虚拟现实的计算机技术1
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影响延迟的因素
这些延迟在计算机系统中来自很多因素造成： 1. 如数据存取时间 2. 计算时间 3. 绘制时间 4. 输入/输出设备的数据处理时间
类似帧频的情况，将延迟的来源进行划分： 1. 数据存取 2. 计算 3. 图形显示
❖ 问题：如果系统有高帧频，其延迟就相对会小， 正确与否？
错误
虽然延迟与帧频有关，但它们不同。系统可能有 高帧频，但同时可能会有较大的延迟时间，显示 的图像和提供的计算结果是几帧以前的。
位姿、视觉、听觉、力觉触觉显示等
2. 为什么当前的虚拟现实计算机，主要完成视 觉显示的计算任务。？
原因是： I. 位姿传感器的数据处理，一般不在主计算机进行，而 是由专用的电子设备完成。 II. 听觉显示，力觉触觉显示，研究工作和实际应用还较 少，对其计算要求的认识还较少。听觉显示和力觉触 觉显示的计算，往往由专用计算机完成。
✓ 修改率
针对计算机硬件，帧频有几个含义：
a. 图形的帧频
b. 计算的帧频
c. 数据存取的帧频
哪种帧频是最重要的？为什么？
为了维持在VR中的临场和沉浸感，图形帧频是关键。
1. 这些帧频可能是独立的，图像场景可能变化，而没 有来自用户视点运动的计算和数据存取。这时，图 形的帧频大于计算的帧频和数据存取的帧频。经验 表明，图形帧频率应尽可能高，低于每秒10帧的帧 频严重降低临场的幻觉。
❖ 问题二：
视觉显示对计算机系统的要求有哪些？ 1．帧频和延迟时间的要求 2．计算能力和场景复杂性
视觉显示对计算机系统的要求---帧频和延迟时间
❖ VR对计算机系统有怎样的帧频和延迟处理要 求？为什么？
VR要求高帧频和快速响应 这是由于其内在的交互性质决定的。
❖ 两个概念：
✓ 帧频
来自动态图像技术。在动图像显示中，每一帧实际上是静 止照片。如果新照片快速接替旧照片，连续播放就产生 连续运动的幻觉 。
❖ 〖学习目标〗 ❖ 1．了解不同类型VR用计算机的组成和特点。 ❖ 2．了解工具软件的要求和功能，了解分布式仿真。 ❖ 3．了解网络和通讯的硬件、软件。
❖ 〖学习指南〗 ❖ 1．注意VR用计算机提高速度的措施。 ❖ 2．注意工具软件的功能及对比。 ❖ 3．注意分布式仿真中的网络和通讯的主要问题。
❖ 〖难重点〗 ❖ 1．注意帧频和延迟的要求。 ❖ 2．注意不同类型VR用计算机的组成结构。 ❖ 3．注意VR用计算机的并行处理技术构。 ❖ 4．注意工具软件的要求。 ❖ 5．注意工具软件的功能。 ❖ 6．注意常用工具软件的对比。 ❖ 7．注意各类网络结构的对比。
❖ VR系统中，帧频和延迟的最低要求由什么决 定？
➢ 要求的帧频和延迟一般取决于环境特性。
➢ 只有慢速运动物体，较静的环境，可以用帧频每 秒8至10，和0.1秒延迟。
➢ 如果环境中有高速运动的物体，则要求高帧频和 短延迟。所有情况下，若帧频低于每秒8帧，则失 去三维环境的生动感，若延迟大于0.1秒，则很难 操作环境。
多于几毫秒的延迟会影响用户性能，而多于0.1秒 的延迟有严重影响。
❖ 请例举一个响应时间影响用户性能的例子
延迟时间是如何计算的？
① 从用户的动作开始（如用户转动头部），经过位姿传感 器感知用户位姿，
② 把位姿信号传送给计算机，计算机计算新的显示场景
③ 把新的场景传送给视觉显示设备，直到视觉显示设备显 示出新的场景为止。
1 虚拟现实的计算机体系结构
❖ 虚拟现实的计算机体系结构特点，可以从以 下几方面讨论：
1. 虚拟现实对计算机系统的要求 2. 基于PC的虚拟现实机器的组成结构 3. 基于工作站的虚拟现实机器组成结构 4. 高度并行的虚拟现实机器组成结构
虚拟现实对计算机系统的要求
问题？ 1. 前面我们讲解了哪些虚拟现实技术指标？
➢ 因此，帧频必须大于8到10帧/秒,总延迟必须小于
视觉显示对计算机系统的要求---计算能力和场景复杂性
❖
为什么说虚拟现实仿真的计算问题，是一种时 间受限的计算
这是因为显示的帧频必须大于8到10帧/秒。于是， 在0.1秒内，必须完成一次场景的计算。
