（计算机应用技术专业论文）移动设备上基于图像的图形绘制系统若干关键技术的研究.pdf

浙江大学博士学位论文 摘要 在高度真实感的虚拟环境中进行实时漫游一直是图形界的研究热点，其问 题的关键之一在于如何有效地表达一个场景，以便在漫游阶段可以高质量地对 场景进行实时绘制。传统的漫游系统主要使用比较成熟的几何建模技术，通过 手工方法建立场景的三维模型。这种方法需要花费大量的资源在建模上，并且 绘制时对显示硬件的要求很高。由于漫游场景是由计算机根据一定的光照模型 绘制生成，其色彩层次没有实际的自然场景丰富且带有明显的人工痕迹。近年 来提出的基于图像的建模和绘制技术，试图通过场景的全光采样或者参考图像 的重投影来实现具有高度真实感的虚拟场景的绘制，目前也已经构建了一些系 统。但这些系统都是针对主流计算机的能力而设计的，对于目前发展迅猛的移 动设备而言，由于其计算能力弱，存储空间小，在其上实现漫游系统还有很大 的难度。但由于其使用方便并且可以随时接入因特网，因此在这些设备上实现 实时三维的应用是非常有意义的。本文针对无线网络以及移动设备的特点，对 在其上实现实时三维漫游系统所涉及到的几个关键问题做了深入的研究。 第一章主要对在移动设备上实现漫游系统所涉及的几个关键问题( 图形绘 制技术、网络传输技术和安全技术) 做了分析。首先简要介绍了基于图像的图 形绘制技术、安全技术以及网络传输技术的基本原理。其次还对目前国内外的 研究状况做了概要介绍。最后在分析了国内外研究现状的基础上确立了本文所 要研究的相关内容并对论文的总体结构做了阐述。 第二章主要研究移动设各上基于网络的远程绘制系统。首先分析了移动设 备以及无线网络的特点，并概要介绍了相关的基于图像的图形绘制技术的基本 方法，明确了系统的总体结构和目标。其次对移动设备上实现基于图像的图形 绘制算法做了分析，并提出了按需传输、多分辨率绘制的基本算法。最后给出 了该系统的实际运行效果。 为了保护无线网络下的数据安全，第三章研究了能够作为鉴别、不可抵赖 以及数据完整性等安全服务基础技术的数字签名算法。由于移动设备计算资源 有限，传统的基于非对称密码学原理的数字签名算法甚至无法在这些设备上面 运行。因此如何在已经广泛成为用户终端的移动设备上保证应用系统的安全性 已经成为一个人们热烈关注的话题。在分析了基于公开密钥密码学的基本加密 算法后，本文提出了一种基于服务器的数字签名算法，该算法在保证了具有传 统数字签名算法安全强度的基础上，把大部分的计算工作都转移到签名服务器 浙江大学博士学位论文 上进行。因此在资源有限的移动设备上也能使用安全的数字签名技术。最后还 分析了该签名协议的安全强度和运行效率。 第四章研究了场景图像的版权保护问题，数字水印技术是目前图像版权保 护领域中使用最为广泛的方法之一。小波域内的水印算法目前已经成为主流， 这首先是因为小波分析技术符合人类视觉系统的特性；其次，新一代数字图像 压缩标准j p e g 2 0 0 0 是以小波变换为基础的，因此在小波域肉进行数字水印的嵌 入和处理更能与压缩算法紧密结合。文中提出并实现了一种小波域内的健壮水 印算法，该算法能够用于图像的版权保护。实验结果也表明该算法是非常有效 的。 第五章的主要内容是针对无线网络环境下多媒体数据传输问题的研究，由 于无线网络自身的一些特点使得其无法简单移植有线网络中已有的一些具备服 务质量保证能力的传输协议。但在基于网络的远程绘制系统中，传输协议的效 率和稳定性却是制约整个系统运行性能的关键要素。因此为了保证数据传送的 稳定性以及提供可靠的服务质量保证，本章提出了一种新的自适应传输协议， 该协议通过探测当前网络的状态以及传输过程中的一些参数，能自动地调整数 据流的传送方式和过程，在降低网络带宽使用需求的同时还保证了通讯过程的 低时延。实际运行结果也表明该协议是稳定高效的。 最后，在第六章对全文进行了总结，概括了本文的主要工作和创新点，并 对进一步的工作方向做了展望。 关键词：移动设备，无线网络，基于图像的图形绘制，服务质量保证，数字水 印，数字签名，自适应传输 i i 浙江大学博士学位论文 a b s t r a c t i n t e r a c t i v es c e n ew a l k t h r o u g h sh a v el o n gb e e na ni m p o r t a n ta p p l i c a t i o na r e ao f c o m p u t e rg r a p h i c s t r a d i t i o n a lm e t h o d st oi m p l e m e n tt h ew a l k t h r o u g hs y s t e m si st h a t f i r s tb u i l d i n gu pt h eg e o m e t r ym o d e l so ft h ev i r t u ns c e n ea n dt h e nr e n d e r i n gt h es c e n e t h r o u g hg r a p h i c sh a r d w a r ep i