分布式虚拟现实及其应用
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智能代理
计算
几何模型
展示
用户
交互
图2 MPSC域分解模型
感知器域 前端 后端 控制器域 修改器域
展示器域
(a)把分布式计算环境中的资源划分为不同的自然计算域，每个计算域有明确的分工。这种划分 为虚拟环境的分布和并行处理提供了依据；(b) 它适用于多种硬件平台，可以是高级图形工作 站，也可以是并行共享或分布式存储器结构；(c) 对虚拟环境中对象的造型和实现方法没有限 制。
网络VR游戏 * 飞行模拟演示程序Flight (SGI) * Doom(PC) * 坦克游戏Bolo(Appletalk) * Marathon (Macintosh)
研究单位以及商用DVR系统或工具 * DIVE * Bricknet * MR * MUDVE DVR的应用（分布式仿真，网上博物馆，网上虚拟商城，虚 拟校园(演示“虚拟浙大”)，…..）
DVR系统或工具的开发涉及多个领域
* 虚拟现实 * 实时图形绘制技术 * 数据库 * 分布式系统 * 异步系统设计 * 用户界面设计
一 概述
1.2
DVR的产生和发展
军用虚拟环境 * SIMNET(美国国防部) * NPSNET(美国海军研究院) * DIS协议
一 概述
1.2
DVR的产生和发展
自然的人-机、人-人交互技术
网络通信和网络协议 快速环境建模和实时图形绘制
4.2
需进一步研究的问题
异构性 规模可扩充性 动态可扩展性 行为真实感 安全性
五 DVR的典型应用
5.1 网上虚拟商城
系统的功能和特点
模仿真实的商场环境 基于三维图形和图象的建模 商品的多媒体展示 用户的交互和实时显示 智能的导购小姐或先生 商场展台的虚拟布局 网上的实时访问和定货 网上电子试衣系统[演示]
一 概述
1.3
DVR 的特征
共享的虚拟工作空间； 伪实体的行为真实感； 支持实时交互，共享时钟； 多个用户以多种方式相互通信； 资源信息共享以及允许用户自然操纵环境中对象。
一 概述
1.4
DVR 的需求
表1 DVR系统的需求
VR的需求 分布式系统的需求 多种形式的绘制(图形、声音) 命名服务 低延迟、高更新速率 需求-服务匹配 处理多种输入设备的能力 资源查找及定位 碰撞检测 数据的分布式存储 导航和视点控制 动态负载平衡 虚拟世界构造 安全性管理 场景数据库管理 组播通信 复杂行为建模 连续媒体支持
分布式虚拟现实及其应用
浙江大学CAD&CG国家重点实验室
内容
概述 国内外研究概况及典型系统介绍 DVR系统的模型和结构 DVR系统的关键技术及需进一步研究的问题 DVR 的二个典型应用 我们的研究工作和结果 DVR的发展方向
一 概述
1.1分布式虚拟现实的含义
对未来信息社会产生重要影响
3.3
DVR系统的通用参考结构模型
分布式系统模块 服务请求 匹配程序 安全性服务模块 用户接口模块 可视化程序 授权检查 确认服务 可听化程序 时间服务 资源查找 世界服务器 碰撞检测 文本显示 网关服务 对象管理器 核心 VR 模块 计算服务器 应用对象 对象支撑模块 非核心 VR 模块 组播 数据一致性 其它支撑和服务模块 用户对象 模型构造 输入对象 空间定位
名字服务器
事件管理 数据库支持 连续媒体 同步 3D 图形
图3
Βιβλιοθήκη Baidu
DVE 的参考结构模型
四 DVR系统的关键技术及需进一步 研究的问题
4.1
DVR关键技术
规模可扩展、功能可扩充、异构型DVR的软件结构
* 有效的虚拟空间管理和划分算法
* 负载平衡算法和动态共享状态的维持方法
* 高效的资源定位和服务匹配算法 * 多平台、多应用、多个虚拟世界的协同工作技术
系统 dVS 模型表示 共享DB 备份 部分 通信结构 C/S
分布计算 并行粒度 并行单位 负载平衡 网络环境
2.3
DVR 的应用领域
医疗(外科手术的辅助规划和分析,...)