❖
用什么表示场景的复杂性？用什么能够表示计 算能力？
2. 如果图形显示依靠计算和数据存取，则计算和数据 存取帧频必须为8到10帧/秒，维持用户看到时间演 化的幻觉。
❖ 什么情况下，希望VR尤其应该具备快速响应？
如果应用允许交互控制，就要求快速响应。
❖ 长响应时间（滞后时间，延迟时间）最直接的 影响是什么？
严重降低用户性能。
❖ 响应时间的通常恒量值是多少？
➢ 反之，如果只能使用能力有限的指定的计算机， 则限定了计算能力，也就限定了场景复杂性。每 个场景，只能用较少的三角形（或多边形），产 生较粗糙的显示。
❖ 图中表示，波音 747-400飞机的两 种复杂性不同的 三维模型。
❖ （a）中的模型有 520个顶点，406 个多边形。
❖ （b）中的模型有 7694个顶点， 7556个多边形。
❖ 图中表示，人体 骨骼的两种复杂 性不同的三维模 型。
❖ （a）中的模型 有8979个多边 形
❖ （b）中的模型 有131275个多 边形。
❖ 问题？
1. 对于VR计算机，主要的技术指标就是其计算能力， 用什么恒量计算能力？
每秒计算的三角形（或多边形）的数目。
2. 讨论计算能力时应该注意的问题？
如果一个显示的场景中有10,000个三角形（或多 边形），这个数量就反映了场景复杂性。
这样，在每秒进行的10次计算中，就应该计算 100,000个三角形（或多边形）。这表示了计算能 力。
❖ 计算能力和场景复杂性的折衷问题？
➢ 若要求更加逼真的仿真效果，就要增加场景复杂 性。显示的场景中有更多的三角形（或多边形）， 显示的效果就更逼真。这就要求更强的计算能力， 每秒计算更多的三角形（或多边形）。
第三章 虚拟现实的计算机技术
❖ ◇课前索引 ❖ ◇第一节 虚拟现实的计算机体系结构 ❖ ◇第二节 虚拟现实的软件系统 ❖ ◇第三节 虚拟现实的网络和通讯 ❖ ◇章节小结 ❖ ◇课后习题
❖ 〖课前思考〗 ❖ 1．哪些计算机用于VR? ❖ 2．常用工具Hale Waihona Puke Baidu件有什么特点？ ❖ 3．分布式仿真中的网络和通讯有什么特点？
这些延迟在计算机系统中来自很多因素造成： 1. 如数据存取时间 2. 计算时间 3. 绘制时间 4. 输入/输出设备的数据处理时间
类似帧频的情况，将延迟的来源进行划分： 1. 数据存取 2. 计算 3. 图形显示
❖ 问题：如果系统有高帧频，其延迟就相对会小， 正确与否？
错误
虽然延迟与帧频有关，但它们不同。系统可能有 高帧频，但同时可能会有较大的延迟时间，显示 的图像和提供的计算结果是几帧以前的。
位姿、视觉、听觉、力觉触觉显示等
2. 为什么当前的虚拟现实计算机，主要完成视 觉显示的计算任务。？
原因是： I. 位姿传感器的数据处理，一般不在主计算机进行，而 是由专用的电子设备完成。 II. 听觉显示，力觉触觉显示，研究工作和实际应用还较 少，对其计算要求的认识还较少。听觉显示和力觉触 觉显示的计算，往往由专用计算机完成。
✓ 修改率
针对计算机硬件，帧频有几个含义：
a. 图形的帧频
b. 计算的帧频
c. 数据存取的帧频
哪种帧频是最重要的？为什么？
为了维持在VR中的临场和沉浸感，图形帧频是关键。
1. 这些帧频可能是独立的，图像场景可能变化，而没 有来自用户视点运动的计算和数据存取。这时，图 形的帧频大于计算的帧频和数据存取的帧频。经验 表明，图形帧频率应尽可能高，低于每秒10帧的帧 频严重降低临场的幻觉。
❖ 问题二：
视觉显示对计算机系统的要求有哪些？ 1．帧频和延迟时间的要求 2．计算能力和场景复杂性
视觉显示对计算机系统的要求---帧频和延迟时间
❖ VR对计算机系统有怎样的帧频和延迟处理要 求？为什么？
VR要求高帧频和快速响应 这是由于其内在的交互性质决定的。
❖ 两个概念：
✓ 帧频
来自动态图像技术。在动图像显示中，每一帧实际上是静 止照片。如果新照片快速接替旧照片，连续播放就产生 连续运动的幻觉 。
❖ 〖学习目标〗 ❖ 1．了解不同类型VR用计算机的组成和特点。 ❖ 2．了解工具软件的要求和功能，了解分布式仿真。 ❖ 3．了解网络和通讯的硬件、软件。
