虛擬現(xiàn)實及其應(yīng)用第四講蔡則蘇2008-05-10,第四章 虛擬現(xiàn)實的計算機(jī)技術(shù),41 虛擬現(xiàn)實的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 411 虛擬現(xiàn)實對計算機(jī)系統(tǒng)的要求 下面介紹虛擬現(xiàn)實對計算機(jī)系統(tǒng)的要求，只包括了視覺顯示對計算機(jī)系統(tǒng)的要求。位姿傳感器的數(shù)據(jù)處理，一般不在主計算機(jī)上進(jìn)行，而是由專用的電子設(shè)備完成。聽覺顯示，力覺觸覺顯示，研究工作和實際應(yīng)用還較少，對其計算要求的認(rèn)識還較少。聽覺顯示和力覺觸覺顯示的計算，往往也由專用計算機(jī)完成。所以，當(dāng)前的虛擬現(xiàn)實計算機(jī)，主要完成視覺顯示的計算任務(wù)。,1幀頻和延遲時間的要求VR要求高幀頻和快速響應(yīng)。要求的幀頻和延遲一般取決于環(huán)境特性。只有慢速運動物體的較靜的環(huán)境，可以用幀頻每秒8至10，和0.1秒延遲。如果環(huán)境有高速運動的物體，則要求高幀頻（60Hz）和短延遲。所有情況下，若幀頻低于每秒8幀，則失去三維環(huán)境的生動感，若延遲大于0.1秒，則很難操作環(huán)境。因此，幀頻必須大于8到10幀/秒,總延遲必須小于0.1秒。,2計算能力和場景復(fù)雜性虛擬現(xiàn)實仿真的計算問題，是一種時間受限的計算。這是因為顯示的幀頻必須大于8到10幀/秒。于是，在0.1秒內(nèi)，必須完成一次場景的計算。如果一個顯示的場景中有10,000個三角形（或多邊形），這個數(shù)量就反映了場景復(fù)雜性。這樣，在每秒進(jìn)行的10次計算中，就應(yīng)該計算100,000個三角形（或多邊形）。這表示了計算能力。若要求更加逼真的仿真效果，就要增加場景復(fù)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(qiáng)的計算能力，每秒計算更多的三角形（或多邊形）。反之，如果只能使用能力有限的指定的計算機(jī)，則限定了計算能力，也就限定了場景復(fù)雜性。每個場景，只能用較少的三角形（或多邊形），產(chǎn)生較粗糙的顯示。,左圖表示，人體骨骼的兩種復(fù)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。效果圖說明了明顯的逼真度差別。是否加紋理，是否反走樣，采用哪一種明暗模型，都會影響到計算能力,細(xì)分網(wǎng)格,具有細(xì)分連通性的網(wǎng)格，被稱之為細(xì)分網(wǎng)格，這種細(xì)分連通性是由均勻分裂算子產(chǎn)生的。所謂細(xì)分連通性，是指由一個基本網(wǎng)格M0經(jīng)過若干次一分四的分裂（細(xì)分）而形成的三維圖形所具有的三角面片或頂點間的鄰接和父子關(guān)系，如圖所示，該細(xì)分網(wǎng)格沒有經(jīng)過平滑處理。,基于視點的非均勻抽樣網(wǎng)格簡化（9451，300，200，150，100，54）,3對計算機(jī)系統(tǒng)的要求圖形學(xué)和計算機(jī)硬件的進(jìn)展對VR是關(guān)鍵因素。今天的硬件能力只能給研究者、廠家和用戶提供虛擬世界的嘗試和應(yīng)用的希望。由于廣泛的興趣和有不同性能要求的大量應(yīng)用，所以需要在幾個層次繼續(xù)進(jìn)行硬件開發(fā)，由高檔多模式工作站到低檔的只有適當(dāng)三維視覺能力的個人工作站。這些機(jī)器必須有很大的物理存儲（15Gbytes），多個高性能向量處理機(jī)，高帶寬(500Mbytes/s)，低延遲(0.03s)，巨型存儲設(shè)備，和對各種輸入輸出設(shè)備的高速接口。磁盤帶寬不可能在近幾年大大改進(jìn)。對錄象和超媒體集成，磁盤帶寬和大小是限制因素。也需要巨大的計算和數(shù)據(jù)管理能力。物理建模和可視化計算將是計算需求的推動力。,412 基于PC的虛擬現(xiàn)實機(jī)器Grimsdale1992指出，讓一般公眾接受虛擬現(xiàn)實將通過“發(fā)展”，而不是“革命”。發(fā)展意味著升級現(xiàn)有的計算基礎(chǔ)，產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實要求的新功能。當(dāng)前最大的計算基礎(chǔ)包括遍布全世界的幾千萬臺PC。利用PC平臺的另一個優(yōu)點是價格低。于是在1992年推出了低級的基于486的虛擬現(xiàn)實機(jī)器，它有頭部跟蹤器、HMD、3-D聲音、圖形加速器和手柄，價格少于20000美元。1994年，低級的基于PC的系統(tǒng)價格約3300美元（跟蹤球200美元，Cyberscope200美元，軟件工具盒900美元，486-PC 2000美元）。,1有Action Media圖形加速器的486-PC 2有SPEA“Fire”圖形加速器的486-PC比ActionMedia II更強(qiáng)的PC圖形板是SPEA Software AG的“Fire”板（價格約4000美元）。它的繪制速率約為18000平面明暗化多邊形/秒，和7000 Gouraud明暗多邊形/秒。Fire板使用i486 RISC處理器，有64bit結(jié)構(gòu)和40MIPS。 3其它基于PC的圖形加速器PC上其它的圖形性能是由Stride板得到的。Stride圖形加速器使用兩個板的配置，基本板和協(xié)作的Gouraud明暗板。,4圖形硬件圖形硬件是使圖形繪制加速的硬件設(shè)備。圖形硬件涉及到圖形流水線，圖形卡的AGP和PCI，圖形加速器，以及Add-ons。,PCI結(jié)構(gòu)的工作原理：圖形加速器是圖形計算的另一個重要部分。這是圖形卡上的處理器，它完成所有繁重的計算。至今，這些繁重計算主要包括：加紋理，反走樣，以及其他計算密集的函數(shù)。NVidia推出芯片，完成光照及其變換。,它取代CPU的工作，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。它也利用自己的T-緩沖技術(shù)，把實時明暗加在其Voodoo芯片上。AGP結(jié)構(gòu)的工作原理 ：Add-ons 適用于只有2D加速器，但沒有3D加速器的計算機(jī)。它提供用于顯示3D物體的計算，極大地改進(jìn)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(fā)了API （稱為Glide）。