遠程沉浸系統

遠程沉浸系統(Tele-immersion)是一種特殊的網路化虛擬現實環境。這個環境可以是對現實或歷史的逼真反映，可以是對高性能計算結果或資料庫的可視化，也可以是個純粹虛構的空間。“沉浸”的意思是人可以完全融入其中：各地的參與者通過網路聚在同一個虛擬空間里，既可以隨意漫遊，又可以相互溝通，還可以與虛擬環境互動，使之發生改變。

基本介紹

• 中文名：遠程沉浸系統
• 外文名：Tele-immersion
• 屬性：網路化虛擬現實環境
• 地點：伊利諾州大學芝加哥分校

簡介

遠程沉浸這個術語是在1996年10月，由伊利諾州大學芝加哥分校的電子可視化實驗室EVL(Electronic Visualization Laboratory）最早提出來的。遠程沉浸建立在高速網路基礎上，是協同可視化環境CVE (collaborative virtual environments)、音頻、視頻會議以及超級計算機及海量數據存貯的有機融合。遠程沉浸使分布在各地的使用者能夠在相同的虛擬空間協同工作，就像是在同一個房間一樣，甚至可以將虛擬環境擴展到全球範圍內，創造出“比親自到那兒還要好”的環境。EVL的負責人Tom DeFanti預測遠程沉浸將成為計算格線的關鍵套用之一。Tom DeFanti是著名的 計算機圖像專家，早在1977年就參與過第一部《星球大戰》中特技效果的製作，曾獲ACM傑出貢獻獎。

CAVE虛擬現實環境

遠程沉浸與一些研究人員所提到的協同虛擬環境CVE (Collaborative Virtual Environment) 或分散式虛擬環境DVE (Distributed Virtual Environment)是不同的，它使用了更多視頻和圖像技術，所創造的虛擬環境更為逼真。更重要的是，它將“人/機互動”模式擴展成為“人/機/人協作”模式，不僅提供協同環境，還將對資料庫的實時訪問、數據挖掘、高性能計算等集成了進來，為科技工作者提供了一種嶄新的協同研究模式。

遠程沉浸的基本構想，最早可以追溯到1995年的I-WAY項目。I-WAY為Information Wide Area Year的縮寫，它是一個為期一年的研究計畫，試驗用異步轉移模式ATM (asynchronous transfer mode) 寬頻網路連線全國範圍內的超級計算機中心、虛擬現實研究機構和套用開發機構，在上面試驗了約60個套用項目。在聖地亞哥舉行的Supercomputing 95年會上，I-WAY對其套用項目作了精彩展示，其中，那些將超級計算機與虛擬現實設備相結合、用共享的虛擬空間推動計算科學協同研究的項目尤其引人注目。雖然相比現在的遠程沉浸環境而言，I-WAY還只算是個原型，它的網路服務質量沒有保障，頻寬不夠充足，對人機互動的平台支持不夠，但I-WAY開創了一個嶄新的局面，之後有50多家研究團體沿著I-WAY所指明的方向，繼續研究新的軟硬體平台、虛擬現實技術和套用。

在Supercomputing 95上，有一種虛擬現實設備大放異彩，它的名字叫CAVE自動虛擬環境(CAVE Automatic Virtual Environment)，是由EVL的Carolina Cruz-Neira、Daniel J. Sandin和Tom DeFanti於1991年共同提出的，如圖上所示。

CAVE是一個10×10×9英尺的小房間，它的四面和頂上使用高清晰背投產生一個360度的三維立體環境，在該場景中有一個與該人對應的卡通角色(avatar)，它代表真實的人在三維空間活動。人置身其中，頭戴一副LCD快門眼鏡，兩臂綁有電磁跟蹤系統，再配以三維環境聲音，角色的位置、方向以及舉手投足都與真人相同，會讓人產生非常逼真的臨場感。

協同分析

CAVE6D是CAVE5D與遠程沉浸環境CAVERNsort相結合的產物。CAVE5D由維吉尼亞大學ODU(Old Dominion University)和威斯康星－麥迪威大學WISC(University of