p e l i n e s w i t ht h er a p i de x p l o s i o no ft h ei n t e r n e ta n dt h e m o b i l ed e v i c e s ，m o r ea n dm o r ew i r e l e s sn e t w o r k sa r ed e p l o y e dn o w a d a y s p e o p l ec a n a c c e s st h ei n t e m e t ，s h a r ed a t a ，p l a yg a m e sa n y w h e r ea ta n yt i m ew i t ht h ea s s i s t a n c e o ft h em o b i l ed e v i c e s b u tr e a l t i m er e n d e r i n go fc o m p l e x3 ds c e n e so nm o b i l ed e v i c e si ss t i l lac h a l l e n g i n gt a s kt h em a i nr e a s o ni st h a tm o b i l ed e v i c e sh a v el i m i t e d c o m p u t a t i o n a ic a p a b i l i t i e sa n d a r el a c ko fp o w e r f u l3 dg r a p h i c sh a r d w a r es u p p o r t ，s o c a n ta f f o r dt ot h eg e o m e t r yb a s e ds c e n er e n d e r i n g i m a g e b a s e dr e n d e r i n g ( i b r ) i s a na l t e r n a t i v ew a yf o rt r a d i t i o n a lg e o m e t r yr e n d e r i n g i tc a ns y n t h e s i z ep h o t o - r e a l i s t i c n o v e lv i e w su s i n gr e c o r d e di m a g e sc a p t u r e df r o mr e a l w o r l do rs y n t h e t i cs c e n e s t h e r e n d e r i n gc o s to fi b ri si n d e p e n d e n to fs c e n e sc o m p l e x i t y i b ri sm o r es u i t a b l e f o rv i s u a l i z i n g3 dw o r l do nm o b i l ed e v i c e ss i n c et h er e n d e r i n gp r o c e s sr e q u i r e sl e s s c o m p u t a t i o n a lr e s o u r c e st h a nt h a to ft h et r a d i t i o n a lg e o m e t r yr e n d e r i n g i n t h i sd i s s e r t a t i o n ，w ef o c u so nt h ek e yt e c h n i q u e sf o rr e m o t ew a l k t h r o u g hs y s t e m so nm o b i l ed e v i c e s t h ed i s s e r t a t i o ni so r g a n i z e da sf o l l o w i n g ： i nt h ec h a p t e r1 ，w ef i r s tg a v ea no v e r v i e wf o rh o wt or e a l i z eaw a l k t h r o u g hs y s t e m o nm o b i l ed e v i c e s a n di n t r o d u c e dt h er e l a t e dt e c h n i q u e s ，s u c ha si m a g eb a s e dr e n d e r - i n g ，s e c u r i t ya n d n e t w o r kt r a n s m i t i o n a f t e ra n a l y z e dt h er e c e n t l yr e s e a r c hs t a t e si nt h e f i e l do fr e m o t ew a l k t h r o u g hs y s t e m ，w ea f f