虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主講：楊文暉第三章虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)

課前索引

第一節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

第二節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件系統(tǒng)

第三節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)和通訊

章節(jié)小結(jié)

課后習(xí)題〖課前思考〗1．哪些計(jì)算機(jī)用于VR?2．常用工具軟件的特點(diǎn)。3．分布式仿真中的網(wǎng)絡(luò)和通訊的特點(diǎn)?！紝W(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．了解不同類(lèi)型VR用計(jì)算機(jī)的組成及特點(diǎn)。2．了解工具軟件的要求和功能，了解分布式仿真。3．了解網(wǎng)絡(luò)和通訊的硬件，軟件和分布式仿真?！紝W(xué)習(xí)指南〗1．注意VR用計(jì)算機(jī)提高速度的措施。2．注意工具軟件的功能及對(duì)比。3．注意分布式仿真中的網(wǎng)絡(luò)和通訊的主要問(wèn)題。〖難重點(diǎn)〗1．注意幀頻和延遲的要求。2．注意不同類(lèi)型VR用計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)。3．注意VR用計(jì)算機(jī)的并行處理技術(shù)構(gòu)。4．注意工具軟件的要求。5．注意工具軟件的功能。6．注意常用工具軟件的對(duì)比。7．注意各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的對(duì)比。8．注意軟件質(zhì)量的要求和保證措施。9．注意分布式仿真的特點(diǎn)。1虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求基于PC的虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器的組成結(jié)構(gòu)基于工作站的虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器組成結(jié)構(gòu)高度并行的虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器組成結(jié)構(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求問(wèn)題一：前面我們講解了很多虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的指標(biāo)，例如：位姿、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)觸覺(jué)顯示等，是否都是在現(xiàn)有手段范圍內(nèi)，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)施必要要的要求呢？只包括了視覺(jué)顯示對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求。原因是：位姿傳感器的數(shù)據(jù)處理，一般不在主計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，而是由專(zhuān)用的電子設(shè)備完成。聽(tīng)覺(jué)顯示，力覺(jué)觸覺(jué)顯示，研究工作和實(shí)際應(yīng)用還較少，對(duì)其計(jì)算要求的認(rèn)識(shí)還較少。聽(tīng)覺(jué)顯示和力覺(jué)觸覺(jué)顯示的計(jì)算，往往由專(zhuān)用計(jì)算機(jī)完成。所以，當(dāng)前的虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)，主要完成視覺(jué)顯示的計(jì)算任務(wù)。問(wèn)題二：視覺(jué)顯示對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求有哪些？1．幀頻和延遲時(shí)間的要求2．計(jì)算能力和場(chǎng)景復(fù)雜性視覺(jué)顯示對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求---幀頻和延遲時(shí)間VR要求高幀頻和快速響應(yīng)，這是由于其內(nèi)在的交互性質(zhì)決定的。兩個(gè)概念：幀頻來(lái)自動(dòng)態(tài)圖像技術(shù)。在動(dòng)圖像顯示中，每一幀實(shí)際上是靜止照片。如果新照片快速接替舊照片，就產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)動(dòng)的幻覺(jué)修改率是在屏幕上的顯示改變的速率。為符合基本的動(dòng)圖像技術(shù)，理想的修改率是每秒20幀（新圖像）。

對(duì)計(jì)算機(jī)硬件，幀頻有幾個(gè)含義。它們大致分類(lèi)為圖形的幀頻計(jì)算的幀頻數(shù)據(jù)存取的幀頻哪種幀頻是最重要的？為了維持在VR中的臨場(chǎng)和沉浸感，圖形幀頻是關(guān)鍵。原因：這些幀頻可能是獨(dú)立的，圖像場(chǎng)景可能變化，而沒(méi)有來(lái)自用戶(hù)視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算和數(shù)據(jù)存取。這時(shí)，圖形的幀頻大于計(jì)算的幀頻和數(shù)據(jù)存取的幀頻。經(jīng)驗(yàn)表明，圖形幀頻率應(yīng)盡可能高，低于每秒10幀的幀頻嚴(yán)重降低臨場(chǎng)的幻覺(jué)。如果圖形顯示依靠計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，則計(jì)算和數(shù)據(jù)存取幀頻必須為8到10幀/秒，維持用戶(hù)看到時(shí)間演化的幻覺(jué)。什么情況下，希望VR具備快速響應(yīng)？如果應(yīng)用允許交互控制，就要求快速響應(yīng)。長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間（滯后時(shí)間，延遲時(shí)間）最直接的影響是什么？嚴(yán)重降低用戶(hù)性能。響應(yīng)時(shí)間的通常恒量值是多少？多于幾毫秒的延遲會(huì)影響用戶(hù)性能，而多于0.1秒的延遲有嚴(yán)重影響。例舉一個(gè)響應(yīng)時(shí)間影響用戶(hù)性能的例子延遲時(shí)間是如何計(jì)算的？從用戶(hù)的動(dòng)作開(kāi)始（如用戶(hù)轉(zhuǎn)動(dòng)頭部），經(jīng)過(guò)位姿傳感器感知用戶(hù)位姿，把位姿信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算新的顯示場(chǎng)景把新的場(chǎng)景傳送給視覺(jué)顯示設(shè)備，直到視覺(jué)顯示設(shè)備顯示出新的場(chǎng)景為止。影響延遲的因素這些延遲在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中來(lái)自很多因素：如數(shù)據(jù)存取時(shí)間計(jì)算時(shí)間繪制時(shí)間輸入設(shè)備數(shù)據(jù)處理時(shí)間。類(lèi)似幀頻的情況，延遲的來(lái)源分成：數(shù)據(jù)存取計(jì)算圖形顯示。問(wèn)題：：系統(tǒng)統(tǒng)有高高幀頻頻，延延遲就就相對(duì)對(duì)會(huì)小小，正正確與與否？？雖然延延遲與與幀頻頻有關(guān)關(guān)，但但它們們不同同。系系統(tǒng)可可能有有高幀幀頻，，但有有較大大的延延遲時(shí)時(shí)間，，顯示示的圖圖像和和提供供的計(jì)計(jì)算結(jié)結(jié)果是是幾幀幀以前前的。。幀頻和和延遲遲的最最低要要求由由什么么決定定？要求的的幀頻頻和延延遲一一般取取決于于環(huán)境特特性。只有慢速運(yùn)運(yùn)動(dòng)物體，，較靜的環(huán)境境，可可以用用幀頻頻每秒秒8至10，和0.1秒延遲遲。如果環(huán)環(huán)境中中有高速運(yùn)運(yùn)動(dòng)的物體體，則則要求求高幀幀頻（（>60Hz）和短短延遲遲。所所有情情況下下，若若幀頻頻低于于每秒秒8幀，則則失去去三維維環(huán)境境的生生動(dòng)感感，若若延遲遲大于于0.1秒，則則很難難操作作環(huán)境境。因此，，幀頻頻必須須大于于8到10幀/秒,總延遲遲必須須小于于0.1秒。