分布式虚拟现实系统有哪些特征 分布式虚拟现实系统设计因素

分布式虚拟现实系统(Distributed VR)的研究开发工作可追溯到20世纪80年代初。1983年，美国国防部(DOD)制定了SIMENT的研究计划;1985年，SGI公司开发成功了网络VR游戏DogFlight。到了20世纪90年代，一些著名大学和研究所的研究人员也开展了对分布式虚拟现实系统的研究工作，并陆续推出了多个实验性分布式虚拟现实系统或开发环境，典型的例子有1990年美国NPS开发的NPSNET，1992年美国斯坦福大学的PARADISE/Inverse系统，1993年瑞典计算机科学研究所的DIVE以及加拿大Albert大学的MR工具库，1994年新加坡国立大学的BrickNet以及英国Nottingham大学的AVIARY。

分布式虚拟现实系统是一个基于网络的可供异地多用户同时参与的分布式虚拟环境。在这个环境中，位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，使多个用户同时参加一个虚拟现实环境，通过计算机与其他用户进行交互，共享信息，并对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。

分布式虚拟现实系统具有以下特征。

(1)共享的虚拟工作空间;

(2)伪实体的行为真实感;

(3)支持实时交互，共享时钟;

(4)多个用户以多种方式相互通信;

(5)资源信息共享以及允许用户自然操作环境中的对象。

分布式虚拟现实系统是基于网络的虚拟环境，在这个环境中，位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相联结。根据分布式系统环境下所运行的共享应用系统的个数，可把DVR系统分为集中式结构和复制式结构两种。

集中式结构是只在中心服务器上运行一份共享应用系统，该系统可以是会议代理或对话管理进程。中心服务器的作用是对多个参与者的输入输出操作进行管理，允许多个参与者信息共享。它的特点是结构简单，容易实现，但对网络通信带宽有较高的要求，并且高度依赖于中心服务器。

复制式结构是在每个参与者所在的机器上复制中心服务器，这样每个参与者进程都有一份共享应用系统。服务器接收来自于其他工作站的输入信息，并把信息传送到运行在本地机上的应用系统中，由应用系统进行所需要的计算并产生必要的输出。它的优点是所需网络带宽较小。另外，由于每个参与者只与应用系统的局部备份进行交互，因此交互式响应效果好。但它比集中式结构复杂，在维护共享应用系统的多个备份的信息或状态一致性方面比较困难。

分布式虚拟现实系统的设计与实现必须考虑以下因素。

(1)网络带宽的发展。网络带宽是虚拟世界大小和复杂度的一个决定因素。当用户增加时，网络的延迟就会明显，带宽的需求也随之增加。

(2)先进的硬件设备和软件技术。为了减少数据传输的延迟，实现实时操作，增强真实感，必须采用兼容的先进的硬件设备。例如改进路由器和交换技术、使用快速交换接口和对计算机进行硬件升级。

(3)分布机制。分布机制直接影响系统的可扩充性。常用的消息发布方法为广播、多播和单播。其中，多播机制允许任意大小的组在网上进行通信，它能为远程会议系统和分布式仿真应用系统提供一对多和多对多的消息发布服务。

(4)可靠性。在增加通信带宽和减少通信延迟这两方面进行折中时，应考虑通信的可靠性问题。可靠性是能够顺利通信的保证之一，它由具体的应用需求来决定。有些协议有较高的可靠性，但传输速度慢，反之亦然。

分布式虚拟现实的典型实例是在军事训练中应用的SIMNET系统。此系统中军队被布置在与实际车辆和指挥中心相同的位置，它们可以看到一个有山、树、云彩、硝烟、道路以及由其他部队操纵的车辆的模拟现场。这些由实际人员操纵的车辆可以相互射击，系统利用无线电通信和声音效果来加强真实感。系统的每个用户可以通过环境视点来观察别人的举动。炮火的显示极为逼真，用户可以看到被攻击部队炸毁的情况。SIMNET系统可将多达1000个部队用网络连接起来。因此，SIMNET被称为第一个廉价而又实用的模拟网络系统，它可以用来训练坦克、直升机以及战斗演习，并训练部队之间的协同作战能力。

目前，分布式虚拟现实系统在远程教育、科学计算可视化、工程技术、建筑、电子商务、交互式娱乐和艺术等领域都有着极其广泛的应用前景。利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏和虚拟社区全新的应用系统。