| 出版日期：1997-06-16 总期号：662 本年期号：22 |
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“虚拟现实剧场”cave
明欣 概述 虚拟现实可以这样定义：由计算机产生的广角、多传感器信息、能实时跟踪用户。头盔显示是虚拟现实广为人知的模式，除此之外，芝加哥iuinois大学电子可视化实验室（evl）最近还推出一种模式：由大屏幕组成一个房间，图像被投影到三面墙和地板上。 cave是一个多用户、房间大小、高清晰度的3－d视频和音频环境。图像从后面以立体形式投影到三面墙上和地上，可通过立体眼镜观察到。当戴着位置传感器的观众在其显示区域内移动时，正确的视角和立体投影便不停地更新，于是图像便围绕着观众移动。cave中其他的观众则象公共汽车中的乘客一样，尽情地兜风！ “cave”作为虚拟现实剧场的名字，一方面是一个首词缩略语（来自caveautomaticvirtualenviroment），另一方面也包含一个典故，源于柏拉图所著的《共和国》中《洞穴的比喻》（“thesimileofthecave”），在文中，这位思想家探讨了感知、现实与幻觉的概念。柏拉图将一个在洞中面壁的人与他／她的影子作类比，而这些影子是他／她唯一能判断什么是真实物体的基础。 研制cave的动机 开发cave的动机并非来自于视频游戏和飞行模拟，而是为了实现科学可视化及达到siggraph′92showcase标准。设计cave是为了开发出一种科学可视化的有用工具。showcase事件只是一个实验，而showcase主席jamese．george和showcase委员会旨在倡导这样一个环境，使计算科学家们能在大型专业会议上以一对多的形式，用连在大屏幕投影上的高档工作站交互地呈现他们的研究结果。 cave是以一个“虚拟现实剧场”的形式开发的，其科学内容和投影均符合showcase标准。showcase评选小组评定参与人的基准是看他们研究的内容，以及该研究是否适合于用投影显示。 这项挑战正在吸引众多顶尖计算科学家们来使用虚拟现实。虚拟现实必须能帮助科学家们以更快的速度进行科学研究，并且在使用工作站时不能在颜色、分辨率、无闪烁显示质量上打折扣。科学家们在研究单屏幕立体图形方面已经有了25年以上的历史，因此任何成功的虚拟现实系统都必须能与其竞争。尤为重要的是，虚拟现实显示必须能有效地将远程数据源、超级计算机与科学仪器联在一起。总而言之，虚拟现实系统必须能提供足够多的优势以抵消它打包的麻烦。cave基本上能满足这些标准，因此它成功地吸引了来自hpcc圈内的一些谨慎的合作者。 不要忘记计算科学家们和客户，我们应尽量使虚拟现实显示能满足他们的需求。把附件和麻烦降到最低一直是我们的目标，我们也尽量减少因跟踪和更新数据发生错误而带来的影响。我们的总体目标是制造出这样一个虚拟现实系统，它非常之好，好得能让科学家们从椅子上站起来，走出办公室、走向另一座大楼，甚至到达另一研究所。 cave设计 cave是一个10×10×9（英尺）大小的剧场，由三个后投影屏幕作为围墙，一个下投影屏幕作为地板。electronomemarquee8000投影仪将96hz的全彩色工作站场（1024×768立体分辨率）投射到屏幕上，产生线性象素分辨率为2000×2000的环幕合成图像。计算机控制的音频也能为多个扬声器提供音响效果。由连接着电磁传感器的polhemus或ascension对用户的头和手进行跟踪。stereographics的液晶立体光栅眼境用于分离输送到眼睛的交变场。一台带有三人realityengine的sgionyx用于生成投射到三面墙上的图形（在onyx以前，可以使用四台sgi的crimsonrealityengine工作站来生成四面墙上的图像，另加一台sgi的personaliris作为系统的主控制器。所有工作站都通过systrancorporation生产的光纤网络scramnet进行通讯）。假如投影仪光学部件被镜子包住的话，cave的剧场部分能放在一间30×20×13（英尺）大小的暗室里。 cave将实现的目标 ·达到更高分辨率的彩色图像，有良好的环绕视场，不产生几何形变； ·降低对头旋转误差的灵敏度； ·能够融合虚拟图像与实际物体（如：人的手）； ·能在虚拟环境中以合理的方式引导别人； ·将联网的超级计算机与数据源联接起来，以便进一步优化处理。 虚拟现实向cave设计发起挑战： 在过去的两年中，在我们考虑建造cave的期间内，我们也仔细分析了一些头盔式虚拟现实技术固有的毛病： ·过于简化的实时环绕图像； ·难于忍受的分辨率（常见的头盔显示提供的分辨率比规定的盲级还坏一倍！）