虛擬現實技術主講：楊文暉第三章虛擬現實的計算機技術

課前索引

第一節虛擬現實的計算機體系構造

第二節虛擬現實的軟件系統

第三節虛擬現實的網絡和通訊

章節小結

課后習題〖課前思索〗1．哪些計算機用于VR?2．常用工具軟件的特點。3．分布式仿真中的網絡和通訊的特點?！紝W習目的〗1．了解不同類型VR用計算機的組成及特點。2．了解工具軟件的要求和功能，了解分布式仿真。3．了解網絡和通訊的硬件，軟件和分布式仿真?！紝W習指南〗1．留意VR用計算機提高速度的措施。2．留意工具軟件的功能及對比。3．留意分布式仿真中的網絡和通訊的主要問題?！茧y重點〗1．留意幀頻和延遲的要求。2．留意不同類型VR用計算機的組成構造。3．留意VR用計算機的并行處置技術構。4．留意工具軟件的要求。5．留意工具軟件的功能。6．留意常用工具軟件的對比。7．留意各類網絡構造的對比。8．留意軟件質量的要求和保證措施。9．留意分布式仿真的特點。1虛擬現實的計算機體系構造虛擬現實的計算機體系構造虛擬現實對計算機系統的要求基于PC的虛擬現實機器的組成構造基于任務站的虛擬現實機器組成構造高度并行的虛擬現實機器組成構造虛擬現實對計算機系統的要求問題一：前面我們講解了很多虛擬現實技術的目的，例如：位姿、視覺、聽覺、力覺觸覺顯示等，能否都是在現有手段范圍內，對計算機系統實施必要要的要求呢？只包括了視覺顯示對計算機系統的要求。緣由是：位姿傳感器的數據處置，普通不在主計算機上進展，而是由公用的電子設備完成。聽覺顯示，力覺觸覺顯示，研討任務和實踐運用還較少，對其計算要求的認識還較少。聽覺顯示和力覺觸覺顯示的計算，往往由公用計算機完成。所以，當前的虛擬現實計算機，主要完成視覺顯示的計算義務。問題二：視覺顯示對計算機系統的要求有哪些？1．幀頻和延遲時間的要求2．計算才干和場景復雜性視覺顯示對計算機系統的要求---幀頻和延遲時間VR要求高幀頻和快速呼應，這是由于其內在的交互性質決議的。兩個概念：幀頻來自動態圖像技術。在動圖像顯示中，每一幀實踐上是靜止照片。假設新照片快速接替舊照片，就產生延續運動的幻覺修正率是在屏幕上的顯示改動的速率。為符合根本的動圖像技術，理想的修正率是每秒20幀〔新圖像〕。

