【文章內(nèi)容簡介】 ity Engine和 RealityEngine 2。 1993年 1月， SGI發(fā)布了 ONYX圖形超級計算機。它包括新的多處理結(jié)構(gòu) PowerPath 2，這是基于在 150MHz工作的 MIPS R4400 RISC CPU的 24個并行處理機。 I/O通道帶寬是對存儲器速率 Gbytes/s，支持以 50Mbytes/s工作的 VME64位總線。 ONYX可以用 3個圖形流水線，這是基于新的 Reality Engine圖形子系統(tǒng)。新的圖形系統(tǒng)比 1992年 7月的RealityEngine提供高 50%的多邊形性能。它的速率達每秒 2百萬個三角形，和每秒 90萬紋理的 Gouraud明暗的反走樣的加霧的 Z緩沖三角形。 任選的多通道板，使用戶能讀取幀緩沖區(qū) ,并對不同區(qū)域給不同顯示設(shè)備。于是 130萬象素幀緩沖區(qū)或者用于 1280 1024顯示，或用于四個 640 512顯示。多通道選擇提供了六個不同輸出。 ONYX2 系列是 SGI 的高檔圖形設(shè)備，它組合了最大的超級計算和可視化。他的布局可能是可聯(lián)網(wǎng)的單機工作站，也可能是使用多達 128個 R12022RISC 處理器的全機架系統(tǒng)。這個全機架系統(tǒng)支持多達 16個可視化子系統(tǒng)，從而可以支持 4個繪制管理器，以及多達 320 MB 幀緩存。 它用于世界上很多領(lǐng)先的研究，軍事，政府，醫(yī)療，和娛樂業(yè)。在油氣勘探開發(fā)的應(yīng)用中， ONYX2 的 OpenGL Volumizer 允許勘探開發(fā)工程師，同時交互地處理和分析大量數(shù)據(jù)。 Reality Systems 用于產(chǎn)生高質(zhì)量的地下地形的體可視化。政府用 ONYX2 處理圖像，錄像，三維地形，以及地球空間數(shù)據(jù)。也用于各種仿真器，任務(wù)規(guī)劃，戰(zhàn)場可視化，軍事圖像和智能制造。工廠用這些系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜系統(tǒng)的高逼真度實時仿真，通過所有設(shè)計人員的合作，在開始制造前確保整個設(shè)計的一致。這些系統(tǒng)也被娛樂業(yè)采用，如 ILM， PIXAR等。電影界用它制造特殊效果。ONYX2的選項包括： Digital Video Multiplexing （數(shù)字視頻選通），Immersive Visualization Desk 1000D 和 2022D （沉浸的可視化工作臺），以及聯(lián)網(wǎng)。 Immersive Visualization Desk 是 3D 立體工作站，往往使用手套或 3D 筆，使用戶可以操作 3D 圖像?？梢圆捎门_式顯示，或大的顯示（約 6英尺）。 ONYX2的主要指標為： 14 Mbyte OpenGL Display list cache （有300MB/sec 通過量），實時 3D 體繪制， 24英寸監(jiān)視器，支持立體的NTSC 1920x1080 HDTV 顯示， 256 MB to 256 GB 系統(tǒng) RAM，可達 TB 內(nèi)部盤存儲， 1GB 物理的紋理存儲，每秒可處理多達 2億個多邊形，每秒填充率 70億個象素，可以用于醫(yī)療專業(yè)的 XRays 處理 3． Evans amp。 Sutherland 公司的 Freedom 3000 Evans amp。 Sutherland (Eamp。S)原來是飛行仿真器公司，它最近發(fā)布了 Freedom序列圖形加速器，用于 Sun Sparc 10工作站。它提供大范圍的性能水平：由 Freedom 1000的每秒 50萬多邊形，到 Freedom 3000的每秒 3百萬多邊形。它用標準硬件軟件接口與 Sun環(huán)境無縫地連接。 Freedom加速器可以用 Sun標準接口編程，并與當前的 Eamp。S和 Sun工作站軟件兼容。 Freedom 3000有 1280 1024， 1536 1280和高分辨率 TV顯示格式。它支持硬件紋理映射，包括 MIP映射，分辨率達2022 2022。其它特性是線、點、多邊形的反走樣， a緩沖區(qū)，累積緩沖，每個象素 128位，和動態(tài)象素定位。 Freedom 3000包括下列技術(shù)：用 VLSI ASIC芯片，可編程高速微處理機的并行陣列 (DSP)，很快的專有的圖形總線 (Gbus)(速度超過每秒 3百萬多邊形 )，高速象素發(fā)送互聯(lián)，用于圖像處理的高速存取幀緩沖區(qū) (達每秒 1億象素 )，以及象素填充率 950萬 /秒。 4．北卡大學(xué)的 PixelPlanes 4,5和 PixelFlow ? 北卡大學(xué)是最早開發(fā)圖形硬件的大學(xué)之一。