視覺(jué)顯顯示對(duì)對(duì)計(jì)算算機(jī)系系統(tǒng)的的要求求---計(jì)算能能力和和場(chǎng)景景復(fù)雜雜性為什么么說(shuō)虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)仿仿真的的計(jì)算算問(wèn)題題，是是一種種時(shí)間間受限限的計(jì)計(jì)算這是因因?yàn)轱@顯示的的幀頻頻必須須大于于8到10幀/秒。于于是，，在0.1秒內(nèi)，，必須須完成成一次次場(chǎng)景景的計(jì)計(jì)算。。用什么么能夠夠表示示計(jì)算算能力力？如果一一個(gè)顯顯示的的場(chǎng)景景中有有10,000個(gè)三角角形（（或多多邊形形），，這個(gè)個(gè)數(shù)量量就反反映了了場(chǎng)景景復(fù)雜雜性。。這樣樣，在在每秒秒進(jìn)行行的10次計(jì)算算中，，就應(yīng)應(yīng)該計(jì)計(jì)算100,000個(gè)三角角形（（或多多邊形形）。。這表表示了了計(jì)算算能力力。計(jì)算能能力和和場(chǎng)景景復(fù)雜雜性的的折衷衷問(wèn)題題若要求求更加加逼真真的仿仿真效效果，，就要要增加加場(chǎng)景景復(fù)雜雜性。。顯示示的場(chǎng)場(chǎng)景中中有更更多的的三角角形（（或多多邊形形），，顯示示的效效果就就更逼逼真。。這就就要求求更強(qiáng)強(qiáng)的計(jì)計(jì)算能能力，，每秒秒計(jì)算算更多多的三三角形形（或或多邊邊形））。反之，，如果果只能能使用用能力力有限限的指指定的的計(jì)算算機(jī)，，則限限定了了計(jì)算算能力力，也也就限限定了了場(chǎng)景景復(fù)雜雜性。。每個(gè)個(gè)場(chǎng)景景，只只能用用較少少的三三角形形（或或多邊邊形）），產(chǎn)產(chǎn)生較較粗糙糙的顯顯示。。下圖表表示，，波音音747-400飛機(jī)的的兩種種復(fù)雜雜性不不同的的三維維模型型。（（a）中的的模型型有520個(gè)頂點(diǎn)點(diǎn)，406個(gè)多邊邊形。。（b）中的的模型型有7694個(gè)頂點(diǎn)點(diǎn)，7556個(gè)多邊邊形。。效果果圖說(shuō)說(shuō)明了了明顯顯的逼真度度差別。。下圖表表示，，人體體骨骼骼的兩兩種復(fù)復(fù)雜性性不同同的三三維模模型。。（a）中的的模型型有8979個(gè)多邊邊形。。（b）中的的模型型有131275個(gè)多邊邊形。。效果果圖說(shuō)說(shuō)明了了明顯顯的逼逼真度度差別別。問(wèn)題：：對(duì)于VR計(jì)算機(jī)機(jī)，主主要的的技術(shù)術(shù)指標(biāo)標(biāo)就是是其計(jì)計(jì)算能能力，，用什什么恒恒量計(jì)計(jì)算能能力？？每秒計(jì)計(jì)算的的三角角形（（或多多邊形形）的的數(shù)目目。討論計(jì)計(jì)算能能力時(shí)時(shí)應(yīng)該該注意意的問(wèn)問(wèn)題是否加加紋理，是否否反走樣樣，采用用哪一一種明暗模模型，都會(huì)會(huì)影響響到計(jì)計(jì)算能能力。。加入這這些復(fù)復(fù)雜的的功能能，就就會(huì)增增加計(jì)計(jì)算復(fù)復(fù)雜性性，從從而減減少每每秒計(jì)計(jì)算的的三角角形（（或多多邊形形）的的數(shù)目目。計(jì)算機(jī)機(jī)生成成圖像像時(shí)的的走樣樣現(xiàn)象象通常存存在三三種走走樣現(xiàn)現(xiàn)象中中的兩兩種：：鋸齒形形邊圖形細(xì)細(xì)節(jié)或或紋理理繪制制失真真第三種種現(xiàn)象象出現(xiàn)現(xiàn)在顯顯示非非常微微小對(duì)對(duì)象的的場(chǎng)合合。什么是是反走走樣？？在光柵柵圖形形顯示示器上上繪制制非水平平且非非垂直直的直直線或或多邊邊形邊邊界時(shí)，或或多或或少會(huì)會(huì)呈現(xiàn)現(xiàn)鋸齒齒狀或或臺(tái)階階狀外外觀。。原因？？這是因因?yàn)橹敝本€、、多邊邊形、、色彩彩邊界等等是連連續(xù)的的，而光柵則則是由由離散散的點(diǎn)點(diǎn)組成成，在光光柵顯顯示設(shè)設(shè)備上上表現(xiàn)現(xiàn)直線線、多多邊形形等，，必須須在離離散位位置采采樣。。由于采采樣不不充分分重建建后造造成的的信息息失真真，就叫叫走樣(aliasing)。而用于減減少或或消除除這種種效果果的技技術(shù)，就稱(chēng)稱(chēng)為反走樣樣(antialiasing)。反走樣樣的方方法：：基本上上反走走樣方方法可可分為為兩類(lèi)類(lèi)。第一類(lèi)類(lèi)是提高分分辨率率即增加采采樣點(diǎn)點(diǎn)(提高采采樣頻頻率)。然而，，CRT光柵掃掃描設(shè)設(shè)備顯顯示非非常精精細(xì)光光柵的的能力力是有有限的的，因因此人人們通通常是是在較較高分分辨率率上對(duì)對(duì)光柵柵進(jìn)行行計(jì)算算，然然后采采用某某種平平均算算法(濾除高高頻分分量)得到較較低分分辨率率的象象素的的屬性性，并并顯示示在分分辨率率較低低的顯顯示器器上。。這這種方方法稱(chēng)稱(chēng)為超采采樣樣或或后后置置濾濾波波。另一一類(lèi)類(lèi)反反走走樣樣是是把把像像素素作作為為一一個(gè)個(gè)有有限限區(qū)區(qū)域域，，對(duì)對(duì)區(qū)區(qū)域域采采樣樣來(lái)來(lái)調(diào)調(diào)整整像像素素的的亮亮度度，，以以光光順順邊邊界界來(lái)來(lái)減減小小鋸鋸齒齒現(xiàn)現(xiàn)象象。。這這種種方方法法等等價(jià)價(jià)于于圖圖像像的的前置置濾濾波波。關(guān)于于明明暗暗模模型型光照照模模型型可可用用于于任任何何表表面面上上任任一一可可見(jiàn)見(jiàn)點(diǎn)點(diǎn)。。通通過(guò)過(guò)計(jì)計(jì)算算該該點(diǎn)點(diǎn)處處的的表表面面法法線線方方向向及及應(yīng)應(yīng)用用光光照照模模型型即即可可確確定定此此點(diǎn)點(diǎn)的的光照照明明暗暗程程度度。當(dāng)當(dāng)我我們們處處理理多多邊邊形形集集合合或或多多面面體體時(shí)時(shí)，，如如果果整整個(gè)個(gè)表表面面都都這這樣樣依依次次計(jì)計(jì)算算每每點(diǎn)點(diǎn)的的光光照照明明暗暗度度，，所所需需的的耗耗費(fèi)費(fèi)就就太太大大了了。。因因此此，，需需要要采采取取一一些些有有效效的的方方法法對(duì)對(duì)整個(gè)個(gè)表表面面的的明明暗暗度度進(jìn)行行處處理理。。對(duì)多多邊邊形形和和多多邊邊形形網(wǎng)網(wǎng)格格的的基基本本明明暗暗處處理理方方法法有有三三種種：：常數(shù)數(shù)明明暗暗處處理理法法Gourand明暗暗處處理理算算法法：：Phong明暗暗處處理理算算法法常數(shù)數(shù)明明暗暗處處理理法法Gourand明暗暗處處理理算算法法：：Phong明暗暗處處理理算算法法三種種算算法法的的具具體體內(nèi)內(nèi)容容？？對(duì)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)的的要要求求圖形形學(xué)學(xué)和和計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)硬硬件件的進(jìn)進(jìn)展展對(duì)對(duì)全全真真實(shí)實(shí)的的VR是關(guān)關(guān)鍵鍵因因素素。。由于于廣泛泛的的興興趣趣和有有不同同性性能能要求求的的大大量量應(yīng)應(yīng)用用，，所所以以需需要要在在幾個(gè)個(gè)層層次次繼續(xù)續(xù)進(jìn)進(jìn)行行硬硬件件開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)，，由由高檔檔多多模模式式工工作作站站到低低檔檔的的只只有有適適當(dāng)當(dāng)三三維維視視覺(jué)覺(jué)能能力力的的個(gè)人人工工作作站站。將來(lái)來(lái)的的高高檔檔VE系統(tǒng)統(tǒng)有有幾幾個(gè)個(gè)硬硬件件要要求求。。具有有高計(jì)計(jì)算算要要求求的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。這這些些機(jī)機(jī)器器必必須須有有很大大的的物物理理存存儲(chǔ)儲(chǔ)多個(gè)高性性能向量量處理機(jī)機(jī)高帶寬(>500Mbytes/s)低延遲(<0.03s)巨型存儲(chǔ)儲(chǔ)設(shè)備和對(duì)各種種輸入輸輸出設(shè)備備的高速速接口。。物理建模模和可視視化計(jì)算算將是計(jì)算算需求的的推動(dòng)力力。基于PC的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)機(jī)器器的組成成結(jié)構(gòu)讓一般公公眾接受受虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的最最佳途徑徑？Grimsdale［1992］指出，，讓一般般公眾接接受虛擬擬現(xiàn)實(shí)將將通過(guò)“發(fā)展”，而不是是“革命”。