Glide 提供了軟件微層次，使開發(fā)者免于直接處理硬件寄存器和存儲器。這減少了調(diào)試時間，加快了開發(fā)過程。它基本上是OpenGL API 的縮減版本，類似于OpenGL,53D顯示卡第四代3D顯示卡有以下幾種： 耕宇具有250MHz RAMDC、8M顯存、內(nèi)置TVout 功能的GX3有很高的性價比。雖然GX3在出現(xiàn)初期，由于驅(qū)動程序的問題犯下了不少錯誤，可是現(xiàn)在已經(jīng)得到了很大改善，基本上已無問題出現(xiàn)。奉勸用戶購買SGRAM型，因為使用了8M SGRAM的GX3顯存頻率可輕松超至125MHz以上，而且各方面表現(xiàn)均超過SDRAM型。麗臺S900是使用Intel i740芯片的臺灣顯卡中最為穩(wěn)定的一種，它不會在游戲過程中突然死機(jī)，更不會經(jīng)常過熱，而且它是我們見過在3D測試中畫質(zhì)最好的i740卡。擁有8M SDRAM的S900是第二代3D加速卡中的佼佼者。MGA Millenium G200(SG) 這里所說的G200不是廣為流行的G200（SD），而是使用SGRAM的高端型號。內(nèi)置250MHz RAMDAC，具有8M 三星7ns SGRAM的G200，在高分辨率高彩的環(huán)境中表現(xiàn)不凡，而且最大可擴(kuò)至16M顯存。發(fā)揮它長處的地方在12801024分辨率、100Hz以上刷新率下的CAD繪圖領(lǐng)域。,麗臺S320 目前最“火”的顯示芯片可能要算TNT，而在使用TNT的顯示卡中S320的品質(zhì)一流。內(nèi)置250MHz RAMDAC，載有16M極為快速的8ns SDRAM，是已知TNT顯示卡中速度最快的產(chǎn)品之一，而且穩(wěn)定性和超頻性能都非常好。它可滿足DIY發(fā)燒友對頂級顯示卡的需求。Diamond-Monster Fusion 到目前為止，Diamond仍是設(shè)計Voodoo類顯示卡最好的廠商之一，其Fusion是使用Banshee芯片的最好的顯示卡。具有16M 8ns SEC SGRAM和250MHz RAMDAC。如此高檔配置的Fusion不僅是很好的游戲用卡，其2D性能也非常高。雖然Fusion的芯片和顯存運行在超頻狀態(tài)下，并且1300元以上的價格實在太貴，但它還是很誘人的選擇。,Diamond Monster 它使用3DFX專為游戲開發(fā)的Voodoo2芯片組，加上12M EDO顯存，其性能當(dāng)然一流。在收購了另一家以設(shè)計Voodoo顯示卡見長的Micronics公司后，Diamand Monster 3D銷量激增，它在3D游戲中的畫質(zhì)和貼圖表現(xiàn)確實是無人能敵的，尤其是兩塊Monster 以SLI方式聯(lián)接后更是將所有對手遠(yuǎn)拋在身后。耕宇的大龍4000 使用了以游戲見長的3DFX Banshee芯片，內(nèi)置250MHz RAMDAC，板載16M Mosei(茂矽）10ns SDRAM，雖然性能不及使用SGRAM的同類產(chǎn)品，但是它穩(wěn)定的特性和超低的價格使其成為游戲愛好者的好選擇。 華碩-V3200 這是一款華碩的Voodoo Banshee產(chǎn)品，16MB SGRAM，250MHzRAMDAC。V3200制作精良，穩(wěn)定性好。,ELSA Gloria Synergy 大名鼎鼎的ELSA專業(yè)顯示卡使用了Permedia2 的改進(jìn)型Permidia2V芯片，其2D性能又有了提高，而且也提高了穩(wěn)定性和超頻性。3DFX的Voodoo 使用了16M 6ns的SDRAM，只有一片BGA封裝的芯片，對3D MARK99和3D WINBENCH99的初步測試，其值分別達(dá)到了3000和600以上（800600 85Hz），比TNT等芯片高出1/3，它足以讓游戲者“發(fā)瘋”。3DLABS的Permedia3 專門為OPEN GL設(shè)計的結(jié)構(gòu)、驅(qū)程以及空前強(qiáng)大的Delta浮點加速器無疑將為“無產(chǎn)階級”3D繪圖者增添一件“利器”。,413 基于工作站的虛擬現(xiàn)實機(jī)器就數(shù)量來講，僅次于PC的最大的計算基礎(chǔ)是工作站。它們比PC的優(yōu)點是有更強(qiáng)的計算能力，更大的磁盤空間和更快的通訊方式。Sun和SGI采用的一種途徑是用虛擬現(xiàn)實工具改進(jìn)現(xiàn)有的工作站，象基于PC的系統(tǒng)那樣。Division Ltd.采用的另一個途徑是設(shè)計虛擬現(xiàn)實專用的總承包系統(tǒng)，如Provision 100。這是基于工作站的虛擬現(xiàn)實機(jī)器的兩種發(fā)展途徑。 1Sun 公司的Virtual Holographic工作站 1992年，Sun推出Virtual Holographic Workstation。這個系統(tǒng)最初使用SUN Sparc station II ，并配置GT圖形加速器（10萬個多邊形/秒）。1994年，它升級到Sun 10-51，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(jiān)視器上。它采用StereoGraphics Co.的CrystalEyes VR和Logitech跟蹤器，給用戶部分沉浸感。頭部和3-D鼠標(biāo)的跟蹤是用Logitech的超聲跟蹤器，它連到工作站串行口。3-D鼠標(biāo)的使用象2-D鼠標(biāo)那樣，用于與虛擬對象以3-D交互。集成這些I/O工具和SUN工作站的軟件（運行在Solaris 2.3操作系統(tǒng)上）是Sense8 WorldToolKit的新版本，在1994年春推出。整個系統(tǒng)價格約46000美元，再加上Sense8軟件的另外價格約6000美元。,2Division 公司的Provision 100工作站Provision 100的并行結(jié)構(gòu)有多個處理器，稱為Director（用于碰撞檢測和時間同步的處理器）和用于立體視頻顯示的actors（視頻處理器），3-D聲音的actors（聲音處理器）和手跟蹤與手姿識別的actors（手套處理器）。這個結(jié)構(gòu)也有一個I/O卡，并允許增加附加的I/O處理器。與486 PC等主計算機(jī)的連接允許基于UNIX的Provision 100用于仿真中的高級終端。Provision模型100 VRX使用兩個圖形板，每個眼一個，直接輸出NTSC/PAL信號。每個圖形板有一個Intel i860處理器和兩個T425 transputers。