分布式协同虚拟环境体系结构研究.pdfVIP

分布式协同虚拟环境的体系结构研究 张宇宏 王行仁 冯 勤 (北京航空航天大学先进仿真技术航空科技重点实验室，北京，100083) 摘 要 本文结合当前的技术发展和面临的实际需求，分析了分布式协同虚拟环婉的概念、发展现 状和应用前景，详细讨论了它的功能特点、体系结构、性能要求以及关键技术。最后介绍了一个支 持先进分布仿真和虚拟样机技术的分布式协同虚拟环峨原型系统— AST一DCVE. 关链词 分布式协同虚拟环境 体系结构 虚拟战场环境 虚拟样机 1 引言 虚拟环境O[1是具有空间和时间特性的数字化多维信息空间，是虚拟现实 (VR,Virtual Realiyt)技术发展的新阶段。虚拟环境由具有物理特性的实体、参与交互的人及其存在的 环境构成，三者之间存在交互关系。仿照现实世界，采用视景系统、音响系统、力反馈系 统为参与者提供主要感知的模拟。 分布式虚拟环境2【1(DVE,DistributedVirtualEnvironment)是指基于网络的虚拟环境， 在这个虚拟环境中，位于不同地理位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，共享 信息，实现人机交互，动态仿真。在这个虚拟环境中，人们将面对实时、立体的三维图形 显示，三维空间声音渲染，以及和谐、自然的人一机交互界面，使人可以参与和沉浸在计 算机创建的虚拟世界中。利用这个环境，人们可以仿真现实世界中早已发生、正在发生和 尚未发生的事件。 分布式协同虚拟环境 (DOVE,DistributedCollaborativeVirtualEnvironment)是一种以 一体化多学科设计和分析模型为核心，允许环境中的个体共享和交换数据、信息、知识和 行为，体现分布、交互、并发、协同、系统工程、标准化的思想，实现工具、资源和人的 互操作和可重用，全面支持产品开发全生命周期活动的分布式虚拟环境。 本文详细讨论了DCVE的概念、发展现状和应用前景，对当前有关DCVE研究中的热 点问题和关键技术进行了研究，最后介绍了一个支持先进分布仿真和虚拟样机技术的分布 式协同虚拟环境原型系统— ASTDCVE. 2 分布式协同虚拟环境概述 2.1 DOVE的应用前景 分布式协同虚拟环境的目标是提供一个包含框架和集成模型、仿真、领域特定工具、 虚拟测试床的通用支撑平台，可以用来支持虚拟样机原型系统的研究和分布式虚拟战场环 境的建立。 虚拟样机技术将建模与仿真技术扩展到新产品研制开发的全过挥，本质上是一种基于 模型的不断提炼和完善的过程，在基于标准数据交换格式(DIF,DataInterchangeFormat) 的分布式产品数据模型支持下的分布式协同虚拟环境中，将多个不同运行规律的模型集成 585 起来，通过仿真测试来指导设计人员将设计思路转化为原型，并基于仿真分析结果，在模 型的VVA过程的支持下，修改和完善分布产品数据模型。这样经过反复的模型设计和仿 真测试，最终开发出满足产品设计要求的虚拟样机。 逼真的虚拟战场环境可以用来进行战法研究、人员训练、武器装备发展战略论证、武 器装备编配论证、武器装备的作战效能评估与战技指标论证。 2.2 典型的DOVE系统 DCVE在发达国家受到了高度的重视，已经涌现出了一些体现DCVE设计理念的原型 系统，具有代表性的有[;I, 美国国防部高级研究计划局 (DARPA)的基于仿真的设计 (SimulationBasedDesign, SBD)系统、快速设计开发和优化 (RapidDesignExplorationandOptimization,RaDEO)系 统、智能协同和可视化 (IntelligentCollaborationandVisualization,ICV)系统; 美国国家科学基金会 (NSF)的先进计算架构合作计划 (PartnershipforAdvanced ComputationalInrfastructure,PACI)、知识和分布智能计划 (KnowledgeandDistributed Intelligence,KDI); 美国国家标准技术研究所 (NIST)的制造应用中的系统集成 (SystemIntegrationfor ManufacturingApplications,SIMA)计划; 美国国家航空航天局(NASA)的智能综合环境(Int