對計算機硬件，幀頻有幾個含義。它們大致分類為圖形的幀頻計算的幀頻數據存取的幀頻哪種幀頻是最重要的？為了維持在VR中的臨場和沉浸感，圖形幀頻是關鍵。緣由：這些幀頻能夠是獨立的，圖像場景能夠變化，而沒有來自用戶視點運動的計算和數據存取。這時，圖形的幀頻大于計算的幀頻和數據存取的幀頻。閱歷闡明，圖形幀頻率應盡能夠高，低于每秒10幀的幀頻嚴重降低臨場的幻覺。假設圖形顯示依托計算和數據存取，那么計算和數據存取幀頻必需為8到10幀/秒，維持用戶看到時間演化的幻覺。什么情況下，希望VR具備快速呼應？假設運用允許交互控制，就要求快速呼應。長呼應時間〔滯后時間，延遲時間〕最直接的影響是什么？嚴重降低用戶性能。呼應時間的通常恒量值是多少？多于幾毫秒的延遲會影響用戶性能，而多于0.1秒的延遲有嚴重影響。例舉一個呼應時間影響用戶性能的例子延遲時間是如何計算的？從用戶的動作開場〔如用戶轉動頭部〕，經過位姿傳感器感知用戶位姿，把位姿信號傳送給計算機，計算機計算新的顯示場景把新的場景傳送給視覺顯示設備，直到視覺顯示設備顯示出新的場景為止。影響延遲的要素這些延遲在計算機系統中來自很多要素：如數據存取時間計算時間繪制時間輸入設備數據處置時間。類似幀頻的情況，延遲的來源分成：數據存取計算圖形顯示。問題：系統有高幀頻，延遲就相對會小，正確與否？雖然延遲與幀頻有關，但它們不同。系統能夠有高幀頻，但有較大的延遲時間，顯示的圖像和提供的計算結果是幾幀以前的。幀頻和延遲的最低要求由什么決議？要求的幀頻和延遲普通取決于環境特性。只需慢速運動物體，較靜的環境，可以用幀頻每秒8至10，和0.1秒延遲。假設環境中有高速運動的物體，那么要求高幀頻〔>60Hz〕和短延遲。一切情況下，假設幀頻低于每秒8幀，那么失去三維環境的生動感，假設延遲大于0.1秒，那么很難操作環境。因此，幀頻必需大于8到10幀/秒,總延遲必需小于0.1秒。視覺顯示對計算機系統的要求---計算才干和場景復雜性為什么說虛擬現實仿真的計算問題，是一種時間受限的計算這是由于顯示的幀頻必需大于8到10幀/秒。于是，在0.1秒內，必需完成一次場景的計算。用什么可以表示計算才干？假設一個顯示的場景中有10,000個三角形〔或多邊形〕，這個數量就反映了場景復雜性。這樣，在每秒進展的10次計算中，就應該計算100,000個三角形〔或多邊形〕。這表示了計算才干。計算才干和場景復雜性的折衷問題假設要求更加逼真的仿真效果，就要添加場景復雜性。顯示的場景中有更多的三角形〔或多邊形〕，顯示的效果就更逼真。這就要求更強的計算才干，每秒計算更多的三角形〔或多邊形〕。反之，假設只能運用才干有限的指定的計算機，那么限定了計算才干，也就限定了場景復雜性。每個場景，只能用較少的三角形〔或多邊形〕，產生較粗糙的顯示。以下圖表示，波音747-400飛機的兩種復雜性不同的三維模型?！瞐〕中的模型有520個頂點，406個多邊形?！瞓〕中的模型有7694個頂點，7556個多邊形。效果圖闡明了明顯的逼真度差別。以下圖表示，人體骨骼的兩種復雜性不同的三維模型。〔a〕中的模型有8979個多邊形。〔b〕中的模型有131275個多邊形。效果圖闡明了明顯的逼真度差別。問題：對于VR計算機，主要的技術目的就是其計算才干，用什么恒量計算才干？每秒計算的三角形〔或多邊形〕的數目。討論計算才干時應該留意的問題能否加紋理，能否反走樣，采用哪一種明暗模型，都會影響到計算才干。參與這些復雜的功能，就會添加計算復雜性，從而減少每秒計算的三角形〔或多邊形〕的數目。計算機生成圖像時的走樣景象通常存在三種走樣景象中的兩種：鋸齒形邊圖形細節或紋理繪制失真第三種景象出如今顯示非常微小對象的場所。什么是反走樣？在光柵圖形顯示器上繪制非程度且非垂直的直線或多邊形邊境時，或多或少會呈現鋸齒狀或臺階狀外觀。緣由？這是由于直線、多邊形、顏色邊境等是延續的，而光柵那么是由離散的點組成，在光柵顯示設備上表現直線、多邊形等，必需在離散位置采樣。由于采樣不充分重建后呵斥的信息失真，就叫走樣(aliasing)。而用于減少或消除這種效果的技術，就稱為反走樣(antialiasing)。反走樣的方法：根本上反走樣方法可分為兩類。第一類是提高分辨率即添加采樣點(提高采樣頻率)。然而，CRT光柵掃描設備顯示非常精細光柵的才干是有限的，因此人們通常是在較高分辨率上對光柵進展計算，然后采用某種平均算法(濾除高頻分量)得到較低分辨率的象素的屬性，并顯示在分辨率較低的顯示器上。這種方法稱為超采樣或后置濾波。另一類反走樣是把像素作為一個有限區域，對區域采樣來調整像素的亮度，以光順邊境來減小鋸齒景象。這種方法等價于圖像的前置濾波。關于明暗模型光照模型可用于任何外表上任一可見點。經過計算該點處的外表法線方向及運用光照模型即可確定此點的光照明暗程度。當我們處置多邊形集合或多面體時，假設整個外表都這樣依次計算每點的光照明暗度，所需的耗費就太大了。因此，需求采取一些有效的方法對整個外表的明暗度進展處置。對多邊形和多邊形網格的根本明暗處置方法有三種：常數明暗處置法Gourand明暗處置算法：Phong明暗處置算法常數明暗處置法Gourand明暗處置算法：Phong明暗處置算法三種算法的詳細內容？對計算機系統的要求圖形學和計算機硬件的進展對全真實的VR是關鍵要素。由于廣泛的興趣和有不同性能要求的大量運用，所以需求在幾個層次繼續進展硬件開發，由高檔多方式任務站到低檔的只需適當三維視覺才干的個人任務站。未來的高檔VE系統有幾個硬件要求。具有高計算要求的計算機構造。這些機器必需有很大的物理存儲多個高性能向量處置機高帶寬(>500Mbytes/s)低延遲(<0.03s)巨型存儲設備和對各種輸入輸出設備的高速接口。物理建模和可視化計算將是計算需求的推進力?；赑C的虛擬現實機器的組成構造讓普通公眾接受虛擬現實的最正確途徑？Grimsdale［1992］指出，讓普通公眾接受虛擬現實將經過“開展〞，而不是“革命〞。開展意味著晉級現有的計算根底，產生虛擬現實要求的新功能。利用PC平臺的優點是價錢低最初的PC平臺的虛擬現實機器：在1992年推出了低級的基于486的虛擬現實機器它有頭部跟蹤器、HMD、3-D聲音、圖形加速器和手柄，價錢少于20000美圓。1994年，低級的基于PC的系統價錢約3300美圓〔跟蹤球200美圓，Cyberscope200美圓，軟件工具盒900美圓，486-PC2000美圓〕。圖形硬件圖形硬件指的是什么？是那些使圖形繪制加速的硬件設備。圖形硬件涉及到哪些？圖形流水線圖形卡的AGP和PCI圖形加速器Add-ons圖形流水線圖形流水線的作用：包括把三維物體由其本身坐標系變換到用于顯示的二維屏幕空間所需求的計算器。這個過程涉及到的步驟第一步是把物體由其本身坐標系變換到描畫整個場景的世界坐標系。第二步是剔除在場景中不用顯示的物體，減少計算量，這是計算過程優化。第三步是在模型中引入顏色和明暗等性質。第四步，場景再作另一個變換到屏幕空間。最后光柵化為象素，并且顯示。在這個過程中，計算是在多個區域內進展。很多計算在CPU進展，但是多數矩陣運算是在圖形加速器中進展。圖形卡的AGP和PCI圖形卡的AGP和PCI是總線。數據總線會影響到圖形卡的性能。PCI是規范的計算機內部總線?？偩€把計算機的插入卡〔網絡卡，圖形卡等〕銜接到CPU。PCI總線的傳輸速度是有限制的。插入的卡越多，每個卡得到的傳輸速度越小，圖形卡與CPU只能以較小的帶寬通訊。AGP是公用總線，它只能銜接一個卡〔圖形卡〕。它的經過量全部用于圖形卡。他還允許直接把紋理傳送到圖形卡，不用經過系統存儲器?？梢韵胂?，這將大大添加系統性能。圖形加速器圖形加速器是圖形計算的另一個重要部分。這是圖形卡上的處置器，它完成一切繁重的計算。這些繁重計算主要包括：加紋理反走樣計算密集的函數例如：NVidia推出芯片，完成光照及其變換。它取代CPU的任務，大大加速顯示過程，允許實時的照明和明暗變化。3Dfx制造了圖形卡的Voodoo和Banshee芯片。它也利用本人的T-緩沖技術，把實時明暗加在其Voodoo芯片上。

ActionMedia圖形加速器有SPEA“Fire〞圖形加速器Stride圖形加速器Add-onsAdd-ons適用于只需2D加速器，但沒有3D加速器的計算機。它提供用于顯示3D物體的計算，極大地改良性能。3Dfx是add-ons的主要制造商。它的Voodoo就是一種初等的add-ons。它還為其圖形卡開發了API〔稱為Glide〕。Glide提供了軟件微層次，使開發者免于直接處置硬件存放器和存儲器。這減少了調試時間，加快了開發過程。它根本上是OpenGLAPI的縮減版本，類似于OpenGL。GlideUtilityLibrary提供Glide的更高層次的實現。