工程(面向并行工程的DVR系统,...) 仿真训练
教学(虚拟博物馆,...)
娱乐和游戏 军事(虚拟战场…)
五 DVR 的典型应用
5.2 网上电子售楼
二 国内外研究概况及典型系统介绍
2.1
DVR开发工具
* NPSNET(美国海军研究生院NPS) * DIVER系统(美国弗吉尼亚大学) * DIVE(瑞典计算机科学研究所) * AVIARY(英国曼切斯特大学先进界面研究组) * BrickNet/NetEffet(新加坡国立大学) * dVS软件(英国Division公司) * MR工具库(加拿大Alberta大学) * DVRNET (北京航空航天大学) *YHYRP(国防科技大学) * MUDVR (浙江大学)
协同设计
三 DVR系统的模型和结构
3.1
数据模型
集中式结构
*结构简单
*实现比较容易 *对网络通信带宽有较高的要求
*中心服务器往往会成为整个系统的瓶颈
复制式结构
*所需网络带宽较小
*交互式响应效果好
*比集中式结构复杂 *维护多个备份的信息或状态一致性比较困难
3.2
DVR计算模型
图1 基于DS模型的虚拟现实系统软件结构
2.2
工具比较
表2 典型DVR系统的分布特征比较
DIVE NPSNET AVIARY 共享DB 分布式仿真 面向对象 全部 全部 全部 点-点 点-点 点- 点 消息传送 不支持 不支持 支持 粗 粗 细 进程 Player 对象 不支持 不支持 支持 异构 异构 异构 DVRNET 分布式仿真 全部 C/S 广播 支持 粗 对象 N/A 异构 MR 共享DS 2个拷贝 M/S 点- 点 不支持 支持 粗 粗 进程 进程 不支持 不支持 异构 异构
的两项技术
* 虚拟现实(Virtual Reality, VR) * Internet网络
一 概述
1.1分布式虚拟现实的含义
分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality, DVR)
在DVR系统中，位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟环 境通过网络相联结，进行信息共享和交互
计算
几何模型
展示
用户
交互
图2 MPSC域分解模型
感知器域 前端 后端 控制器域 修改器域
展示器域
(a)把分布式计算环境中的资源划分为不同的自然计算域，每个计算域有明确的分工。这种划分 为虚拟环境的分布和并行处理提供了依据；(b) 它适用于多种硬件平台，可以是高级图形工作 站，也可以是并行共享或分布式存储器结构；(c) 对虚拟环境中对象的造型和实现方法没有限 制。
网络VR游戏 * 飞行模拟演示程序Flight (SGI) * Doom(PC) * 坦克游戏Bolo(Appletalk) * Marathon (Macintosh)
研究单位以及商用DVR系统或工具 * DIVE * Bricknet * MR * MUDVE DVR的应用（分布式仿真，网上博物馆，网上虚拟商城，虚 拟校园(演示“虚拟浙大”)，…..）
DVR系统或工具的开发涉及多个领域
* 虚拟现实 * 实时图形绘制技术 * 数据库 * 分布式系统 * 异步系统设计 * 用户界面设计
一 概述
1.2
DVR的产生和发展
军用虚拟环境 * SIMNET(美国国防部) * NPSNET(美国海军研究院) * DIS协议
一 概述
1.2
DVR的产生和发展
自然的人-机、人-人交互技术
网络通信和网络协议 快速环境建模和实时图形绘制
4.2
需进一步研究的问题
异构性 规模可扩充性 动态可扩展性 行为真实感 安全性
五 DVR的典型应用
5.1 网上虚拟商城
系统的功能和特点
模仿真实的商场环境 基于三维图形和图象的建模 商品的多媒体展示 用户的交互和实时显示 智能的导购小姐或先生 商场展台的虚拟布局 网上的实时访问和定货 网上电子试衣系统[演示]
一 概述
1.3
DVR 的特征
共享的虚拟工作空间； 伪实体的行为真实感； 支持实时交互，共享时钟； 多个用户以多种方式相互通信； 资源信息共享以及允许用户自然操纵环境中对象。
一 概述
1.4
