（计算机软件与理论专业论文）多用户共享虚拟环境应用平台.pdf

摘要 摘要 分布式虚拟现实，简称d v r ，是虚拟现实和网络技术相结合的产物，已成为 虚拟现实领域的关键课题之一，并在越来越多的应用中占据重要的地位。 本文基于分布式虚拟现实技术，分析其构成要素，结合j a v aa p i ，采用c s 结构，提出了基于v r m l 的多用户共享虚拟环境，该原型系统具有初步的场景状 态的一致性维护和多用户协同感知功能。以分层的思想抽象出系统应用平台的概 念，使之成为多用户系统构建的可重用模块。 该平台的实现，并将其作为应用支撑层，为之上的应用层提供调用接口，简 化了多用户共享虚拟环境应用系统的设计，使懂得v r m l 语言的用户就可以很方 便的构建多用户系统。 文章阐述了实现该平台的关键技术，并给出利用该平台实现的一个演示系统， 从而验证了方案的可行性。 关键字：分布式虚拟现实虚拟现实建模语言脚本语言虚拟场景应用平台 a b s t r a c t a b s t r a c t d i s t r i b u t e dv i r t u a lr e a l i t y ，w h o s ea b b r e v i m i o ni sd v r ，i st h ei n t e g r a t i o no f v i r t u a lr e a l i t ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g i e s i th a sb e c o m eo n eo fk e yt o p i c si nt h ef i e l d o f v i r t u a lr e a l i t ya n dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nm o r ea n dm o r ea p p l i c a t i o n s b a s e do nd v rt e c h n o l o g yw i t hi t se s s e n t i a le l e m e n t sa n a l y z e d ，am u l t i u s e r v i r t u a le n v i r o n m e n ti sd e v e l o p e di nt h i sp a p e rw i t hv r m la n dj a v aa p i ，a n dt h ec s s t r u c t u r ei sa d o p t e d t h ep r o t o t y p es y s t e mh a st h ef u n c t i o no fp r i m a r yc o n s i s t e n c yo f s c e n es t a t u sa n dm u l t i u s e rc o o p e r a t i v ea w a r e n e s s t h ec o n c e p to fs y s t e ma p p l i c a t i o n p l a t f o r mi sg i v e nb y m e a n so fl a y e r i n ga n di sm a d ear e u s a b l em o d u l ed u r i n g c o n s t r u c t i n gm u l t i - u s e rs y s t e m s t h ep l a t f o r mi m p l e m e n t e d ，a c t i n ga st h ea p p l i c a t i o ns u p p o r tl a y e r ，o f f e r st h e a p p l i c a t i o nl a y e ru p o ni tw i t hi n t e r f a c e s i ts i m p l i f i e st h ed e s i g no f t h e m u l t i u s e rs h a r e d v i r t u a le n v i r o n m e n ta p p l i c a t i o ns y s t e ma n dm a k e sv r m lu s e r sa b l et o c o n s t r u c t m u l t i u s e rs y s t e me a s i l y s o m ek e yt e c h n o l o g i e su s e dt oi m p l e m e n tt h ep l a t f o r ma r ep r e s e n t e d ，a n d a d e m o n s t r a t i o ns y s t e mh a sv a l i d a t e dt h es c h