i r m e dt h er e s e a r c hc o n t e n t sa n ds e t u pt h e a r c h i t e c t u r eo ft h ep a p e r , t h em a i nc o n t e n ti nt h ec h a p t e r2w a gt od e s i g nar e m o t er e n d e r i n gs y s t e mo n m o b i l ed e v i c e s f i r s t l yw es t u d i e dt h ep r o p e r t i e so ft h em o b i l ed e v i c e sa n dt h ew i r e l e s sn e t w o r k s t h e nw eb r i e f l yd e s c r i b e dt h em e t h o d so fi m a g eb a s e dr e n d e r i n g ，a n d p r o p o s e dt h ew h o l es t r u c t u r ef o rr e m o t er e n d e r i n gs y s t e m a tt h el a s t ，w er e a l i z e dt h e r e m o t ew a l k t h r o u g hs y s t e mo nm o b i l ed e v i c e sa n ds h o wt h ee x p e r i m e n tr e s u l t s w i t ht h ee x p l o s i o no ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nm a r k e t ，m o r ea n dm o r eh a n d h e l dd e v i c e sa c ta st h ec l i e n t si nt h ei n t e m e t f o rp r o t e c t i n gp r i v a c i e s ，t h ea p p l i c a t i o n s o nt h ei n t e r n e ts h o u l di n t e g r a t ed i g i t a ls i g n a t u r es c h e m e s s i n c eh a n d h e l dd e v i c e sh a v e t t t 浙江大学博士学位论文 p o o rc o m p u t a t i o n a lc a p a c i t i e sa n dl i m i t e db a r e r yl i f et i m e s ，t r a d i t i o n a lc o m p u t a t i o ni n t e n s i v ed i g i t a ls i g n a t u r ep r o t o c o l st h a tb a s e do na s y m m e t r i cc r y p t o g r a p h i c a l g o r i t h m s a r en o ts u i t a b l ef o rm o b i l ed e v i c e s i nc h a p t e r3 ，w ep r o p o s e das e r v e rb a s e ds i g n a - t u r e ( s b s ) s c h e m ef o rm o b i l ed e v i c e s b e s i d e sa c h i e v i n gt h es a m es e c u r i t yl e v e lo f t h et r a d i t i o n a ld i g i t a ls i g n a t u r ep r o t o c o l s ，t h es b ss c h e m ea l s o ：1 ) m i n i m i z e st h et o m p u t a t i o nc o m p l e x i t yo nt h em o b i l ed e v i c e s ；2 ) m i n i m i z e st h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e n t h es i g n e ra n dt h ev e r i f i e r a p p l i c a t i o nr e s u l t ss h o wt h a to u rs c h e m ew a sv e r yu s e f u li n m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ， t op r o t e c tt h ec o