他的工作不同于商界的工作，因為工作中基礎(chǔ)研究多于制造機器產(chǎn)品，所以他們的機器總是處于圖形硬件的前沿。 1988年， PixelPlanes 4有每秒 萬多邊形能力。 1991年，改進的 PixelPlanes 5有每秒 1百萬多邊形能力。最新的機器 PixelFlow正在開發(fā)，但已顯示很大潛力。 ? Pixel Flow和其圖形性能是將來高性能三維 VR的重要部分。它是高速圖形生成的結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)硬件繪制結(jié)構(gòu)的變換和幀緩沖存取的瓶頸。它利用圖像合成技術(shù)，分配繪制任務(wù)在同樣的繪制器陣列，其中每個繪制器計算部分基元的全屏幕圖像。高性能圖像合成網(wǎng)絡(luò)實時組合這些圖像，產(chǎn)生全屏圖像。 圖像合成結(jié)構(gòu)的性能與繪制器數(shù)目成線性關(guān)系。一個 PixelFlow繪制器掃描達每秒 140萬三角形，幾個繪制器系統(tǒng)可以掃描達這個速率幾倍。予計 128個繪制器的系統(tǒng)可以達到多邊形速率每秒 1億三角形。 PixelFlow由超級采樣實現(xiàn)反走樣。它以幾個硬件明暗器支持延遲的明暗，它在包含中間象素數(shù)據(jù)的合成圖像上工作。 PixelFlow明暗器計算復(fù)雜的明暗算法，以及基于圖像的紋理，明暗速率與圖像復(fù)雜性無關(guān)。 PiexlFlow可以連到并行超級計算機，用作中間模式圖形服務(wù)器，或者可以為保持方式繪制維持顯示表 5． Sun公司的 Elite 3D m3 和 m6 Elite 3D 是 Sun公司的高性能圖形系統(tǒng)系列，用于實時交互的 3D可視化，繪制和動畫。實際上，這只是視頻卡，不是整個系統(tǒng)。它是與 Sun Ultra 10工作站一起工作的。該系統(tǒng)比 SGI的系統(tǒng)便宜，但性能也較低。 m6是較高性能的選項，有 6個板上的 FPU運算器。它有串口連接其他接口設(shè)備，如頭部跟蹤， HMD， 3D鼠標。他的用戶類似 SGI系統(tǒng)，有：CAD/CAE，石油工業(yè)，醫(yī)療專業(yè)， HAZMAT，實時動畫。系統(tǒng)沒有大存儲空間支持電影一類大的課題。它沒有 racktype系統(tǒng)。 Elite 3D 的主要指標為：用在 Solaris 操作系統(tǒng) ( 或更高 )，支持 OpenGL ，有加速的照明和線點的反走樣，有加速的象素深度信息和 alpha內(nèi)插。 Sun Ultra 10 工作站的主要指標為：是 3D建模和圖形應(yīng)用的臺式系統(tǒng)，與 Elite 3D (m3 or m6) 視頻子系統(tǒng)合作，440 Mhz UltraSPARC 處理器（有 2MB cache），可達 1GB DRAM 和 18GB 硬盤空間，與 Elite3D 圖形子系統(tǒng)合作 6．更強大的機器 Red Mountain和 Blue Mountain 1996年 12月 16日， Intel 公司與 US DOE 合作發(fā)布了世界上第一臺每秒 1萬億次的計算機 (teraflops)。全美國人不停地手算 125年，才相當于該機器工作 1秒鐘。 該機器稱為 Red Mountain （紅山）。 Accelerated Strategic Computing initiative (ASCI) 正在開發(fā)仿真技術(shù)，不經(jīng)過地下核試驗就確保美國核武器的安全可靠。在新墨西哥州的 Sandia National Laboratories （桑迪亞國家實驗室） 正在安裝 5500萬美元的 Red Mountain機器，新墨西哥州的 Los Alamos National Laboratory （洛斯阿拉莫斯國家實驗室） 和加州的 the Lawrence Livermore National Laboratory 也使用該機器。該機器仿真核武器的各個方面，由激勵問題（如起爆仿真），到靜態(tài)仿真（如核武器儲存的老化效果）。 Red Mountain 也用于醫(yī)療和藥物研究，天氣預(yù)報，飛機和汽車設(shè)計，工業(yè)生產(chǎn)的改進，疾病演化的仿真，治理環(huán)境等。 Red Mountain 的主要指標為：價格 $55 百萬，占地1000 平方英尺，系統(tǒng) RAM: 584 Gbytes，雙向交叉帶寬 Gbytes/sec， Pentium Pro 處理器 9,216，峰值性能 TFLOPS。 Los Alamos National Laboratory 不滿足借用 Red Mountain，就開始建造 Blue Mountain。該機器有比較Red Mountain更強的圖形能力，增加了 16臺 SGI Infinite Reality 機器。 Blue Mountain 組織成 48個 128處理器的共享存儲器多處理機（ SMP）。 