DVR 的需求
表1 DVR系统的需求
VR的需求 分布式系统的需求 多种形式的绘制(图形、声音) 命名服务 低延迟、高更新速率 需求-服务匹配 处理多种输入设备的能力 资源查找及定位 碰撞检测 数据的分布式存储 导航和视点控制 动态负载平衡 虚拟世界构造 安全性管理 场景数据库管理 组播通信 复杂行为建模 连续媒体支持
分布式虚拟现实及其应用
浙江大学CAD&CG国家重点实验室
内容
概述 国内外研究概况及典型系统介绍 DVR系统的模型和结构 DVR系统的关键技术及需进一步研究的问题 DVR 的二个典型应用 我们的研究工作和结果 DVR的发展方向
一 概述
1.1分布式虚拟现实的含义
对未来信息社会产生重要影响
3.3
DVR系统的通用参考结构模型
分布式系统模块 服务请求 匹配程序 安全性服务模块 用户接口模块 可视化程序 授权检查 确认服务 可听化程序 时间服务 资源查找 世界服务器 碰撞检测 文本显示 网关服务 对象管理器 核心 VR 模块 计算服务器 应用对象 对象支撑模块 非核心 VR 模块 组播 数据一致性 其它支撑和服务模块 用户对象 模型构造 输入对象 空间定位
名字服务器
事件管理 数据库支持 连续媒体 同步 3D 图形
图3
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DVE 的参考结构模型
四 DVR系统的关键技术及需进一步 研究的问题
4.1
DVR关键技术
规模可扩展、功能可扩充、异构型DVR的软件结构
* 有效的虚拟空间管理和划分算法
* 负载平衡算法和动态共享状态的维持方法
* 高效的资源定位和服务匹配算法 * 多平台、多应用、多个虚拟世界的协同工作技术
系统 dVS 模型表示 共享DB 备份 部分 通信结构 C/S
分布计算 并行粒度 并行单位 负载平衡 网络环境
2.3
DVR 的应用领域
医疗(外科手术的辅助规划和分析,...)
工程(面向并行工程的DVR系统,...) 仿真训练
教学(虚拟博物馆,...)
娱乐和游戏 军事(虚拟战场…)
五 DVR 的典型应用
5.2 网上电子售楼
二 国内外研究概况及典型系统介绍
2.1
DVR开发工具
* NPSNET(美国海军研究生院NPS) * DIVER系统(美国弗吉尼亚大学) * DIVE(瑞典计算机科学研究所) * AVIARY(英国曼切斯特大学先进界面研究组) * BrickNet/NetEffet(新加坡国立大学) * dVS软件(英国Division公司) * MR工具库(加拿大Alberta大学) * DVRNET (北京航空航天大学) *YHYRP(国防科技大学) * MUDVR (浙江大学)
协同设计
三 DVR系统的模型和结构
3.1
数据模型
集中式结构
*结构简单
*实现比较容易 *对网络通信带宽有较高的要求
*中心服务器往往会成为整个系统的瓶颈
复制式结构
*所需网络带宽较小
*交互式响应效果好
*比集中式结构复杂 *维护多个备份的信息或状态一致性比较困难
3.2
DVR计算模型
图1 基于DS模型的虚拟现实系统软件结构
2.2
工具比较
表2 典型DVR系统的分布特征比较
DIVE NPSNET AVIARY 共享DB 分布式仿真 面向对象 全部 全部 全部 点-点 点-点 点- 点 消息传送 不支持 不支持 支持 粗 粗 细 进程 Player 对象 不支持 不支持 支持 异构 异构 异构 DVRNET 分布式仿真 全部 C/S 广播 支持 粗 对象 N/A 异构 MR 共享DS 2个拷贝 M/S 点- 点 不支持 支持 粗 粗 进程 进程 不支持 不支持 异构 异构
的两项技术
* 虚拟现实(Virtual Reality, VR) * Internet网络
一 概述
1.1分布式虚拟现实的含义
分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality, DVR)
在DVR系统中，位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟环 境通过网络相联结，进行信息共享和交互