视景仿真技术是计算机技术中最为前沿的应用领域。在工业设计、石油勘探、科学研究、军事演习等领域,越来越多的研究人员开始采用视景仿真技术进行他们的研究工作。随着各项技术的发展和计算机图形功能的增强,特别是世界上最先进的图形工作站系统价格日趋低廉,越来越多的研究人员将采用视景仿真技术来探索自然的奥秘,如进行战术仿真模拟、设计并组装虚拟样机等方面的研究。
视景仿真系统的硬件构成
视景仿真系统依照其研究对象、设备规模、运行平台、显示设备的不同分为许多不同的专业分支,从而派生出许多不同的专业术语。仿真系统规模由大到小可大致划分为下述几种系统:
1.reality center(虚拟现实中心),这是由高档图形工作站onyx2的生产厂家sgi所定义的一个名词,指采用大型计算机图形和图像处理功能加上超大超宽屏幕及立方体或者半球形投影系统及立体音频系统,营造一个使研究人员和训练人员沉浸其中的虚拟现实环境,cave系统即属于虚拟现实中心中的一种。
2.reality studio(仿真工作室),这是一种中等规模的视景仿真环境,一般是由一套onyx2(2-8个cpu)加上一套投影系统或头盔及数据手套构成,采用这种系统可以将科研成果、数字样机、地下储油构造投影到60°及180°大屏幕上,供一个研究小组研究讨论之用,或作为向重要客户介绍产品的高档演示环境。
onyx2高档图形工作站
3.reality station(仿真工作站),这是一种采用onyx2/ reality station构成的桌边型仿真工作环境,它是仿真工作人员进行仿真建模、仿真环境设计、运动及传感研究的理想平台。
4.reality desktop(桌上型仿真工作站),这是一种由octane工作站、320 /540 nt图形工作站构成的仿真环境,其特点是性能优越,价格低廉。由于320/540工作站采用了windows nt操作系统,其可选择的应用软件的范围很广,从而成为目前许多科研单位进行仿真研究的理想入门级产品,同时,由于sgi公司及其软件伙伴为仿真研究人员提供了与onyx2、octane兼容的开发、运行环境及数据交换格式,因此,用户也可以用它作为仿真纹理图像处理、仿真环境建模的理想开发平台,用它开发的仿真应用软件可以很容易地移植到onyx2高档工作站上去运行。
使用onyx2的实战仿真系统
视景仿真系统对于计算机硬件的图形功能要求极高。由于在视景仿真应用中所涉及到的仿真对象的图形结构极为复杂,而且仿真系统需具备实时的图形反应速度,比如直升飞机飞行时,直升飞机需要做到实时地向前飞行,飞机之下的植物、道路、桥梁及建筑物也需要实时地变化,同时,地面上还会有许多移动目标,因而仿真用计算机系统需要具备极快的图形处理能力,一般应达到每秒钟处理417万个三角形的能力。
此外,视景仿真系统与我们接触得较多的动画系统有所不同。在动画系统中,我们可以从容不迫地进行各项工作,如建模型、调材料、贴纹理、设置灯光、设置照相机等,所有工作完成之后,再让计算机开始计算最后的结果。由于动画的制作过程并不要求实时,因此计算的速度也不一定要求很快。有时,为了追求高质量的画面效果,一张画面的计算时间可长达两个小时甚至一天。但是在仿真技术中就不能以这样的速度工作。在常规的仿真系统中,屏幕上画面的刷新速度至少要达到15帧/秒,先进的仿真系统一般可达到30帧/秒,采用onyx2作为仿真硬件的客户能够做到60帧/秒,如果要支持立体眼镜或头盔显示,屏幕的刷新频率最高可达到120帧/秒。这不仅要求计算机能够处理很复杂的多边形,同时也要求计算机的硬件能够实现实时的光照效果、透明效果、纹理映射、环境纹理映射。即使在刚刚推出的采用ivc结构体系、运行windows nt操作系统的silicon graphics 320/540工作站中,这三项性能也相当突出,其cdrs值可达208。而且320工作站还具有一些只有sgi工作站才具备的特殊功能,如专利技术clear coat——它在对视场中的物体进行了纹理映射的前提下,还可以获得相当逼真的镜面反射效果,从而更增强了画面的逼真程度。其像素填充速度可达176m像素/秒,高出传统nt工作站两倍多。