48個 SMP可以彼此通訊，速度為每秒 650 Gigabits。它有 76萬億 bytes的光纖通道的盤空間。 1998年 11月 12日建成， 5年內(nèi)將超過 100 TFLOPS。 7．其他設(shè)備 TAN是高級的沉浸的投影顯示， HP 提供 Kayak, Visualize Workstations， nVision Datavisor HMD， Eamp。S Tornado 和 3D Labs Oxygen GMX。 第二節(jié) 虛擬現(xiàn)實的軟件系統(tǒng) ? 3． 2． 1 虛擬現(xiàn)實對工具軟件系統(tǒng)的要求 ? 虛擬現(xiàn)實程序設(shè)計需要有關(guān)實時系統(tǒng)、面向?qū)ο笳Z言、網(wǎng)絡(luò)、物理建模、多任務(wù)等方面的知識。好的計算機程序員精通這些技巧。但他們不可能熟悉各種虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的專業(yè)領(lǐng)域。反之，醫(yī)生、建筑師、或經(jīng)濟分析家也不可能具有必要的程序設(shè)計技巧。虛擬現(xiàn)實廠家認識到需要解決這種知識缺口，并創(chuàng)造出這種產(chǎn)品的市場。 這要求穩(wěn)定的平臺和軟件，這使現(xiàn)有的軟件廠家輕松地虛擬化他們的產(chǎn)品，并促進新一代軟件開發(fā)者去創(chuàng)造先進的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品。 虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的工具軟件系統(tǒng)應(yīng)該滿足下列要求 . 工具軟件 (工具盒 )是為虛擬現(xiàn)實技術(shù)要求設(shè)計的面向?qū)ο蠛瘮?shù)的可擴充的庫。一個仿真對象就是一個 類 的部件，并繼承它默認的屬性。這大大簡化了復(fù)雜對象編程的任務(wù)。由于庫是可擴充的，開發(fā)者可能寫專用模塊，并利用同樣的仿真核心。 虛擬現(xiàn)實工具盒具有的另一個重要特征是硬件獨立性。寫的函數(shù)用于各種平臺，實質(zhì)上是一般的。實現(xiàn)這一點是因為高層的函數(shù) 不知道 它在特定的硬件上運行。低層的轉(zhuǎn)換器 在運行時識別特定的 I/O工具。在把應(yīng)用由一個平臺移到另一平臺時，這很有幫助。 所有的工具盒都支持某種形式的網(wǎng)絡(luò)（內(nèi)部的或任選的）。這允許并行或分布處理，以及重要的多用戶交互。這使得在一個應(yīng)用中可能進行合作，以提高效率。 這里討論的所有的工具盒都接受 CAD 3D文件（ DXF等）。這說明通過引入現(xiàn)有的 3D對象數(shù)據(jù)庫，極大地減少了開發(fā)時間。 何謂虛擬實境 ? 免付費共用軟體 – 由對虛擬實境有熱忱的人士，所自行發(fā)展而成，可自行下載使用或修改。 ? 幾何式商用授權(quán)軟體 – 場景是由許多的幾何模型所構(gòu)成，軟體通常具備相當完整的模擬功能與週邊硬體支援。 ? 國際通用標準 – 主要是根據(jù) VRML所開發(fā)的套裝工具 ? 影像式商用授權(quán)軟體 – 場景的建構(gòu)主要是透過影像拍攝及影像組合而成，場景的真實性相當高，但缺點是較缺乏互動性。 虛擬實境軟體的選用 ? 價錢與功能 ? 電腦硬體需求配備 ? 週邊硬體的支援 ? 程式撰寫的需求 ? 模擬的逼真度 ? 軟體影響模擬逼真度最深，一個擬真度越高、互動性越好的場景，使用者越容易融入模擬的情境中，也越能達到建構(gòu)模擬系統(tǒng)的期望。 免費的公用軟體 ? REND386 – 軟體本身是使用 Borland C和組合語言所開發(fā)，為較高階的程式語言，不太適合去描述較複雜的行為。 ? AVRIL – 強調(diào)容易使用、完整的文件資料、免費下載及具有可攜性，在不同的平臺間只要簡單的修改即可使用 ? VR386 – 一秒鐘可以處理 20,000個多邊形，也支援了部份的虛擬實境週邊硬體。 ? VR Juggler – 包括了物件表面展示模組、物件追蹤模組、導(dǎo)覽模組、圖形彩現(xiàn)引擎及圖形化使用介面等 幾何式商用授權(quán)軟體 (1) ? WorldToolKit(WTK) – 由 Sense 8公司所出版，支援多種平臺。 – 提供了超過一千個以上使用 C語言所寫的函式庫 – 不具備模型繪製功能，需配合其他建模軟體 – 無法單獨使用，須配合 C語言設(shè)計使用者界面， 並依模擬的需求，呼叫合 適的 WTK函式庫，以進 行場景或模型的控制。 幾何式商用授權(quán)軟體 (2) ? World Up – 同屬 Sense 8公司的產(chǎn)品，以 Windows平臺為主 – 具備一個視覺化的編輯界面，提供直覺化、更便利的使用環(huán)