發(fā)展意味味著升級(jí)級(jí)現(xiàn)有的的計(jì)算基基礎(chǔ)，產(chǎn)產(chǎn)生虛擬擬現(xiàn)實(shí)要要求的新新功能。。利用PC平臺(tái)的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是價(jià)價(jià)格低最初的PC平臺(tái)的虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)機(jī)器：：在1992年推出了了低級(jí)的的基于486的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)機(jī)器器它有頭部部跟蹤器器、HMD、3-D聲音、圖圖形加速速器和手手柄，價(jià)價(jià)格少于于20000美元。1994年，低級(jí)級(jí)的基于于PC的系統(tǒng)價(jià)價(jià)格約3300美元（跟跟蹤球200美元，Cyberscope200美元，軟軟件工具具盒900美元，486-PC2000美元）。。圖形硬件件圖形硬件件指的是是什么？？是那些使使圖形繪繪制加速速的硬件件設(shè)備。。圖形硬件件涉及到到哪些？？圖形流水水線圖形卡的的AGP和PCI圖形加速速器Add-ons圖形流水水線圖形流水水線的作作用：包括把三三維物體體由其自自身坐標(biāo)標(biāo)系變換換到用于于顯示的的二維屏屏幕空間間所需要要的計(jì)算算器。這個(gè)過(guò)程程涉及到到的步驟驟第一步是是把物體體由其自自身坐標(biāo)標(biāo)系變換換到描述述整個(gè)場(chǎng)場(chǎng)景的世世界坐標(biāo)標(biāo)系。第二步是是剔除在在場(chǎng)景中中不必顯顯示的物物體，減減少計(jì)算算量，這這是計(jì)算算過(guò)程優(yōu)優(yōu)化。第三步是是在模型型中引入入顏色和和明暗等等性質(zhì)。。第四步，，場(chǎng)景景再作另另一個(gè)變變換到屏屏幕空間間。最后后光柵化化為象素素，并且且顯示。。在這個(gè)過(guò)過(guò)程中，，計(jì)算算是在多多個(gè)區(qū)域域內(nèi)進(jìn)行行。很多多計(jì)算在在CPU進(jìn)行，但但是多數(shù)數(shù)矩陣運(yùn)運(yùn)算是在在圖形加加速器中中進(jìn)行。。圖形卡的的AGP和PCI圖形卡的的AGP和PCI是總線。。數(shù)據(jù)總線線會(huì)影響響到圖形形卡的性性能。PCI是標(biāo)準(zhǔn)的的計(jì)算機(jī)機(jī)內(nèi)部總總線。總總線把計(jì)計(jì)算機(jī)的的插入卡卡（網(wǎng)絡(luò)絡(luò)卡，圖圖形卡等等）連接接到CPU。PCI總線的傳傳輸速度度是有限限制的。。插入的的卡越多多，每個(gè)個(gè)卡得到到的傳輸輸速度越越小，圖圖形卡與與CPU只能以較較小的帶帶寬通訊訊。AGP是專(zhuān)用總總線，它它只能連連接一個(gè)個(gè)卡（圖圖形卡））。它的的通過(guò)量量全部用用于圖形形卡。他他還允許許直接把把紋理傳傳送到圖圖形卡，，不必通通過(guò)系統(tǒng)統(tǒng)存儲(chǔ)器器?？梢砸韵胂螅?，這將大大大增加加系統(tǒng)性性能。圖形加速速器圖形加速速器是圖圖形計(jì)算算的另一一個(gè)重要要部分。。這是圖形形卡上的的處理器器，它完完成所有有繁重的的計(jì)算。。這些繁重重計(jì)算主主要包括括：加紋理反走樣計(jì)算密集集的函數(shù)數(shù)例如：NVidia推出芯片片，完成成光照及及其變換換。它取取代CPU的工作，，大大加加速顯示示過(guò)程，，允許實(shí)實(shí)時(shí)的照照明和明明暗變化化。3Dfx制造了圖圖形卡的的Voodoo和Banshee芯片。它它也利用用自己的的T-緩沖技術(shù)術(shù)，把實(shí)實(shí)時(shí)明暗暗加在其其Voodoo芯片上。。ActionMedia圖形加速速器有SPEA“Fire””圖形加速速器Stride圖形加速速器Add-onsAdd-ons適用于只只有2D加速器，，但沒(méi)有有3D加速器的的計(jì)算機(jī)機(jī)。它提供用用于顯示示3D物體的計(jì)計(jì)算，極極大地改改進(jìn)性能能。3Dfx是add-ons的主要制制造商。。它的Voodoo就是一種種初等的的add-ons。它還為其其圖形卡卡開(kāi)發(fā)了了API（稱(chēng)為Glide）。Glide提供了軟軟件微層層次，使使開(kāi)發(fā)者者免于直直接處理理硬件寄寄存器和和存儲(chǔ)器器。這減減少了調(diào)調(diào)試時(shí)間間，加快快了開(kāi)發(fā)發(fā)過(guò)程。。它基本本上是OpenGLAPI的縮減版本，，類(lèi)似于OpenGL。GlideUtilityLibrary提供Glide的更高層次的的實(shí)現(xiàn)。關(guān)于3D顯示卡3dfxVoodoo3-3500它使用8片HY5.5ns，提供128bit帶寬，顯存和和芯片內(nèi)核速速率在183MHz，多邊形處理理能力是800萬(wàn)/秒，像素填充充率是366萬(wàn)/秒。他擁有3dfx獨(dú)有的3DAPI:GLIDE，擁有簡(jiǎn)潔的的代碼和較高高的效率，針針對(duì)GLIDE優(yōu)化的游戲效效果比一般針針對(duì)D3D優(yōu)化的游戲效效果更出色，，所以他是最最好的3D游戲卡。價(jià)格格1500元。耕宇TNT2Ultra+它使用2×32的SEC-GC顯存。其核心心頻率和顯存存頻率分別為為175MHz和200MHz。多邊形處理理能力是800萬(wàn)/秒，像素填充充率是350萬(wàn)/秒?？焓撬牡淖畲筇攸c(diǎn)。。價(jià)格1650元。帝盟StealthIIIS540它使用MT的8ns顯存。其核心心頻率和顯存存頻率分別為為125MHz和143MHz。它使用4×16的32MB顯存，所以其其顯示帶寬只只有64bit。它的S3TC紋理壓縮技術(shù)術(shù)效果出眾。。它是最慢但但最經(jīng)濟(jì)的3D顯示卡。價(jià)格格900元。ATIRageFury他是最大的OEM顯示卡生產(chǎn)商商。但是其產(chǎn)產(chǎn)品的速度無(wú)無(wú)法與其他顯顯示卡相比。。它使用SEC的5nsSGRAM。其核心頻率率和顯存頻率率只有100MHz和110MHz。ATIRage128芯片的性能很很均衡。畫(huà)面面質(zhì)量和D3D/OPENGL性能都不錯(cuò)。。特別出色的的是其DVD解壓能力。他他是很均衡的的顯示卡。價(jià)價(jià)格1300元。MatroxG400MAX它使用2×32的SEC-GC顯存。其核心心頻率和顯存存頻率分別為為166MHz和200MHz。多邊形處理理能力是800萬(wàn)/秒，像素填充充率是333萬(wàn)/秒。他擁有雙雙128bit總線，雙頻頭頭顯示技術(shù)(同時(shí)聯(lián)結(jié)兩個(gè)個(gè)顯示器)，環(huán)境映射凹凹凸貼圖等先先進(jìn)技術(shù)。它它的功能最多多，性能很優(yōu)優(yōu)秀。價(jià)格2500元。3基于工作站的的虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)機(jī)器就數(shù)量來(lái)講，，僅次于PC的最大的計(jì)算算基礎(chǔ)是工作站它們比PC的優(yōu)點(diǎn)：是有更強(qiáng)的計(jì)計(jì)算能力更大的磁盤(pán)空空間更快的通訊方方式?；诠ぷ髡镜牡奶摂M現(xiàn)實(shí)機(jī)機(jī)器的兩種發(fā)發(fā)展途徑Sun和SGI采用的一種途途徑是用虛擬擬現(xiàn)實(shí)工具改改進(jìn)現(xiàn)有的工工作站，象基基于PC的系統(tǒng)那樣。。DivisionLtd.采用的另一個(gè)個(gè)途徑是設(shè)計(jì)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)專(zhuān)專(zhuān)用的"總承包"系統(tǒng)，如Provision100。1．Sun公司的“VirtualHolographic”工作站1992年，Sun推出"VirtualHolographicWorkstation"。這個(gè)系統(tǒng)最最初使用SUNSparcstationII，并配置GT圖形加速器（（10萬(wàn)個(gè)多邊形/秒）。1994年，它升級(jí)到到Sun10-51，配置ZX加速器（12.5萬(wàn)個(gè)多邊形/秒）。在立體方式下下，速度下降降到約6萬(wàn)個(gè)多邊形/秒，且左右眼圖像交交替顯示在立立體監(jiān)視器上上。它采用StereoGraphicsCo.的CrystalEyesVR和Logitech跟蹤器，給用戶(hù)部部分沉浸感感。頭部和3-D鼠標(biāo)的跟蹤蹤是用Logitech的超聲跟蹤蹤器，它連連到工作站站串行口。。3-D鼠標(biāo)的使用用象2-D鼠標(biāo)那樣，，用于與虛虛擬對(duì)象以以3-D交互。集成這些I/O工具和SUN工作站的軟件（運(yùn)行在Solaris2.3操作系統(tǒng)上上）是Sense8WorldToolKit的新版本，，在1994年春推出。。