關于3D顯示卡3dfxVoodoo3-3500它運用8片HY5.5ns，提供128bit帶寬，顯存和芯片內核速率在183MHz，多邊形處置才干是800萬/秒，像素填充率是366萬/秒。他擁有3dfx獨有的3DAPI:GLIDE，擁有簡約的代碼和較高的效率，針對GLIDE優化的游戲效果比普通針對D3D優化的游戲效果更出色，所以他是最好的3D游戲卡。價錢1500元。耕宇TNT2Ultra+它運用2×32的SEC-GC顯存。其中心頻率和顯存頻率分別為175MHz和200MHz。多邊形處置才干是800萬/秒，像素填充率是350萬/秒。快是它的最大特點。價錢1650元。帝盟StealthIIIS540它運用MT的8ns顯存。其中心頻率和顯存頻率分別為125MHz和143MHz。它運用4×16的32MB顯存，所以其顯示帶寬只需64bit。它的S3TC紋理緊縮技術效果出眾。它是最慢但最經濟的3D顯示卡。價錢900元。ATIRageFury他是最大的OEM顯示卡消費商。但是其產品的速度無法與其他顯示卡相比。它運用SEC的5nsSGRAM。其中心頻率和顯存頻率只需100MHz和110MHz。ATIRage128芯片的性能很平衡。畫面質量和D3D/OPENGL性能都不錯。特別出色的是其DVD解壓才干。他是很平衡的顯示卡。價錢1300元。MatroxG400MAX它運用2×32的SEC-GC顯存。其中心頻率和顯存頻率分別為166MHz和200MHz。多邊形處置才干是800萬/秒，像素填充率是333萬/秒。他擁有雙128bit總線，雙頻頭顯示技術(同時結合兩個顯示器)，環境映射凹凸貼圖等先進技術。它的功能最多，性能很優秀。價錢2500元。3基于任務站的虛擬現實機器就數量來講，僅次于PC的最大的計算根底是任務站它們比PC的優點：是有更強的計算才干更大的磁盤空間更快的通訊方式?；谌蝿照镜奶摂M現實機器的兩種開展途徑Sun和SGI采用的一種途徑是用虛擬現實工具改良現有的任務站，象基于PC的系統那樣。DivisionLtd.采用的另一個途徑是設計虛擬現實公用的"總承包"系統，如Provision100。1．Sun公司的“VirtualHolographic〞任務站1992年，Sun推出"VirtualHolographicWorkstation"。這個系統最初運用SUNSparcstationII，并配置GT圖形加速器〔10萬個多邊形/秒〕。1994年，它晉級到Sun10-51，配置ZX加速器〔12.5萬個多邊形/秒〕。在立體方式下，速度下降到約6萬個多邊形/秒，且左右眼圖像交替顯示在立體監視器上。它采用StereoGraphicsCo.的CrystalEyesVR和Logitech跟蹤器，給用戶部分沉浸感。頭部和3-D鼠標的跟蹤是用Logitech的超聲跟蹤器，它連到任務站串行口。3-D鼠標的運用象2-D鼠標那樣，用于與虛擬對象以3-D交互。集成這些I/O工具和SUN任務站的軟件〔運轉在Solaris2.3操作系統上〕是Sense8WorldToolKit的新版本，在1994年春推出。整個系統價錢約46000美圓，再加上Sense8軟件的另外價錢約6000美圓。2．Division公司的Provision100任務站Provision100的并行構造有多個處置器：稱為“Director〞〔用于碰撞檢測和時間同步的處置器〕用于立體視頻顯示的“actors〞〔視頻處置器〕3-D聲音的“actors〞〔聲音處置器〕手跟蹤與手姿識別的“actors〞〔手套處置器〕。允許添加附加的I/O處置器。與主計算機的銜接允許基于UNIX的Provision100用于仿真中的高級終端。6.運用兩個圖形板，每個眼一個，直接輸出NTSC/PAL信號。每個圖形板有一個Inteli860處置器和兩個T425transputers。i860利用常用的多邊形加速器作幾何處置，提供35000個Gouraud明暗的Z-緩沖的多邊形/秒。7.Provision100VRX模型有一個附加的紋理模塊，在象素處置器和兩個視頻存儲器之間。它可以加紋理，但不損失繪制速度。對256個texel單元〔紋理元〕，24-bit彩色紋理圖存在高速靜態RAM中。這個RAM可以規劃為256×256的4個圖，128×128的16個圖，或者它們的組合〔如256×256的1個圖加上128×128的4個圖和64×64的32個圖〕。4高度并行的虛擬現實機器問題：作為為VR系統提供計算的設備的瓶頸？由于計算才干成為VR系統計算設備的瓶頸之一，所以各個任務站廠商都在開展高度并行的虛擬現實機器，以便提高計算才干。1．Division公司的“SuperVision〞機器2．SGI公司的IRIS-1400到RealityEngine23．Evans&Sutherland公司的Freedom30004．北卡大學的PixelPlanes4,5和PixelFlow5．Sun公司的Elite3Dm3和m66．更強大的機器RedMountain和BlueMountain7．其他設備1．Division公司的“SuperVision〞機器Provision一開場可以繪制3.5萬個多邊形/秒，1992年，Division宣布了“SuperVision〞機器，它用高性能的并行構造添加繪制才干到28萬個多邊形/秒。這些多邊形是紋理的，Gouraud明暗的和Z-緩沖的。SuperVision構造有規范的Provision“前端〞和多處置器組。多組構造包括一個畫面緩沖器，它與一個立體視頻畫面獲取器一同，允許圖形實時覆蓋在實況視頻圖像上。此外，SuperVision有一個多通道圖像生成組，一個處置組，一個I/O組，一個聲音組，以及能夠的附加組。一切的組都連到同樣的通訊線路。這個通訊線路的通訊是經過"點到點"的通訊道路。它可以用于任何數據類型，由實況視頻，到對象幾何修正和象素信息。一切數據包都可以由環上恣意的處置器送到另一個處置器。可以選擇不同的分布方式，使得對不同問題的性能最優。2．SGI公司的IRIS-1400到RealityEngine2SGI〔SiliconGraphicsIncorporated〕公司制造的圖形系統具有某種更靈敏更強的數字媒體才干，它在一個包中組合了先進的三維圖形，數字多通道聲頻，以及錄象。SGI系統用作許多VR系統的中心，它完成仿真、可視化、通訊等義務。關鍵在于系統支持強大的計算多通道視覺輸出以及銜接到傳感器、控制設備和網絡的快速輸入輸出。紋理化多邊形、填充才干也3．Evans&Sutherland公司的Freedom3000Evans&Sutherland(E&S)原來是飛行仿真器公司，它發布了Freedom序列圖形加速器，用于SunSparc10任務站。它提供大范圍的性能程度：由Freedom1000的每秒50萬多邊形，到Freedom3000的每秒3百萬多邊形。它用規范硬件軟件接口與Sun環境無縫地銜接。Freedom加速器可以用Sun規范接口編程，并與當前的E&S和Sun任務站軟件兼容。Freedom3000有1280×1024，1536×1280和高分辨率TV顯示格式。它支持硬件紋理映射，包括MIP映射，分辨率達2000×2000。其它特性是線、點、多邊形的反走樣，a緩沖區，累積緩沖，每個象素128位，和動態象素定位。Freedom3000包括以下技術：用0.8μCMOS的五個專有的VLSIASIC芯片可編程高速微處置機的并行陣列(DSP)，很快的專有的圖形總線(G-bus)(速度超越每秒3百萬多邊形)高速象素發送互聯用于圖像處置的高速存取幀緩沖區(達每秒1億象素)高象素填充率950萬/秒。

