分布式虚拟现实
虚拟现实(VirtualReality,VR)是以计算机技术为核心的现代高新技术,生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境,用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响,可以产生亲临对应真实环境的感受和体验。自1993年Heim开始,虚拟现实开始成为哲学家的关注点,有哲学家认为,人类区别与其他动物的主要特点是通过制造和使用工具来认识世界、改造世界,而虚拟现实是独一无二的工具,因为参与人也是这个工具的一部分,他们预测虚拟现实对整个人类社会的发展将是革命性的。
将不同地点的人拉到同一个虚拟环境的分布式虚拟现实(DistributedVirtualReality,DVR)技术更是成为人们无尽遐想的源泉,多个用户可在共享的分布式虚拟环境中进行交互、协作,通过姿势、声音和文字等“在一起”进行交流、学习、训练、娱乐,甚至协同完成一件复杂产品的设计或合作完成一项任务。随着技术的发展,分布式虚拟现实已经在很多领域获得了应用,如工程技术、建筑、设计、交互式娱乐、电子商务、数据可视化、军事等。网络游戏就是一种典型的分布式虚拟环境应用,如今的网络游戏已经越来越逼真,如图1所示,图中的人物来自于在不同地点的参与者。

图1某分布式虚拟环境场景
分布式虚拟环境有基于互联网和基于专用网两大类。基于互联网的分布式虚拟环境可以追溯到70年代末出现的多用户游戏(MultiuserDungeon,MUD)。虚拟现实建模语言(VirtualRealityModelingLanguage,VRML)第一次在Web上实现了三维的世界。2000年左右,大型多人在线游戏(MassivelyMultiplayerOnlineGame,MMPOG)等网络游戏迅速崛起,得到了大范围应用,国内流行的“石器时代”、“传奇”、“千年”、“命运”都属于这一类中的MMORPG(MassivelyMultiplayerOnlineRolePlayingGame,大型在线角色扮演类游戏)。
基于专用网的分布式虚拟环境应用最早、最广泛的领域是仿真领域,也称为分布交互仿真(DistributedInteractiveSimulation,DIS)或分布式仿真(DistributedSimulation)。分布交互仿真技术的发展经历了SIMNET(SIMulatorNETwork),DIS协议,ALSP协议(AggregateLevelSimulationProtocol)等三个阶段,目前已进入高层体系结构HLA(HighLevelArchitecture)研究阶段。美、英、日、德等发达国家纷纷启动HLA的研究计划。HLA是分布交互仿真的最新标准,它旨在建立一个通用的高层仿真体系,达到各种模型和仿真的互操作和可重用性。由于HLA标准思想和技术的先进性,它已经成为分布式仿真领域官方和事实上的标准,是研究应用的热点之一。美国军方从2000年开始在美军内部强制全面推广国防部标准HLA1.3,2000年通过的IEEEP1516标准也已经在工业界开始了应用。采用分布交互仿真技术构建分布式虚拟环境已成为军事领域和一些工业领域的基础技术。
随着互联网基础设施的发展,基于互联网和基于专用网这两大类的技术逐渐出现交叉,基于专用网的分布交互仿真也开始出现在互联网上,专用网上也有些应用采用基于互联网的技术。图2从这两个方面按照技术出现的时间简要给出了分布式虚拟环境技术的发展历程。

图2分布式虚拟环境技术的发展历程
分布式虚拟环境系统需要通过网络传递虚拟现实环境中的各类数据,由于虚拟现实本身是个多维数字空间,可以理解,这对网络的实时性、稳定性、带宽都有着较高的要求。事实上,现有的很多高精细虚拟现实应用都是在单机或局域网上进行的,像网络游戏这样的远程应用都有着诸多的限制,如场景逼真度不高、人物动作机械且不及时等。而互联网的升级换代对分布式虚拟环境会有多大的帮助呢?