分布式虚拟现实及其应用课件

分布式虚拟现实及其应用浙江大学CAD&CG国家重点实验室分布式虚拟现实及其应用1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的发展方向内容概述2一概述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的两项技术

*虚拟现实(VirtualReality,VR) *Internet网络一概述1.1分布式虚拟现实的含义3一概述1.1分布式虚拟现实的含义

分布式虚拟现实(DistributedVirtualReality,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DVR系统或工具的开发涉及多个领域

*虚拟现实 *分布式系统*实时图形绘制技术*异步系统设计*数据库 *用户界面设计

一概述1.1分布式虚拟现实的含义4一概述1.2DVR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1.2DVR的产生和发展5一概述1.2DVR的产生和发展

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*MUDVEDVR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”)，…..）

一概述1.2DVR的产生和发展6一概述1.3DVR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1.3DVR的特征7一概述1.4DVR的需求表1DVR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

一概述1.4DVR的需求8二国内外研究概况及典型系统介绍2.1DVR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)

二国内外研究概况及典型系统介绍2.1DVR开发工具9

2.2工具比较

表2典型DVR系统的分布特征比较系统dVS MR DIVE NPSNET AVIARY DVRNET 模型表示共享DB共享DS共享DB分布式仿真面向对象 分布式仿真备份部分 2个拷贝 全部 全部 全部 全部 通信结构C/S M/S 点-点点-点 点-点 C/S 点-点 消息传送 广播分布计算不支持支持 不支持 不支持支持 支持 并行粒度粗粗粗 粗 细 粗 并行单位进程进程 进程 Player对象 对象 负载平衡不支持不支持 不支持 不支持支持 N/A 网络环境异构异构 异构 异构 异构 异构

2.2工具比较102.3DVR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…)协同设计

2.3DVR的应用领域11三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

三DVR系统的模型和结构3.1数据模型12

3.2DVR计算模型

图1基于DS模型的虚拟现实系统软件结构计算几何模型展示用户交互

智能代理3.2DVR计算模型13

图2MPSC域分解模型

14

3.3DVR系统的通用参考结构模型

3.3DVR系统的通用参考结构模型15四DVR系统的关键技术及需进一步研究的问题4.1DVR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

四DVR系统的关键技术及需进一步研究的问题4.1DVR16

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

4.2需进一步研究的问题17五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]五DVR的典型应用5.1网上虚拟商城18五DVR的典型应用5.2网上电子售楼系统的功能和特点

模仿真实的售楼环境基于三维图形和图象的建模[演示]用户的交互和实时显示智能的导购小姐或先生家具的虚拟布局网上的实时访问和看房网上交互式装修

五DVR的典型应用5.2网上电子售楼19

六DVR中的几个关键技术

(一)网上实时几何模型传送

Table1:testdata(time:ms)

LodDatasize12345678910Lod0943160 591581570581581590581581581581 Lod1747905 471471470460471 461461471460471 Lod2553015 350350350350350 360350351351351 Lod3356675 240230230250240 231240240240240 Lod4174890 120121120130130 120120121120131 Lod541165 40404040404040403040