4．北卡大學的PixelPlanes4,5和PixelFlow北卡大學是最早開發圖形硬件的大學之一。他的任務不同于商界的任務，由于任務中根底研討多于制造機器產品，所以他們的機器總是處于圖形硬件的前沿。PixelFlow和其圖形性能是未來高性能三維VR的重要部分。它抑制了傳統硬件繪制構造的變換和幀緩沖存取的瓶頸。它利用圖像合成技術，分配繪制義務在同樣的繪制器陣列，其中每個繪制器計算部分基元的全屏幕圖像。高性能圖像合成網絡實時組合這些圖像，產生全屏圖像。圖像合成構造的性能與繪制器數目成線性關系。一個PixelFlow繪制器掃描達每秒140萬三角形，幾個繪制器系統可以掃描達這個速率幾倍。予計128個繪制器的系統可以到達多邊形速率每秒1億三角形。PixelFlow由超級采樣實現反走樣。它以幾個硬件明暗器支持延遲的明暗，它在包含中間象素數據的合成圖像上任務。PixelFlow明暗器計算復雜的明暗算法，以及基于圖像的紋理，明暗速率與圖像復雜性無關。PiexlFlow可以連到并行超級計算機，用作中間方式圖形效力器，或者可以為堅持方式繪制維持顯示表。5．Sun公司的Elite3Dm3和m6Elite3D是Sun公司的高性能圖形系統系列，用于實時交互的3D可視化，繪制和動畫。實踐上，這只是視頻卡，不是整個系統。它是與SunUltra10任務站一同任務的。該系統比SGI的系統廉價，但性能也較低。m6是較高性能的選項，有6個板上的FPU運算器。它有串口銜接其他接口設備，如頭部跟蹤，HMD，3D鼠標。他的用戶類似SGI系統，有：CAD/CAE，石油工業，醫療專業，HAZMAT，實時動畫。6．RedMountain和BlueMountain1996年12月16日，Intel公司與USDOE協作發布了世界上第一臺每秒1萬億次的計算機(teraflops)。全美國人不停地手算125年，才相當于該機器任務1秒鐘。該機器稱為RedMountain〔紅山〕。AcceleratedStrategicComputinginitiative(ASCI)正在開發仿真技術，不經過地下核實驗就確保美國核武器的平安可靠。在新墨西哥州的SandiaNationalLaboratories〔桑迪亞國家實驗室〕正在安裝5500萬美圓的RedMountain機器，新墨西哥州的LosAlamosNationalLaboratory〔洛斯阿拉莫斯國家實驗室〕和加州的theLawrenceLivermoreNationalLaboratory也運用該機器。該機器仿真核武器的各個方面，由鼓勵問題〔如起爆仿真〕，到靜態仿真〔如核武器儲存的老化效果〕。RedMountain也用于醫療和藥物研討，天氣預告，飛機和汽車設計，工業消費的改良，疾病演化的仿真，治理環境等。RedMountain的主要目的為：價錢$55百萬，占地1000平方英尺，系統RAM:584Gbytes，雙向交叉帶寬51.6Gbytes/sec，PentiumPro處置器9,216，峰值性能1.8TFLOPS。LosAlamosNationalLaboratory不滿足借用RedMountain，就開場建造BlueMountain。該機器有比較RedMountain更強的圖形才干，添加了16臺SGIInfiniteReality機器。BlueMountain組織成48個128處置器的共享存儲器多處置機〔SMP〕。48個SMP可以彼此通訊，速度為每秒650Gigabits。它有76萬億bytes的光纖通道的盤空間。1998年11月12日建成，5年內將超越100TFLOPS。

7．其他設備

TAN是高級的沉浸的投影顯示，HP提供Kayak,VisualizeWorkstations，nVisionDatavisorHMD，E&STornado和3DLabsOxygenGMX。小結VR用計算機的技術要求是幀頻和延遲時間的要求，以及計算才干和場景復雜性。

基于PC的虛擬現實機器包括：有ActionMedia圖形加速器的486-PC；有SPEA"Fire"圖形加速器的486-PC；Stride圖形加速器等。

基于任務站的虛擬現實機器包括：Sun的"VirtualHolographicWorkstation"；Division的Provision100任務站。

高度并行的虛擬現實機器包括：Division的"SuperVision"；SGI的RealityEngine2，ONYX2；Evans&Sutherland的Freedom3000；北卡大學的PixelPlanes4,5和PixelFlow，Sun的Elite3Dm3和m6；以及更強大的機器RedMountain和BlueMountain。2虛擬現實軟件系統虛擬現實對工具軟件系統的要求虛擬現實常用的工具軟件系統虛擬現實工具軟件的功能1虛擬現實對工具軟件系統的要求虛擬現實程序設計需求有關實時系統、面向對象言語、網絡、物理建模、多義務等方面的知識。好的計算機程序員知曉這些技巧。但他們不能夠熟習各種虛擬現實運用的專業領域。反之，醫生、建筑師、或經濟分析家也不能夠具有必要的程序設計技巧。虛擬現實廠家認識到需求處理這種知識缺口，并發明出這種產品的市場。"這要求穩定的平臺和軟件，這使現有的軟件廠家輕松地虛擬化他們的產品，并促進新一代軟件開發者去發明先進的虛擬現實產品。"虛擬現實運用的工具軟件系統應該滿足以下要求：工具軟件是為虛擬現實技術要求設計的面向對象函數的可擴展的庫一個仿真對象就是一個“類〞的部件，并承繼它默許的屬性。這大大簡化了復雜對象編程的義務。由于庫是可擴展的，開發者能夠寫公用模塊，并利用同樣的仿真中心。虛擬現實工具盒具有的另一個重要特征是硬件獨立性。寫的函數用于各種平臺，本質上是普通的。實現這一點是由于高層的函數“不知道〞它在特定的硬件上運轉。低層的“轉換器〞在運轉時識別特定的I/O工具。在把運用由一個平臺移到另一平臺時，這很有協助。一切的工具盒都支持某種方式的網絡〔內部的或任選的〕。這允許并行或分布處置，以及重要的多用戶交互。這使得在一個運用中能夠進展協作，以提高效率。這里討論的一切的工具盒都接受CAD3-D文件〔DXF等〕。這闡明經過引入現有的3-D對象數據庫，極大地減少了開發時間。2虛擬現實常用的工具軟件系統1．常用的工具軟件

工業界制造了很多用于虛擬現實的先進軟件工具，虛擬現實工具盒〔toolkits〕。這包括

"WorldToolKit--WTK“"VCToolkit--VCT“"CyberspaceDeveloperKit--CDK“"VirtualRealityToolkit--VRT3“"Mercury““VirtualRealityDistributedEnvironmentandConstructionKit(VR-DECK)〞2．VRMLVRML是VirtualRealityModelingLanguage的縮寫。VRML是描畫三維外型與交互環境的簡單的文本言語。VRML是在Internet上建立3D多媒體和共享虛擬世界的一個開放規范。從以下幾個方面簡單引見這種言語?！?〕VRML的特點〔2〕VRML的概念與實例〔3〕VRML的言語構造〔4〕VRML的動畫技術〔5〕VRML的運用與開發條件〔6〕VRML的站點和教程〔1〕VRML的特點(a)是外型言語,可描畫3D場景。(b)用戶可進入VRML建立的世界，去探求它(c)VRML建立的世界是交互的，受用戶控制。(d)把2D，3D物體、動畫、多媒體效果混合于一體(e)平臺無關，可在PC或SGI上閱讀。(f)基于Web，可建立三維可視化效力器。(g)著色不如OpenGL快。(h)沒有底層控制。(j)有限的界面。

〔2〕VRML的概念與實例VR世界中的坐標系：X軸指向屏幕右側，Y軸指向屏幕上方，Z軸指向察看者。VRML程序是解釋執行，實時建模著色的文本程序。它的兩個要點是：①節點(node):構成虛擬世界的根本要素，②路由(route)：節點間傳送信息的途徑。VRML文件都是擴展名WRL的文本文件，或擴展名WRZ〔緊縮格式〕的二進制文件。它普通包括如下四部分：①文件頭：位于首行，提供版本信息。如：#VRMLV2.0utf8。②注釋：以#開場的一段文字。③節點：場景信息的單位?？梢悦璁嬐庑?，燈光，聲音等。如：Cylinder{…}描畫一個圓柱體。④域值：域用于描畫及改動節點的屬性，值反映域的大小。如：Cylinder{height2.0radius1.5}中，height〔高度〕和radius〔半徑〕是域，2.0和1.5是值。

〔3〕VRML的言語構造VRML的根底是什么？是一個利用HTTP協議傳輸數據的全球網以及一個SGI設計的OpenInventor文件格式。由此，它的特點在于：VRML是規范言語與平臺無關易擴展基于低帶寬的網絡銜接用戶可在虛擬場景中遨游，還可用超鏈接〔hyperlink〕到達新的三維世界。

