国产化适配｜一起看看适配国产GPU需要做什么
随着信息化进程的加快，外部环境渐趋复杂，各种科技打压和资源封锁事件频发，在这个过程中我们认识到了掌握信息技术自主可控的重要性，也是我国现亟需解决的大事儿，需要逐步减少对国外产品的依赖，在科技领域“挺直腰杆”。
国家“十四五”规划明确，“坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位”“把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”。作为科技创新的重要领域，信创的战略和经济意义愈发凸显。
发展自主可控的国产GIS软件
为了建立一个健康安全的国产软件生态，不仅要有国产芯片、国产操作系统和国产数据库，还需要大量第三方应用和服务去适配它们。这样，国产软件生态才能“茁壮成长”。
在信创的变革下，GIS的基础运行环境发生了非常大的变化。实际使用中，GIS并非简单地对空间信息进行分析、处理后呈现给使用者，而是要精确、高效地进行空间数据综合分析以及动态预测。因此，在 FreeXGIS平台进行国产化环境部署时，对各功能及仿真场景的可用性及性能等方面都提出了相当高的要求。
目前，在国产CPU芯片体系架构上，主要分为 X86（海光、兆芯）、ARM（海思、飞腾）、mips（龙芯）、alpha（申威）、PowerPC架构（中晟宏芯）；在国产GPU中，较为知名的为景嘉微JM72系列、景嘉微JM92系列、芯瞳GenBu01；在国产操作系统上，市场占有率较高的有中标麒麟、银河麒麟等。恒歌科技针对以上国产软硬件环境进行了适配，满足客户自主可控的应用场景需求。
FreeXGIS平台国产化部署
恒歌科技在针对FreeXGIS各端进行适配时，使用Qt 、OSG、OsgEarth等进行编译部署、各种依赖库源码编译，实现了GIS及可视化应用的自主可控。
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方案优势
Advantages of Solution
平台为在国产化软硬件环境下实现GIS及态势显示、推演与评估提供稳定且可扩展的架构体系。
全面的国产化适配能力
FreeXGIS平台具备极强的国产化适配能力，积极响应相关政策，为软件、硬件及操作系统的同步国产化做出了支持，覆盖适配绝大多数国产CPU、国产GPU和国产操作系统等。
业内领先的技术支持
FreeXGIS Desktop采用插件化框架设计，底层使用OpenGL图形接口，通过OSG的二次封装形成高效的图形渲染引擎，并结合专业的GIS数据处理库以及osgEarth地形构建引擎，形成了一套高效的二三维场景渲染框架。
△ FreeXGIS Desktop
FreeXGIS Online则采用轻量级系统运行方式，持续优化底层渲染能力与运行效率，综合提升场景表现力，同时具有灵活的数据接口，方便用户接入互联网数据，快速拓展相关业务。
△ FreeXGIS Online
FreeXGIS Server采用微服务的框架结构设计、分布+集群的部署方式，支持中标、银河、鲲鹏等国产化环境部署，有效提升了服务的响应速度以及用户并发量，也保证了系统的扩展性、容错性以及开发效率。同时支持用户私有云或局域网的服务部署，确保用户的数据安全性。
△ FreeXGIS Server
安全稳定的私有化部署
恒歌科技深耕于GIS领域十余年，持续为军工、航空航天等保密性、安全性要求较高领域的客户提供服务，产品稳定、可靠，保证系统信息安全。
FreeXGIS平台采用私有化部署，可直接部署在用户本地服务器上，可源码授权，在保证用户数据安全性、系统稳定性下，能够灵活应用于多种业务场景。
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优化方案
Optimization Scheme
在3D图形处理中，显卡性能对模型表现和模型处理而言，至关重要。显卡越高端，其三维效果越逼真，图面切换越流畅。本文针对国产化GPU在FreeXGIS中的优化方向进行简单分析，分析方向：地理数据渲染优化、模型渲染优化、几何图元渲染优化。
地理数据渲染优化
01 地形数据加载流程
三维地形渲染系统使用金字塔的瓦片构建机制，采用实时动态调度算法，可以根据当前视口显示的数据范围，进行分级分区域动态调度，从而减少内存占用，减轻渲染压力。
02 渲染模式优化
在国产化系统中，大地形渲染效率优化，除地形数据调度影响效率外，更多时候渲染采用的模式更为重要。本平台通过优化渲染模式，使用顶点缓存对象渲染方式（数据存储在GPU中，可直接绘制图元，数据可修改），减少CPU与GPU的访问次数，有效提升渲染效率。
03 减少状态切换
在GIS平台中，大批量的矢量线、面绘制是比较常见的使用方式，通过分析osgEarth中矢量线、面的绘制效率较低的问题，提出了通过合并矢量绘制数据中同类型的状态信息，减少状态频繁切换，大幅提升矢量的渲染效率。
大批次模型渲染优化
三维场景中，除去大地形的渲染消耗外，其余就是大量业务数据的加载及渲染，比如大批量的比如战斗机、舰船、卫星、航路线等，带来如下问题：第一，内存随着场景中的实体增加呈现线性增长；第二，加重GPU的渲染负担；第三，需要CPU与GPU进行多次重复的交互。
针对以上问题，我们采用了多实例渲染技术进行优化，该技术是一种用于大批量重复物件渲染的GPU技术，以降低客户端和显卡端数据传输量，即所谓的“一次提交，多次渲染”，是连续执行多条相同渲染命令的方法，并且每个命令所产生的渲染结果都会有轻微的差异，因此，它是一种非常有效的、可使用少量API调用来渲染大量几何体的方法。
图元渲染优化
01 优化图元绘制
GPU绘制图形需要CPU向GPU发出指令, 同时需要向GPU提交顶点坐标、纹理坐标、法线坐标等信息，复杂的仿真都是千万级顶点数据，通过顶点缓存对象和索引缓存对象能够使数据共享，减少顶点数目，静态目标只需要提交一次数据，降低了CPU的负载。
02 动画图元绘制（如雷达通信效果）
动画可以分为形变、属性变化。形变即位置信息或拓扑结构的变化；属性变化即颜色、光照、纹理等信息变化。
在以往的实现思路中，动画都会在CPU端通过顶点变化实现，此时就需要高频率的CPU-GPU通信，然而目前在国产CPU和GPU下是无法做到的。于是我们针对性的做了优化，将数据处理放在CPU中，将动画效果通过着色器在OpenGL渲染管线中实现，减少CPU与GPU的通信，提升渲染效率。
03 几何纹理扰动的优化
为了模拟显示中的效果，如淹没分析，我们针对波浪采用改变随机的纹理坐标的方法，在以往的实现中同样需要占用CPU与GPU的带宽，于是我们将纹理坐标的计算放到顶点着色器中进行，效率得以提高。
国产化部署案例分享
01 银河麒麟运行GIS平台
银河麒麟v10（国防版）
PC端
飞腾D2000
Qt Creator
FreeXGIS系列
公司FreeXGIS系列产品在银河麒麟操作系统中良好适配，国产CPU飞腾D2000上流畅稳定运行。平台涵盖二三维图层加载、测量、标绘、军用标绘、海洋、星空环境、气象、电磁等模块，支持插件化与模块化开发、应用。
02 中标麒麟运行GIS平台
中标麒麟v5（军用版）
PC端
龙芯3A4000
Qt Creator
FreeXGIS系列
公司FreeXGIS系列产品在中标麒麟操作系统中良好适配，国产CPU龙芯3A4000上流畅稳定运行。系统涵盖卫星仿真、态势仿真、电磁仿真领域，支持插件化与模块化开发、应用，用户体验良好。