分布虚拟环境中碰撞响应、分级兴趣管理及同步制约探讨

分布式虚拟环境(DistributedVirtualEnvironment，DVE)是在一组以网络互联的计算机上同时运行的VR系统，使分布在不同地理位置的用户可以在一个具有高度真实感的虚拟世界里实时交互。它在军事、协同设计、远程教育、网上游戏等众多领域都有着广泛的应用远景|教学论文范文|。本文对分布式虚拟环境中的碰撞检测与响应、分级兴趣管理及同步控制策略进行了研究。本文建立了并行分布实现碰撞检测的Petri网模型，改进了王兆其提出的基于时间戳的碰撞响应唯一性处理方法。通过具体剖析王兆其的方法，发现它不能保证碰撞响应的唯一性，也不能与DR技术混合使用。为此，我们重新定义了碰撞列表中TimeStamp项的意义，引入了时间阀值ΔT，并利用所建的Petri网模型具体讨论了时间阀值ΔT和保持时间Δt的选取。改进算法不仅能保证碰撞响应的唯一性，还能与DR技术混合使用。分级兴趣管理机制Singhal与单级兴趣管理机制NPSNET相比，能大大减少数据接收量，但会增加实体数据的发送量，为此本文提出了一种新的分级兴趣管理机制——两级增强兴趣管理机制(EnhancedTwoLevelInterestManagement，ETLIM)。在ETLIM机制中，兴奋趣实体集和整个兴趣实体集各监听不同的多播地址，当需要同时对高、低兴趣实体集发布数据时，发送端只需从整个兴趣实体集所监听的多播地址发布一个数据包。当对高、低兴趣实体集都采用周期性数据发送方式(现有DVE系统所采用的数据发送方式)且它们的发送频率成整倍数时，数据的接收量与Singhal机制的数据接收量相等，实体状态数据的发送量则与NPSNET机制的数据发送量相等。在同步控制方面，提出了一种新的同步控制猜测机制及实现框架。与传统同步控制猜测机制相比，主要区别在于：1、传统机制中是由某个化身(多播组组长)负责实体同步控制的猜测任务，新机制中则是由每个实体负责各自的同步控制猜测任务；2、新机制不仅利用了化身的运动状态信息，而且还利用了实体的运动状态信息，可以猜测化身与运动实体之间的交互；3、新机制不用预先发送请求交互数据包，可以减少数据包的发送数。所以，新机制在保证猜测正确率的基础上，不仅能猜测化身与运动实体的交互，还能减少网络负载，可扩展性好。西南交通大学博士研究生学位论文第11页改进了CIAO（CollaborativeImmersiveArchitecturallayout）中实体组同步控制算法，用令牌机制替换CIAO中半乐观锁机制，并提出了基于父节点记录的收端可靠多播算法，即在每个实体的ESPDU（EntityStateProtocol—DataUnits）中增加父节点的节点号，接收端根据父节点的节点号调整本地场景树的结构。配合周期数据发送方式，该算法不仅能保证交互的实时性和同时性，还能增强系统的健壮性。通过仿真实验和理论分析，可以证实上述研究工作是有效的。【关键词】：分布式虚拟环境碰撞检测分级兴趣管理同步控制实体组
【论文提纲】：第1章绪论12-321．1分布式虚拟环境的概念及特征131．1．1分布式虚拟环境的概念131．1．2分布式虚拟环境的特征131．2基本概念13-141．3分布式虚拟环境的研究现状及发展14-161．3．1DIS151．3．2HLA15-161．4分布式虚拟环境的网络拓扑结构和模型数据存储方式16-181．4．1网络拓扑结构16-171．4．2模型数据存储方式17-181．5分布式虚拟环境的网络通讯方式18-191．6分布式虚拟环境中的关键技术19-291．6．1同步控制20-231．6．2碰撞检测23-251．6．3兴趣管理技术25-281．6．4DR技术28-291．7论文的主要内容29-321．7．1论文的主要成果29-311．7．2论文的组织结构31-32第2章碰撞响应32-542．1碰撞响应的完全性和唯一性322．2分布式虚拟环境中碰撞检测的实现方法32-352．2．1集中实现32-332．2．2并行分布实现33-352．3面向对象的碰撞检测并行分布实现方法35-412．3．1面向对象碰撞检测方法的基本思想35-362．3．2面向对象碰撞检测方法分析362．3．3基于时间戳的碰撞响应唯一性处理方法分析36-412．4基于时间戳的碰撞响应唯一性处理方法的改进算法41-512．4．1并行分布实现碰撞检测的Petri网模型41-422．4．2改进算法42-442．4．3ΔT值的选择44-492．4．4Δt值的选择49-502．4．5网络延迟的影响50-512．5仿真实验51-522．6小结52-54第3章分级兴趣管理54-723．1相关工作54-553．2单级兴趣管理技术及分级兴趣管理技术实现方法55-593．2．1单级兴趣管理机制NPSNET563．2．2分级兴趣管理机制Singhal56-593．3ETLIM机制及性能分析59-683．3．1ETLIM机制59-603．3．2数据发送控制模块的实现方法60-683．4ETLIM机制的具体实现68-693．5仿真实验69-703．6小结70-72第4章同步控制72-914．1同步控制算法的设计要求72-734．2基于同步控制的猜测机制73-824．2．1基于同步控制的猜测算法73-754．2．2已有猜测机制分析75-764．2．3改进的基于同步控制的猜测及恢复机制76-794．2．4改进的实现框架79-804．2．5扩展性分析804．2．6仿真实验80-824．3实体组同步控制82-894．3．1CIAO中的实体组同步控制机制82-854．3．2改进的实体组同步控制算法85-874．3．3健壮性分析87-894．4小结89-91结论与展望91-94致谢94-95参考文献95-105攻读博士学位期间发表的论文及科研成果105