整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)價(jià)格約46000美元，再加加上Sense8軟件的另外外價(jià)格約6000美元。2．Division公司的Provision100工作站Provision100的并行結(jié)構(gòu)構(gòu)有多個(gè)處處理器：稱(chēng)為“Director”（用于碰撞檢測(cè)和和時(shí)間同步步的處理器））用于立體視視頻顯示的的“actors”（視頻處理器）3-D聲音的“actors”（聲音處理器）手跟蹤與手手姿識(shí)別的的“actors”（手套處理器））。允許增加附加的I/O處理器。與主計(jì)算算機(jī)的連接接允許基于于UNIX的Provision100用于仿真中中的高級(jí)終終端。6.使用兩個(gè)圖形板板，每個(gè)眼一一個(gè)，直接接輸出NTSC/PAL信號(hào)。每個(gè)個(gè)圖形板有有一個(gè)Inteli860處理器和兩兩個(gè)T425transputers。i860利用常用的的多邊形加加速器作幾幾何處理，，提供35000個(gè)Gouraud明暗的Z-緩沖的多邊邊形/秒。7.Provision100VRX模型有一個(gè)個(gè)附加的紋理理模塊，在象素處處理器和兩兩個(gè)視頻存存儲(chǔ)器之間間。它可以加紋理理，但不損損失繪制速速度。對(duì)256個(gè)texel單元（紋理理元），24-bit彩色紋理圖圖存在高速速靜態(tài)RAM中。這個(gè)RAM可以布局為為256×256的4個(gè)圖，128×128的16個(gè)圖，或者者它們的組組合（如256×256的1個(gè)圖加上128×128的4個(gè)圖和64×64的32個(gè)圖）。4高度并行的的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)機(jī)器問(wèn)題：作為為為VR系統(tǒng)提供計(jì)計(jì)算的設(shè)備備的瓶頸？？因?yàn)橛?jì)算能能力成為VR系統(tǒng)計(jì)算設(shè)設(shè)備的瓶頸頸之一，所所以各個(gè)工工作站廠商商都在發(fā)展展高度并行行的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)機(jī)器，，以便提高高計(jì)算能力力。1．Division公司的“SuperVision””機(jī)器2．SGI公司的IRIS-1400到RealityEngine23．Evans&Sutherland公司的Freedom30004．北卡大學(xué)學(xué)的PixelPlanes4,5和PixelFlow5．Sun公司的Elite3Dm3和m66．更強(qiáng)大的的機(jī)器RedMountain和BlueMountain7．其他設(shè)備備1．Division公司的“SuperVision””機(jī)器Provision一開(kāi)始可以以繪制3.5萬(wàn)個(gè)多邊形形/秒，1992年，Division宣布了“SuperVision””機(jī)器，它用用高性能的的并行結(jié)構(gòu)構(gòu)增加繪制制能力到28萬(wàn)個(gè)多邊形形/秒。這些多多邊形是紋紋理的，Gouraud明暗的和Z-緩沖的。SuperVision結(jié)構(gòu)有標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的Provision“前端”和多處理器器組。多組結(jié)構(gòu)包包括一個(gè)畫(huà)畫(huà)面緩沖器器，它與一一個(gè)立體視視頻畫(huà)面獲獲取器一起起，允許圖圖形實(shí)時(shí)覆覆蓋在實(shí)況況視頻圖像像上。此外，SuperVision有一個(gè)多通通道圖像生生成組，一一個(gè)處理組組，一個(gè)I/O組，一個(gè)聲聲音組，以以及可能的的附加組。。所有的組組都連到同同樣的通訊訊線路。這這個(gè)通訊線線路的通訊訊是通過(guò)"點(diǎn)到點(diǎn)"的通信路線線。它可以以用于任何何數(shù)據(jù)類(lèi)型型，由實(shí)況況視頻，到到對(duì)象幾何何修改和象象素信息。。所有數(shù)據(jù)據(jù)包都可以以由環(huán)上任任意的處理理器送到另另一個(gè)處理理器?？梢砸赃x擇不同同的分布方方式，使得得對(duì)不同問(wèn)問(wèn)題的性能能最優(yōu)。2．SGI公司的IRIS-1400到RealityEngine2SGI（SiliconGraphicsIncorporated）公司制造造的圖形系系統(tǒng)具有某某種更靈活活更強(qiáng)的數(shù)數(shù)字媒體能能力，它在在一個(gè)包中中組合了先先進(jìn)的三維圖形，，數(shù)字多通通道聲頻，，以及錄象象。SGI系統(tǒng)用作許許多VR系統(tǒng)的核心心，它完成成仿真、可視視化、通訊訊等任務(wù)。關(guān)鍵在于系統(tǒng)支持強(qiáng)強(qiáng)大的計(jì)算算多通道視覺(jué)覺(jué)輸出以及連接到到傳感器、、控制設(shè)備備和網(wǎng)絡(luò)的的快速輸入入輸出。紋紋理化多邊邊形、填充充能力也3．Evans&Sutherland公司的Freedom3000Evans&Sutherland(E&S)原來(lái)是飛行行仿真器公公司，它發(fā)發(fā)布了Freedom序列圖形加加速器，用于SunSparc10工作站。它它提供大范范圍的性能能水平：由Freedom1000的每秒50萬(wàn)多邊形，，到Freedom3000的每秒3百萬(wàn)多邊形形。它用標(biāo)準(zhǔn)硬硬件軟件接接口與Sun環(huán)境無(wú)縫地地連接。Freedom加速器可以以用Sun標(biāo)準(zhǔn)接口編編程，并與與當(dāng)前的E&S和Sun工作站軟件件兼容。Freedom3000有1280××1024，1536××1280和高分辨率率TV顯示格式。。它支持硬硬件紋理映映射，包括括MIP映射，分辨辨率達(dá)2000××2000。其它特性是是線、點(diǎn)、、多邊形的的反走樣，，a緩沖區(qū)，累累積緩沖，，每個(gè)象素素128位，和動(dòng)態(tài)態(tài)象素定位位。Freedom3000包括下列技技術(shù)：用0.8μCMOS的五個(gè)專(zhuān)有有的VLSIASIC芯片可編程高速速微處理機(jī)機(jī)的并行陣陣列(DSP)，很快的專(zhuān)有有的圖形總總線(G-bus)(速度超過(guò)每每秒3百萬(wàn)多邊形形)高速象素發(fā)發(fā)送互聯(lián)用于圖像處處理的高速速存取幀緩緩沖區(qū)(達(dá)每秒1億象素)高象素填充充率950萬(wàn)/秒。4．北卡大學(xué)學(xué)的PixelPlanes4,5和PixelFlow北卡大學(xué)是是最早開(kāi)發(fā)圖形硬硬件的大學(xué)之一一。他的工工作不同于于商界的工工作，因?yàn)闉楣ぷ髦谢A(chǔ)研究多多于制造機(jī)機(jī)器產(chǎn)品，所以他們們的機(jī)器總總是處于圖圖形硬件的的前沿。PixelFlow和其圖形性性能是將來(lái)來(lái)高性能三三維VR的重要部分分。它克服了傳傳統(tǒng)硬件繪繪制結(jié)構(gòu)的的變換和幀幀緩沖存取取的瓶頸。。它利用圖像像合成技術(shù)術(shù)，分配繪繪制任務(wù)在在同樣的繪繪制器陣列列，其中每每個(gè)繪制器器計(jì)算部分分基元的全全屏幕圖像像。高性能圖像像合成網(wǎng)絡(luò)絡(luò)實(shí)時(shí)組合合這些圖像像，產(chǎn)生全全屏圖像。。圖像合成結(jié)結(jié)構(gòu)的性能能與繪制器器數(shù)目成線線性關(guān)系。。一個(gè)PixelFlow繪制器掃描達(dá)達(dá)每秒140萬(wàn)三角形，幾幾個(gè)繪制器系系統(tǒng)可以掃描描達(dá)這個(gè)速率率幾倍。予計(jì)計(jì)128個(gè)繪制器的系系統(tǒng)可以達(dá)到到多邊形速率率每秒1億三角形。PixelFlow由超級(jí)采樣實(shí)實(shí)現(xiàn)反走樣。。它以幾個(gè)硬件明暗器支持延遲的明明暗，它在包包含中間象素素?cái)?shù)據(jù)的合成成圖像上工作作。PixelFlow明暗器計(jì)算復(fù)復(fù)雜的明暗算算法，以及基基于圖像的紋紋理，明暗速速率與圖像復(fù)復(fù)雜性無(wú)關(guān)。。PiexlFlow可以連到并行行超級(jí)計(jì)算機(jī)機(jī)，用作中間模式圖形形服務(wù)器，或者可以為為保持方式繪繪制維持顯示示表。5．Sun公司的Elite3Dm3和m6Elite3D是Sun公司的高性能能圖形系統(tǒng)系系列，用于實(shí)實(shí)時(shí)交互的3D可視化，繪制制和動(dòng)畫(huà)。實(shí)際上，這只只是視頻卡，，不是整個(gè)系系統(tǒng)。它是與SunUltra10工作站一起工工作的。該系統(tǒng)比SGI的系統(tǒng)便宜，，但性能也較較低。m6是較高性能的的選項(xiàng)，有6個(gè)板上的FPU運(yùn)算器。它有有串口連接其其他接口設(shè)備備，如頭部跟跟蹤，HMD，3D鼠標(biāo)。