i860利用常用的多邊形加速器作幾何處理，提供35000個Gouraud明暗的Z-緩沖的多邊形/秒。,Provision 100 VRX模型有一個附加的紋理模塊，在象素處理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(tài)RAM中。這個RAM可以布局為256256的4個圖，128128的16個圖，或者它們的組合（如256256的1個圖加上128128的4個圖和6464的32個圖）。314 高度并行的虛擬現(xiàn)實機(jī)器因為計算能力成為VR系統(tǒng)計算設(shè)備的瓶頸之一，所以各個工作站廠商都在發(fā)展高度并行的虛擬現(xiàn)實機(jī)器，以便提高計算能力。,1Division公司的“SuperVision”機(jī)器 Provision可以繪制3.5萬個多邊形/眼/秒，這是良好的開始，但還遠(yuǎn)離圖形真實性所要求的幾百萬個多邊形/眼/秒。1992年，Division宣布了“SuperVision”機(jī)器，它用高性能的并行結(jié)構(gòu)增加繪制能力到28萬個多邊形/眼/秒。這些多邊形是紋理的，Gouraud明暗的和Z-緩沖的。SuperVision結(jié)構(gòu)有標(biāo)準(zhǔn)的Provision“前端”和多處理器組。計算/繪制卡的連接是通過高速的（200MBytes/秒）、低執(zhí)行時間的通訊線路。每個處理器組都是自治單元，有一個40MHz i860 處理器，一個用于I/O的T425 transputer，以及多達(dá)16 Mbytes的局部存儲。多組結(jié)構(gòu)包括一個畫面緩沖器，它與一個立體視頻畫面獲取器一起，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，一個處理組，一個I/O組，一個聲音組，以及可能的附加組。所有的組都連到同樣的通訊線路。這個通訊線路的通訊是通過點到點的通信路線。它可以用于任何數(shù)據(jù)類型，由實況視頻，到對象幾何修改和象素信息。所有數(shù)據(jù)包都可以由環(huán)上任意的處理器送到另一個處理器?？梢赃x擇不同的分布方式，使得對不同問題的性能最優(yōu)。,2SGI公司的IRIS-1400到RealityEngine 2SGI（Silicon Graphics Incorporated）公司制造的圖形系統(tǒng)具有某種更靈活更強(qiáng)的數(shù)字媒體能力，它在一個包中組合了先進(jìn)的三維圖形，數(shù)字多通道聲頻，以及錄象。SGI系統(tǒng)用作許多VR系統(tǒng)的核心，它完成仿真、可視化、通訊等任務(wù)。關(guān)鍵問題是系統(tǒng)支持強(qiáng)大的計算，體視的多通道視覺輸出，以及連接到傳感器、控制設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的快速輸入輸出。紋理化多邊形填充能力也是它的特點 SGI從1983年就著手開發(fā)在技術(shù)前沿的多處理機(jī)圖形工作站。它的系統(tǒng)包括三代。第一代是1000，2000和G。第二代是GTX，VGX和VGXT。第三代是Reality Engine和RealityEngine 2。,1993年1月，SGI發(fā)布了ONYX圖形超級計算機(jī)。它包括新的多處理結(jié)構(gòu)PowerPath 2，這是基于在150MHz工作的MIPS R4400 RISC CPU的24個并行處理機(jī)。I/O通道帶寬是對存儲器速率1.2 Gbytes/s，支持以50Mbytes/s工作的VME64位總線。ONYX可以用3個圖形流水線，這是基于新的Reality Engine圖形子系統(tǒng)。新的圖形系統(tǒng)比1992年7月的RealityEngine提供高50%的多邊形性能。它的速率達(dá)每秒2百萬個三角形，和每秒90萬紋理的Gouraud明暗的反走樣的加霧的Z緩沖三角形。ONYX2 系列是 SGI 的高檔圖形設(shè)備，它組合了最大的超級計算和可視化。他的布局可能是可聯(lián)網(wǎng)的單機(jī)工作站，也可能是使用多達(dá)128個“R12000”RISC 處理器的全機(jī)架系統(tǒng)。這個全機(jī)架系統(tǒng)支持多達(dá)16個可視化子系統(tǒng)，從而可以支持4個繪制管理器，以及多達(dá)320 MB 幀緩存。,它用于世界上很多領(lǐng)先的研究，軍事，政府，醫(yī)療，和娛樂業(yè)。在油氣勘探開發(fā)的應(yīng)用中，ONYX2 的OpenGL Volumizer 允許勘探開發(fā)工程師，同時交互地處理和分析大量數(shù)據(jù)。Reality Systems 用于產(chǎn)生高質(zhì)量的地下地形的體可視化。政府用 ONYX2 處理圖像，錄像，三維地形，以及地球空間數(shù)據(jù)。也用于各種仿真器，任務(wù)規(guī)劃，戰(zhàn)場可視化，軍事圖像和智能制造。工廠用這些系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜系統(tǒng)的高逼真度實時仿真，通過所有設(shè)計人員的合作，在開始制造前確保整個設(shè)計的一致。這些系統(tǒng)也被娛樂業(yè)采用，如ILM，PIXAR等。電影界用它制造特殊效果。 ONYX2的選項包括：Digital Video Multiplexing （數(shù)字視頻選通），Immersive Visualization Desk 1000D 和 2000D （沉浸的可視化工作臺），以及聯(lián)網(wǎng),SGI Onyx2 / Projector,ONYX2的主要指標(biāo)為：14 Mbyte OpenGL Display list cache （有300MB/sec 通過量），實時 3D 體繪制，24英寸監(jiān)視器，支持立體的NTSC 1920x1080 HDTV 顯示，256 MB to 256 GB 系統(tǒng) RAM，可達(dá) 2.3 TB 內(nèi)部盤存儲，1GB 物理的紋理存儲，每秒可處理多達(dá)2億個多邊形，每秒填充率70億個象素，可以用于醫(yī)療專業(yè)的 X-Rays 處理。,幾何圖形發(fā)生器是一組可加速模型建立的定制芯片。