p y r i g h t so ft h es c e n ed a t ai ni m a g eb a s e dr e n d e r i n gs y s t e mw a s t h em a i no b j e c t i v ei nt h ec h a p t e r4 d i g i t a lw a t e r m a r kw a sn o wt h em o s ta p p r o p r i a t e a n dw i d e l yu s e dt e c h n i q u ef o rc o p y r i g h tp r o t e c t i o no fd i g i t a li m a g e s i nt h i sc h a p t e r , a r o b u s tw a v e l e tb a s e d d i g i t a lw a t e r m a r ka l g o r i t h mw a sp r o p o s e da n di m p l e m e n t e d t h e e x p e r i m e n tr e s u l t sa p p r o v e dt h i sa l g o r i t h mn l e e tt h eg o a lf o rp r o t e c t i n gt h ec o p y r i g h t o ft h ei m a g e s i nt h ec h a p t e r5 ，w ep r e s e n t e da na d a p t i v ep a n o r a m i cv i d e os t r e a m i n gs c h e m ef o r d i s t r i b u t e di m a g eb a s e dr e n d e r i n g ( 1 1 3 r ) s y s t e m sr e a l t i m er e n d e r i n go fc o m p l e x3 d s c e n eo nm o b i l ed e v i c e sw a ss t i l lac h a l l e n g i n gt a s k t h em a i nr e a s o nw a st h a tm o b i l e d e v i c e sh a v el i m i t e dc o m p u t a t i o n a lc a p a b i l i t i e sa n da r cl a c ko fp o w e r f u l3 dg r a p h i c s h a r d w a r es u p p o r t i ns u c hs y s t e m s ，s e r v e rs h o u l dt a k em o s to ft h ec o m p u t i n gj o ba n d t h a nt r a n s m i tt h er e q u i r e di m a g es e g m e n t st oc l i e n t s ot h ee f f i c i e n tn e t w o r kt r a n s m i s s i o nw a sv i t a lf o rc l i e n tt os m o o t h l ys y n t h e s i z ea t t r a c t i v e3 ds c e n e s t h ep r o p o s e d s t r e a m i n gs c h e m ef u l f i l l e dt h i st a s kb yp r o b i n gt h em o b i l en e t w o r k ss t a t u sa n dt h e n e f f e c t i v ea d j u s t e dt h es e n d i n gd a t at oa v o i dn e t w o r kc o n g e s t i o na n dj i t t e r p r e f e t c h i n g a n dc a c h em a n a g e m e n tw e r ea l s oc o n s i d e r e df o re f f i c i e n tm e m o r yu s a g ea n dr e d u c i n g t r a n s m i s s i o nr e q u e s t s e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ea d a p t i v ep a n o r a m i cv i d e o s t r e a m i n gs c h e m ew a su s e f u lf o rt h ed i s t r i b u t e d b rs y s t e m s i