他的用戶(hù)類(lèi)似似SGI系統(tǒng)，有：CAD/CAE，石油工業(yè)，，醫(yī)療專(zhuān)業(yè)，，HAZMAT，實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)。。6．RedMountain和BlueMountain1996年12月16日，Intel公司與USDOE合作發(fā)布了世界上第一臺(tái)臺(tái)每秒1萬(wàn)億次的計(jì)算算機(jī)(teraflops)。全美國(guó)人不不停地手算125年，才相當(dāng)于于該機(jī)器工作作1秒鐘。該機(jī)機(jī)器稱(chēng)為RedMountain（紅山）。AcceleratedStrategicComputinginitiative(ASCI)正在開(kāi)發(fā)仿真真技術(shù)，不經(jīng)經(jīng)過(guò)地下核試試驗(yàn)就確保美美國(guó)核武器的的安全可靠。。在新墨西哥哥州的SandiaNationalLaboratories（桑迪亞國(guó)家家實(shí)驗(yàn)室）正正在安裝5500萬(wàn)美元的RedMountain機(jī)器，新墨西西哥州的LosAlamosNationalLaboratory（洛斯阿拉莫莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室）和加加州的theLawrenceLivermoreNationalLaboratory也使用該機(jī)器器。該機(jī)器仿仿真核武器的的各個(gè)方面，，由激勵(lì)問(wèn)題題（如起爆仿仿真），到靜靜態(tài)仿真（如如核武器儲(chǔ)存存的老化效果果）。RedMountain也用于醫(yī)療和和藥物研究，，天氣預(yù)報(bào)，，飛機(jī)和汽車(chē)車(chē)設(shè)計(jì)，工業(yè)業(yè)生產(chǎn)的改進(jìn)進(jìn)，疾病演化化的仿真，治治理環(huán)境等。。RedMountain的主要指標(biāo)為：價(jià)格$55百萬(wàn)，占地1000平方英尺，系系統(tǒng)RAM:584Gbytes，雙向交叉帶帶寬51.6Gbytes/sec，PentiumPro處理器9,216，峰值性能1.8TFLOPS。LosAlamosNationalLaboratory不滿(mǎn)足借用RedMountain，就開(kāi)始建造造BlueMountain。該機(jī)器有比較較RedMountain更強(qiáng)的圖形能能力，增加了16臺(tái)SGIInfiniteReality機(jī)器。BlueMountain組織成48個(gè)128處理器的共享享存儲(chǔ)器多處處理機(jī)（SMP）。48個(gè)SMP可以彼此通訊訊，速度為每每秒650Gigabits。它有76萬(wàn)億bytes的光纖通道的的盤(pán)空間。1998年11月12日建成，5年內(nèi)將超過(guò)100TFLOPS。7．其他設(shè)備TAN是高級(jí)的沉浸的的投影顯示，HP提供Kayak,VisualizeWorkstations，nVisionDatavisorHMD，E&STornado和3DLabsOxygenGMX。小結(jié)VR用計(jì)算機(jī)的技技術(shù)要求是幀幀頻和延遲時(shí)時(shí)間的要求，，以及計(jì)算能能力和場(chǎng)景復(fù)復(fù)雜性?；赑C的虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)機(jī)器包括：有有ActionMedia圖形加速器的的486-PC；有SPEA"Fire"圖形加速器的的486-PC；Stride圖形加速器等等?；诠ぷ髡镜牡奶摂M現(xiàn)實(shí)機(jī)機(jī)器包括：Sun的"VirtualHolographicWorkstation"；Division的Provision100工作站。高高度并行行的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)機(jī)器包括：：Division的"SuperVision"；SGI的RealityEngine2，ONYX2；Evans&Sutherland的Freedom3000；北卡大學(xué)的的PixelPlanes4,5和PixelFlow，Sun的Elite3Dm3和m6；以及更強(qiáng)大大的機(jī)器RedMountain和BlueMountain。2虛擬現(xiàn)實(shí)軟件件系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)工工具軟件系統(tǒng)統(tǒng)的要求虛擬現(xiàn)實(shí)常用用的工具軟件件系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)工具具軟件的功能能1虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)工工具軟件系統(tǒng)統(tǒng)的要求虛擬現(xiàn)實(shí)程序序設(shè)計(jì)需要有關(guān)實(shí)時(shí)時(shí)系統(tǒng)、面向向?qū)ο笳Z(yǔ)言、、網(wǎng)絡(luò)、物理理建模、多任任務(wù)等方面的的知識(shí)。好的計(jì)算機(jī)程程序員精通這這些技巧。但但他們不可能能熟悉各種虛虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用用的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域域。反之，醫(yī)生、、建筑師、或或經(jīng)濟(jì)分析家家也不可能具具有必要的程程序設(shè)計(jì)技巧巧。虛擬現(xiàn)實(shí)廠家家認(rèn)識(shí)到需要要解決這種知知識(shí)缺口，并并創(chuàng)造出這種種產(chǎn)品的市場(chǎng)場(chǎng)。"這要求穩(wěn)定的的平臺(tái)和軟件件，這使現(xiàn)有有的軟件廠家家輕松地虛擬擬化他們的產(chǎn)產(chǎn)品，并促進(jìn)進(jìn)新一代軟件件開(kāi)發(fā)者去創(chuàng)創(chuàng)造先進(jìn)的虛虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品品。"虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用用的工具軟件件系統(tǒng)應(yīng)該滿(mǎn)滿(mǎn)足下列要求求：工具軟件是為虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)要求設(shè)設(shè)計(jì)的面向?qū)?duì)象函數(shù)的可可擴(kuò)充的庫(kù)一個(gè)仿真對(duì)象象就是一個(gè)“類(lèi)”的部件，并繼繼承它默認(rèn)的的屬性。這大大大簡(jiǎn)化了復(fù)復(fù)雜對(duì)象編程程的任務(wù)。由由于庫(kù)是可擴(kuò)擴(kuò)充的，開(kāi)發(fā)發(fā)者可能寫(xiě)專(zhuān)專(zhuān)用模塊，并并利用同樣的的仿真核心。。虛擬現(xiàn)實(shí)工具具盒具有的另另一個(gè)重要特特征是硬件獨(dú)立性。寫(xiě)的函數(shù)用用于各種平臺(tái)臺(tái)，實(shí)質(zhì)上是是一般的。實(shí)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是是因?yàn)楦邔拥牡暮瘮?shù)“不知道”它在特定的硬硬件上運(yùn)行。。低層的“轉(zhuǎn)換器”在運(yùn)行時(shí)識(shí)別別特定的I/O工具。在把應(yīng)應(yīng)用由一個(gè)平平臺(tái)移到另一一平臺(tái)時(shí)，這這很有幫助。。所有的工具盒盒都支持某種形式式的網(wǎng)絡(luò)（內(nèi)部的或任任選的）。這這允許并行或分布處處理，以及重要的的多用戶(hù)交互。這使得在一一個(gè)應(yīng)用中可可能進(jìn)行合作作，以提高效效率。這里討論的所所有的工具盒盒都接受CAD3-D文件（DXF等）。這說(shuō)明明通過(guò)引入現(xiàn)有的3-D對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)，極大地減少少了開(kāi)發(fā)時(shí)間間。2虛擬現(xiàn)實(shí)常用用的工具軟件件系統(tǒng)1．常用的工具具軟件工業(yè)界制造了了很多用于虛虛擬現(xiàn)實(shí)的先先進(jìn)軟件工具具，虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)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(xiě)。VRML是描述三維造型與交互環(huán)境的簡(jiǎn)單的文本語(yǔ)言。