六DVR中的几个关键技术

(一)网上实时几何模型传送20

(二)多用户分布式虚拟环境MUDVR

*面向Internet应用*支持VRML场景描述*具有规模可扩展性*有效的场景几何数据管理*系统动态负载平衡*提供信息服务和资源定位机制

(二)多用户分布式虚拟环境MUDVR

211(a)MUDVR的系统网络拓扑结构图(服务器)1(a)MUDVR的系统网络拓扑结构图(服务器)221(b)MUDVR的系统网络拓扑结构图(客户)1(b)MUDVR的系统网络拓扑结构图(客户)232基于CORBA的分布式虚拟环境2基于CORBA的分布式虚拟环境243系统中包含的主要功能面向对象场景对象管理系统动态负载平衡系统信息服务和资源查找定位3系统中包含的主要功能面向对象场景对象管理25(1)面向对象场景数据管理对象表示 *节点 *域和域值 *事件和路由 *流接口 *绘制和碰撞检测对象分布和更新对象数据库的建立(1)面向对象场景数据管理对象表示26(2)对象管理软件结构(2)对象管理软件结构27(3)信息服务和资源定位DVR系统需要信息服务和资源定位服务目前的资料表明没有DVR系统提供信息服务和资源查找定位服务(3)信息服务和资源定位DVR系统需要信息服务和资源定位服28(4)资源分类和描述场景对象，包括3D图形数据、图象、声音等用户对象：包括管理员、普通用户等任务对象：需要执行的计算任务任务执行者：主要指完成计算任务的计算机(4)资源分类和描述场景对象，包括3D图形数据、图象、声音29(5)信息服务体系结构(5)信息服务体系结构30资源信息目录树资源信息目录树31(6)信息服务和资源定位在系统中的应用(6)信息服务和资源定位在系统中的应用32(7)多用户分布式虚拟环境系统中的动态负载平衡DVR系统中存在三类实体：用户控制的实体、静止的实体、系统仿真实体用户和系统仿真实体的移动造成系统的负载不平衡，影响系统的性能(7)多用户分布式虚拟环境系统中的动态负载平衡DVR系统中33（三）基于HLA的分布并行绘制技术研究背景和意义国内外研究现状和发展趋势主要研究内容和技术（三）基于HLA的分布并行绘制技术研究背景和意义34研究背景和意义－1分布并行绘制技术的应用需求科学计算可视化、大规模的虚拟仿真系统等对计算机图形处理能力要求提高高分辨率、分辨率可扩展、巨型几何场景、大数据量纹理应用实例南水北调大型仿真系统DVENET战术对抗仿真演练的分布式虚拟战场环境浙江大学新校区漫游系统研究背景和意义－1分布并行绘制技术的应用需求35研究背景和意义－2器件技术的限制：计算机的存储容量和计算速度是有限的。计算机网络技术和飞速发展的微处理器技术为分布并行绘制提供了丰富的计算资源，具有无限的发展前景。研究背景和意义－2器件技术的限制：计算机的存储容量和计算速度36研究背景和意义－3广阔的应用前景科学计算可视化虚拟产品开发技术和虚拟原型技术多军种联合作战仿真演练复杂的、昂贵技术的仿真培训大型项目的仿真系统作项目分析、论证灾情仿真模拟教育娱乐：网上游戏与教学研究背景和意义－3广阔的应用前景37国内外研究现状和发展趋势并行图形结构分类[S.Molnaretal.1994]sortfirstsortmiddlesortlastPomegranate[M.Eldridge2000]Transform&LightingRasterizationTextureFragmentDisplay国内外研究现状和发展趋势并行图形结构分类[S.Molnar38典型的图形流水线典型的图形流水线39Sort-first在几何处理阶段决定图元对象在屏幕上的对应位置。所有参与并行渲染阶段的每个对象管理一个屏幕区域的渲染。

屏幕几何预处理几何预处理几何预处理几何预处理几何处理几何处理几何处理几何处理光栅化光栅化光栅化光栅化Sort-first在几何处理阶段决定图元对象在屏幕上的对应40Sort-middle经过几何变换处理的图元被发送到负责一定的屏幕区域的像素化处理器。

Sort-middle经过几何变换处理的图元被发送到负责一定41Sort-last直接分配图元到渲染器，每个渲染器绘制整个屏幕图像，在深度合成阶段重新发布像素。屏幕几何处理几何处理几何处理几何处理光栅化光栅化光栅化光栅化深度合成深度合成深度合成深度合成Sort-last直接分配图元到渲染器，每个渲染器绘制整个屏42典型的并行绘制硬件系统SGIRealityEngine（SGI公司）sort-middle高速系统总线实现几何数据分配，多通道拼图输出。Pixelflow（北卡大学，计算机系）Sort-last几何处理器和光栅化处理器采用SIMD的体系结构，使用一个逻辑内存区域支持高速图像合成。Pomegranate原型设计系统（斯坦福大学）sort-anywhere5级图形流水线：命令处理阶段，几何变换与光照处理，光栅化与纹理贴图，图像合成，图像显示。典型的并行绘制硬件系统SGIRealityEngine43SGIRealityEngineSGIRealityEngine44Pixelflow的光栅化处理器Pixelflow的光栅化处理器45PomegranatePomegranate46已有的并行绘制软件系统

GLX和X窗口系统

OpenGL打包发送到远程绘制，不跟踪OpenGL的状态。GLR客户机向GLR服务器发送OpenGL命令，服务器将渲染的最终结果返回。是一个远程绘制系统。Princeton的多投影系统－2X4的投影墙sort-first,只有一个节点负责命令分布；8个接收命令的绘制节点。该系统不跟踪OpenGL的状态。Pmesasort-last，运行于大规模消息传递的系统。参数化集成binaryswapping和并行流水线合成两种图象合成方法，已有的并行绘制软件系统GLX和X窗口系统47WireGL图形集群计算系统