nt h el a s tc h a p t e r , t h em a i nw o r k sa n dc o n t r i b u t e si nt h ed i s s e r t a t i o nw e r ec o n e l u d e d ，t h ef u t u r ew o r k sw e r ea l s op r o s p e c t e d ， k e yw o r d s ： m o b i l ed e v i c e ，w i r e l e s sn e t w o r k ，i m a g eb a s e dr e n d e r i n g ，q u a l i t yo f s e r v i c e ，d i g i t a lw a t e r m a r k ，d i g i t a ls i g n a t u r e ，a d a p t i v et r a n s m i t i v 浙江大学博士学位论文 插图 1 + 1 多媒体系统分类 1 2 基于网络的绘制系统 1 - 3 长城的全景图【1 16 1 1 4i e e e8 0 2 参考模型与o s i 参考模型 1 2 ” 1 5 远程可视化系统的客户一服务器框架【8 7 】 1 6 移动设备上的远程漫游系统【1 3 5 1 1 7 s a s 系统框图【5 6 】 1 8 论文组织框架， 2 1 全景函数示意图 2 2 4 参数全景函数示意图， 2 3 因特网上的远程绘制系统 2 4 系统概览 2 5 浙江大学新校区的全景图， 2 6 场景数据的组织方式， ， 2 7 p c 上的漫游系统 2 8 视角与绘制面的关系 2 9 客户端缓冲机制 2 ，1 0 立方全景图的投影过程 2 1 1 漫游系统运行效果图 3 1网络安全的基本模型 3 2 签名过程中的网络结构： 3 3 基于服务器的数字签名过程 3 4s b s 原型系统 4 1 非盲检测水印系统模型， 4 2 盲检测水印系统模型， 4 3 数字图像的版权保护 一t x 一 ，o，0，m他 拍博坞丝 ”始巧篮凹”码 ”钙甜钳 铂 乱 浙江大学博士学位论文 4 4 图像的h a a r d 、波一级分解 4 5 水印嵌入算法 4 6 水印检测算法 4 7 原始图像与水印图像 4 8 加入高斯噪音后的检测器输出结果， 4 9 进行3 乘3 中值滤波后的检测器输出结果 4 1 0 进行直方均衡处理后的检测器输出结果 4 11 进行锐化处理后的检测器输出结果 5 1 远程漫游系统概览， 5 2 自适应传输协议层次结构 5 3 服务器维护的会话队列 5 4 自适应传输协议的运行过程 5 5 二状态马尔可夫模型， 5 6 误码率逐渐增大时各参数变化情况 5 7 误码率变化时各参数变化情况 一x 一 以舛卯记他乃乃 为龇跎鲋盯蚍吼 浙江大学博士学位论文 表格 几类全景函数概要 不同压缩标准下的性能比较 需要仲裁的数字签名技术分类 参与签名过程的四类对象 s h a 2 5 6 算法消耗时间( 微秒) m d 5 算法消耗时间( 微秒) r s a 密钥生成消耗时间( 毫秒) r s a j j 密文本消耗时间( 毫秒) s b s 数字签名消耗时间( 毫秒) 水印图像( t t j p s n r ( d b ) 值 i e e e 8 0 2 1 1 标准 实验参数 p o c k e t p c 上运行结果 p c 上运行结果。 一x i 一 ” 乾铊铊强弱” g ：兜 1 2 1 2 3 4 5 6 7 2 3 4 互王 1 孓王3 3 3 3 4 5 5 5 5 浙江大学博士学位论文 1 1 概述 第一章绪论 随着互联网，无线网络和嵌入式设备等技术的迅猛发展。越来越多的人通 过掌上电脑、个人数字助理( p d a ) 、以及智能电话( s m a r t p h o n e ) 等移动设 备接入无线网络并进行网上冲浪、网络购物、以及视频通讯、游戏等活动。据 预测，在2 0 0 5 年使用无线网络技术的设备将会超过传统的有线网络设备 3 1 。近 年来，随着硬件技术的不断发展，这些具备无线接入能力的小型嵌入式设备具 有了更强大的处理器以及更多的内存。人们希望在上面看到更多的多媒体应 用，因为利用这些移动设备可以随时随地接入互联网，方便、快捷的进行各类 操作，市场前景非常广阔。但是由于无线网络以及移动设备本身所固有的一些 特点，如在无线信道上信号常常由于诸如外界冲击噪声( i m p u l s en o i s e ) 和互 调噪声( i n t e r m o d u l a t i o nn o i s e ) 等噪声干扰而造成信道误码率较高【1 2 2 1 。并且与 传统桌面计算机相比，移动设备的屏幕以及计算能力都非常有限，而且还主要 依赖电池供电。这使得单纯的利用传统桌面多媒体系统的技术来设计和实现基 于无线网络以及移动设备上的多媒体系统往往是不可行的。因此，如何适应无 线网络以及移动设备自身所特有的特点而设计出切实可行的多媒体应用已经成 为一个人们广泛关注的热点。 