(a)節點〔node〕是描畫三維場景的圖形對象。一個場景由具有層次構造的多個節點組成。共有50多個節點，定義三維場景。一個節點有多個域(field)，它具有域名、類型及缺省值等屬性。如圓柱體節點。

Cylinder{

fieldSFBoolbottomTRUE

fieldSFFLoatheight2

fieldSFFLoatradius1

fieldSFBoolsideTRUE

fieldSFBooltopTRUE

}

定義的圓柱體，高度為2，半徑為1，具有下底面，有圓柱側面，有上頂面。

(b)節點有各種類型。外形〔shape〕節點：定義物體外形。例如：圓柱體根本外形(Primitive)節點：是規范積木塊，如球體。外表〔Appearance〕節點：定義外觀，如顏色、紋理。變換(Transformation)節點。各種坐標變換，例如物體坐標—世界坐標—觀看坐標照相機節點。與察看點〔視點〕有關的描畫光學節點。描畫光學性質超鏈接節點：包括WWWInline和WWWAnchor。WWWInline節點：支持集成不同文件或URL的虛擬世界。WWWAnchor節點：指定到新的URL的銜接。(c)傳感器(Sensor)節點是一類特殊的節點。包括以下節點：CylinderSensorPlaneSensorTimeSensorTouchSensorVisibilitySensorProximitySensorProximitySensor

ProximitySensor{

exposedFieldSFVec3fcenter0，0，0

exposedFieldSFVee3fsize0，0，0

exposedFieldSFBoolenabledTRUE

eventoutSFBoolisActive

eventouSFVec3fposition-changed

eventoutSFRotationorientation-changed

eventoutSFTimeenterTime

eventoutSFTimeexitTime

}

這時接近傳感器節點。當用戶接近、退出空間，或在空間挪動時，會產惹事件。Center和Size定義長方體，分別用三個數字定義長方體的中心點三維坐標和三維尺寸。Enabled域的值為TRUE表示允許任務。進入退出長方體空間時發生isActive,enterTime和exitTime事件。這些事件應該為對于接近的呼應行為，進入時間和退出時間。也可以利用position-changed和orientation-changed，改動位置和方向。

(d)描畫符〔Script〕節點，內插器(Interpolator)節點Script是Java描畫符言語的子集，同時由Java的內置對象所支持的VRML數據類型。Script分析輸入，并且由輸出改動世界。Interpolator是內置的動作機制，實現數值內插，對數據內插，產生動畫。(e)聲音〔Sound〕節點描畫聲音定位和空間效果聲音定位在一點，以球或橢圓形發射。域Intensity調理音量。域Priority是占用聲道的優先權。〔4〕VRML的動畫技術(a)幀頻可變：電影中24幀/秒，電視〔NTSC〕中，30幀/秒。VRML中幀頻可變，可最小達5幀/秒。(b)用戶可控制動畫：改動視點可在動畫中遨游。(c)自然的觸發機制：TimeSensor傳感器感受時間StartTime域發任何的SFTimeeventont事件，就啟動動畫。由script產生予期動作。

〔5〕VRML的運用與開發條件VRML的閱讀環境：①閱讀器：IE或NetspaceNavigator(NS)以上版本。②VRML插件：VRML最簡單的開發環境：①閱讀器：IE或NetspaceNavigator(NS)以上版本。②VRML插件：③文本編輯器〔記事本或UltraEdit〕。安裝閱讀器方法：〔6〕VRML的站點和教程

①/有關VRML及其它WEB3D技術。

②web3d.about/有關VRML及其它WEB3D技術的鏈接和評論。。

③sim.di.uminho.pt/vrml-tut/simvrml.zip交互式的VRML教程。

④/～nadeau/Courses/Siggraph98NYC/vrml97.zip是VRML教程?！沧髡逥aveNadeau(nadeau@)〕

⑤/HTML/VRML/VRMLCLUE.zip協助文件。3．非商業的虛擬現實工具盒〔Toolkits〕上面引見的一切系統都是商業產品，具有PowerGlove手套和SegaLCD眼鏡〔總價錢約100美圓〕的非專業人士，不能夠花幾千美圓買虛擬現實工具盒軟件包。免費的虛擬現實編程工具。兩個知的較好的例子是阿爾波塔大學開發的“MinimalRealityToolkit〞〔MR〕滑鐵盧大學開發的"REND386"〔加拿大〕。3虛擬現實工具軟件的功能實時產生VR所要求的軟件有很多部分構成。這包括：交互軟件與人機接口相關的遨游軟件交互接口得到數據，根據遨游原那么，轉換視點圖形流水線軟件的多邊形流最小化遨游軟件過程中，圖形處置軟件中，盡量減少處置的多邊形世界建模軟件幾何、物理和屬性建模超媒體集成軟件。各種類型的數據集成在VR系統里每一部分都是龐大的，一切軟件協作，可以實時產生VR。各部分軟件相互關聯的目的是產生詳細的交互的無縫的VR。如何解釋詳細的？交互的？無縫的？無縫表示他可以驅動車輛穿過一個地帶，停在建筑前面，走下車輛，步行進入建筑，上樓梯，進入房間，與桌上的物體交互，整個過程中沒有延遲和猶疑。為建立無縫的系統，要求在軟件開發上本質的進展。

交互軟件交互軟件的作用是什么？交互軟件是接受用戶操作與控制的接口軟件。交互軟件提供構造不同控制設備間對話的機制(如跟蹤器,觸覺接口)，并把對話用于系統或運用，使多方式顯示相應變化。軟件的構成？這個軟件的第一部分由控制設備獲得輸入，并解釋它們?？梢赃\用幾個程序庫，作為商業產品或作為共用件(shareware)，它可以讀普通接口設備的數據，如DataGlove和各種跟蹤器。商業程序庫的例子有Sense8的WorldToolkit。程序庫包括由接口設備得到輸出的驅動器，和包括予測跟蹤和手姿識別的程序。構造交互軟件的第二部分轉變系統形狀信息，由控制設備進入對話〔這對系統和運用是有意義的〕，同時濾掉對話中錯誤的不可靠的部分〔這能夠由輸入設備中的錯誤數據產生〕。然后把這些對話送交虛擬世界系統，執行某些有用的操作。交互是VR系統關鍵部分，它涉及硬件和軟件。VR中接口硬件提供身體各部分的位置和形狀。這些信息普通用于：(1)映射用戶行為到環境變化(如手挪動物體)，(2)發命令給環境(如手姿或按鍵)，(3)提供信息輸入(如語音,文本或數值輸入)。用戶意圖應由硬件輸出斷定。由于硬件的不準確，推理能夠會復雜化2．虛擬場景遨游軟件概述虛擬場景遨游軟件運用戶能在三維虛擬世界中挪動。這個軟件有很多部分，包括哪些內容？控制設備手姿解釋〔來自運動處置輸入子系統的手姿信息〕用于對圖像流水線的多邊形流最小化的層次數據構造虛擬攝象機視點和觀看方向的空間控制，在遨游中它們一同實時任務，產生經過虛擬世界的延續幀序列的下一幀。遨游的作用？是控制VR中視點和觀看方向的問題。運用傳統的計算機圖形技術，遨游可以簡化為用于繪制物體的位置和方向變換矩陣確實定。第一層虛擬世界遨游是最特殊的，即用戶視點。經過頭部跟蹤設備，可以控制觀看位置和方向，頭部跟蹤給計算機提供頭部位姿和方向。下一層遨游運用虛擬車輛。這允許在VR中挪動一段間隔，大于頭部跟蹤允許的間隔。虛擬車輛的位置和方向可以運用各種方式控制。

