分布式虛擬現實系統有哪些特征 分布式虛擬現實系統設計因素

分布式虛擬現實系統(Distributed VR)的研究開發工作可追溯到20世紀80年代初。1983年，美國國防部(DOD)制定了SIMENT的研究計劃;1985年，SGI公司開發成功了網絡VR游戲DogFlight。到了20世紀90年代，一些著名大學和研究所的研究人員也開展了對分布式虛擬現實系統的研究工作，并陸續推出了多個實驗性分布式虛擬現實系統或開發環境，典型的例子有1990年美國NPS開發的NPSNET，1992年美國斯坦福大學的PARADISE/Inverse系統，1993年瑞典計算機科學研究所的DIVE以及加拿大Albert大學的MR工具庫，1994年新加坡國立大學的BrickNet以及英國Nottingham大學的AVIARY。

分布式虛擬現實系統是一個基于網絡的可供異地多用戶同時參與的分布式虛擬環境。在這個環境中，位于不同物理環境位置的多個用戶或多個虛擬環境通過網絡相連接，使多個用戶同時參加一個虛擬現實環境，通過計算機與其他用戶進行交互，共享信息，并對同一虛擬世界進行觀察和操作，以達到協同工作的目的。

分布式虛擬現實系統具有以下特征。

(1)共享的虛擬工作空間;

(2)偽實體的行為真實感;

(3)支持實時交互，共享時鐘;

(4)多個用戶以多種方式相互通信;

(5)資源信息共享以及允許用戶自然操作環境中的對象。

分布式虛擬現實系統是基于網絡的虛擬環境，在這個環境中，位于不同物理環境位置的多個用戶或多個虛擬環境通過網絡相聯結。根據分布式系統環境下所運行的共享應用系統的個數，可把DVR系統分為集中式結構和復制式結構兩種。

集中式結構是只在中心服務器上運行一份共享應用系統，該系統可以是會議代理或對話管理進程。中心服務器的作用是對多個參與者的輸入輸出操作進行管理，允許多個參與者信息共享。它的特點是結構簡單，容易實現，但對網絡通信帶寬有較高的要求，并且高度依賴于中心服務器。

復制式結構是在每個參與者所在的機器上復制中心服務器，這樣每個參與者進程都有一份共享應用系統。服務器接收來自于其他工作站的輸入信息，并把信息傳送到運行在本地機上的應用系統中，由應用系統進行所需要的計算并產生必要的輸出。它的優點是所需網絡帶寬較小。另外，由于每個參與者只與應用系統的局部備份進行交互，因此交互式響應效果好。但它比集中式結構復雜，在維護共享應用系統的多個備份的信息或狀態一致性方面比較困難。

分布式虛擬現實系統的設計與實現必須考慮以下因素。

(1)網絡帶寬的發展。網絡帶寬是虛擬世界大小和復雜度的一個決定因素。當用戶增加時，網絡的延遲就會明顯，帶寬的需求也隨之增加。

(2)先進的硬件設備和軟件技術。為了減少數據傳輸的延遲，實現實時操作，增強真實感，必須采用兼容的先進的硬件設備。例如改進路由器和交換技術、使用快速交換接口和對計算機進行硬件升級。

(3)分布機制。分布機制直接影響系統的可擴充性。常用的消息發布方法為廣播、多播和單播。其中，多播機制允許任意大小的組在網上進行通信，它能為遠程會議系統和分布式仿真應用系統提供一對多和多對多的消息發布服務。

(4)可靠性。在增加通信帶寬和減少通信延遲這兩方面進行折中時，應考慮通信的可靠性問題。可靠性是能夠順利通信的保證之一，它由具體的應用需求來決定。有些協議有較高的可靠性，但傳輸速度慢，反之亦然。

分布式虛擬現實的典型實例是在軍事訓練中應用的SIMNET系統。此系統中軍隊被布置在與實際車輛和指揮中心相同的位置，它們可以看到一個有山、樹、云彩、硝煙、道路以及由其他部隊操縱的車輛的模擬現場。這些由實際人員操縱的車輛可以相互射擊，系統利用無線電通信和聲音效果來加強真實感。系統的每個用戶可以通過環境視點來觀察別人的舉動。炮火的顯示極為逼真，用戶可以看到被攻擊部隊炸毀的情況。SIMNET系統可將多達1000個部隊用網絡連接起來。因此，SIMNET被稱為第一個廉價而又實用的模擬網絡系統，它可以用來訓練坦克、直升機以及戰斗演習，并訓練部隊之間的協同作戰能力。

目前，分布式虛擬現實系統在遠程教育、科學計算可視化、工程技術、建筑、電子商務、交互式娛樂和藝術等領域都有著極其廣泛的應用前景。利用它可以創建多媒體通信、設計協作系統、實境式電子商務、網絡游戲和虛擬社區全新的應用系統。