图1 1多媒体系统分类 多媒体系统是一个非常大的概念一以多种媒体形式( 如文本、图像、图 一1 一 浙江大学博士学位论文 形、语音、视频、动画等) 来表示、存储、获取及处理计算机可识别的信息的 系统就可以称为多媒体系统【9 0 1 。图1 1 给出了一个大致的分类。从图中可知， 对于基于网络的多媒体系统而言，底层媒体数据传输协议的过程是整个系统的 关键组成部分。为了获得实时的交互效果，底层传输协议一般都要保证系统的 一些参数，如传输延时、码率等能够符合实际的需求。通常我们把这些关键参 数称为服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 参数。q o s 参数表示了一个多媒体 数据流的基本特性，并且这些参数还表达了该数据流对系统资源的需求程度。 目前已经有着多种针对有线网络的q o s 保证的研究，但是由于在无线非导向媒 体中传输数据时误码率高达1 0 一1 0 ，而在光导向媒体上的数据传输误码率 要小于1 0 - 1 0 【1 2 2 】。因此传统有线网络中多媒体系统的服务质量保证实现并不能 直接应用在无线网络的环境中，而是必须针对无线网络的固有特点进行分析和 研究。 安全问题也是基于网络的多媒体系统需要考虑一个关键问题，每年由系统 安全引发的问题给全球造成数以亿诗的经济损失。通常而言，网络的安全性主 要体现在系统的访问控制和数据的保护这两个方面，访问控制机制用于保证系 统的数据只能由经过授权的用户使用，而数据的保护机制则是保证了数据只能 由正确的用户进行完整的解读，而且必须能够保证数据所有者的版权。与传统 的有线网络利用物理电缆进行通讯的方式不同的是，无线网络中数据是通过微 波在大气中进行传播的。这造成的一个后果就是在接入点( a c c e s sp o i n t ) 附近 的无线终端都可以接收在空气中传播的无线数据，这给无线网络的安全研究带 来了极大的挑战。并且对于大多数的移动设备而言，它们的计算能力有限，甚 至无法负担一些基于非对称密码学原理而设计的加密体系【1 36 1 。因此，设计一套 符合移动设备以及无线网络特点的安全系统是非常有必要的。 大体上说，基于网络的图形绘制系统也可以归入多媒体系统的范畴。基于 网络的图形绘制系统并不是一个新的概念，在7 ，8 0 年代，由于个人工作站的计 算能力有限，还无法负担起实时绘制三维场景的任务。因此，把计算工作量极 大的绘制任务交由服务器完成，然后再将其绘制结果传送回工作站成为了一种 常见的实现方式。近年来随着个人计算机技术、显卡技术的飞速发展，普通计 算机上也具备了实时绘制三维场景的能力，因此目前除了在某些特定应用场合 外，此类绘制实现方式已经不多见了。但是当人们想在移动设备上实现真实感 三维场景绘制的时候，由于当前的移动设备还不具备进行实时绘制所需要的计 算资源，因此目前在移动设备上实现基于网络的图形绘制系统成为了研究的热 点。图1 2 给出了一个基于网络的绘制系统概要图。由于该系统的客户端可能是 各类设备，如手机、p d a 以及p c 等等，因此如何在这些不同的设备上实现实时 三维场景绘制是此类系统所需要解决的一个关键问题，再加上这些系统都运行 一2 一 浙江大学博士学位论文 在网络环境下，网络传输以及安全问题也是必须要考虑的。下面我们将讨论实 现该绘制系统所涉及到的这三类关键问题。 删 网 产 络 接 口 画 图1 2基于网络的绘制系统 1 2 无线网络下的图形绘制系统 服务器 在计算能力有限的移动设备上实现三维图形绘制是非常有挑战性的课 题。我们知道，传统的图形绘制技术都是面向场景的几何模型的，因此在绘 制过程中要涉及到复杂的消隐和光亮度处理过程，这使得要绘制具有真实感 的三维场景需要消耗大量的计算资源。由于移动设备本身一般都不具备图形 处理器( g r a p h i c sp r o c e s s i n gu n i t ，g p u ) ，并且系统存储空间都较小、c p u 的 计算能力也较。因此，直接在移动设备上进行基于几何模型的实时绘制 难以保证绘制的速度和效率。近年来，基于图像的图形绘制( i m a g eb a s e d r e n d e r i n g ，i b r ) 【7 ”已经独立发展成为一种绘制典范，正如字面所表示的，该 技术通过一些预先生成的图像来绘制出不同视点处的场景图像。用图像来表示 场景最大的好处就是绘制工作量只与绘制最终结果所需要的像素量( 而不是传 统的基于几何模型的绘制中的顶点数目) 成正比。所以基于图像的绘制技术是 绘制具有高度真实感场景图像的一种非常有效的绘制方式。 与传统的以几何模型为基础的绘制方式相比而言，基于图像的绘制技术更 适合应用在移动设备上来实现实时的三维图形绘制。这主要是因为基于图像的 图形绘制技术所需要的计算资源比较少，即使在缺少图形处理器的状况下也能 实现具有高度真实感的绘制。但基于图像的图形绘制技术要预先生成大量的场 一3 一 浙江大学博士学位论文 景图像，需要占用大量的存储空间，而移动设备上的存储空间都非常小，基本 上是不可能把这些数据都加载到设备内存中。为了解决这一矛盾，目前主流的 解决方案就是把这些场景匿像存储到服务器上，当移动设备进行场景绘制时， 首先通过无线网络访问服务器并下载绘制目前场景所需要的数据然后再进行绘 制。