第一个sort-first状态跟踪和切换，懒更新策略16客户节点+16服务器节点Lightning-2硬件：图象合成WireGL图形集群计算系统第一个sort-first48WireGL的客户节点负责分配OpenGL命令数据包到服务器节点，服务器节点负责OpenGL包的解码和绘制，并且将最终的图像通过数字视频接口发送到数字视频合成硬件Lightning2，将图像拼接成完整的图像。WireGLWireGL的客户节点负责分配OpenGL命令数据包到服务器49HLA标准1983年开发的SIMNET，供军事训练用的低价格、联网的分布式军用虚拟环境。1993DIS协议成为IEEE标准仿真组件的互操作性和组件的可重用性HLA在1996年8月完成基础定义，随后为北约各国采纳，并于2000年9月被IEEE接受为标准。美国国防部规定2001年后所有国防部门的仿真必须与HLA相容。HLA标准1983年开发的SIMNET，供军事训练用的低价格50HLA基本架构HLA是一个在组件仿真之外建立计算机仿真的软件体系结构HLA基本架构HLA是一个在组件仿真之外建立计算机仿真的软件51HLA的基本内容HLAInterfaceSpecification将发生在federate和federation之间的数据交换划分为6大管理模块Federation管理 控制仿真 Declaration管理 协商数据交换 Object管理 交流实体的存在信息和特征信息 Ownership管理 共享属性拥有权 Time管理 影响Federation时钟 DataDistribution管理 Route信息 RTISupportServices 底层的基本服务

HLA的基本内容HLAInterfaceSpecific52HLA研究现状美空间导弹防御战实验室：FASTlabEDISON(EuropeDISOnNetwork)OpenSkies的MMPOG，符合HLA标准开发的大规模多用户网络游戏软件开发工具包。北京仿真中心HLA研究现状美空间导弹防御战实验室：FASTlab53主要研究内容和技术可扩展性研究混合结构、任务划分、负载平衡、降低传输带宽需求任务划分和负载平衡开销小，又能降低传输量的自适应的任务划分方法基于sort-first的网格划分算法同步问题时间管理和同步机制研究数据传输策略，减少网络带宽需求改进传输策略，利用帧相关性，减少每帧的数据传输量基于流的实时几何数据压缩，在HLA框架中提供支持分布并行图形绘制的新机制同步、任务划分、数据分布、Caching主要研究内容和技术可扩展性研究54实现方法－1通过分析数据包的大小与网络传输带宽以及网络传输延迟之间的关系，找到合适的任务分配粒度，使得减少数据打包和网络传输延迟等分布计算的额外开销，以提高系统的性能。设计并实现一个自适应的任务划分方法，即根据应用计算任务的规模，自适应地在不同数据层次（如点、三角形、对象）划分任务，并分布到各个计算节点上，以取得最好的数据传输效率。研究高速、有效的数据压缩与传输算法，以减小任务分布、屏幕计算划分、图象合成时的数据传输量，减少网络带宽需求。实现方法－1通过分析数据包的大小与网络传输带宽以及网络传输延55实现方法－2设计一种并行处理的新结构，在绘制过程中尽可能只传输状态数据，对于计算数据，只传输一个较小的更新数据集，以此减少网络数据传输需求。对于可扩展性，我们希望针对网络带宽这个最大的瓶颈问题，通过自适应的任务划分和分布、避免大的计算数据集的网络传输、实时几何数据流压缩与传输算法、可变的计算节点等多方面的方法，来实现系统的可扩展性。在HLA中提供支持分布并行绘制的同步机制。如一个应用绘制系统可以作为多个视点相同、视角不同、订阅区域不同、运行于不同客户节点上的Federates加入到分布仿真系统中，多个Federate之间的同步和通信及视景校准由HLA提供支持。实现方法－2设计一种并行处理的新结构，在绘制过程中尽可能只传56七DVR的发展方向

支持协同工作,DVR==>CVE

使用Internet,形成虚拟社会使用限时计算技术保证实时响应DVR中几何模型数据的有效管理把三维真实感声音集成到DVR中把人工智能技术引入到DVR系统中（IVE，DIVE）DVR和其他新应用（如电子商务）结合：网上虚拟商城,网上售房,…七DVR的发展方向57分布式虚拟现实及其应用浙江大学CAD&CG国家重点实验室分布式虚拟现实及其应用58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的发展方向内容概述59一概述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的两项技术

*虚拟现实(VirtualReality,VR) *Internet网络一概述1.1分布式虚拟现实的含义60一概述1.1分布式虚拟现实的含义

分布式虚拟现实(DistributedVirtualReality,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DVR系统或工具的开发涉及多个领域

