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分享我的技巧 : 网格应用之远程沉浸应用

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本科生

分享我的技巧 : 网格应用之远程沉浸应用

远程沉浸(Tele-immersion)是一种特殊的网络化虚拟现实环境。这个环境可以是对现实或历史的逼真反映,可以是对高性能计算结果或数据库的可视化,也可以是个纯粹虚构的空间。“沉浸”的意思是人可以完全融入其中:各地的参与者通过网络聚在同一个虚拟空间里,既可以随意漫游,又可以相互沟通,还可以与虚拟环境交互,使之发生改变。打个比方,远程沉浸是一部观众可以进入其中的科幻电影。远程沉浸可以广泛应用于交互式科学可视化、教育、训练、艺术、娱乐、工业设计、信息可视化等许多领域。本章5.1节介绍了远程沉浸的来历,5.2节介绍了它的应用一些。从实现上看,虽然没有网格的支持,照样可以开发远程沉浸应用,但有了网格的支持,实现这类应用会简单得多,所以5.3节重点讨论了远程沉浸与网格的结合问题。



背景



远程沉浸这个术语是在1996年10月,由伊利诺州大学芝加哥分校的电子可视化实验室EVL (Electronic Visualization Laboratory)最早提出来的。远程沉浸建立在高速网络基础上,是协同可视化环境CVE (collaborative virtual environments)、音频、视频会议以及超级计算机及海量数据存贮的有机融合。远程沉浸使分布在各地的使用者能够在相同的虚拟空间协同工作,就像是在同一个房间一样,甚至可以将虚拟环境扩展到全球范围内,创造出“比亲自到那儿还要好”的环境。EVL的负责人Tom DeFanti预测远程沉浸将成为计算网格的关键应用之一。顺便说一句,Tom DeFanti是著名的计算机图像专家,早在1977年就参与过第一部《星球大战》中特技效果的制作,曾获ACM杰出贡献奖。



远程沉浸与一些研究人员所提到的协同虚拟环境CVE (Collaborative Virtual Environment) 或分布式虚拟环境DVE (Distributed Virtual Environment)是不同的,它使用了更多视频和图像技术,所创造的虚拟环境更为逼真。更重要的是,它将“人/机交互”模式扩展成为“人/机/人协作”模式,不仅提供协同环境,还将对数据库的实时访问、数据挖掘、高性能计算等集成了进来,为科技工作者提供了一种崭新的协同研究模式 。



远程沉浸的基本构想,最早可以追溯到1995年的I-WAY项目。I-WAY为Information Wide Area Year的缩写,它是一个为期一年的研究计划,试验用异步转移模式ATM (asynchronous transfer mode) 宽带网络连接全国范围内的超级计算机中心、虚拟现实研究机构和应用开发机构,在上面试验了约60个应用项目。在圣地亚哥举行的Supercomputing 95年会上,I-WAY对其应用项目作了精彩展示,其中,那些将超级计算机与虚拟现实设备相结合、用共享的虚拟空间推动计算科学协同研究的项目尤其引人注目。虽然相比现在的远程沉浸环境而言,I-WAY还只算是个原型,它的网络服务质量没有保障,带宽不够充足,对人机交互的平台支持不够,但I-WAY开创了一个崭新的局面,之后有50多家研究团体沿着I-WAY所指明的方向,继续研究新的软硬件平台、虚拟现实技术和应用。



在Supercomputing 95上,有一种虚拟现实设备大放异彩,它的名字叫CAVE 自动虚拟环境(CAVE Automatic Virtual Environment),是由EVL的Carolina Cruz-Neira、Daniel J. Sandin和Tom DeFanti于1991年共同提出的,如图 5‑1所示。









图 5‑1 CAVE虚拟现实环境





CAVE是一个10×10×9英尺的小房间,它的四面和顶上使用高清晰背投产生一个360度的三维立体环境,在该场景中有一个与该人对应的卡通角色(avatar),它代表真实的人在三维空间活动。人置身其中,头戴一副LCD快门眼镜,两臂绑有电磁跟踪系统,再配以三维环境声音,角色的位置、方向以及举手投足都与真人相同,会让人产生非常逼真的临场感。



应用举例



过去几年里,EVL与十几家合作伙伴一起,开发了一些具有远程沉浸特征的虚拟现实应用,这些应用的典型特征是:



1 它们依据科学计算结果和数据库构造虚拟环境,当参加者沉浸在虚拟环境中时,他们不仅能够看见对方,还能用做手势或说话进行交互,当他们离开时,虚拟环境本身可以随着科学计算和数据的变化仍然存在并继续演化;



2 在虚拟环境中以角色代表,这个角色比人在真实环境中的能力要强得多