目前,SGI有多種由幾何圖形發(fā)生器構(gòu)成的產(chǎn)品:XZ、ELAN、EXTREME、VGXT、VTX、REALITYENGINE、REALITY ENGINE2 這些幾何圖形發(fā)生器以硬件來加速圖形的幾何變換,減輕了中央處理器對大量圖形處理的負(fù)擔(dān),從而使SGI工作站在CAD、CAE、CAM、EDA、圖像處理、動畫、圖形仿真、地理信息系統(tǒng)等各種領(lǐng)域中,提供了其他工作站不可比擬的動態(tài)圖形功能。,3Evans & Sutherland 公司的Freedom 3000Evans & Sutherland (E&S)原來是飛行仿真器公司，它最近發(fā)布了Freedom序列圖形加速器，用于Sun Sparc 10工作站。它提供大范圍的性能水平：由Freedom 1000的每秒50萬多邊形，到Freedom 3000的每秒3百萬多邊形。它用標(biāo)準(zhǔn)硬件軟件接口與Sun環(huán)境無縫地連接。Freedom加速器可以用Sun標(biāo)準(zhǔn)接口編程，并與當(dāng)前的E&S和Sun工作站軟件兼容。Freedom 3000有12801024，15361280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(dá)20002000。其它特性是線、點、多邊形的反走樣，a緩沖區(qū)，累積緩沖，每個象素128位，和動態(tài)象素定位。,Freedom 3000包括下列技術(shù)：用0.8CMOS的五個專有的VLSI ASIC芯片，可編程高速微處理機(jī)的并行陣列(DSP)，很快的專有的圖形總線(G-bus)(速度超過每秒3百萬多邊形)，高速象素發(fā)送互聯(lián)，用于圖像處理的高速存取幀緩沖區(qū)(達(dá)每秒1億象素)，以及象素填充率950萬/秒。4北卡大學(xué)的PixelPlanes 4,5和 PixelFlow北卡大學(xué)是最早開發(fā)圖形硬件的大學(xué)之一。1988年，PixelPlanes 4有每秒2.7萬多邊形能力。1991年，改進(jìn)的PixelPlanes 5有每秒1百萬多邊形能力。最新的機(jī)器PixelFlow正在開發(fā)，但已顯示很大潛力。,Pixel Flow和其圖形性能是將來高性能三維VR的重要部分。它是高速圖形生成的結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)硬件繪制結(jié)構(gòu)的變換和幀緩沖存取的瓶頸。它利用圖像合成技術(shù)，分配繪制任務(wù)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(wǎng)絡(luò)實時組合這些圖像，產(chǎn)生全屏圖像。圖像合成結(jié)構(gòu)的性能與繪制器數(shù)目成線性關(guān)系。一個PixelFlow繪制器掃描達(dá)每秒140萬三角形，幾個繪制器系統(tǒng)可以掃描達(dá)這個速率幾倍。予計128個繪制器的系統(tǒng)可以達(dá)到多邊形速率每秒1億三角形。,PixelFlow由超級采樣實現(xiàn)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(shù)據(jù)的合成圖像上工作。PixelFlow明暗器計算復(fù)雜的明暗算法，以及基于圖像的紋理，明暗速率與圖像復(fù)雜性無關(guān)。PiexlFlow可以連到并行超級計算機(jī)，用作中間模式圖形服務(wù)器，或者可以為保持方式繪制維持顯示表。,5Sun公司的Elite 3D m3 和 m6Elite 3D 是Sun公司的高性能圖形系統(tǒng)系列，用于實時交互的3D可視化，繪制和動畫。實際上，這只是視頻卡，不是整個系統(tǒng)。它是與Sun Ultra 10工作站一起工作的。該系統(tǒng)比SGI的系統(tǒng)便宜，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。它有串口連接其他接口設(shè)備，如頭部跟蹤，HMD，3D鼠標(biāo)。他的用戶類似SGI系統(tǒng)，有：CAD/CAE，石油工業(yè)，醫(yī)療專業(yè)，HAZMAT，實時動畫。系統(tǒng)沒有大存儲空間支持電影一類大的課題。,Elite 3D 的主要指標(biāo)為：用在 Solaris 操作系統(tǒng) (2.6 或更高)，支持 OpenGL 1.1.1，有加速的照明和線點的反走樣，有加速的象素深度信息和alpha內(nèi)插。Sun Ultra 10 工作站的主要指標(biāo)為：是 3D建模和圖形應(yīng)用的臺式系統(tǒng)，與 Elite 3D (m3 or m6) 視頻子系統(tǒng)合作，440 Mhz UltraSPARC 處理器（有 2MB cache），可達(dá)1GB DRAM 和 18GB 硬盤空間，與 Elite3D 圖形子系統(tǒng)合作。,6更強(qiáng)大的機(jī)器Red Mountain和Blue Mountain1996年12月16日，Intel 公司與 US DOE 合作發(fā)布了世界上第一臺每秒1萬億次的計算機(jī) (teraflops)。全美國人不停地手算125年，才相當(dāng)于該機(jī)器工作1秒鐘。 該機(jī)器稱為 Red Mountain （紅山）。Accelerated Strategic Computing initiative (ASCI) 正在開發(fā)仿真技術(shù)，不經(jīng)過地下核試驗就確保美國核武器的安全可靠。在新墨西哥州的 桑迪亞國家實驗室 正在安裝5500萬美元的Red Mountain機(jī)器，新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實驗室 和加州的 the Lawrence Livermore National Laboratory 也使用該機(jī)器。該機(jī)器仿真核武器的各個方面，由激勵問題（如起爆仿真），到靜態(tài)仿真（如核武器儲存的老化效果）。Red Mountain 也用于醫(yī)療和藥物研究，天氣預(yù)報，飛機(jī)和汽車設(shè)計，工業(yè)生產(chǎn)的改進(jìn)，疾病演化的仿真，治理環(huán)境等。,Red Mountain 的主要指標(biāo)為：價格 $55 百萬，占地1000 平方英尺，系統(tǒng) RAM: 584 Gbytes，雙向交叉帶寬51.6 Gbytes/sec，Pentium Pro 處理器 9,216，峰值性能1.8 TFLOPS。Los Alamos National Laboratory 不滿足借用Red Mountain，就開始建造Blue Mountain。