多用户共享虚拟环境应用平台

摘 要
分布式虚拟现实，简称DVR，是虚拟现实和网络技术相结合的产物，已成为虚拟现实领域的关键课题之一，并在越来越多的应用中占据重要的地位。
本文基于分布式虚拟现实技术，分析其构成要素，结合Java API，采用C/S结构，提出了基于VRML的多用户共享虚拟环境，该原型系统具有初步的场景状态的一致性维护和多用户协同感知功能。以分层的思想抽象出系统应用平台的概念，使之成为多用户系统构建的可重用模块。
该平台的实现，并将其作为应用支撑层，为之上的应用层提供调用接口，简化了多用户共享虚拟环境应用系统的设计，使懂得VRML语言的用户就可以很方便的构建多用户系统。
文章阐述了实现该平台的关键技术，并给出利用该平台实现的一个演示系统，从而验证了方案的可行性。

关键字：分布式虚拟现实 虚拟现实建模语言 脚本语言 虚拟场景 应用平台 第一章 绪 论...............................................................................................................1
1.1 分布式虚拟现实概述.........................................................................................1
1.2 多用户共享虚拟环境.........................................................................................2
1.3 论文的主要工作.................................................................................................3
1.4 论文的章节安排.................................................................................................3
第二章 VRML及其Java平台概述........................................................................5

2.1 VRML概述.........................................................................................................5
2.1.1 VRML概念...............................................................................................5
2.1.2 VRML对三维虚拟世界的描述能力.......................................................6
2.2 VRML的Java支持............................................................................................8

2.2.1 Script节点介绍.........................................................................................8
2.2.2 Script节点和Java的结合........................................................................9

2.2.3 VRML的Java平台描述..........................................................................9

第三章 应用平台概念的提出.....................................................................................11
3.1 多用户环境的基本概念...................................................................................11

3.2 DVR系统的软件结构......................................................................................11
3.2.1 DVR系统的支持系统............................................................................12

3.2.2 DVR系统的基本对象类........................................................................12

3.2.3 对象的功能描述.....................................................................................13
3.2.4 DVR系统基本软件结构........................................................................14

3.3 多用户共享虚拟环境基本框架.......................................................................14

3.3.1 一个简单的多用户环境实例.................................................................15

3.3.2系统设计目标..........................................................................................15
3.3.3 系统基本框架.........................................................................................16
3.4 多用户系统应用平台.......................................................................................17
3.4.1软件体系结构..........................................................................................17
3.4.2 层次系统概念.........................................................................................18
3.4.4 系统应用平台的优点.............................................................................19
第四章 应用平台的设计和实现.................................................................................21
4.1 可共享因素的分析...........................................................................................21
4.1.1位置..........................................................................................................21

2 多用户共享虚拟环境应用平台

4.1.2 颜色........................................................................................................21
4.1.3 旋转........................................................................................................22
4.1.4 缩放........................................................................................................22
4.1.5 开关........................................................................................................23
4.1.6 时间........................................................................................................23
4.1.7 增删........................................................................................................23
4.2 应用平台的设计原则......................................................................................24

4.3 通信功能的实现..............................................................................................24
4.3.1 通信方式................................................................................................25
4.3.2 服务器的设计........................................................................................26
4.3.3 客户端程序的设计................................................................................27
4.3.4 控制台程序的设计................................................................................28
4.4 通信协议..........................................................................................................29
4.4.1 系统数据类型........................................................................................29
4.4.2 应用支撑层的数据传输协议................................................................30
4.4.3 应用层的数据传输协议........................................................................30 4.4.4 数据帧格式的优点................................................................................31
4.5 操作指令..........................................................................................................32
4.5.1 操作指令分类方法................................................................................32
4.5.2 操作指令的定义....................................................................................33
4.6 相关技术的讨论..............................................................................................34
4.6.1 消息的产生时机....................................................................................34
4.6.2 多用户场景和替身描述........................................................................34

4.6.3 实体行为的同步....................................................................................35
4.6.4 用户交互访问控制................................................................................35
4.7 动态虚拟场景的实现......................................................................................37

4.7.1 增加新节点，删除已有节点................................................................37
4.7.2 增加新路由，删除已有路由................................................................38
第五章 应用平台的调用接口及应用...................................................................41
5.1 应用平台的调用接口......................................................................................41
5.1.1 入接口....................................................................................................41
5.1.2 出接口....................................................................................................42
5.2 应用平台的应用..............................................................................................42
5.2.1 应用平台的使用....................................................................................42
5.2.2 将VRML和JavaApplet嵌入HTML..................................................44

5.2.3 系统的运行机制.....................................................................................44
5.3 相关问题及处理...............................................................................................45

5.3.1 接口的扩充.............................................................................................45
5.3.2 单一世界中的权限.................................................................................45
5.3.3 多世界系统的实现.................................................................................46
第六章 演示程序....................................................................................................47
6.1 虚拟酒吧演示...................................................................................................47
6.2 网上协同装配演示...........................................................................................48

6.3 战场部署模拟演示...........................................................................................48
6.4 多世界系统的演示...........................................................................................49

结 束 语.....................................................................................................................51

致 谢.....................................................................................................................53
参 考 文 献...................................................................................................................55
在读期间发表的论文.....................................................................................................57