在仿真運用中，車輛控制方式與實踐被仿真車輛的控制方式一樣。實現的例子是用于飛行和車輛仿真的腳踏磨〔跑步機〕，自行車和手柄。對更籠統的運用，有幾種實驗方法控制車輛。最普通的方法是指示飛行技術，其中由直接操作接口控制車輛。用戶給三維位置方向跟蹤器指出要求的飛行方向，命令用戶車輛在這個方向飛行。另一種控制車輛方法是基于在VR中不需求經過一定的空間由這里到那里。遙操作是明顯的例子，它要求用戶規定要求的目的，再把用戶放在那里。處理方法包括固定了進入和退出位置的門，由數值或標志輸入明確規定目的，以及用環境的小型三維圖指出要求的目的。控制車輛的另一個方法是動態改動比例尺，整個環境降低比例就運用戶可以到達要求的目的，然后升高用戶指定的目的區的比例。一切方法都有缺陷，包括難以控制和定向。VR中存在物體的層次，它們在遨游中有不同的行為。某些物體固定在環境中遭到用戶和車輛的作用。另一些物體是用戶總希望到達的虛擬工具，它們只遭到頭部變換的作用。還有些物體〔如數據顯示〕總希望在用戶視場中，而且不受用戶和車輛作用。這些物體分別稱為：世界靜止，車輛靜止，頭靜止。雖然知道遨游軟件的根底是數學，但還要作實驗。3．操作系統為了建立當前多數VR系統，普通運用運轉某種UNIX操作系統的商業任務站(這些任務站最初的設計不是滿足實時性能要求的)。其它途徑是利用更公用的嵌入式計算元件(能夠在通用任務站中用作前端機)，運轉為支持實時分布計算設計的操作系統。后一種途徑大量用于有劇烈實時要求的領域〔如過程控制和遙機器人〕。虛擬環境要求的操作系統才干包括：經過共享存儲通訊支持大量的輕型處置，支持自主和透明地分配義務到多計算資源，支持時間關鍵的計算和繪制，很高分辨率的時間分片以及擔保執行時間優先的過程雖然沒有專門涉及這些問題，IEEEPosix規范委員會開場把實時才干引進開放系統任務站環境。特別，IEEE規范1003.4(UNIX的實時擴展)，規范1003.4a(UNIX的線索擴展)，和規范1003.13(對實時運用支持的運用環境外形)，對要求某種層次實時控制的VR開發是重要的。這些規范中規定的才干的詳細子集,在某些圖形任務站上可以得到(如運轉IRIX5版本操作系統的SGI任務站)。支持操作系統中這些才干，將大大促進許多VR運用的開發。4．虛擬現實編輯器今天的通用程序設計環境是基于窗口、菜單和圖標〔icons〕。這些用于大量不同的程序，由文本編輯到畫圖程序或spreadsheet。如今能夠擴展同樣的途徑，產生或編輯虛擬現實環境。"用虛擬現實系統自然的3-D接口產生虛擬環境帶來極大的優越性。用戶可以在環境中運動，挪動物體到一個位置，并按需求改動其它屬性。這提供交互更強，建模更自然的系統?？梢杂赏慨嫎嬙焯摂M環境，只需由對象庫選擇對象〔有默許的屬性〕，把對象在虛擬空間定位，然后選擇和修正給定的屬性。由環境中產生和刪除對象的才干，對于我們快速改造給定環境以滿足用戶要求是很根本的。"虛擬現實編輯器對仿真開發者是很強的工具。經過在現有規范練習中的構造，即使程序設計新手也能開場構造虛擬世界。以高度交互的方式，用戶可以立刻看到被仿真對象產生和修正的結果。運用開發者看到編輯結果是經過實時仿真中運用的同樣的顯示〔HMD或CRT〕。反之，同樣的輸入工具〔3-D鼠標、手柄、跟蹤球等〕也用在編輯方式。這允許由各個角度看到編輯過程，甚至在臺式任務站上。把虛擬現實編輯器放進虛擬現實系統，就得到一個出色的虛擬現實開發系統。5．內部常駐建模器虛擬現實編輯器具有內部動態建模設備。這對于新手是很方便的，但限制了能夠建模的物理特性的選擇。在復雜的仿真中，能夠必需建模物理特性〔力、重力、變形等〕，這要寫獨立的工具盒程序。這提供了最大的靈敏性，但要求很好的面向對象程序設計技巧。完好的靈敏性的建模工具盒是新的“CyberspaceDeveloperKit--CDK〞。它的庫有很大的函數集〔超越1200〕，組織在140個C++類中。類組織成層次，有“根本類〞〔沒有父輩〕和子類〔承繼根本類的屬性〕。例如，約40%的CDK類是由CyBase類承繼，它定義事件處置功能〔稱為方法〕。VRT3工具盒圖形接口用于產生新的虛擬對象。想法是給生手提供一種用戶友好的直觀的接口，把虛擬世界放在單個臺式機器上。IBM開發了VR-DECK工具盒，它把圖形編程的運用擴展到多用戶網絡仿真。在多用戶分布系統中，開發者的任務很困難。這個任務是把可得到的計算資源分配給各個仿真義務，并確保得到異類系統任務。不同計算和通訊才干的機器，設備定位和構造約束，使過程調度義務復雜化。6．事件調度在每個仿真循環中，需求實時讀入用戶輸入，使得執行時間最少。這些數據用于修正虛擬對象的位置、外形、速度等。來自外部傳感器或程序的附加輸入，用于改動對象的“智能〞屬性。得到的場景顯示在用戶的HMD或計算機屏幕。類似的，聽覺、觸覺、力覺等反響也顯示。實時陳列或"調度"一切這些事件是重要的編程義務，它是由根本的工具盒函數處置的。用Sense8“WorldToolKit〞(WTK)闡明這個過程。WTK是一組C函數〔WTK版本1.0有230個函數，1993年的WTK版本2.0有400多個函數〕。這些函數有記憶語法“class-method()〞，以便協助面向對象的程序設計。WTK把虛擬世界稱為宇宙〔能夠存在幾個宇宙，由入口相聯，但在給定時間只顯示一個宇宙〕。假設在這一點，這個宇宙存在，并有各種對象居住〔動態的和靜態的〕。為了實現這個，需求相繼調用universe-new()初始化這個宇宙，再調用universe-load()裝入被仿真的詳細世界。然后由WTK的universe-go()函數進入仿真循環〔無限次反復〕，由universe-stop退出。宇宙有用戶定義“行為函數〞，它的調用是在繪制當前的畫面以前。行為函數由universe-setaction調用來設置，它允許仿真的運用控制。每個圖形虛擬對象對每個畫面也可以完成一次義務。義務是由object-settask規定，并建模對象屬性。最后，繪制這個宇宙，并經過讀取I/O工具〔傳感器〕開場新的循環。虛擬現實中的軟件系統小結虛擬現實工具軟件的要求包括：工具軟件(工具盒)是面向對象函數的可擴展的庫；硬件獨立性；支持某種方式的網絡；接受CAD3-D文件。