Wisconsin-Madison)聯合研製的一個可配置虛擬現實套用框架，它是在Vis5D的支持下運作的。Vis5D是一個強大的圖形庫，能夠提供顯示三維數字數據的可視化支持，廣泛套用於大氣、海洋及其他類似模型的可視化中。VERNsort是一個用來建造協作式網路套用的開放源碼平台，主要為高吞吐量的協作套用（不一定是CAVE套用）提供網路支持。另外，它還提供了建造遠程沉浸套用的專門模組。由於CAVERNsoft的支持，CAVE6D變成了一個遠程沉浸環境，如右圖所示。它允許多個用戶在虛擬的環境裡對超級計算數據進行可視化並與數據進行互動。參與者們不僅以角色的方式進入三維可視化場景中自由漫遊，還可以改變可視化參數，如循環矢量、溫度、風的速度、魚群的分布等。CAVE6D不僅提供了互動式的可視化手段，還提供了讓各地參與者協同交流和研究的手段。

幾個參與者就可視化圖像的某一區域進行討論

格線結合

從格線的角度來看，遠程沉浸算得上是個“另類”，它與分散式超級計算、分散式儀器系統和數據密集型計算的性質有很大的不同：一方面，雖然它能把高性能計算的結果用一種全新的方式可視化出來，但它本身對高性能計算的要求並不高；另一方面，它並沒有集網路上的大量資源於一身。

動態多機構虛擬組織中的資源共享和協同問題解決(Resource sharing and coordinated problem solving in dynamic, multi-institutional virtual organizations.)。顯然，參與遠程沉浸套用的各方是來自不同的虛擬組織的，他們所要共享的資源就是這個共同的虛擬環境，而共享的目的就是要協同解決問題，因此，遠程沉浸還是一個典型的格線問題，只不過它所共享的是一個集中的虛擬環境（這個虛擬環境是所共享資源的映象，如超級計算機、資料庫等），而主要不是共享參與者的資源罷了。

更進一步，格線是未來Internet的發展方向，也就是說，格線會成為未來的網路基礎設施，幾乎所有的套用都將基於格線，因而極富創新精神、有廣闊發展空間的遠程沉浸套用，也會毫無例外地依賴於格線的支持。另外，遠程沉浸以嶄新的手段極大地促進了網路化協作，這也正是格線的精髓所在。由於遠程沉浸與其他格線套用有很大的不同，它對格線有比較特殊的需求：

服務質量(QoS)機制

遠程沉浸對服務質量的要求主要有三個方面：

(1) 提供最低服務保障，並能為每一個數據流指定相對優先權；

(2) 如果服務質量因為網路的動態變化而出現改變，能夠通知服務接受方，並給出彌補建議；

(3) 能夠評估服務質量預測的可靠性。

格線編程環境

遠程沉浸套用將大大依賴於格線分散式計算編程環境的支持：

(1) 遠程沉浸套用需要查找或發現資源，如遠程沉浸伺服器、計算伺服器、資料庫、儀器等，因此格線的資源定位器和資源目錄將大有用場；

(2) 需要有編程工具使遠程沉浸套用能夠與複雜的服務質量體系相結合，並能監視格線資源的實際使用情況，如格線頻寬、計算能力、數據等；

(3) 需要有分散式資源管理工具和調度工具的支持，使遠程沉浸套用能夠用一種抽象的方法指定資源，例如，用類型指定，而不是用名字指定。

先進的網路協定

遠程沉浸套用需要不斷擴展用戶容量，以便讓更多用戶加

入進來，但是如果用戶數增加得太多，數據傳輸量將出現組合爆炸，這時就需要有革新的網路協定，例如，現有的Internet尚不能很好支持多播（multicast），如果格線能夠提供這樣的功能，應用程式的能力將大大增強。

參觀者通過遠程沉浸系統進入虛擬希臘古城

性能監控和度量

當前的Internet不太可能給出端到端通信性能下降的原因，更不能預測某個分散式套用將能達到的網路性能，而遠程沉浸套用是非常需要知道這些信息的——不僅包括某個數據流的性能，還包括整個套用的性能。所以，格線平台必須具有監控和度量網路性能的能力。

資源調度

資源調度對於遠程沉浸套用是非常關鍵的，因為它不僅要滿足整個套用的資源需求，還需要實時完成調度。在很多情況下，需要有一些特別的調度策略，如互動式調度和資源預留服務。