VRML是在Internet上建立3D多媒體和共享享虛擬世界的的一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。從以下幾個(gè)方方面簡(jiǎn)單介紹紹這種語(yǔ)言。。（1）VRML的特點(diǎn)（2）VRML的概念與實(shí)例例（3）VRML的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)（4）VRML的動(dòng)畫(huà)技術(shù)（5）VRML的使用與開(kāi)發(fā)發(fā)條件（6）VRML的站點(diǎn)和教程程（1）VRML的特點(diǎn)(a)是造型語(yǔ)言,可描述3D場(chǎng)景。(b)用戶(hù)可進(jìn)入VRML建立的世界，，去探索它(c)VRML建立的世界是是交互的，受受用戶(hù)控制。。(d)把2D，3D物體、動(dòng)畫(huà)、、多媒體效果果混合于一體體(e)平臺(tái)無(wú)關(guān)，可可在PC或SGI上瀏覽。(f)基于Web，可建立三維維可視化服務(wù)務(wù)器。(g)著色不如OpenGL快。(h)沒(méi)有底層控制制。(j)有限的界面。。（2）VRML的概念與實(shí)例例VR世界中的坐標(biāo)標(biāo)系：X軸指向屏幕右右側(cè)，Y軸指向屏幕上上方，Z軸指向觀察者者。VRML程序是解釋執(zhí)執(zhí)行，實(shí)時(shí)建建模著色的文文本程序。它它的兩個(gè)要點(diǎn)點(diǎn)是：①節(jié)點(diǎn)(node):構(gòu)成虛擬世界界的基本要素素，②路由(route)：節(jié)點(diǎn)間傳送送信息的途徑徑。VRML文件都是擴(kuò)展展名WRL的文本文件，，或擴(kuò)展名WRZ（壓縮格式））的二進(jìn)制文文件。它一般般包括如下四四部分：①文件頭：位位于首行，提提供版本信息息。如：#VRMLV2.0utf8。②注釋?zhuān)阂?開(kāi)始的一段文文字。③節(jié)點(diǎn)：場(chǎng)景景信息的單位位?？梢悦枋鍪鲈煨?，燈光光，聲音等。。如：Cylinder{…}描述一個(gè)圓柱柱體。④域值：域用用于描述及改改變節(jié)點(diǎn)的屬屬性，值反映映域的大小。。如：Cylinder{height2.0radius1.5}中，height（高度）和radius（半徑）是域域，2.0和1.5是值。（3）VRML的語(yǔ)言言結(jié)構(gòu)構(gòu)VRML的基礎(chǔ)礎(chǔ)是什什么？？是一個(gè)個(gè)利用用HTTP協(xié)議傳傳輸數(shù)數(shù)據(jù)的的全球球網(wǎng)以及一一個(gè)SGI設(shè)計(jì)的的OpenInventor文件格格式。。由此，，它的的特點(diǎn)點(diǎn)在于于：VRML是標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)語(yǔ)言言與平臺(tái)臺(tái)無(wú)關(guān)關(guān)易擴(kuò)展展基于低低帶寬寬的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連連接用戶(hù)可可在虛虛擬場(chǎng)場(chǎng)景中中漫游游，還還可用用超鏈鏈接（（hyperlink）到達(dá)達(dá)新的的三維維世界界。(a)節(jié)點(diǎn)（（node）是描述述三維維場(chǎng)景景的圖圖形對(duì)對(duì)象。。一個(gè)場(chǎng)場(chǎng)景由由具有有層次結(jié)結(jié)構(gòu)的的多個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)組成成。共有50多個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)，，定義義三維維場(chǎng)景景。一個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)有有多個(gè)個(gè)域(field)，它具具有域域名、、類(lèi)型型及缺缺省值值等屬屬性。。如圓柱柱體節(jié)節(jié)點(diǎn)。。Cylinder{fieldSFBoolbottomTRUEfieldSFFLoatheight2fieldSFFLoatradius1fieldSFBoolsideTRUEfieldSFBooltopTRUE}定義的的圓柱柱體，，高度度為2，半徑徑為1，具有有下底底面，，有圓圓柱側(cè)側(cè)面，，有上上頂面面。(c)傳感器器(Sensor)節(jié)點(diǎn)是一類(lèi)類(lèi)特殊殊的節(jié)節(jié)點(diǎn)。。包括以以下節(jié)節(jié)點(diǎn)：：CylinderSensorPlaneSensorTimeSensorTouchSensorVisibilitySensorProximitySensorProximitySensorProximitySensor{exposedFieldSFVec3fcenter0，0，0exposedFieldSFVee3fsize0，0，0exposedFieldSFBoolenabledTRUEeventoutSFBoolisActiveeventouSFVec3fposition-changedeventoutSFRotationorientation-changedeventoutSFTimeenterTimeeventoutSFTimeexitTime}這時(shí)接近傳傳感器器節(jié)點(diǎn)。。當(dāng)用用戶(hù)接接近、、退出出空間間，或或在空空間移移動(dòng)時(shí)時(shí)，會(huì)會(huì)產(chǎn)生生事件件。Center和Size定義長(zhǎng)方體體，分別用用三個(gè)數(shù)字字定義長(zhǎng)方方體的中心心點(diǎn)三維坐坐標(biāo)和三維維尺寸。Enabled域的值為T(mén)RUE表示允許工工作。進(jìn)入入退出長(zhǎng)方方體空間時(shí)時(shí)發(fā)生isActive,enterTime和exitTime事件。這些些事件應(yīng)該該為對(duì)于接近的響應(yīng)行為為，進(jìn)入時(shí)間和退出時(shí)間。也可可以利用position-changed和orientation-changed，改變位置置和方向。。(d)描述符（Script）節(jié)點(diǎn)，內(nèi)內(nèi)插器(Interpolator)節(jié)點(diǎn)Script是Java描述符語(yǔ)言言的子集，，同時(shí)由Java的內(nèi)置對(duì)象象所支持的的VRML數(shù)據(jù)類(lèi)型。。Script分析輸入，，并且由輸輸出改變世世界。Interpolator是內(nèi)置的動(dòng)動(dòng)作機(jī)制，，實(shí)現(xiàn)數(shù)值值內(nèi)插，對(duì)對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)插插，產(chǎn)生動(dòng)動(dòng)畫(huà)。(e)聲音（Sound）節(jié)點(diǎn)描述述聲音定位位和空間效效果聲音定位在在一點(diǎn)，以以球或橢圓圓形發(fā)射。。域Intensity調(diào)節(jié)音量。。域Priority是占用聲道道的優(yōu)先權(quán)權(quán)。（4）VRML的動(dòng)畫(huà)技術(shù)術(shù)(a)幀頻可變：：電影中24幀/秒，電視視（NTSC）中，30幀/秒。VRML中幀頻可變變，可最小小達(dá)5幀/秒。(b)用戶(hù)可控制制動(dòng)畫(huà)：改變視點(diǎn)可可在動(dòng)畫(huà)中中漫游。(c)自然的觸發(fā)發(fā)機(jī)制：TimeSensor傳感器感受受時(shí)間StartTime域發(fā)任何的的SFTimeeventont事件，就啟啟動(dòng)動(dòng)畫(huà)。。由script產(chǎn)生予期動(dòng)動(dòng)作。（5）VRML的使用與開(kāi)開(kāi)發(fā)條件VRML的瀏覽環(huán)境境：①瀏覽器：：IE或NetspaceNavigator(NS)以上版本。。②VRML插件：VRML最簡(jiǎn)單的開(kāi)開(kāi)發(fā)環(huán)境：：①瀏覽器：：IE或NetspaceNavigator(NS)以上版本。。②VRML插件：③文本編輯輯器（記事事本或UltraEdit）。安裝瀏覽器器方法：3．非商業(yè)的的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)工具盒（（Toolkits）上面介紹的的所有系統(tǒng)統(tǒng)都是商業(yè)業(yè)產(chǎn)品，具有PowerGlove手套和SegaLCD眼鏡（總價(jià)價(jià)格約100美元）的非非專(zhuān)業(yè)人士士，不可能能花幾千美美元買(mǎi)虛擬擬現(xiàn)實(shí)工具具盒軟件包包。免費(fèi)的虛擬擬現(xiàn)實(shí)編程程工具。兩兩個(gè)已知的的較好的例例子是阿爾波塔大大學(xué)開(kāi)發(fā)的的“MinimalRealityToolkit””（MR）滑鐵盧大學(xué)學(xué)開(kāi)發(fā)的"REND386"（加拿大））。