(_center, _centers)&&EqualFloat(_up, _ups)))
            {
                
            }
            else
            {
                _eyes = _eye;
                _centers = _center;
                _ups = _up;
                //发送
                _ss->sendViewMatrix(_eye.x(), _eye.y(), _eye.z(), _center.x(), _center.y(), _center.z(),
                    _up.x(), _up.y(), _up.z());
            }
        }
    };

protected:
};

2. 客户端同样也起了一个线程用于接收服务端发来的视点信息,并存在全局变量里,供客户端的操作器取用:


class CRenderingThread : public OpenThreads::Thread
{
public:
    CRenderingThread()
    {

    };
    virtual ~CRenderingThread() {};

    virtual void run()
    {
        while (1)
        {
            sc->Receive();
            _eyes = sc->eye;
            _centers = sc->center;
            _ups = sc->up;
        }
    };

protected:
};

3. 有一点要隔外注意因为发送信息和接收信息都是起的线程,因此服务端有时候视口还没有起来就开始取相机参数了,就会取不对,发给客户端的无效值会让客户端直接死在除0上,因此客户端起来200帧之后才用网络发来的信息,那时候服务端也起来了:(定位这个问题花费我估计有两小时吧)

            //服务器起来后,会发送一些无效数据,导致客户端计算除零等死机,200帧后服务端稳定
            if (_frame > 200)
            {
                osg::Vec3 eye = _eyes;
                osg::Vec3 center = _centers;
                osg::Vec3 up = _ups;
                _eye = eye;
                _center = center;
                _up = up;
            }

4. 我从以前的代码中截取了一段用于把视点的窗口位置自动的放在合适的位置上以及控制大小,只要在viewer.realize()之后,有了上下文,这些代码都是起效的,放哪都可以:

            osgViewer::Viewer* viewer = dynamic_cast<osgViewer::Viewer*>(&aa);
            osgViewer::Viewer::Windows ws;
            viewer->getWindows(ws);
            if (!ws.empty())
            {
                osgViewer::Viewer::Windows::iterator iter = ws.begin();
                for (; iter != ws.end(); iter++)
                {
                    (*iter)->setWindowRectangle(500, 100, 400, 300);
                    //(*iter)->setWindowDecoration(false);
                }
            }

最后感谢大家的支持哦。我爱你们哦,有空来北京、西安、南京了给我说,咱们有空聚聚哦。

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THE END
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