該機(jī)器有比Red Mountain更強(qiáng)的圖形能力，增加了16臺SGI Infinite Reality 機(jī)器。Blue Mountain 組織成48個128處理器的共享存儲器多處理機(jī)（SMP）。48個SMP可以彼此通訊，速度為每秒650 Gigabits。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(nèi)將超過100 TFLOPS。,SunGraph專業(yè)VR工作站基于開放穩(wěn)定的Microsoft NT架構(gòu)和Intel小型機(jī)架構(gòu)的高性能計算機(jī)，其所采用的通用開放的基于NT架構(gòu)的操作系統(tǒng)和硬件環(huán)境，不僅極大地提高了系統(tǒng)本身的易用性、兼容性和可升級性，突破了昂貴的傳統(tǒng)Unix工作站的價格和應(yīng)用瓶頸，而且還以極具吸引力的經(jīng)濟(jì)合理的價格實現(xiàn)配置的最大優(yōu)越性和靈活性，實現(xiàn)了圖形能力、穩(wěn)定性、價格和高速計算性能的最佳平衡，是設(shè)計大型模型構(gòu)件、大型機(jī)械裝配、醫(yī)學(xué)研究，以及虛擬現(xiàn)實和視景仿真用戶最為理想的VR 3D圖形系統(tǒng)平臺，特別適合于對 CPU 和圖形要求較高的應(yīng)用。在長期的應(yīng)用實踐中SunGraph以其無可比擬的開放性、強(qiáng)大的圖形處理能力和極高的性能價格比，得到了廣大專業(yè)圖形用戶和科研工作者的認(rèn)可。,四重緩存、48級圖像位面，結(jié)合復(fù)雜的著色、光照、深度提示和紋理加速能力。頻率高達(dá)4.5 G中央處理器，內(nèi)置512K 的高速緩存（Cache built in CPU），高達(dá)400MHz的系統(tǒng)總線速率；其卓越的快速內(nèi)存和高速磁盤技術(shù)可實現(xiàn)系統(tǒng)總線帶寬的最大化，系統(tǒng)延遲的最小化，極大地提升了主機(jī)系統(tǒng)的3D圖形處理性能：1.0GB 雙通道高速內(nèi)存（ECC Rambus(r) RDRAM(r) 內(nèi)存,最大可擴(kuò)展至4GB RAM）；最大為438GB Ultra3 Wide SCSI 六通道同步高速磁盤（速度高達(dá)15000 轉(zhuǎn)/分、內(nèi)置業(yè)界最大容量的高達(dá)2.0MB的片內(nèi)高速緩存）,例如：VRAutoMoto Trainer (專業(yè)汽車/飛行模擬訓(xùn)練系統(tǒng)） VR-AutoMoto Trainer 是一套專業(yè)級的駕駛模擬仿真系統(tǒng)。真實的駕駛模擬器（駕駛坐艙）和儀表系統(tǒng)、多通道同步計算的大幅面環(huán)幕立體投影系統(tǒng)和立體的三維虛擬道路場景（多通道三維立體場景同步生成）造就逼真、立體、完全沉浸的駕駛窗口視景系統(tǒng)，精確同步的傳感系統(tǒng)更提供了靈敏快捷的實時交互性能。同時，系統(tǒng)裝配的動感座椅和6自由度的底盤懸掛運動系統(tǒng)，還讓駕駛者能實時地感受一下汽車和飛機(jī)在運動過程中的顛簸、搖擺。這一切都讓你仿佛置身于真實的駕駛坐艙，領(lǐng)略虛擬現(xiàn)實技術(shù)帶來的真實感受。該系統(tǒng)適合于專業(yè)地駕駛模擬訓(xùn)練（駕駛員、飛行員等）、科學(xué)研究、軍事模擬仿真研究等各種有專業(yè)駕駛訓(xùn)練和科學(xué)研究需求的應(yīng)用。,例如：虛擬手術(shù)簡介 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來越體現(xiàn)多門學(xué)科的交叉和滲透。虛擬手術(shù)（Virtual Surgery-VS）作為正在發(fā)展起來的研究方向，是集醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)視覺、數(shù)學(xué)分析、機(jī)械力學(xué)、材料學(xué)、機(jī)器人等諸多學(xué)科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域。其目的是：使用計算機(jī)技術(shù)（主要是計算機(jī)圖形學(xué)與虛擬現(xiàn)實）來模擬、指導(dǎo)醫(yī)學(xué)手術(shù)所涉及的各種過程，在時間段上包括了術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后，在實現(xiàn)的目的上有手術(shù)計劃制定，手術(shù)排練演習(xí)，手術(shù)教學(xué)，手術(shù)技能訓(xùn)練，術(shù)中引導(dǎo)手術(shù)、術(shù)后康復(fù)等。,虛擬手術(shù)這個研究方向目前正在逐步形成之中，與之相關(guān)的一些研究方向主要有：醫(yī)學(xué)可視化（Medical Visualization），醫(yī)學(xué)增強(qiáng)現(xiàn)實（Medical augmented Reality），醫(yī)用機(jī)器人，手術(shù)模擬（Surgery Simulation），圖象引導(dǎo)手術(shù)（Image Guided Surgery），計算機(jī)輔助手術(shù)（Computer Aided Surgery，Computer Assisted Surgery）等。我們認(rèn)為使用虛擬手術(shù)（Virtual Surgery）這個名詞更加能夠充分體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）作為計算機(jī)圖形學(xué)在醫(yī)學(xué)治療過程中的作用，充分體現(xiàn)了人機(jī)交互和真實感。國外也有稱此方向為虛擬手術(shù)室（Virtual Operating Room）或醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實（Medical Virtual Reality）。虛擬手術(shù)是利用各種醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機(jī)中建立一個模擬環(huán)境，醫(yī)生借助虛擬環(huán)境中的信息進(jìn)行手術(shù)計劃、訓(xùn)練，以及實際手術(shù)過程中引導(dǎo)手術(shù)的新興學(xué)科。