e m e k e y w o r d ：d i s t r i b u t e dv i r t u a lr e a l i t y s c r i p tl a n g u a g e v i r t u a ls c e n e v i r t u a lr e a l i t ym o d e l i n gl a n g u a g e a p p l i c a t i o np l a t f o r m 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及耿得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名日期勉i ：! ：i 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期阳j 论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 本人签名 导师签名 f 期丛! i ：! ：； 日期型! 至：毛。：7 第一章绪论 第一章绪论 1 1 分布式虚拟现实概述 虚拟现实( v i r t u a lr e a l i t y ) ，简称v r ，是一种综合计算机图形技术、多媒体技 术、传感器技术、并行实时计算技术、人工智能、仿真技术等多种学科而发展起 来的9 0 年代计算机领域的最新技术。v r 运用计算机对现实世界进行全面仿真的 技术，能够创建与现实社会类似的环境，有着极其巨大的应用前景 ”。可以预言， v r 将是继多媒体、计算机网络之后计算机领域最具有应用前景的“明星”技术。 随着科学技术的飞速发展，v r 技术出现了多样化的发展趋势，但最具生命力 的是网络虚拟现实，即分布式虚拟现实。分布式虚拟现实( d i s t r i b u t e dv i r t u a l r e a l i t y ) ，简称d v r ，有时候也将其称为分布式虚拟环境( d i s t r i b u t e dv i r t u a l e n v i r o n m e n t ) ，简称n v e 。d v r 是在虚拟现实技术、计算机网络和通信，计算机 技术的发展和融合的基础上产生的，是在一组以网络互联盼计算机上同时运行虚 拟环境系统的技术 2 1 。 产生d r v 概念的原因非常简单，就是一个仿真的世界不可能总是运行在一台 计算机上，而是要运行在通过网络连接在一起的多台计算机上。它能够支持多用 户在不同的地点，同一时间与同一场景进行实时交互，强调场景的逼真度和渲染 的实时性和连续性。人们能够使用这些计算机实时交互，共享同一虚拟世界。分 布式应用系统相对于单机应用有明显的优点，首先可以充分利用联网计算机所提 供的计算能力：其次，大型的应用系统本身具有分布特征。 多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚 拟经历，将虚拟现实提升到了一个更高的境界，这就是d v r 系统。d v r 系统在 远程教育、科学计算可视化、工程技术、建筑、电子商务、交互式娱乐、艺术、 军事指控等领域都有着极其广泛的应用前景。利用它可以创建多媒体通信、设计 协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区全新的应用系统。 分布式虚拟现实的研究开发工作可追溯到8 0 年代初。如1 9 8 3 年美国国防部 ( d o d ) 制定了s i m n e t 的研究计划；1 9 8 5 年s g i 公司开发成功了网络v r 游戏 d o g f l i g h t 。到了9 0 年代，一些著名大学和研究所的研究人员也开展了对分布式虚 拟现实系统的研究工作，并陆续推出了多个实验性d v r 系统或开发环境，典型的 例子有美国n p s 开发的n p s n e t ( 1 9 9 0 年) 、美国斯坦福大学的p a r a d i s e i n v e r s e 系统( 1 9 9 2 年) 、瑞典计算机科学研究所的d r v e ( 1 9 9 3 年) 、新加坡国立大学的 b r i c k n e t n e t e f f e t ( 1 9 9 4 年) 、加拿大a l b e r t 大学的m r 工具库( 1 9 9 3 年) 及英国 2 多用户共享虚拟环境应用平台 n o t t i n g h a m 大学的a v i a r y ( 1 9 9 4 年) 等。国内一些著名的大专院校，近年来也 直致力于d v r 的研究，并推出相应的d v r 系统，如国防科技大学的h y v r p 和 北京航天航空大学的d v e n e t 等。 d v r 技术为人们分析问题、解决问题、以及协同工作提供了崭新的手段。是 目前倍受国际科学界和工程界关注的前沿技术，已成为v r 研究领域中一个最热门 的主体。