3虛擬現(xiàn)實(shí)工工具軟件的的功能實(shí)時(shí)產(chǎn)生VR所要求的軟軟件有很多部分構(gòu)成。這包包括：交互軟件與人機(jī)接口口相關(guān)的漫游軟件交互接口得得到數(shù)據(jù)，，根據(jù)漫游游原則，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換視點(diǎn)圖形流水線線軟件的多多邊形流最最小化漫游軟件過(guò)過(guò)程中，圖圖形處理軟軟件中，盡盡量減少處處理的多邊邊形世界建模軟軟件幾何、物理理和屬性建建模超媒體集成成軟件。各種類(lèi)型的的數(shù)據(jù)集成成在VR系統(tǒng)里每一部分都都是龐大的的，所有軟軟件合作，，可以實(shí)時(shí)產(chǎn)生VR。各部分軟件件相互關(guān)聯(lián)聯(lián)的目標(biāo)是產(chǎn)生詳細(xì)的交交互的無(wú)無(wú)縫的VR。如何解釋釋詳細(xì)的？？交互的的？無(wú)縫縫的？無(wú)縫表示你可可以驅(qū)動(dòng)動(dòng)車(chē)輛穿穿過(guò)一個(gè)個(gè)地帶，，停在建建筑前面面，走下下車(chē)輛，，步行進(jìn)進(jìn)入建筑筑，上樓樓梯，進(jìn)進(jìn)入房間間，與桌桌上的物物體交互互，整個(gè)過(guò)程程中沒(méi)有有延遲和和猶豫。為建立無(wú)無(wú)縫的系系統(tǒng)，要要求在軟軟件開(kāi)發(fā)發(fā)上實(shí)質(zhì)質(zhì)的進(jìn)展展。交互軟件件交互軟件件的作用用是什么么？交互軟件件是接受用戶(hù)戶(hù)操作與與控制的接口軟軟件。交互軟件件提供構(gòu)造造不同控控制設(shè)備備間對(duì)話話的機(jī)制制(如跟蹤器器,觸覺(jué)接口口)，并把對(duì)對(duì)話用于于系統(tǒng)或或應(yīng)用，，使多模模式顯示示相應(yīng)變變化。軟件的構(gòu)構(gòu)成？這個(gè)軟件件的第一一部分由控制設(shè)備備取得輸輸入，并并解釋它們。可可以使用用幾個(gè)程序庫(kù)，作為商商業(yè)產(chǎn)品品或作為為共用件件(shareware)，它可以以讀普通通接口設(shè)設(shè)備的數(shù)數(shù)據(jù)，如如DataGlove和各種跟跟蹤器。。商業(yè)程程序庫(kù)的的例子有有Sense8的WorldToolkit。程序庫(kù)包括由接接口設(shè)備備得到輸輸出的驅(qū)驅(qū)動(dòng)器，，和包括括予測(cè)跟跟蹤和手手姿識(shí)別別的程序序。構(gòu)造交互互軟件的的第二部部分轉(zhuǎn)變系統(tǒng)統(tǒng)狀態(tài)信信息，由控制設(shè)設(shè)備進(jìn)入入對(duì)話（這對(duì)系系統(tǒng)和應(yīng)應(yīng)用是有有意義的的），同同時(shí)濾掉掉對(duì)話中中錯(cuò)誤的的不可靠靠的部分分（這可可能由輸輸入設(shè)備備中的錯(cuò)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)據(jù)產(chǎn)生））。然后后把這些些對(duì)話送送交虛擬擬世界系系統(tǒng)，執(zhí)執(zhí)行某些些有用的的操作。。交互是VR系統(tǒng)關(guān)鍵鍵部分，，它涉及及硬件和和軟件。。VR中接口硬硬件提供供身體各各部分的的位置和和狀態(tài)。。這些信信息一般般用于：：(1)映射用戶(hù)戶(hù)行為到到環(huán)境變變化(如手移動(dòng)動(dòng)物體)，(2)發(fā)命令給給環(huán)境(如手姿或或按鍵)，(3)提供信息息輸入(如語(yǔ)音,文本或數(shù)數(shù)值輸入入)。用戶(hù)意圖圖應(yīng)由硬硬件輸出出判定。。由于硬硬件的不不精確，，推理可可能會(huì)復(fù)復(fù)雜化2．虛擬場(chǎng)場(chǎng)景漫游游軟件概述虛擬場(chǎng)景景漫游軟軟件使用用戶(hù)能在在三維虛虛擬世界界中移動(dòng)動(dòng)。這個(gè)個(gè)軟件有有很多部部分，包括哪些些內(nèi)容？？控制設(shè)備備手姿解解釋?zhuān)▉?lái)來(lái)自運(yùn)動(dòng)動(dòng)處理輸輸入子系系統(tǒng)的手手姿信息息）用于對(duì)圖圖像流水水線的多多邊形流流最小化化的層次次數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)虛擬攝象象機(jī)視點(diǎn)點(diǎn)和觀看看方向的的空間控控制，在漫游中中它們一一起實(shí)時(shí)時(shí)工作，，產(chǎn)生通通過(guò)虛擬擬世界的的連續(xù)幀幀序列的的下一幀幀。漫游的作作用？是控制VR中視點(diǎn)和觀觀看方向向的問(wèn)題。。使用傳統(tǒng)統(tǒng)的計(jì)算算機(jī)圖形形技術(shù)，，漫游可可以簡(jiǎn)化化為用于于繪制物物體的位位置和方方向變換換矩陣的的確定。。第一層虛虛擬世界界漫游是是最特殊殊的，即即用戶(hù)視點(diǎn)點(diǎn)。通過(guò)頭頭部跟蹤蹤設(shè)備，，可以控控制觀看看位置和和方向，，頭部跟跟蹤給計(jì)計(jì)算機(jī)提提供頭部部位姿和和方向。。下一層漫漫游使用用虛擬車(chē)輛輛。這允許許在VR中移動(dòng)一一段距離離，大于于頭部跟跟蹤允許許的距離離。虛擬擬車(chē)輛的的位置和和方向可可以使用用各種方方式控制制。在仿真應(yīng)應(yīng)用中，，車(chē)輛控控制方式式與實(shí)際際被仿真真車(chē)輛的的控制方方式相同同。實(shí)現(xiàn)的例例子是用于飛飛行和車(chē)車(chē)輛仿真真的腳踏踏磨（跑跑步機(jī)）），自行行車(chē)和手手柄。對(duì)更抽象的的應(yīng)用，有幾種種實(shí)驗(yàn)方方法控制制車(chē)輛。。最普通的的方法是是指示飛行技術(shù)術(shù)，其中由直接接操作接口控控制車(chē)輛。用用戶(hù)給三維位位置方向跟蹤蹤器指出要求求的飛行方向向，命令用戶(hù)戶(hù)車(chē)輛在這個(gè)個(gè)方向飛行。。另一種控制車(chē)車(chē)輛方法是基基于在VR中不需要通過(guò)過(guò)一定的空間間由這里到那那里。遙操作是明顯的例子子，它要求用用戶(hù)規(guī)定要求求的目標(biāo)，再再把用戶(hù)放在在那里。解決決方法包括固固定了進(jìn)入和和退出位置的的門(mén)，由數(shù)值值或標(biāo)記輸入入明確規(guī)定目目標(biāo)，以及用用環(huán)境的小型型三維圖指出出要求的目標(biāo)標(biāo)。控制車(chē)輛的另另一個(gè)方法是是動(dòng)態(tài)改變比例例尺，整個(gè)環(huán)境降降低比例就使使用戶(hù)可以達(dá)達(dá)到要求的目目標(biāo)，然后升升高用戶(hù)指定定的目標(biāo)區(qū)的的比例。所有有方法都有缺缺點(diǎn)，包括難難以控制和定定向。VR中存在物體的層次，它們?cè)诼斡沃杏胁煌牡男袨椤Ｄ承┪矬w固定定在環(huán)境中受受到用戶(hù)和車(chē)車(chē)輛的作用。。另一些物體是是用戶(hù)總希望望達(dá)到的虛擬擬工具，它們們只受到頭部部變換的作用用。還有些物體（（如數(shù)據(jù)顯示示）總希望在在用戶(hù)視場(chǎng)中中，而且不受受用戶(hù)和車(chē)輛輛作用。這些物體分別別稱(chēng)為：世界靜止，車(chē)輛靜止，頭靜止。雖然已知道漫漫游軟件的基基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，，但還要作實(shí)實(shí)驗(yàn)。3．操作系統(tǒng)為了建立當(dāng)前前多數(shù)VR系統(tǒng)，一般使使用運(yùn)行某種種UNIX操作系統(tǒng)的商商業(yè)工作站(這些工作站最最初的設(shè)計(jì)不是滿(mǎn)足實(shí)時(shí)時(shí)性能要求的)。其它途徑是利利用更專(zhuān)用的的嵌入式計(jì)算算元件(可能在通用工工作站中用作作前端機(jī))，運(yùn)行為支持持實(shí)時(shí)分布計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)的操操作系統(tǒng)。后后一種途徑大大量用于有強(qiáng)烈實(shí)時(shí)要求求的領(lǐng)域（如過(guò)過(guò)程控制和遙遙機(jī)器人）。。虛擬環(huán)境要求求的操作系統(tǒng)統(tǒng)能力包括：：通過(guò)共享存儲(chǔ)通訊訊支持大量的輕輕型處理，支持自主和透明地地分配任務(wù)到多計(jì)算資源源，支持時(shí)間關(guān)鍵鍵的計(jì)算和繪繪制，很高分辨率的的時(shí)間分片以及擔(dān)保執(zhí)行行時(shí)間優(yōu)先的過(guò)程雖然沒(méi)有專(zhuān)門(mén)門(mén)涉及這些問(wèn)問(wèn)題，IEEEPosix標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)開(kāi)開(kāi)始把實(shí)時(shí)能力引引進(jìn)開(kāi)放系統(tǒng)統(tǒng)工作站環(huán)境境。