*虚拟现实 *分布式系统*实时图形绘制技术*异步系统设计*数据库 *用户界面设计

一概述1.1分布式虚拟现实的含义61一概述1.2DVR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1.2DVR的产生和发展62一概述1.2DVR的产生和发展

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*MUDVEDVR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”)，…..）

一概述1.2DVR的产生和发展63一概述1.3DVR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1.3DVR的特征64一概述1.4DVR的需求表1DVR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

一概述1.4DVR的需求65二国内外研究概况及典型系统介绍2.1DVR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)

二国内外研究概况及典型系统介绍2.1DVR开发工具66

2.2工具比较

表2典型DVR系统的分布特征比较系统dVS MR DIVE NPSNET AVIARY DVRNET 模型表示共享DB共享DS共享DB分布式仿真面向对象 分布式仿真备份部分 2个拷贝 全部 全部 全部 全部 通信结构C/S M/S 点-点点-点 点-点 C/S 点-点 消息传送 广播分布计算不支持支持 不支持 不支持支持 支持 并行粒度粗粗粗 粗 细 粗 并行单位进程进程 进程 Player对象 对象 负载平衡不支持不支持 不支持 不支持支持 N/A 网络环境异构异构 异构 异构 异构 异构

2.2工具比较672.3DVR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…)协同设计

2.3DVR的应用领域68三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

三DVR系统的模型和结构3.1数据模型69

3.2DVR计算模型

图1基于DS模型的虚拟现实系统软件结构计算几何模型展示用户交互

智能代理3.2DVR计算模型70

图2MPSC域分解模型

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3.3DVR系统的通用参考结构模型

3.3DVR系统的通用参考结构模型72四DVR系统的关键技术及需进一步研究的问题4.1DVR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

四DVR系统的关键技术及需进一步研究的问题4.1DVR73

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

4.2需进一步研究的问题74五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]五DVR的典型应用5.1网上虚拟商城75五DVR的典型应用5.2网上电子售楼系统的功能和特点

模仿真实的售楼环境基于三维图形和图象的建模[演示]用户的交互和实时显示智能的导购小姐或先生家具的虚拟布局网上的实时访问和看房网上交互式装修

五DVR的典型应用5.2网上电子售楼76

六DVR中的几个关键技术

(一)网上实时几何模型传送

Table1:testdata(time:ms)

LodDatasize12345678910Lod0943160 591581570581581590581581581581 Lod1747905 471471470460471 461461471460471 Lod2553015 350350350350350 360350351351351 Lod3356675 240230230250240 231240240240240 Lod4174890 120121120130130 120120121120131 Lod541165 40404040404040403040