虛擬現實工具盒〔toolkits〕包括："WorldToolKit--WTK"，"VCToolkit--VCT"，"CyberspaceDeveloperKit--CDK"，"VirtualRealityToolkit--VRT3"，"Mercury"，"VirtualRealityDistributedEnvironmentandConstructionKit"。

VRML的特點包括：它是外型言語,可描畫3D場景；用戶可進入VRML建立的世界，去探求它；VRML建立的世界是交互的，受用戶控制；把2D，3D物體、動畫、多媒體效果混合于一體；平臺無關，可在PC或SGI上閱讀；基于Web，可建立三維可視化效力器；著色不如OpenGL快；沒有底層控制；有限的界面。

虛擬現實工具軟件各模塊的功能如下：交互軟件是接受用戶操作與控制的接口軟件；虛擬場景遨游軟件運用戶能在三維虛擬世界中挪動；虛擬環境要求的操作系統有特殊才干；編輯器產生或編輯虛擬現實環境，并具有內部動態建模設備，事件調度軟件調度一系列事件。3虛擬現實的網絡和通訊虛擬現實的網絡和通訊硬件虛擬現實的網絡和通訊軟件分布式虛擬現實的工具軟件實時分布式仿真1虛擬現實的網絡和通訊硬件分布式VR對網絡和通訊有什么要求？極大的帶寬，支持多用戶、錄象、錄音，三維圖形交換和實時模型。此外要求開發新技術，處置在網絡上數據的混合。網絡構造網絡構造有以下四類：①無效力器系統〔廣播方式和多發射方式〕②集中化系統，③多效力器系統，④并列的多效力器系統。1無效力器系統單廣播任務方式：最簡單的情況時，在LAN上的兩臺機器，每臺機器都直接給另一臺機器發信息。普通情況時，在LAN上的每臺機器都直接給一切其它機器發信息，這稱為單廣播任務方式。多發射任務方式：在多發射任務方式中，為了節省帶寬，實現中繼線的共享。經過“簽名〞到多發射地址，機器就能接受通道上一切音訊。它還允許恣意大小的包在一次發送中傳輸。它應該是最好的選擇。可以運用代理，由代理簽名到多發射地址，客戶直接連到代理。無效力器系統的優點為：沒有中心的瓶頸，不會因一點呵斥失敗，多發射是有效率的網絡，多發射簽名是方便的濾波機制。無效力器系統的缺陷為：難以管理，網絡耗費是O〔機器數〕2，必需檢查一切廣播的包2集中化系統集中化系統是單效力器系統，一臺效力器分別與各臺客戶機建立通訊途徑。可以舉例闡明？運用實例是多人參與的分布式游戲。普通支持8到32個人參與游戲，取決于系統才干和游戲復雜性。集中化系統的缺陷是：中央效力器是瓶頸，有可靠性問題，有附加的延遲。集中化系統的優點是：瓶頸是有用的，一切通訊經過知點，該知點是自然的選通點。

3多效力器系統多效力器系統中有多臺效力器。每臺效力器可以與多臺客戶機通訊，每臺客戶機也可以與多臺效力器通訊。多效力器系統的優點有：可靠性好〔多效力器可以用作冗余〕，可擴展的〔中央效力器的義務被分配給多臺效力器，這可以經過把客戶機分組，或者經過把虛擬世界劃分成區〕。多效力器系統的缺陷有：共享的模型沒有傳播變化，有單一的缺點點4并列的多效力器系統并列的多效力器系統有多臺互連的效力器，每臺效力器連到該效力器獨有的多臺客戶機〔即每臺客戶機只連到它叢屬的獨一一臺效力器〕。并列的多效力器系統的優點有：效力器的層次構成選通的層次，可以基于負載進展動態的負載共享，并列的效力器可以共享獨一的世界模型。并列的多效力器系統的缺陷有：并列的義務很困難〔如何把義務分配給各個效力器的組來執行〕，無方向的層次能夠添加延遲〔在多效力器之間路由〕。

VR系統如何選擇網絡構造？為了交互性選擇無效力器系統為了簡單性選擇集中化系統為了可擴展性選擇無效力器系統或多效力器系統為可靠性選擇并列的多效力器系統。2虛擬現實的網絡和通訊軟件1．世界模型問題通訊軟件把虛擬世界模型的變化傳給網上其它用戶，并允許新用戶進入系統。希望網絡形狀和用戶情況都能經過通訊軟件來傳送。在構造虛擬世界時，特別是希望多個用戶在系統中時，計算等復雜性很容易超越單臺任務站所能接受的才干。分布式要求這些在轉向網絡化環境時，對于圖形和接口軟件需求擴展到涉及數據庫一致性的復雜系統。任務站間的規范信息協議需求傳送虛擬現實的變化對小的系統，重要的是確保網上一切用戶有同樣的世界模型和描畫。在少于500個用戶的系統中，虛擬世界中每個節點有完全的世界模型。例如，美國國防部的SIMNET系統對有更多用戶的系統(1000到300000個用戶)，不應傳播完全的世界模型，而應思索在世界模型中滾動，如飛機仿真器在地面滾動。〔對于特定用戶，只保管與他有關的那部分模型〕雖然研討任務很少，但是至少有一個概念，稱“MirrorWorlds〞。它提供信息組概念(如分布式黑板)、組操作、信息的發布、讀和耗費。這個概念里允許經過大的分布系統傳送各類信息的靈敏性，這是建立大型虛擬世界必要的靈敏性。但是有效的實時實現它還有問題。分布交互仿真(DIS)是國防部仿真的最新通訊規范。在用戶希望交互的情況，它的延遲時間少于100ms。這是為減小人的滯后感，以免引起人眩暈。2．軟件質量的有關問題。〔1〕軟件質量軟件質量包括：可靠性，可用性，以及可維護性。用戶對軟件的要求取決于運用的目的。游戲必需是有趣的，仿真必需是正確的，訓練器必需是實時的，建模器必需是交互的。〔2〕開發高質量軟件的過程需求分析和定義，系統設計，程序設計，程序實現，單元測試，集成測試，系統測試，系統遞交，維護?！?〕軟件工具開發好的軟件需求時間和閱歷。因此，曾經開發出了很多工具軟件，協助軟件開發者任務。好的工具軟件應該是：代碼重用，具有專門閱歷，模塊化，快速建模，快速投入市場。工具軟件的分類有：①效力型〔庫〕：通用的機制，特殊的過程，②構架型：效力型+程序構造的加強，③系統型：框架型+main()。〔4〕現有軟件的缺乏研討的工程還不夠大〔難以留意到一些例外〕，問題空間太復雜〔多學科交叉〕，虛擬環境技術不成熟?！?〕分布式虛擬環境軟件的運用要求①對虛擬環境軟件的特殊要求：利用實例劇情，來建立環境。例如賽車一樣逼真。②對分布式虛擬環境軟件的特殊要求：同①。③對虛擬環境軟件的共性要求：穩定性，容錯才干，可恢復，可了解，可學習，可分析，可構造，時間和資源屬性，可操作，精度，可測試，平安。④對分布式虛擬環境軟件的共性要求：除了③外還有：互操作性，一致性/交互性，可構成，可協作。3分布式虛擬現實的工具軟件下面引見6種分布式虛擬現實的工具軟件1．DIVE

