《虚拟现实及其应用》PPT课件
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3．其它基于PC的图形加速器 PC上其它的图形性能是由"Stride"板得到的。
Stride图形加速器使用两个板的配置，基本板和 协作的Gouraud明暗板。
.
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❖ 4．图形硬件 图形硬件是使图形绘制加速的硬件设备。图形硬
件涉及到图形流水线，图形卡的AGP和PCI，图形
加速器，以及Add-ons。
低延迟(<0.03s)，巨型存储设备，和对各种输入输
出设备的高速接口。磁盘带宽不可能在近几年大大
改进。对录象和超媒体集成，磁盘带宽和大小是限
制因素。也需要巨大的计算和数据管理能力。物理
建模和可视化计算将是计. 算需求的推动力。
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❖ 4．1．2 基于PC的虚拟现实机器 Grimsdale［1992］指出，让一般公众接受虚拟
.
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1．有Action Media图形加速器的486-PC 2．有SPEA“Fire”图形加速器的486-PC 比ActionMedia II更强的PC图形板是SPEA Software AG的“Fire”板（价格约4000美元）。 它的绘制速率约为18000平面明暗化多边形/秒， 和7000 Gouraud明暗多边形/秒。Fire板使用i486 RISC处理器，有64bit结构和40MIPS。
分连通性，是指由一个基本网格M0经过若干次
一分四的分裂（细分）而形成的三维图形所具有
的三角面片或顶点间的邻接和父子关系，如图所
示，该细分网格没有经过. 平滑处理。
7
基于视点的非均匀抽样网格简化（9451，300，
200，150，100，54） .
8
❖ 3．对计算机系统的要求 图形学和计算机硬件的进展对VR是关键因素。今
.
12
PCI结构的工作原理：图形加速器是图形计算的另
一个重要部分。这是图形卡上的处理器，它完成所
有繁重的计算。至今，这些繁重计算主要包括：加
纹理，反走样，以及其他计算密集的函数。NVidia
.
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推出芯片，完成光照及其变换。
它取代CPU的工作，大大加速显示过程，允许实时
的照明和明暗变化。3Dfx 制造了图形卡的Voodoo
和Banshee 芯片。它也利用自己的T-缓冲技术，把
实时明暗加在其Voodoo芯片上。
AGP结构的工作原理 ：Add-ons 适用于只有2D加
速器，但没有3D加速器的计算机。它提供用于显示
3D物体的计算，极大地改进性能。3Dfx 是add-ons
的主要制造商。它的Voodoo就是一种初等的add-
.
2
❖1．帧频和延迟时间的要求 VR要求高帧频和快速响应。 要求的帧频和延迟一般取决于环境特性。
只有慢速运动物体的较静的环境，可以用 帧频每秒8至10，和0.1秒延迟。如果环境 有高速运动的物体，则要求高帧频 （>60Hz）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。因此，帧频必须大于8 到10帧/秒,总延迟必须小于0.1秒。
ons。它还为其图形卡开发了API （称为Glide）。
Glide 提供了软件微层次，使开发者免于直接处理
硬件寄存器和存储器。这减少了调试时间，加快了
开发过程。它基本上是OpenGL API 的缩减版本，
类似于OpenGL
.
源自文库14
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❖ 5．3D显示卡 第四代3D显示卡有以下几种：
➢
耕宇具有250MHz RAMDC、8M显存、内置TVout 功能
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）。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。
的GX3有很高的性价比。虽然GX3在出现初期，由于驱动程
现实将通过“发展”，而不是“革命”。发展意味 着升级现有的计算基础，产生虚拟现实要求的新功 能。当前最大的计算基础包括遍布全世界的几千万 台PC。利用PC平台的另一个优点是价格低。
于是在1992年推出了低级的基于486的虚拟现实 机器，它有头部跟踪器、HMD、3-D声音、图形加 速器和手柄，价格少于20000美元。1994年，低级 的基于PC的系统价格约3300美元（跟踪球200美元， Cyberscope200美元，软件工具盒900美元，486PC 2000美元）。
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5
左图表示，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。效果图说
明了明显的逼真
度差别。
是否加纹理，是
否反走样，采用
哪一种明暗模型，
都会影响到计算
.