其研究的角度和内容也是多方面的，如d i s ( d i s t r i b u t e di n t e r a c t i v e s i m u l a t i o n ) 协议，体系结构，虚拟场景生成算法等等。 1 2 多用户共享虚拟环境 由于d v r 系统要求具有分布性、交互性、逼真性、场景的致性、可伸缩性 等特点，许多大规模的d v r 系统1 3 】是建立在高性能计算机、宽带网络的基础上的， 对系统的要求比较严格，影响了分布式虚拟现实的应用随着计算机及i n t e m e t 技 术的不断发展，基于分布式虚拟现实技术，构造三维立体的、i n t e m e t 上的、多用 户共享虚拟环境成为许多研究人员研究的重点。 多用户共享虚拟环境f m u l t i - u s e rs h a r e dv i r t u a le n v i r o n m o m ) ，简称多用户环 境，是指网络化的协同虚拟现实系统，是一个通过网络连接的、多用户参与的、 可由用户自主扩展的虚拟现实环境。这种系统的主要概念是共享的虚拟世晃，即 以图形格式表示的计算机生成空间每个参与其中的用户能够控制他自己的视点 并且与其他用户或虚拟世界中的其它物体交互。与多用户共享虚拟环境相关的应 用系统称为多用户共享虚拟环境应用系统，简称多用户系统， 多用户环境使用户可以通过现有的网络环境与不同地域、不同环境的其它用 户建立一种和谐的、具有一定沉浸感的实时交互环境。在该环境中，多个用户之 间通过各自的三维图形表示实现在虚拟环境中的多入感知、用户之间的交互以及 对虚拟对象的协同操纵。 这个环境通常代表了一定的现实环境【4 】。如城市、校园、建筑物。甚至还可以 是一些想象的空间，如旷野、孤岛等当用户进入到这个虚拟世界后，就像在现 实世界一样。需要了解这个环境与这个环境中的人和物进行交流。如到处漫游， 与他人交谈，加入讨论，和其他用户进行秘密交谈，操作某个地方的对象( 播放 录像带、使用工具等) 或者漫游到其它地方去 由于v r m l 可以在低带宽异构网络环境中实时进行三维信息的远程传输和远 程指令的接受，而且对三维图形生成的计算机性能要求不高，用它来构筑分布式 虚拟环境具有低代价集约化的特点。国外的一些科研机构已开发了一些基于 v r m l 的d v e 实例，它们各具特点，如巴话圣保罗大学在a r l a 项目中用v r m l 第一章绪论3 进行分布式虚拟环境的开发【5 】美国的t h ev r m l a bt o w ns q u a r e ，b l a c ks u ni n c ，的 c y b e r h u b ，国内许多机构也在进行相似的研究，但真正实用化的商品软件还没有。 基于v r m l 特征及其编程特点的建立多用户共享虚拟环境也是目前研究的热点。 1 3 论文的主要工作 针对当前因分布式虚拟现实应用系统对软硬件、网络环境性能的严格要求和 其不规范的三维场景描述而影响其应用的现状，结合j a v aa p i ，采用c s 结构，提 出一种通用的、基于分布式虚拟现实技术、基于i n t e r a c t 、基于v r m l 的多用户共 享虚拟环境，使其能够具有初步的场景状态一致性维护和多用户协同感知功能。 依据层次概念分析多用户共享虚拟环境系统，提出虚拟场景子系统和分布式 交互子系统分离的观点，克服了将它们揉合在一起，导致系统结构化特征不强的 缺点。并对其分布式交互子系统进行抽象，提出系统应用平台的概念。 设计并实现该应用平台，使之成为多用户系统的可重用模块，成为多用户系 统构建的应用支撑层，为应用层提供调用接口。使用此平台搭建多用户环境应用 系统，只需集中精力解决虚拟场景的问题，而不需要再注意数据通信的细节。 最后描述了该应用平台使用接口，以及使用它实现的多用户系统演示程序。 系统开发工具为：v i m 亿和j a v a 语言。 系统开发环境为：局域网络。w m d o w s 2 0 0 0 操作系统。 论文的新意在于： 1 ) 采用虚拟场景子系统和分布式交互子系统分离的观点，使分布式交互子系统 成为相对独立的部分，在多用户系统构建中具有通用性而我们可以集中精力解 决虚拟场景中出现的问题，不必注意交互控制的细节。 2 ) 采用v r m l 描述虚拟场景。v r m l 具有平台无关性的特点，适合于计算机 网络的传输，并不要求很高的网络传输带宽，而且图形生成的工作对客户端机器 性能要求不高。 3 ) 应用平台具有跨平台的特性。v r m l 和j a v a 都具有平台无关型的特点，只 要操作系统支持t c p i p 网络，并具有支持v r m l 的浏览器，就可以直接利用该平 台开发多用户系统，不需要作任何改动。 1 4 论文的章节安排 论文共分为六章，内容安排如下： 第一章绪论，论文的主要工作。 4 多用户共享虚拟环境应用平台 第二章讨论了v r m l 的特征、编程特点及其j a v a 平台支持。分析它们在开 发中各自的优势，影响着多用户系统的设计。 第三章分析现有的分布式虚拟现实系统，提出基于v r m l 的多用户共享虚拟 环境模型，并抽象出系统应用平台的概念。 