2．MASSIVE

3．Bamboo

4．DoDHighLevelArchitecture(HLA)

5．NetworkedVirtualEnvironments

6．OpenCommunityandSchmoozer

1．DIVEDIVE是由SwedishInstituteofComputerScience(SICS)開發的。1991年發布版本1，如今的版本是3.2。運轉在SGIIRIX,PCNT4,PCLinux/Mesa,SunSolaris,HPHPUX。為了研討，可以得到免費的版本〔3.1.0版本的源代碼〕。DIVE的中心系統是用C寫的，綜合的多層的API支持客戶的運用?？蓴U展的客戶運用〔diva〕提供普通的繪制器，并調用一個特殊的TCL機制〔script〕實現實踐的接口和菜單。在世界數據庫中的TCL機制是TCL命令和工具的集合。規范的用戶客戶機有以下特性：圖形實現的范圍，遨游運載器的范圍，對象選擇挪動和編輯工具，改動世界的入口，網絡音頻會議，網絡視頻支持。DIVE的世界是層次的分布式數據庫包括幾何、紋理和TCL機制。DIVE的Agent是過程，它可以結合多個World。一切的Agent是平等的。World是完全復制的，形狀轉移是由任何成員經過TCP進展，修正、音頻和視頻是經過IP多發射。DIVE的一致性問題：成員結合及形狀轉移式自動操作〔由ISIS工具盒產生〕，對修正有可靠的多發射，對每個實體用單個序列，在運用序列轉移時要報告。DIVE的留意管理問題：支持多個并存的世界，支持用戶定義的留意管理，支持客觀的觀念。DIVE的優點是：免費用于研討，多發射的分布式，性能良好，靈敏的TCL機制和定制的運用，支持世界再劃分和客觀性，支持音頻和視頻。DIVE的缺陷是：假設網絡有低損耗和合理的高帶寬〔小延遲〕，不能確保一致性〔特別是由于網絡的延遲〕，文本很混亂。DIVE的構造表示圖2．MASSIVEMASSIVE是由theUniversityofNottingham開發的，可免費用于研討。任務在SGI和PC。MASSIVE的優點是：綜合實現了空間交互模型，認識驅動的通訊和呈現，第三方的留意管理，包括音頻和某些視頻，效力器和多發射用于修正及媒體，可擴展的面向對象的實現，建立在通用的分布式對象模型上。MASSIVE的缺陷是：很有限的文本，一致性的操作控制有限，遠程操作時對延遲敏感，負擔較重，性能有限，世界復雜，不是基于script的工具，全部用C/C++編程。

3．BambooBamboo的開發動機是同時被幾億人共享的一個永存的虛擬環境什么叫永存？永遠不會有全局的再啟動(globalreboot)。一切修正都是在運轉中進展。Bamboo的要求有：①可擴展性：在性能中曾經給定了②輕便型：速度、可靠、價錢的折衷，涉及系統調用、圖形、網絡、GUI等；③支持多種言語：每種言語都有優點和缺陷；④性能：最小30Hz-50Hz，求解有效⑤價錢：開發環境達平均程度，運轉環境免費。Bamboo的設計，要求整個系統動態可擴展。中心僅實現裝入和卸出各模塊所需的邏輯。一切運用都是經過很多模塊的協作完成的。Bamboo建立在C/C++上，保管了最底層的速度，一切言語都可以嵌入。Bamboo任務原理模塊內部有三種情況：Dataonly,Plugin(s)+Data,Plugin(s)only。其中的Data是幾何、紋理和聲音，Plugin是屬性。存在兩種Plugin：由同一種言語開發的Plugin〔Homogeneous〕，由多種言語開發的Plugin〔Heterogeneous〕。存在兩種模塊：平臺無關的模塊〔一切Plugin用平臺無關的言語開發，如Java、Perl、Pethon、Tcl或提供源代碼的C/C++〕，平臺公用的模塊〔至少一個Plugin不是用平臺無關的言語開發，如ASM、C、C++、Fortran、Pascal，并且不提供源代碼〕。

4．DoDHighLevelArchitecture(HLA)DoDHLA是在theDMSOUniversityOutreachProgram方案下，由theMcLeodInstituteofSimulationSciencesatCSUChico開發的?！?～mcleod〕HLA開發的意圖是：支持現有的和新的仿真系統的互操作性及重用性，定義允許多種硬件軟件和網絡構造的體系構造。HLA包括：聯盟規那么〔它確保在聯盟中仿真的交互，并描畫仿真和聯盟的責任〕接口規范〔它定義Run-TimeInfrastructure(RTI，運轉根底構造)效力，并且識別出聯盟的“收回〞功能〕，對象模型樣板(OMT，它提供紀錄信息的通用方法)。接口規范在管理方面包括：聯盟管理，宣言管理，對象管理，一切權管理，數據分布管理，時間管理。接口規范在其它方面包括：接口稱號和效力的簡要描畫，提供變元，前往變元，前條件，后條件，例外情況，相關效力。FedExec〔TheFederationExecutive〕是聯盟執行者。每次執行聯盟時它有一個運轉過程，它還管理多個聯盟的協作，它進展聯盟間的數據交換，它是用戶操作的接口。RtiExec〔TheRTIExecutive〕是RTI執行者。它管理多個聯盟執行者的產生和消除，確保每個FedExec有獨一的稱號，在一個平臺上執行全過程，收聽知的入口，用戶操作的接口。LibRTI〔TheRTILibrary〕是RTI庫。它為聯盟提供HLA效力方法，它有與RtiExec,FedExec通訊的方法，它用C++編程，接口用C++,Java,CORBAIDL,Ada。HelloWorld代碼的義務：產生和消除聯盟，聯盟的結合及放棄，發布數據，發收數據到其他聯盟。5．NetworkedVirtualEnvironments軟件本身的Internet〔設計和要求，動態順應性〕，游戲〔要求及途徑〕，以及程序設計言語〔限制及選擇〕。Internet的規劃包括：帶寬由kbps到gbps，延遲由毫秒到秒，防火墻和平安防線，可變的協議才干〔如多發射〕，很多用戶及運用。互作用的宇宙包括：帶寬管理〔混合的peer效力器通訊構造，用于最有效的數據流動〕，異構的銜接〔基于才干的通訊〕，支持普通運用〔成組管理，嵌入式構造〕，對于Web〔完全用Java寫的高性能效力器〕，其他特性〔可靠的事件，效力器轉移，遠程監控等〕。2有2方面動態順應性。一方面是混合的動態順應性?？蛻舭l數據直接給目的地的子集，效力器傳送給其他的peer，經過估計帶寬來確定速率。另一方面是協議發現。它的目的是運用對傳播數據最適宜的通訊協議。它的途徑是對每一對主機，動態選擇最好的協議。其他Internet問題有：VRML(VirtualRealityModellingLanguage)，系統下載和組成，集成實時的視聽流，支持公用的協議，批量形狀轉移〔如地形〕，效力器的動態選擇和規劃。Internet的游戲系統要求網絡化的VR系統。它要務虛時交互〔延遲