,42 虛擬現(xiàn)實的軟件系統(tǒng)421 虛擬現(xiàn)實對工具軟件系統(tǒng)的要求虛擬現(xiàn)實程序設(shè)計需要有關(guān)實時系統(tǒng)、面向?qū)ο笳Z言、網(wǎng)絡(luò)、物理建模、多任務(wù)等方面的知識。好的計算機(jī)程序員精通這些技巧。但他們不可能熟悉各種虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的專業(yè)領(lǐng)域。反之，醫(yī)生、建筑師、或經(jīng)濟(jì)分析家也不可能具有必要的程序設(shè)計技巧。虛擬現(xiàn)實廠家認(rèn)識到需要解決這種知識缺口，并創(chuàng)造出這種產(chǎn)品的市場。422 虛擬現(xiàn)實常用的工具軟件系統(tǒng)1常用的工具軟件工業(yè)界制造了很多用于虛擬現(xiàn)實的先進(jìn)軟件工具，虛擬現(xiàn)實工具盒（toolkits）。這包括：,由表中可見，軟件的價格是較高的，而且由$1,000到$10,000不等。不同價格的軟件有不同的性能。Mercury價格最低，適用的平臺少，無編輯器，3D文件的格式少，庫函數(shù)沒有。Render-ware價格最高，適用的平臺多，且包括SGI工作站， 3D文件的格式多，庫函數(shù)較多。WTK是較好的一種，價格也較高。,工具軟件支持輸入工具的比較 ：由表中可見，Mercury價格最低，適用的鼠標(biāo)少，無跟蹤球和手套，跟蹤器少。Render-ware價格最高，適用的鼠標(biāo)多，有跟蹤球和手套，跟蹤器多，還包括BOOM系統(tǒng)。WTK是較好的一種，價格也較高。,工具軟件支持輸出工具的比較 ：Mercury價格最低，監(jiān)視器較差，頭盔較簡單，無投影機(jī)，聲音較少。Render-ware價格最高，監(jiān)視器較好，頭盔有多種，聲音較多。WTK是較好的一種，價格也較高。,工具軟件支持圖形格式的比較 ：由表中可見，Mercury價格最低，僅支持平面明暗。Render-ware價格最高，支持多種明暗和紋理。WTK是較好的一種，價格也較高。,2VRMLVRML是Virtual Reality Modeling Language的縮寫。VRML是描述三維造型與交互環(huán)境的簡單的文本語言。它是一種虛擬環(huán)境交換格式，定義了當(dāng)今虛擬環(huán)境中大多數(shù)的常見概念，諸如變換層級、光源、視點、幾何、動畫、霧、材質(zhì)屬性和紋理影射等。 VRML提供的技術(shù)能夠把二維、三維、文本和多媒體集成為統(tǒng)一的整體，VRML是在Internet上建立3D多媒體和共享虛擬世界的一個開放標(biāo)準(zhǔn)：（1）VRML的特點(a)是造型語言, 可描述3D場景。(b)用戶可進(jìn)入VRML建立的世界，去探索它。(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(guān)，可在PC或SGI上瀏覽。(f)基于Web，可建立三維可視化服務(wù)器。(g)著色不如OpenGL快。(h)沒有底層控制。(j)有限的界面。,（2）VRML的概念與實例虛擬世界由對象構(gòu)成，對象及其屬性用節(jié)點來描述，所以節(jié)點是構(gòu)成VRML文件的基本單元。每個節(jié)點都可以有五個方面的特征：類型、域、事件、實現(xiàn)、名字。VR世界中的坐標(biāo)系：X軸指向屏幕右側(cè)，Y軸指向屏幕上方，Z軸指向觀察者。VRML程序是解釋執(zhí)行，實時建模著色的文本程序。它的兩個要點是：節(jié)點(node):構(gòu)成虛擬世界的基本要素， 路由(route)：節(jié)點間傳送信息的途徑。VRML文件都是擴(kuò)展名WRL的文本文件，或擴(kuò)展名WRZ（壓縮格式）的二進(jìn)制文件。它一般包括如下四部分： 文件頭：位于首行，提供版本信息。如：# VRML V2.0 utf8。注釋：以#開始的一段文字。節(jié)點：場景信息的單位?？梢悦枋鲈煨?，燈光，聲音等。如：Cylinder描述一個圓柱體。域值：域用于描述及改變節(jié)點的屬性，值反映域的大小。如：Cylinder height 2.0 radius 1.5 中，height（高度）和radius（半徑）是域，2.0和1.5是值。,（3）VRML的語言結(jié)構(gòu)VRML的基礎(chǔ)，是一個利用HTIP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的全球網(wǎng)，以及一個SGI設(shè)計的Open Inventor文件格式。VRML是標(biāo)準(zhǔn)語言，與平臺無關(guān)，易擴(kuò)展，基于低帶寬的網(wǎng)絡(luò)連接。用戶可在虛擬場景中漫游，還可用超鏈接（hyperlink）到達(dá)新的三維世界。(a)節(jié)點（node）是描述三維場景的圖形對象。一個場景由具有層次結(jié)構(gòu)的多個節(jié)點組成。共有50多個節(jié)點，定義三維場景。一個節(jié)點有多個域(field)。域名、類型及缺省值都有規(guī)定。如圓柱體節(jié)點。Cylinder field SFBool bottom TRUEfield SFFLoat height 2field SFFLoat radius 1field SFBool side TRUEfield SFBool top TRUE定義的圓柱體，高度為2，半徑為1，具有下底面，有圓柱側(cè)面，有上頂面。,(b)節(jié)點有各種類型。形狀（shape）節(jié)點：定義物體形狀?；拘螤?Primitive)節(jié)點：是標(biāo)準(zhǔn)積木塊，如球。外表（Appearance）節(jié)點：定義外觀，如色彩、紋理。變換(Transformation)節(jié)點。照相機(jī)節(jié)點。光學(xué)節(jié)點。超鏈接節(jié)點：包括WWWInline和WWW Anchor。WWW Inline節(jié)點：支持集成不同文件或URL的虛擬世界。WWW Anchor節(jié)點：指定到新的URL的連接。(c)描述符（Script）節(jié)點，內(nèi)插器(Interpolator) 節(jié)點：Script是Java描述符語言的子集，同時由Java 的內(nèi)置對象支持VRML數(shù)據(jù)類型。 Script分析輸入，由輸出改變世界。Interpolator是內(nèi)置的動作機(jī)制，對數(shù)據(jù)內(nèi)插，產(chǎn)生動畫。(d)聲音（Sound）節(jié)點描述聲音定位和空間效果。 