第四章详细讨论了应用平台的设计和实现，及其一些关键技术。 第五章描述应用平台对上层应用提供的接口，及其使用规范。 第六章利用该平台设计多用户系统演示程序，证明了应用平台在实践中的可 行性，验证了论文中的设计思想。 结束语对本文提出的系统应用平台进行了全面评价，及其进一步的研究方 向。 第二章v r i l l 及其j a v a 平台概述 第二章v r m l 及其j a v a 平台概述 论文的主要工作是研究如何使用v r m l 和j a v a 作为工具，开发基于i n t e r a c t 的、基于v r m l 的多用户共享虚拟环境系统，并使其低层通信平台成为多用户系 统一个通用的模块，因此，只有了解了v r m l 的功能、特征及其编程特点，才能 设计出合理的方案，对系统有一个全面的认识，最大可能的提高所设计系统的性 能。鉴于这个原因，作者决心先对v r m l 傲一个介绍。 本章内容主要介绍了m 亿概念，讨论其功能、编程特点，并对其j a v a 支持 平台进行了描述。 2 1 1v r m l 概念 v r _ m l ( v i r t u a lr e a u t ym o d e l i n gl a n g u a g e ) 是一种描述交互式三维多媒体的标 准文件格式，它被设计成为与互联网上的三维环境可集成的开放系统。实质上， v r m l 是一种三维交换格式，它定义了当今三维应用中绝大多数常见概念，如变 换层级、光源、动画、材质属性、雾和纹理映射等，其基本目标是确保能成为一 种有效的3 d 文件交换格式网。它所提供的技术能够把三维、二维、文本和多媒体 集成为统一的整体，当把这些媒体类型和脚本描述语言结合在一起时，可以产生 一种全新的交互式应用，使3 d 环境模型取代2 d 桌面模型而为基本用户界面模式 成为现实。 目前v r m l 主要经历了两个阶段：v r m l i 0 本质上是一个静态的三维场景描 述语言，不具有动态交互性；v r m l2 0 是在v r m l1 0 的蓦础上增加了s c r i p t 节 点( n o d e s ) ，它是联系场景和外部行为控制的纽带，它可以是j a v as c r i p t 或一个外 部j a v aa p p l e t 应用，同时还增加了其它一些传感器节点来共同扩展虚拟世界的动 态行为。 v r m l2 0 已于1 9 9 7 年1 2 月成为国际标准( i f ；1 0 艇c1 4 7 72 - l ：1 9 9 7 ) ，目前 w e b 3 d 联盟正致力于v r m l n g ( v r m l n e x t g e n e r a t i o n ) 标准的制定，同时还在研 究用j a v a 类库实现对d i s 协议进行封装，有望成为下一代v r m l 的通信标准， v r m l 将结合j a v a3 d 和x m l ( e x t e n s i v em a r k u pl a n g u a g e ) 等技术，成为基于 i n t e r a c t 的电脑空间( c y b e r s p a e e ) l 拘主要标准，可以预测，v r m l 的发展方向将是协 作的、共享的和分布的。 6 多用户共享虚拟环境应用平台 2 1 2v r m l 对三维虚拟世界的描述能力 v r m l 9 7 标准规定了3 d 应用中大多数常见功能。 1 ) 建模能力，v r m l 定义了类型丰富的几何、编组、定位等节点，建模能力 较强。 基本几何形体：b o x 、s p h e r e 、c o n e 、c y l i n d e r 构造几何形体：i n d e x l i n e s e t 、i n d e x f a c e s e t 、e x t r u s i o n 、p o i n t s e t 、e l e v a f i o n g r i d 造型编组、造型定位、旋转及缩放：g r o u p 、t r a n s f o r m 特殊造型：b i l l b o r d 、b a c k g r o u n d 、t e x t 2 ) 真实感及渲染能力，通过提供丰富的渲染相关节点，可以很精细的实现光照、 着色、纹理贴图、三维立体声源。 光照：h e a d l i g h t 、s p o t l i g h t 、p o i n t l i g h t 、d i r e c t i o n l i g h t 材质及着色：m a t e r i a l 、a p p e a r a n c e 、c o l o r 、c o l o r i n t e r p o l a t o r 纹理：i m a g e t e x t u r e 、m o v i e t e x t u r e 、p i x e l t e x t u r e 、t e x t u r e t r a n s f o r n l 雾：f o g 明暗控制法向量说明：n o r m a l 、n o r m a l h t e r p o l a t o r 三维声音：s o u n d 3 ) 观察及交互手段，传感器类型丰富，可以感知用户交互。