； ·难以在两人或多人间共享经历； ·颜色或亮度模型过于原始； ·不能对图像作进一步优化处理； ·对于快速头部运动过于敏感； ·和实际控制装置难以集成； ·经常搞错方向； ·多种传感器集成差、包括听觉和触觉。 cave能为我们提供以下功能： ·在墙上和地上为观众提供了动态移动的、全彩立体图像、分辨率达2000×2000象素。这些图像是真正飘在空中，允许观察者绕它们走动； ·主观众的位置被随时跟踪，因此正确的视角能实时产生。头部旋转只被偶尔用于校正视角，所以不会象头盔显示那样颠倒整个乾坤； ·主观众能使用目前正在测试或建造的多种直觉导航设备进行行走。在感兴趣的地方，观众能冻结景点，这样一来便自动为计算机图形系统提供足够的时间，以充分展现图像（这就叫做“进一步优化处理”）。观众还能够把头转过来，看看整个被优化的场景，还能保持良好的立体效果而无需从新计算。令人惊叹的是，图像仍然可以通过某种方式来跟踪您，就好象一轮满月在您走路时老跟着您一样，效果的确不俗； ·所有戴着液晶光栅眼镜的观众都能看见投影到房间内的完整3d立体图像。在3d电影或工作站立体图像中，物体必须要么处于屏幕中心、要么在屏幕后面，因为显示屏的边缘能破坏屏幕和观众之间的幻像（这称为“边缘破坏”）。cave的边缘能很容易地留在视野以外，因为它的屏幕是环绕式的。向屋内的投影不仅是可能的，而且是最优部份； ·既然所有观众都还能看见自己手、身体和脚，因此他们不需要什么训练就能在虚拟空间保持方向。在头盔显示中经常发生的搞错方向的情况对于cave来说不是什么问题，除非是故意往这方面引导。10×10（英尺）大小的cave能够允许一组人（最多可达12人）被一名科学家／显示者领向有趣的地方，保持这样一种老师———学生的关系对于头盔显示来说是不可得的； ·通过ethernet／pc联接了一个midi合成器，因此可以用声音来提醒用户或在频域中传递信息； ·第二个跟踪装置目前被用在一个带按钮的3d魔杖上，我们有模拟———数字板，用于和其他物理输入装置接口。 cave对计算机模拟的交互式控制 应用程序以两种模式中的一种运行：在本地，运行于onyx／cave之上，或（并且）分布在一个后端计算机和onyx／cave之间。如果按分布计算模式运行，cave参与者可以“交互地控制”模拟代码。如果是本地模式的话，cave参与者们要么控制适度的模拟，要么研究预计算的数据集。 科学模拟代码通常都是庞大而复杂的。为了能有效地运行，它们需要dpcc资源———可伸缩的计算机、向量处理器、大规模数据仓库、大量内存以及高速网络。取决于数据集和科学家们想作的分析，他们建立起模拟代码来计算更多的细节、不同的时间步长以及由新参数定义的不同的状态。在分布模式中，cave用户可以体验和发掘数据集的可视化形态，识别出需加改进的部份，然后在联网的计算机上产生模拟代码，从而计算出新的数据集。后端机器再生成新数据，这些数据接着被传递给onyx，然后在cave中显示出来。 至今为止，cave可以用sgi的onyx2及其有关软件来建立。 vr软件之一 divisioninc．全面支持其dvise系列软件工具，这些工具用来生成在sgi的onyx2上的通用虚拟产品（universalvirtualproduct，简称uvp）。uvp是欲设计产品的一个全功能、易使用、可共享的模拟版本，用它可以学习原型产品的格式、接口、比例、间隙、工效、美学和功能。dvise直接使用了cad几何和装配，它能允许用户看见、移功、改变、使用、测试、共享以及体验他们的新产品，甚至都不需制造一个原型。marksmith是divisioninc．的市场副总裁，他说：“dvise利用了onyx2的强大功能，为购买虚拟原型制作工具的公司提供了最安全的投资方案。” 有了产品的实时、全功能模拟、工程师、设计师或客户能够让虚拟产品工作起来。他们能移动它、撞击它和使用它，这种功能可以比其他任何技术让生产厂商更快、更全面地了解他们设计的产品。 vr软件之二 sgionyx2图形超级计算机的强大功能与deneb高性能的系统联合起来，能使用户们得心应手地处理哪怕是最苛刻的虚拟现实和仿真工程任务。onyx2为deneb的全套3d模拟软件发挥最优性能提供了无与伦比的图形处理速度，可用于虚拟制造、虚拟原型制作和工效分析。 brianchristonsen是deneb虚拟现实的指导，他说：“onyx2图形超级计算机允许我们的用户充分发挥仿真和虚拟现实软件的真正3d功能。s2mp体系结构允许deneb的envision软件内部的动态模块实时 |
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