聲音定位在一點，以球或橢圓形發(fā)射。域Intensity調(diào)節(jié)音量。域 Priority是占用聲道的優(yōu)先權(quán)。,(e)傳感器(Sensor)節(jié)點是一類特殊的節(jié)點。包括七種節(jié)點： Cylinder Sensor, Plane Sensor, Time Sensor, Touch Sensor, Visibility Sensor, Proximity Sensor。Proximity Sensorexposed Field SFVec3f center 0，0，0exposed Field SFVee3f size 0，0，0exposed Field SFBool enabled TRUEeventout SFBool isActiveeventou SFVec3f position-changed eventout SFRotation orientation-changedeventout SFTime enter Timeeventout SFTime exit Time這是接近傳感器節(jié)點。當(dāng)用戶接近、退出空間，或在空間移動時，會產(chǎn)生事件。Center和Size定義長方體，分別用三個數(shù)字定義長方體的中心點三維坐標(biāo)和三維尺寸。Enabled域的值為TRUE表示允許工作。進(jìn)入退出長方體空間時發(fā)生isActive, enter Time和exit Time事件。這些事件應(yīng)該為對于接近的響應(yīng)行為，進(jìn)入時間和推出時間。也可以利用position-changed和orientation-changed，改變位置和方向。,（4）VRML的動畫技術(shù)(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(dá)5幀/秒。(b)用戶可控制動畫：改變視點可在動畫中漫游。(c)自然的觸發(fā)機(jī)制：向Time Sensor的Start Time域發(fā)任何的SFTime eventont事件，就啟動動畫。由script產(chǎn)生予期動作。（5）VRML的使用與開發(fā)條件VRML的瀏覽環(huán)境：瀏覽器：IE3.0或Netspace Navigator 3.0(NS)以上版本。VRML插件：Windows 98, NS自帶或下載更新的版本。VRML最簡單的開發(fā)環(huán)境：瀏覽器：IE3.0或Netspace Navigator 3.0(NS)以上版本。VRML插件：Windows 98, NS自帶或下載更新的版本。文本編輯器（記事本或UltraEdit）。,Multigen Creator系列軟件是MultiGen-Paradigm公司開發(fā)的一個用于可視化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行創(chuàng)建與編輯的軟件工具集。MultiGen Creator系列產(chǎn)品是一個高性價比，高度自動化，功能強(qiáng)大，交互的三維建模工具，具有強(qiáng)大的多邊形建模，矢量建模，大面積地形精確生成功能，以及多種專業(yè)選項及插件，能高效最優(yōu)化地生成實施三維數(shù)據(jù)庫，并與后續(xù)的實時仿真軟件緊密結(jié)合，專門創(chuàng)建用于視景仿真的實時三維模型。MultiGen Creator系列軟件可運行平臺為Windows 98/NT/2000/XP及SGI IPRIX6.2版本以上。它的基本模塊為：Creator（Base Creator）或Creator Pro(是Base Creator 的擴(kuò)展集），基本選項兩種：Terrain Bundle和Road Tools。,3DStudio MAX,簡稱3DS MAX，其前身為運行在DOS操作系統(tǒng)下的3DS，由著名的AutoDesk公司麾下的Discreet多媒體分部推出的一種功能強(qiáng)大的三維設(shè)計軟件包，是當(dāng)前世界上銷量最大的一種三維建模、虛擬現(xiàn)實建模的應(yīng)用軟件。 在應(yīng)用技能方面，擁有強(qiáng)大功能的3DSMAX被廣泛地應(yīng)用于電視及娛樂業(yè)中，比如片頭動畫和視頻游戲的制作，在應(yīng)是特效方面的應(yīng)用。而在國內(nèi)發(fā)展的相對比較成熟的建筑效果圖和建筑動畫制作中3DSMAX的使用率更是占據(jù)了絕對的優(yōu)勢。根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用特點對3DSMAX的掌握程度也有不同的要求。在虛擬現(xiàn)實方面，主要要求是對場景物體進(jìn)行建模，并可以通過相關(guān)的插件輸出其他文件格式的模型，一般是一些簡單的動畫功能。 3DSMAX常用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的建模，尤其是WEB3D的應(yīng)用。與其它的同類軟件相比，它具有以下的優(yōu)點： （1）提供了強(qiáng)大的建模功能 （2）性價比高 （3）入學(xué)容易，學(xué)習(xí)簡單 （4）使用者多，便于交流與應(yīng)用,323 虛擬現(xiàn)實工具軟件的功能實時產(chǎn)生VR所要求的軟件有很多部分。這包括交互軟件，漫游軟件，圖形流水線軟件的多邊形流最小化，世界建模軟件（幾何、物理和屬性建模），以及超媒體集成軟件。每一部分都是很大的，所有部分合作，可以實時產(chǎn)生VR。各部分互連的目標(biāo)是產(chǎn)生詳細(xì)的交互的無縫的VR。無縫表示你可以驅(qū)動車輛穿過一個地帶，停在建筑前面，走下車輛，步行進(jìn)入建筑，上樓梯，進(jìn)入房間，與桌上的物體交互，整個過程中沒有延遲和猶豫。為建立無縫的系統(tǒng)，要求在軟件開發(fā)上實質(zhì)的進(jìn)展。虛擬現(xiàn)實工具軟件包括下列模塊。1交互軟件: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(gòu)造不同控制設(shè)備間對話的機(jī)制(如跟蹤器,觸覺接口)，并把對話用于系統(tǒng)或應(yīng)用，使多模式顯示相應(yīng)變化。,這個軟件的第一部分由控制設(shè)備取得輸入，并解釋它們?？梢允褂脦讉€程序庫，作為商業(yè)產(chǎn)品或作為共用件(shareware)，它可以讀普通接口設(shè)備的數(shù)據(jù)，如Data Glove和各種跟蹤器。