视点可以控制对三 维世界的观察方式。 传感器：c y l i n d e r s e n s o r 、p l a n e s e n s o r 、v i s i b i l i t y s e n s o r 、p r o x i y m i d ，s e n s o r 、 s p h e r e s e n s o r 、t o u c h s e n s o r 控制视点：v i e w p o i n t 、n a v i g a t i o n i n f o 4 ) 动画，v r m l 提供了方便的动画控制方式。 关键帧定时器：t i m e s e n s o r 线性插值路径规划及姿态调整：c o o r d i n s t e i n t e r p o l a t o r 、o r i e n t a t i o a i n t e r p o l a t o r 、 s c a l a r i n t e r p o l a t o r 5 ) 细节等级管理及碰撞检测：l o d 、c o l l i s i o n 6 ) 超链接及嵌入：a n c h o r 、i n l i n e 2 1 2 用v r m l 描述三维虚拟世界的优点 选择v r m l 规范作为三维图形文件格式是与其本身的优点分不开的，即面向 对象的场景圉( s c e n eg r a p h ) 结构。 结构上类似于o p c n g l 的显示列表，v r m l 用树状的场景图来描述三维世界。 应用面向对象技术，场景图不仅使得对三维世界的描述变得清晰，还通过封装属 第二章v r i d l 及其j a v a 平台概述7 性和建立场景图内部消息通道很方便的实现虚拟实体的交互和动画等功能。场景 图的基本元素为节点，节点的属性包含在域( f i e l d ) 和事件( e v e n t ) q b 。各节点间通过 父子关系连接，形成的有向无环图即场景图。使用v r m l 可以根据实际虚拟世界 中对象的空间、逻辑、从属、属性等关系组织起来，用类似于自然语言的方式来 描述虚拟世界。例如，要描述一张黄颜色的、四条腿的木质桌子，自然语言和v r m l 的描述十分接近。v r m l 与自然语言的比较如图2 1 。 自然语宵对桌子构成的描述 v 鼬儿时同桌子的捕述 图2 1v r m l 与自然语言的比较 场景图的优点不仅体现在描述的自然性上，还体现在由面向对象性所带来的 种种好处，如，良好的重用性，从上图可以看出，对于相同的几何形状或属性描 述，使用v r m l 的d e f 语法一次定义就足够了，其它需要的地方可以通过u s e 来重用。面向对象的场景图结构也使v 黜v f i 。世界的内部通信机制变的简单明了， v r m l 定义了事件( e v e n t ) 传递机制，节点定义了它可以产生和接受的事件类型， 节点间通过传递事件进行通讯。事件的传递通过路由r o u r e 语句定义。 与其它三维图形文件格式相比较，v r m l 还具有其独有的优势：用v r m l 建 立三维虚拟场景可以非常方便地生成三维几何实体，同时具有平台无关性的特点； 适合于计算机网络的传输，并不要求很高的网络传输带宽，而且图形生成的工作 放在性能要求不高的客户机上，同时客户端应用程序( w e b 浏览器+ v r m l 插件 ( p l u g i n s ) 或独立的( g a n d a l o n e ) v r m l 浏览器) 为三维的虚拟场景维护一个当前的属 性集合：通过事件实现动态交互性的执行模式机制，熊够清楚地把执行模式中的 8 多用户共享虚拟环境应用平台 基本元素分离开来，解决了交互性实现的执行简单性和灵活性等基本问题。 2 2 v r m l 的j a v a 支持 2 2 is c r i p t 节点介绍 在v r m l 中，不能显示场景行为改变时决策的逻辑，因为它没有节点可以支 持这种逻辑。场景也就因此被限制在先前的节点线路上，沿先前的路线来传递先 前的事件。所以，控制场景事件的程序只能在场景的外部。、像m l 为我们提供了 一个与场景外的程序相结合的节点，即s c r i p t 节点。s c r i p t 节点就是使用j a v a 或 j a v a s e r i p t 语言编写的脚本来扩展v r m l 的功能。它可以创建出新的内插节点和传 感节点来驱动整个虚拟空间。 s c r i p t 节点的基本语法如下表示： s c r i p t i 亵h 恧 i # _ # ml 一胬霸i i1 一i 世界对 燃对象樊|对象类il象类 1 支持虚拟现实应用支持多世界并发 ， f j 名字服务对象类h 对象管理对象类矧系统管理对象类l i 支持分布式应用的功能予系统 圈3 1d v r 系统基本软件结构框架 图中箭头线表示对象或子系统之间的关系及消息传递，箭头的粗细近似地表 明消息量大小。 