六DVR中的几个关键技术

(一)网上实时几何模型传送77

(二)多用户分布式虚拟环境MUDVR

*面向Internet应用*支持VRML场景描述*具有规模可扩展性*有效的场景几何数据管理*系统动态负载平衡*提供信息服务和资源定位机制

(二)多用户分布式虚拟环境MUDVR

781(a)MUDVR的系统网络拓扑结构图(服务器)1(a)MUDVR的系统网络拓扑结构图(服务器)791(b)MUDVR的系统网络拓扑结构图(客户)1(b)MUDVR的系统网络拓扑结构图(客户)802基于CORBA的分布式虚拟环境2基于CORBA的分布式虚拟环境813系统中包含的主要功能面向对象场景对象管理系统动态负载平衡系统信息服务和资源查找定位3系统中包含的主要功能面向对象场景对象管理82(1)面向对象场景数据管理对象表示 *节点 *域和域值 *事件和路由 *流接口 *绘制和碰撞检测对象分布和更新对象数据库的建立(1)面向对象场景数据管理对象表示83(2)对象管理软件结构(2)对象管理软件结构84(3)信息服务和资源定位DVR系统需要信息服务和资源定位服务目前的资料表明没有DVR系统提供信息服务和资源查找定位服务(3)信息服务和资源定位DVR系统需要信息服务和资源定位服85(4)资源分类和描述场景对象，包括3D图形数据、图象、声音等用户对象：包括管理员、普通用户等任务对象：需要执行的计算任务任务执行者：主要指完成计算任务的计算机(4)资源分类和描述场景对象，包括3D图形数据、图象、声音86(5)信息服务体系结构(5)信息服务体系结构87资源信息目录树资源信息目录树88(6)信息服务和资源定位在系统中的应用(6)信息服务和资源定位在系统中的应用89(7)多用户分布式虚拟环境系统中的动态负载平衡DVR系统中存在三类实体：用户控制的实体、静止的实体、系统仿真实体用户和系统仿真实体的移动造成系统的负载不平衡，影响系统的性能(7)多用户分布式虚拟环境系统中的动态负载平衡DVR系统中90（三）基于HLA的分布并行绘制技术研究背景和意义国内外研究现状和发展趋势主要研究内容和技术（三）基于HLA的分布并行绘制技术研究背景和意义91研究背景和意义－1分布并行绘制技术的应用需求科学计算可视化、大规模的虚拟仿真系统等对计算机图形处理能力要求提高高分辨率、分辨率可扩展、巨型几何场景、大数据量纹理应用实例南水北调大型仿真系统DVENET战术对抗仿真演练的分布式虚拟战场环境浙江大学新校区漫游系统研究背景和意义－1分布并行绘制技术的应用需求92研究背景和意义－2器件技术的限制：计算机的存储容量和计算速度是有限的。计算机网络技术和飞速发展的微处理器技术为分布并行绘制提供了丰富的计算资源，具有无限的发展前景。研究背景和意义－2器件技术的限制：计算机的存储容量和计算速度93研究背景和意义－3广阔的应用前景科学计算可视化虚拟产品开发技术和虚拟原型技术多军种联合作战仿真演练复杂的、昂贵技术的仿真培训大型项目的仿真系统作项目分析、论证灾情仿真模拟教育娱乐：网上游戏与教学研究背景和意义－3广阔的应用前景94国内外研究现状和发展趋势并行图形结构分类[S.Molnaretal.1994]sortfirstsortmiddlesortlastPomegranate[M.Eldridge2000]Transform&LightingRasterizationTextureFragmentDisplay国内外研究现状和发展趋势并行图形结构分类[S.Molnar95典型的图形流水线典型的图形流水线96Sort-first在几何处理阶段决定图元对象在屏幕上的对应位置。所有参与并行渲染阶段的每个对象管理一个屏幕区域的渲染。

屏幕几何预处理几何预处理几何预处理几何预处理几何处理几何处理几何处理几何处理光栅化光栅化光栅化光栅化Sort-first在几何处理阶段决定图元对象在屏幕上的对应97Sort-middle经过几何变换处理的图元被发送到负责一定的屏幕区域的像素化处理器。

Sort-middle经过几何变换处理的图元被发送到负责一定98Sort-last直接分配图元到渲染器，每个渲染器绘制整个屏幕图像，在深度合成阶段重新发布像素。屏幕几何处理几何处理几何处理几何处理光栅化光栅化光栅化光栅化深度合成深度合成深度合成深度合成Sort-last直接分配图元到渲染器，每个渲染器绘制整个屏99典型的并行绘制硬件系统SGIRealityEngine（SGI公司）sort-middle高速系统总线实现几何数据分配，多通道拼图输出。Pixelflow（北卡大学，计算机系）Sort-last几何处理器和光栅化处理器采用SIMD的体系结构，使用一个逻辑内存区域支持高速图像合成。Pomegranate原型设计系统（斯坦福大学）sort-anywhere5级图形流水线：命令处理阶段，几何变换与光照处理，光栅化与纹理贴图，图像合成，图像显示。典型的并行绘制硬件系统SGIRealityEngine100SGIRealityEngineSGIRealityEngine101Pixelflow的光栅化处理器Pixelflow的光栅化处理器102PomegranatePomegranate103已有的并行绘制软件系统

GLX和X窗口系统

OpenGL打包发送到远程绘制，不跟踪OpenGL的状态。GLR客户机向GLR服务器发送OpenGL命令，服务器将渲染的最终结果返回。是一个远程绘制系统。Princeton的多投影系统－2X4的投影墙sort-first,只有一个节点负责命令分布；8个接收命令的绘制节点。该系统不跟踪OpenGL的状态。Pmesasort-last，运行于大规模消息传递的系统。参数化集成binaryswapping和并行流水线合成两种图象合成方法，已有的并行绘制软件系统GLX和X窗口系统104WireGL图形集群计算系统

第一个sort-first状态跟踪和切换，懒更新策略16客户节点+16服务器节点Lightning-2硬件：图象合成WireGL图形集群计算系统第一个sort-first105WireGL的客户节点负责分配OpenGL命令数据包到服务器节点，服务器节点负责OpenGL包的解码和绘制，并且将最终的图像通过数字视频接口发送到数字视频合成硬件Lightning2，将图像拼接成完整的图像。WireGLWireGL的客户节点负责分配OpenGL