❖ 〖学习指南〗 ❖ 1．注意VR用计算机提高速度的措施。 ❖ 2．注意工具软件的功能及对比。 ❖ 3．注意分布式仿真中的网络和通讯的主要问题。
❖ 〖难重点〗 ❖ 1．注意帧频和延迟的要求。 ❖ 2．注意不同类型VR用计算机的组成结构。 ❖ 3．注意VR用计算机的并行处理技术构。 ❖ 4．注意工具软件的要求。 ❖ 5．注意工具软件的功能。 ❖ 6．注意常用工具软件的对比。 ❖ 7．注意各类网络结构的对比。
❖ VR系统中，帧频和延迟的最低要求由什么决 定？
➢ 要求的帧频和延迟一般取决于环境特性。
➢ 只有慢速运动物体，较静的环境，可以用帧频每 秒8至10，和0.1秒延迟。
➢ 如果环境中有高速运动的物体，则要求高帧频和 短延迟。所有情况下，若帧频低于每秒8帧，则失 去三维环境的生动感，若延迟大于0.1秒，则很难 操作环境。
多于几毫秒的延迟会影响用户性能，而多于0.1秒 的延迟有严重影响。
❖ 请例举一个响应时间影响用户性能的例子
延迟时间是如何计算的？
① 从用户的动作开始（如用户转动头部），经过位姿传感 器感知用户位姿，
② 把位姿信号传送给计算机，计算机计算新的显示场景
③ 把新的场景传送给视觉显示设备，直到视觉显示设备显 示出新的场景为止。
1 虚拟现实的计算机体系结构
❖ 虚拟现实的计算机体系结构特点，可以从以 下几方面讨论：
1. 虚拟现实对计算机系统的要求 2. 基于PC的虚拟现实机器的组成结构 3. 基于工作站的虚拟现实机器组成结构 4. 高度并行的虚拟现实机器组成结构
虚拟现实对计算机系统的要求
问题？ 1. 前面我们讲解了哪些虚拟现实技术指标？
➢ 因此，帧频必须大于8到10帧/秒,总延迟必须小于
视觉显示对计算机系统的要求---计算能力和场景复杂性
❖
为什么说虚拟现实仿真的计算问题，是一种时 间受限的计算
这是因为显示的帧频必须大于8到10帧/秒。于是， 在0.1秒内，必须完成一次场景的计算。
❖
用什么表示场景的复杂性？用什么能够表示计 算能力？
2. 如果图形显示依靠计算和数据存取，则计算和数据 存取帧频必须为8到10帧/秒，维持用户看到时间演 化的幻觉。
❖ 什么情况下，希望VR尤其应该具备快速响应？
如果应用允许交互控制，就要求快速响应。
❖ 长响应时间（滞后时间，延迟时间）最直接的 影响是什么？
严重降低用户性能。
❖ 响应时间的通常恒量值是多少？
➢ 反之，如果只能使用能力有限的指定的计算机， 则限定了计算能力，也就限定了场景复杂性。每 个场景，只能用较少的三角形（或多边形），产 生较粗糙的显示。
❖ 图中表示，波音 747-400飞机的两 种复杂性不同的 三维模型。
❖ （a）中的模型有 520个顶点，406 个多边形。
❖ （b）中的模型有 7694个顶点， 7556个多边形。
❖ 图中表示，人体 骨骼的两种复杂 性不同的三维模 型。
❖ （a）中的模型 有8979个多边 形
❖ （b）中的模型 有131275个多 边形。
❖ 问题？
1. 对于VR计算机，主要的技术指标就是其计算能力， 用什么恒量计算能力？
每秒计算的三角形（或多边形）的数目。
2. 讨论计算能力时应该注意的问题？
如果一个显示的场景中有10,000个三角形（或多 边形），这个数量就反映了场景复杂性。
这样，在每秒进行的10次计算中，就应该计算 100,000个三角形（或多边形）。这表示了计算能 力。
❖ 计算能力和场景复杂性的折衷问题？
➢ 若要求更加逼真的仿真效果，就要增加场景复杂 性。显示的场景中有更多的三角形（或多边形）， 显示的效果就更逼真。这就要求更强的计算能力， 每秒计算更多的三角形（或多边形）。
第三章 虚拟现实的计算机技术
❖ ◇课前索引 ❖ ◇第一节 虚拟现实的计算机体系结构 ❖ ◇第二节 虚拟现实的软件系统 ❖ ◇第三节 虚拟现实的网络和通讯 ❖ ◇章节小结 ❖ ◇课后习题
❖ 〖课前思考〗 ❖ 1．哪些计算机用于VR? ❖ 2．常用工具Hale Waihona Puke Baidu件有什么特点？ ❖ 3．分布式仿真中的网络和通讯有什么特点？