基于SAGE的分布式虚拟现实框架

论文摘要

分布式虚拟现实技术是近年来科研与工程领域的热点。然而,在分布式虚拟现实系统的研发过程中,为了达到真实且实时的沉浸感和交互性能,设计者需要应对许多问题,主要包括如何降低延迟,如何处理网络传输、场景渲染、物理模拟、数据同步和硬件设备支持等。一个高效且易用的虚拟现实开发框架能有效降低虚拟现实应用开发者的设计难度和实现成本。基于这个理念,本文借鉴了国内外的诸多相关实现和应用,提出了基于SAGE(Simple Adaptive Grid Engine)的分布式虚拟现实框架。该框架具有两大特点:1)简单高效,即利用分布式计算技术降低系统延迟,无需专业图形硬件支持。该框架通过SAGE中间件将仿真任务的不同环节分配到相应的分布式模块(渲染模块、物理模块和仿真模块),这些模块可以运行于不同服务器,且可以并发执行。这样的设计将仿真延迟显著降低。2)易于应用开发,即利用SAGE中间件透明化分布式调用和分布式数据同步,利用模块化设计隐藏场景渲染和物理仿真的底层细节。该框架使应用开发者可以更加专注于高层的虚拟现实逻辑,从而提高了开发效率,降低了系统的开发成本。该框架在实验环境中进行了性能和可扩展性这两项指标的测试。性能测试监测不同虚拟场景复杂度下的系统延迟和带宽使用;可扩展性测试监测不同客户端规模情况下的系统延迟和带宽使用。测试结果表明该框架在中小规模的分布式虚拟现实环境中具有良好的性能和可扩展性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 研究背景
• 1.1 虚拟现实
• 1.2 分布式系统
• 1.3 SAGE 分布式中间件
• 1.4 OpenGL 图形引擎
• 1.5 ODE 物理仿真引擎
• 1.6 分布式虚拟现实系统
• 1.7 虚拟现实框架
• 1.8 相关研究工作
• 1.9 研究目的
• 1.10 论文大纲
• 第二章 虚拟现实框架设计
• 2.1 框架概述
• 2.2 框架层次设计
• 2.3 框架具体结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 框架各模块实现
• 3.1 渲染模块实现
• 3.2 物理模块实现
• 3.3 仿真模块实现
• 3.4 客户端实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 模块接口和交互
• 4.1 接口语言SGL
• 4.2 各模块接口
• 4.3 仿真步骤
• 4.4 数据同步和更新
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验和分析
• 5.1 实验目标和环境
• 5.2 服务器性能和客户端延迟测试
• 5.3 可扩展性测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文