3 3 多用户共享虚拟环境基本框架 在上一节，我们采用面向对象的方法，通过对现有d v r 系统的分析，给出了 第三章应用平台概念的提出 d v r 系统的基本软件框架中结构对象的功能、对象之间的关系，为我们的多用户 共享虚拟环境系统的设计提供了宝贵的经验。 由于d v r 系统具有分布性、交互性、逼真性、场景的一致性、可伸缩性等特 点，对计算机、网络、系统的要求比较严格，使得分布式虚拟现实的应用限制在 一些特定的领域内。由于分布式虚拟现实结构复杂，系统结构化特征不强，因而 分布式多用户交互系统的开发非常困难，目前常应用于军事等重要的领域，难以 实现多用户的虚拟会议系统、虚拟远程教学系统以及虚拟协同开发环境等。因此， 需要一种新的解决方案来更好地支持分布式多用户虚拟环境系统。 本节旨在分析大规模d v r 系统的基础上，提出一种多用户共享虚拟环境框架， 使得不同环境、不同地域的用户可以通过自己的替身在一个或多个虚拟场景中实 时地、无缝地交流。 3 , 3 1 一个简单的多用户环境实例 在给出多用户环境框架之前，为了直观的了解什么是多用户环境，先给出 个简单的图形化实例，如图3 2 。 图3 2 多用户共享虚拟环境 可以看出，多用户环境实质是提供了一个虚拟空间，使地理上分散的用户在 同一时间里进行交流与合作，共同完成一件任务。 3 3 2 系统设计目标 多用户共享虚拟环境要求分布在各地的用户能够共享相同的场景，即要求各 客户端能够保持场景的一致性，另一方面，还要求能够感知协同用户的状态。用 户在场景中的存在感是通过标识用户身份的三维对象替身来实现的，替身的状态、 1 6 多用户共享虚拟环境应用平台 位置和方向，标识了用户在场景中的视点( v i e w p o i n t ) ，它是用户体验虚拟环境沉浸 感的依据。因此系统必须能够维护场景中的数据并能够将场景中的变化传递到各 个客户端，同时，用户还必须能够跟踪其它用户的状态即跟踪用户替身在场景中 的状态。 3 3 3 系统基本框架 典型的客户服务器( c s ) 结构是实现上述目标的一个很好的解决方案。系统的 c s 框架模型如图3 3 所示。 持身和场 景状态变 化信息 服 场景的激性维护及替身管理 葡辊；万弱藩赢赢r 通信部件 客户端信息il 服务器端信惠 提交给服务器fl 广播封客户端 其它替身 的状态和 场景更新 客户端l 替身和场 景状卷变 化信息 其它替身 的状态和 场景更新 客户端篱 图3 3 多用户共享虚拟环境基本框架 其中，服务器负责管理和维护场景的致性、用户的注瓣和用户替身的管理， 同时监听客户端的连接请求并响应连接。客户端对应于虚拟场景子系统，负责场 景的显示和更新，感知其它用户的状态，实现碰撞检测等，客户端和服务器端的 连接是由通信部件来实现的。通信部件是实现客户端和服务器端信息交换的桥梁， 完成用户之间的交互，是系统的分布式交互子系统，其主要内容包括：客户端场 景和替身状态的变化传送到服务器的数据通讯，同时将赧务器端管理的场景数据 和所有替身的状态信息通知给各客户端没有明确的给出多世界的支持功能，该 功能将在服务器上完成，实现多世界应用。 这个框架显然要比上一节给出的分布式虚拟现实基本框架结构性要好，各功 能模块之间的关系比较单一，系统的实现也相对比较容易，适合于一般的应用场 合。 第三章应用平台概念的提出 1 7 3 4 多用户系统应用平台 由于v r m l 可以在低带宽异构网络环境中实时进行三维信息的远程传输和远 程指令的接受，而且对三维图形生成的计算机性能要求不高，用它来构筑分布式 虚拟环境具有低代价集约化的特点。本节在多用户环境基本框架的基础上，给出 基于v r m l 的多用户环境实现方案，并给出其应用平台的概念。 3 4 i 软件体系结构 在上一节，作者给出了一个多用户环境的系统框架，是一个比较笼统的模型， 也可以说是一个通用的模型。考虑到现在i n t e r a c t 的特点和i n t e r a c t 的应用需求【l ， 充分发挥v r m l 三维形体描述能力和j a v a 高级语言的计算处理、网络通信功能【l “， 在通用模型的基础上，提出一种基于v r m l 、基于i n t e m e t 、基于通信事件驱动的 多用户共享虚拟环境体系结构，这也是论文的最终实现方案。图3 4 就是该方案的 软件体系结构。 图3 4 基于v r m l 的多用户环境软件体系结构 从功能上看，系统可分为四个独立的模块；服务器程序，客户端程序，虚拟 场景和控制台程序。 服务器( j a v a 程序) 负责监视各个用户的行为。如果接收到来自某个客户的消 息，进行相应的处理后并将该消息向其他用户进行广播。 呈现给用户的是一个虚拟场景( v r m l 文件) 。系统中有若干用户，他们共享同 1 8 多用户共享虚拟环境应用平台 一场景，所不同的仅为用户权限或视点等引起的差异