商業(yè)程序庫的例子有Sense 8的World Toolkit。程序庫包括由接口設(shè)備得到輸出的驅(qū)動器，和包括予測跟蹤和手姿識別的程序。構(gòu)造交互軟件的第二部分轉(zhuǎn)變系統(tǒng)狀態(tài)信息，由控制設(shè)備進(jìn)入對話（這對系統(tǒng)和應(yīng)用是有意義的），同時濾掉對話中錯誤的不可靠的部分（這可能由輸入設(shè)備中的錯誤數(shù)據(jù)產(chǎn)生）。然后把這些對話送交虛擬世界系統(tǒng)，執(zhí)行某些有用的操作。 交互是VR系統(tǒng)關(guān)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狀態(tài)。這些信息一般用于：(1)映射用戶行為到環(huán)境變化(如手移動物體)，(2)發(fā)命令給環(huán)境(如手姿或按鍵)，(3)提供信息輸入(如語音,文本或數(shù)值輸入)。用戶意圖應(yīng)由硬件輸出判定。由于硬件的不精確，推理可能復(fù)雜化。,2虛擬場景漫游軟件虛擬場景漫游軟件使用戶能在三維虛擬世界中移動。這個軟件有很多部分，包括控制設(shè)備手姿解釋（來自運動處理輸入子系統(tǒng)的手姿信息），虛擬攝象機(jī)視點和觀看方向的空間控制，用于對圖像流水線的多邊形流最小化的層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在漫游中它們一起實時工作，產(chǎn)生通過虛擬世界的連續(xù)幀序列的下一幀。 漫游是控制VR中視點和觀看方向的問題。使用傳統(tǒng)的計算機(jī)圖形技術(shù)，漫游可以簡化為用于繪制物體的位置和方向變換矩陣（在齊次圖形座標(biāo)中）的確定。變換矩陣可以分解為來自用戶頭運動的變換和來自長距離（在虛擬車輛上）移動的變換。這可能是幾個虛擬車輛連在一起。,第一層虛擬世界漫游是最特殊的，即用戶視點。通過頭部跟蹤設(shè)備，可以控制觀看位置和方向，頭部跟蹤給計算機(jī)提供頭部位姿和方向。下一層漫游使用虛擬車輛。這允許在VR中移動一段距離，大于頭部跟蹤允許的距離。虛擬車輛的位置和方向可以使用各種方式控制。在仿真應(yīng)用中，車輛控制方式與實際被仿真車輛的控制方式相同。實現(xiàn)的例子是用于飛行和車輛仿真的腳踏磨（跑步機(jī)），自行車和手柄。對更抽象的應(yīng)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(shù)，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中不需要通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(guī)定要求的目標(biāo)，再把用戶放在那里。解決方法包括固定了進(jìn)入和退出位置的門，由數(shù)值或標(biāo)記輸入明確規(guī)定目標(biāo)，以及用環(huán)境的小型三維圖指出要求的目標(biāo)?？刂栖囕v的另一個方法是動態(tài)改變比例尺，整個環(huán)境降低比例就使用戶可以達(dá)到要求的目標(biāo)，然后升高用戶指定的目標(biāo)區(qū)的比例。所有方法都有缺點，包括難以控制和定向。,3操作系統(tǒng) 為了建立當(dāng)前多數(shù)VR系統(tǒng)，一般使用運行某種UNIX操作系統(tǒng)的商業(yè)工作站(這些工作站最初的設(shè)計不是滿足實時性能要求的)。其它途徑是利用更專用的嵌入式計算元件(可能在通用工作站中用作前端機(jī))，運行為支持實時分布計算設(shè)計的操作系統(tǒng)。后一種途徑大量用于有強(qiáng)烈實時要求的領(lǐng)域（如過程控制和遙機(jī)器人）。虛擬環(huán)境要求的操作系統(tǒng)能力包括：通過共享存儲通訊支持大量的輕型處理，支持自主和透明地分配任務(wù)到多計算資源，支持時間關(guān)鍵的計算和繪制，很高分辨率的時間分片以及擔(dān)保執(zhí)行時間優(yōu)先的過程(0.001s以內(nèi)分辨率)。,4虛擬現(xiàn)實編輯器 今天的通用程序設(shè)計環(huán)境是基于窗口、菜單和圖標(biāo)（icons）。這些用于大量不同的程序，由文本編輯到畫圖程序或spreadsheet。現(xiàn)在可能擴(kuò)充同樣的途徑，產(chǎn)生或編輯虛擬現(xiàn)實環(huán)境。用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)自然的3-D接口產(chǎn)生虛擬環(huán)境帶來極大的優(yōu)越性。用戶可以在環(huán)境中運動，移動物體到一個位置，并按需要改變其它屬性。這提供交互更強(qiáng)，建模更自然的系統(tǒng)?？梢杂赏慨嫎?gòu)造虛擬環(huán)境，只要由對象庫選擇對象（有默認(rèn)的屬性），把對象在虛擬空間定位，然后選擇和修改給定的屬性。由環(huán)境中產(chǎn)生和刪除對象的能力，對于我們快速改造給定環(huán)境以滿足用戶要求是很基本的。 應(yīng)用開發(fā)者看到編輯結(jié)果是通過實時仿真中使用的同樣的顯示（HMD或CRT）。反之，同樣的輸入工具（3-D鼠標(biāo)、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，甚至在臺式工作站上。把虛擬現(xiàn)實編輯器放進(jìn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，就得到一個杰出的虛擬現(xiàn)實開發(fā)系統(tǒng)。,5內(nèi)部常駐建模器 虛擬現(xiàn)實編輯器具有內(nèi)部動態(tài)建模設(shè)備。這對于新手是很方便的，但限制了可能建模的物理特性的選擇。在復(fù)雜的仿真中，可能必須建模物理特性（力、重力、變形等），這要寫?yīng)毩⒌墓ぞ吆谐绦?。這提供了最大的靈活性，但要求很好的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技巧。 完整的靈活性的建模工具盒是新的“Cyberspace Developer Kit-CDK”。它的庫有很大的函數(shù)集（超過1200），組織在140個C+類中。類組織成層次，有“基本類”（沒有父輩）和子類（繼承基本類的屬性）。VRT3工具盒圖形接口用于產(chǎn)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(jī)器上。