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能力
❖ 细分网格
具有细分连通性的网格，被称之为细分网格，这
种细分连通性是由均匀分裂算子产生的。所谓细
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❖ 2．计算能力和场景复杂性
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。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。
天的硬件能力只能给研究者、厂家和用户提供虚拟 世界的尝试和应用的希望。由于广泛的兴趣和有不 同性能要求的大量应用，所以需要在几个层次继续 进行硬件开发，由高档多模式工作站到低档的只有 适当三维视觉能力的个人工作站。
❖ 这些机器必须有很大的物理存储（>15Gbytes），
多个高性能向量处理机，高带宽(>500Mbytes/s)，
《虚拟现实及其应用》
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第四章 虚拟现实的计算机技术
❖ 4．1 虚拟现实的计算机体系结构
4．1．1 虚拟现实对计算机系统的要求
❖下面介绍虚拟现实对计算机系统的要求，只包 括了视觉显示对计算机系统的要求。位姿传感 器的数据处理，一般不在主计算机上进行，而 是由专用的电子设备完成。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，往往也由专用计算机完成。所以， 当前的虚拟现实计算机，主要完成视觉显示的 计算任务。
Stride图形加速器使用两个板的配置，基本板和 协作的Gouraud明暗板。
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❖ 4．图形硬件 图形硬件是使图形绘制加速的硬件设备。图形硬
件涉及到图形流水线，图形卡的AGP和PCI，图形
加速器，以及Add-ons。
低延迟(<0.03s)，巨型存储设备，和对各种输入输
出设备的高速接口。磁盘带宽不可能在近几年大大
改进。对录象和超媒体集成，磁盘带宽和大小是限
制因素。也需要巨大的计算和数据管理能力。物理
建模和可视化计算将是计. 算需求的推动力。
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❖ 4．1．2 基于PC的虚拟现实机器 Grimsdale［1992］指出，让一般公众接受虚拟
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1．有Action Media图形加速器的486-PC 2．有SPEA“Fire”图形加速器的486-PC 比ActionMedia II更强的PC图形板是SPEA Software AG的“Fire”板（价格约4000美元）。 它的绘制速率约为18000平面明暗化多边形/秒， 和7000 Gouraud明暗多边形/秒。Fire板使用i486 RISC处理器，有64bit结构和40MIPS。
分连通性，是指由一个基本网格M0经过若干次
一分四的分裂（细分）而形成的三维图形所具有
的三角面片或顶点间的邻接和父子关系，如图所
示，该细分网格没有经过. 平滑处理。
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基于视点的非均匀抽样网格简化（9451，300，
200，150，100，54） .
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❖ 3．对计算机系统的要求 图形学和计算机硬件的进展对VR是关键因素。今
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PCI结构的工作原理：图形加速器是图形计算的另
一个重要部分。这是图形卡上的处理器，它完成所
有繁重的计算。至今，这些繁重计算主要包括：加
纹理，反走样，以及其他计算密集的函数。NVidia
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推出芯片，完成光照及其变换。
它取代CPU的工作，大大加速显示过程，允许实时
的照明和明暗变化。3Dfx 制造了图形卡的Voodoo
和Banshee 芯片。它也利用自己的T-缓冲技术，把
实时明暗加在其Voodoo芯片上。
AGP结构的工作原理 ：Add-ons 适用于只有2D加
速器，但没有3D加速器的计算机。它提供用于显示
3D物体的计算，极大地改进性能。3Dfx 是add-ons
的主要制造商。它的Voodoo就是一种初等的add-
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❖1．帧频和延迟时间的要求 VR要求高帧频和快速响应。 要求的帧频和延迟一般取决于环境特性。
只有慢速运动物体的较静的环境，可以用 帧频每秒8至10，和0.1秒延迟。如果环境 有高速运动的物体，则要求高帧频 （>60Hz）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。因此，帧频必须大于8 到10帧/秒,总延迟必须小于0.1秒。
ons。它还为其图形卡开发了API （称为Glide）。
Glide 提供了软件微层次，使开发者免于直接处理
硬件寄存器和存储器。这减少了调试时间，加快了
开发过程。它基本上是OpenGL API 的缩减版本，
类似于OpenGL
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源自文库14
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❖ 5．3D显示卡 第四代3D显示卡有以下几种：
➢
耕宇具有250MHz RAMDC、8M显存、内置TVout 功能
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）。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。
的GX3有很高的性价比。虽然GX3在出现初期，由于驱动程
现实将通过“发展”，而不是“革命”。发展意味 着升级现有的计算基础，产生虚拟现实要求的新功 能。当前最大的计算基础包括遍布全世界的几千万 台PC。利用PC平台的另一个优点是价格低。
于是在1992年推出了低级的基于486的虚拟现实 机器，它有头部跟踪器、HMD、3-D声音、图形加 速器和手柄，价格少于20000美元。1994年，低级 的基于PC的系统价格约3300美元（跟踪球200美元， Cyberscope200美元，软件工具盒900美元，486PC 2000美元）。
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左图表示，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。效果图说
明了明显的逼真
度差别。
是否加纹理，是
否反走样，采用
哪一种明暗模型，
都会影响到计算
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能力
❖ 细分网格
具有细分连通性的网格，被称之为细分网格，这
种细分连通性是由均匀分裂算子产生的。所谓细
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❖ 2．计算能力和场景复杂性
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。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。
天的硬件能力只能给研究者、厂家和用户提供虚拟 世界的尝试和应用的希望。由于广泛的兴趣和有不 同性能要求的大量应用，所以需要在几个层次继续 进行硬件开发，由高档多模式工作站到低档的只有 适当三维视觉能力的个人工作站。
❖ 这些机器必须有很大的物理存储（>15Gbytes），
多个高性能向量处理机，高带宽(>500Mbytes/s)，
《虚拟现实及其应用》
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第四章 虚拟现实的计算机技术
❖ 4．1 虚拟现实的计算机体系结构
4．1．1 虚拟现实对计算机系统的要求
❖下面介绍虚拟现实对计算机系统的要求，只包 括了视觉显示对计算机系统的要求。位姿传感 器的数据处理，一般不在主计算机上进行，而 是由专用的电子设备完成。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，往往也由专用计算机完成。所以， 当前的虚拟现实计算机，主要完成视觉显示的 计算任务。