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20世纪60年代后期,虚拟现实技术作为一项新技术引起了国内外的重视,它提供给人们更自然、更真实的交互手段,在军事、医学、教育等各个领域被广泛应用,正改变人类的生活和工作方式。分布式虚拟现实作为虚拟现实技术的一个重要分支,国内外许多研究机构对其进行了研究与开发。分布式虚拟现实具有用户量及数据量大、实时性要求高、环境复杂等特点,随着分布式虚拟现实系统应用的不断扩大,导致其产生很多问题,特别是系统中的数据分发管理的问题表现尤为突出,严重影响分布式虚拟现实系统的实时性及扩展性。高层体系结构HLA(High Level Architecture)具有互操作、可重用和可扩展性,并支持各类仿真应用之间的互操作,屏蔽了不同系统之间的异构性。一方面,可以解决分布式虚拟现实系统中异构互操作困难的问题;另一方面,在HLA中提供的声明管理服务与数据分发管理DDM(Data Distribution Management)服务,为分布式虚拟现实系统中的数据分发管理的问题提供了很好的解决的平台。
本文重点针对分布式虚拟现实系统中数据分发管理的问题,基于HLA的基础上从以下两个方面进行了研究:首先,本文对数据分发管理中的基于区域DDM算法、基于网格DDM算法、基于简单混合的DDM算法等相关DDM算法进行了深入研究与分析,提出了基于动态双层网格的混合DDM算法。该算法采用两层网格对无用数据进行过滤,利用基于区域的DDM算法来排除网格匹配时存在的虚假连接,解决DDM算法中数据过滤率低、组播地址浪费等问题。通过仿真实验,与现有算法进行比较,最后验证了改进算法具有较好性能,有效降低了系统中无用数据的发送,提高了系统中数据的发送与接收效率,节省了传输资源。其次,本文详细分析了HLA中对象实例属性更新的基本过程,为了保证分布式虚拟现实系统的实时性,系统中发送方通常以较高的频率来更新实体的状态信息,占用了大量的网络带宽资源。本文在仿真精度和网络带宽之间折中考虑,在对象实例属性更新中引入预测模型,在满足系统一定仿真精度的前提下,以较低的更新频率来发送实体状态的更新信息。仿真结果表明通过引入预测模型能够减少网络中传输的实体状态信息数据量,节省网络中的网络带宽资源。