特別，IEEE標(biāo)準(zhǔn)1003.4(UNIX的實(shí)時(shí)擴(kuò)充)，標(biāo)準(zhǔn)1003.4a(UNIX的線索擴(kuò)充)，和標(biāo)準(zhǔn)1003.13(對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用支支持的應(yīng)用環(huán)環(huán)境外形)，對(duì)要求某種種層次實(shí)時(shí)控控制的VR開(kāi)發(fā)是重要的的。這些標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中規(guī)定的能能力的具體子子集,在某些圖形工工作站上可以以得到(如運(yùn)行IRIX5版本操作系統(tǒng)統(tǒng)的SGI工作站)。支持操作系系統(tǒng)中這些能能力，將大大大促進(jìn)許多VR應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。。4．虛擬現(xiàn)實(shí)編編輯器今天的通用程程序設(shè)計(jì)環(huán)境境是基于窗口口、菜單和圖圖標(biāo)（icons）。這些用于于大量不同的的程序，由文文本編輯到畫(huà)畫(huà)圖程序或spreadsheet?，F(xiàn)在可能擴(kuò)擴(kuò)充同樣的途途徑，產(chǎn)生或或編輯虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)環(huán)境。"用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)自然的3-D接口產(chǎn)生虛擬環(huán)境境帶來(lái)極大的的優(yōu)越性。用用戶(hù)可以在環(huán)環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，，移動(dòng)物體到到一個(gè)位置，，并按需要改改變其它屬性性。這提供交交互更強(qiáng)，建建模更自然的的系統(tǒng)?？梢砸杂赏慨?huà)構(gòu)造造虛擬環(huán)境，，只要由對(duì)象象庫(kù)選擇對(duì)象象（有默認(rèn)的的屬性），把把對(duì)象在虛擬擬空間定位，，然后選擇和和修改給定的的屬性。由環(huán)環(huán)境中產(chǎn)生和和刪除對(duì)象的的能力，對(duì)于于我們快速改改造給定環(huán)境境以滿(mǎn)足用戶(hù)戶(hù)要求是很基基本的。"虛擬現(xiàn)實(shí)編輯輯器對(duì)仿真開(kāi)開(kāi)發(fā)者是很強(qiáng)強(qiáng)的工具。通通過(guò)在現(xiàn)有標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)練習(xí)中的的構(gòu)造，即使使程序設(shè)計(jì)新新手也能開(kāi)始始構(gòu)造虛擬世世界。以高度度交互的方式式，用戶(hù)可以以立刻看到被被仿真對(duì)象產(chǎn)產(chǎn)生和修改的的結(jié)果。應(yīng)用開(kāi)發(fā)者看看到編輯結(jié)果果是通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)仿真中使用用的同樣的顯顯示（HMD或CRT）。反之，同同樣的輸入工工具（3-D鼠標(biāo)、手柄、、跟蹤球等））也用在編輯輯方式。這允允許由各個(gè)角角度看到編輯輯過(guò)程，甚至至在臺(tái)式工作作站上。把虛虛擬現(xiàn)實(shí)編輯輯器放進(jìn)虛擬擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，，就得到一個(gè)個(gè)杰出的虛擬擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)系系統(tǒng)。5．內(nèi)部常駐建建模器虛擬現(xiàn)實(shí)編輯輯器具有內(nèi)部部動(dòng)態(tài)建模設(shè)備備。這對(duì)于新手手是很方便的的，但限制了了可能建模的物理特特性的選擇。在復(fù)復(fù)雜的仿真中中，可能必須須建模物理特特性（力、重重力、變形等等），這要寫(xiě)寫(xiě)?yīng)毩⒌墓ぞ呔吆谐绦颉＿@這提供了最大大的靈活性，，但要求很好好的面向?qū)ο笙蟪绦蛟O(shè)計(jì)技技巧。完整的靈活性性的建模工具具盒是新的“CyberspaceDeveloperKit--CDK””。它的庫(kù)有很很大的函數(shù)集集（超過(guò)1200），組織在140個(gè)C++類(lèi)中。類(lèi)組織織成層次，有有“基本類(lèi)”（沒(méi)有父輩））和子類(lèi)（繼繼承基本類(lèi)的的屬性）。例例如，約40%的CDK類(lèi)是由CyBase類(lèi)繼承，它定定義事件處理理功能（稱(chēng)為為方法）。VRT3工具盒圖形接口用于于產(chǎn)生新的虛虛擬對(duì)象。想想法是給生手手提供一種用用戶(hù)友好的直直觀的接口，，把虛擬世界界放在單個(gè)臺(tái)臺(tái)式機(jī)器上。。IBM開(kāi)發(fā)了VR-DECK工具盒，它把圖形編編程的應(yīng)用擴(kuò)擴(kuò)充到多用戶(hù)戶(hù)網(wǎng)絡(luò)仿真。。在多用戶(hù)分分布系統(tǒng)中，，開(kāi)發(fā)者的工工作很困難。。這個(gè)工作是是把可得到的的計(jì)算資源分分配給各個(gè)仿仿真任務(wù)，并并確保得到異異類(lèi)系統(tǒng)工作作。不同計(jì)算算和通訊能力力的機(jī)器，設(shè)設(shè)備定位和結(jié)結(jié)構(gòu)約束，使使過(guò)程調(diào)度任任務(wù)復(fù)雜化。。6．事件調(diào)度在每個(gè)仿真循循環(huán)中，需要要實(shí)時(shí)讀入用用戶(hù)輸入，使使得執(zhí)行時(shí)間間最少。這些數(shù)據(jù)用于于修改虛擬對(duì)對(duì)象的位置、、形狀、速度度等。來(lái)自外部傳感感器或程序的的附加輸入，，用于改變對(duì)對(duì)象的“智能”屬性。得到的的場(chǎng)景顯示在在用戶(hù)的HMD或計(jì)算機(jī)屏幕幕。類(lèi)似的，，聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)覺(jué)、力覺(jué)等反反饋也顯示。。實(shí)時(shí)排列或"調(diào)度"所有這些事件件是重要的編編程任務(wù)，它它是由基本的的工具盒函數(shù)數(shù)處理的。用Sense8“WorldToolKit””(WTK)說(shuō)明這個(gè)過(guò)程程。WTK是一組C函數(shù)（WTK版本1.0有230個(gè)函數(shù)，1993年的WTK版本2.0有400多個(gè)函數(shù)）。。這些函數(shù)有有記憶語(yǔ)法“class-method()””，以便幫助面面向?qū)ο蟮某坛绦蛟O(shè)計(jì)。WTK把虛擬世界稱(chēng)稱(chēng)為宇宙（可可能存在幾個(gè)個(gè)宇宙，由入入口相聯(lián)，但但在給定時(shí)間間只顯示一個(gè)個(gè)宇宙）。假假設(shè)在這一點(diǎn)點(diǎn)，這個(gè)宇宙宙存在，并有有各種對(duì)象居居?。▌?dòng)態(tài)的的和靜態(tài)的））。為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)這個(gè)，需要要相繼調(diào)用universe-new()初始化這個(gè)宇宇宙，再調(diào)用用universe-load()裝入被仿真的的具體世界。。然后由WTK的universe-go()函數(shù)進(jìn)入仿真真循環(huán)（無(wú)限限次重復(fù)），，由universe-stop退出。宇宙有有用戶(hù)定義““行為函數(shù)””，它的調(diào)用用是在繪制當(dāng)當(dāng)前的畫(huà)面以以前。行為函函數(shù)由universe-setaction調(diào)用來(lái)設(shè)置，，它允許仿真真的應(yīng)用控制制。每個(gè)圖形形虛擬對(duì)象對(duì)對(duì)每個(gè)畫(huà)面也也可以完成一一次任務(wù)。任任務(wù)是由object-settask規(guī)定，并建模模對(duì)象屬性。。最后，繪制制這個(gè)宇宙，，并通過(guò)讀取取I/O工具（傳感器器）開(kāi)始新的的循環(huán)。虛擬現(xiàn)實(shí)中的的軟件系統(tǒng)小小結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)工具具軟件的要求求包括：工具軟件(工具盒)是面向?qū)ο蠛瘮?shù)的可擴(kuò)充充的庫(kù)；硬件件獨(dú)立性；支支持某種形式式的網(wǎng)絡(luò)；接接