但是随之而来的就涉及到网络传输以及相应的安全问题。 1 2 1 基于图像的图形绘制技术 目前已经出现了多种基于图像的图形绘制技术，比较具有代表性的 有q u i c k t i m ev r 1 16 1 、l u m i g r a p h t l ”l 禾l l i g h t f i e l dr e n d e r i n g f 9 9 l 等。在q n i c k t i m e v r 系统中，一幅真实场景的3 6 0 。全景图通常以在视点上旋转一周所生成的圆柱 图像来表示。而后在绘制时，随着视点位置的变化，相应的对图像进行投影变 换最后显示到屏幕上。虽然在绘制过程中的视点位置是固定的，但是用户可以 在该点处左右转动以及上下移动来观察整个场景。这种绘制技术比较容易实 现，并且可嗣于对真实场景的捕获。图1 3 的下方是由上面拍摄的图像合成的一 张全景图。 图i 3长城的全景图 1 1 6 l u m i g r a p h 和l i 曲t - f i e l dr e n d e r i n g 技术都i 扫q u i c k t i m ev r 发展而来，但 与q u i c k t i m ev r 在固定位置对场景进行建模不同的是，这两种技术对于同 一场景是从不同的视点位置进行观察，然后再由捕获后的多幅图像合成场景。 若从一个新的视点观察场景，则需要对原来的场景图像进行插值。这两项技术 一4 一 浙江大学博士学位论文 的缺点在于场景的建模过程非常复杂，一般都需要利用专门的硬件设备，而且 生成的场景图像规模也都比较大。l u m i g r a p h 平l l l i g h t - f i e t dr e n d e r i n g 最吸引人的 特点就是它们具备捕捉真实场景并从各个角度进行显示的能力，并且在不考虑 表面和光照复杂度的条件下，可以用固定的帧率来绘制场景【1 2 0 1 ，具有非常高的 绘制效率和效果。 但是这砦技术都是为主流的计算机系统设计的，若直接应用到硬件能力有 限的移动设备上会带来各种问题，所以必须针对移动设备的特点进行相应的改 造才能够使用。 1 2 2 网络传输技术 由于移动设备的特点，实现具有真实感的三维图形绘制系统一般都是 基于客户机一服务器的结构，因此网络传输技术的实现方式极大的影响到 了这些系统的效率和最终结果。目前的主流无线局域网技术是i e e e 8 0 2 1 1 系 列协议，图1 4 展示了该协议与标准的o s i 模型的对比关系。在i e e e 8 0 2 的参 o s ir e f e f e n c em o d e li e e e8 0 2r e f e r e n c em o d e i 图1 4 i e e e8 0 2 参考模型与o s i 参考模型1 1 2 2 1 考模型中，逻辑连接层( l o # cl i n kc o n t r o l ，l l c ) 负担起了上层应用协议 一5 一 浙江大学博士学位论文 的缺点在于场景的建模过程非常复杂，一般都需要利用专门的硬件设备，而且 生成的场景图像规模也都比较大。l u m i g r a p h i f n l i g h t - f i e l dr e n d e r i n g 最吸引人的 特点就是它们具备捕捉真实场景并从各个角度进行显示的能力，并且在不考虑 表面和光照复杂度的条件下，可以用固定的帧率来绘制场景【o 】，具有非常高的 绘制效率和效果。 但是这些技术都是为主流的计算机系统设计的，若直接应用到硬件能力有 限的移动设备上会带来各种问题，所以必须针对移动设备的特点进行相应的改 造才能够使用。 1 2 2 网络传输技术 由于移动设备的特点，实现具有真实感的三维图形绘制系统一般都是 基于客户机一服务器的结构，因此网络传输技术的实现方式极大的影响到 了这些系统的效率和最终结果。目前的主流无线局域网技术是i e e e 8 0 21 1 系 列协议，圈1 4 展示了该协议与标准的o s i 模型的对比关系。在i e e e 8 0 2 的参 o s ir e f e r e n c em o d e ll e e e8 0 2r e f e f e n c em o d e l 圈1 4 i e e e8 0 2 参考模型与o s i 参考模型1 1 2 4 考模型中，逻辑连接层( l o g i cl i n kc o n t r o l ，l l c ) 负担起了上层应用协议 考模型中，逻辑连接层( l o g i cl i n kc o n t r o l ，l l c ) 负担起了上层应用协议 一5 一 浙江大学博士学位论文 ( 女i j t c p i p 等) 与下层物理实现之间的桥梁作用，因此普通基于t c p i p 协议的 应用都可以在该模型上运行。当前的互联网协议( i n t e m e tp r o t o c o l ，i p ) 是以 平等对待所有数据分组且尽力投递的方式运行的。但是这种方式在网络通讯 量大大增长的时候，可能会造成拥塞现象的出现，此时数据分组将会被大体 随机的方式所丢弃。而多媒体应用需要消耗大量的网络资源，若不对其进行 服务质量保证是无法满足这些应用的特定需求。目前针对互联网上q o sj 匣务 已经有了大量的研究成果，i e t f 组织正在标准化两神不同的但是互补的通信 量管理框架一综合服务( i n t e g r a t e ds e r v i c e ，i s ) 1 0 9 和区分服务( d i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e ，d s ) 卦。i s 框架的目标是对于加载在某个域内的一组任务提供一种 集成的服务，i s 监控域内的通信景需求，并通过以下功能来实现q o s j 报务： 容许控制：对于需要q o s j 务的每一个数据流，i s 要求先进行资源分配， 假如该域内没有足够的资源来保证该数据流的q o s f l 日务，那么这个数据流 就不会被允许进入该域。 路由选择算法：可以基于许多不同的q o s 参数( 而不仅仅是传统意义上最 小时延) 来决定路由的选择。 排队规则：具有不同资源需求的数据流在域内的排队策略是不一样的，这 也是为了区分q o s f l 日务的类型。 丢弃策略：若有多个分组在同一输出端口排队。则不同的排队策略将决定 分组发送的优先级别。并且选择丢弃的分组和时机也是根据排队策略的不 同而区别对待的。 与i s 框架不同的是，d s 并不试图在宏观上或者集成的意义上监控域内总的 通信量，也不会事先预留网络资源。相反的，d s 将数据分组标记为不同的类 别，并根据这些不同类别进行相应的处理。它主要有以下几个特性： 对不同的i p 分组进行不同的q o s 处理就要针对这些分组进行标记，而标记 利用的是现有i p v 4 服务类型字段和i p v 6 的通信量类型字段，因此在现有协 议栈上就可以运行而无需修改i p 协议。 在使用d s 之前，服务提供者和用户需要签订服务级协议( s e r v i c el e v e l a g r e e m e n t ，s l a ) 。这避免了在应用系统中引入d s 机制的麻烦，使得使 用d s 时现存的应用不霞要做任何修改。 d s 提供了内置的聚集机制。具有相同d s 字段的所有通信量被网络服务以 相同的方式处理，这使得d s 具有良好的规模扩展能力，可以承担更大的 网络通信量的负荷。 一6 浙江大学博士学位论文 在各个路由器上的d s 的实现方式是基于d s 字段来进行排队和转发处理， 路由器对每个分组进行分别处理，无需保存该分组所属数据流的状态信 息。 由这些特点可以看出，与i s 相比，d s 以比较简单的方式提供y q o s 保证， 并且其实现效率和成本都比较低。这主要是因为i s 在进行综合q o s 支持协调时 的控制信令的数量很大，并且在路由器上需要维护大量的状态信息。 1 2 3 安全技术 随着分布式系统的引入以及网络和通信设施的广泛使用，网络安全问题已 经成为制约基于网络的应用系统发展的一个关键问题。近年来，无线局域网技 术作为种网络接入手段，以其频带免费、组网灵活、易于迁移等优点，成为 无线通信与因特网技术相结合的新兴发展方向之一。随着移动设备的广泛使 用，人们的工作场所不再受地域限制，人们对移动办公和无线上网的需求造成 了无线局域网技术的迅速普及。但是无线接入的便利性同时也带来了很多安全 隐患，因为数据通过无线链路进行传输，所以窃听、身份假冒和信息篡改等 攻击对无线局域网的安全构成了威胁。由于在有线网络已有许多成熟的安全 解决方案，移植这些方案到无线网络是很自然的想法。数字签名技术( d i g i t a l s i g n a t u r e ) 作为公开密钥【4 9 b 1 】加密研究中最重要的进展之一，它提供了任何其 他形式难以实现的安全能力，并且由于它提供了授权认证、完整性鉴别以及不 可抵赖等特性，可以在需要安全通信的场合作为基础设施提供正确可靠的安全 保证。但由于其基于非对称( 公开密钥) 密码学的基本原理和方法，运行时需 要消耗大量的计算资源，在资源有限的移动设备上直接应用该技术是不可行 的 1 3 6 1 。所以必须在传统的数字签名算法上进行改进，以使得在保证安全强度的 条件下还能够高效的实现在移动设备上。 1 3 国外研究现状 目前已经有一些针对移动设备而设计的图形绘制系统，如远程漫游系统 远程线框图绘制系统等，下面就对这些系统进行简要的介绍。 1 3 1 移动设备上的绘制系统 试。 进行远程绘制并不是一个新的概念，在此之前，人们已经做过了多种尝 一7 一 浙江大学博士学位论文 1 3 1 1 远程可视化框架 s m rc i 植m c o r b a o o r b am m n t sc o 髓 爿i 斟让a r 口l | r 1 l t l o n id i _ 吲帅自o 麓粉 口”r 埘o r o c o r 融 0 0 船a l p ：潍激 0 i 船o m c o r b a d v “n t $ v 时 弋 c o 。p 。e 1 d 稿n v e 。r ；i o rf p c o n l i