BC/NW 2008, №1 (12): 4.1

ТЕХНОЛОГИЯ СОГЛАСОВАННОГО СЕТЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УДАЛЕННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ

В.Ю. Харитонов, И. И. Дзегеленок

(Москва, Московский энергетический институт(технический университет), Россия)

Распределенные системы виртуальной реальности являются новым витком в развитии интерактивных трехмерных графических приложений, позволяя географически удаленным пользователям взаимодействовать в общей виртуальной среде так, как если бы они находились в одном помещении. Такие системы находят применение во многих научных дисциплинах и прикладных задачах, а также в индустрии компьютерных игр.

С архитектурной точки зрения распределенная система виртуальной реальности представляет собой множество компьютеров (узлов), объединенных сетью, которые вместе образуют единую информационную среду. Каждый пользователь может быть представлен в виртуальной среде некоторым объектом, состояние которого (положение в пространстве, скорость и т. д.) контролируется интерактивным программным приложением с трехмерным интерфейсом, выполняемым на соответствующем узле (процессом). Процесс производит визуализацию вида для отдельного пользователя и информирует о совершенных им действиях процессы других пользователей, посылая сообщения обновления.

Все пользователи распределенной системы виртуальной реальности должны быть хорошо синхронизированы, а взаимодействие должно быть согласованным. Согласованное сетевое взаимодействие подразумевает: а) в каждый момент времени все пользователи имеют общие данные о состоянии виртуальной среды, б) информация об изменениях этого состояния распространяется между ними за минимально возможное время. Однако, вследствие удаленности пользователей друг от друга и возникающих аппаратных ограничений [1–2], обеспечить согласованное сетевое взаимодействие удается далеко не всегда.

Для решения указанной проблемы разработана экспериментальная технология согласованного сетевого взаимодействия пользователей, позволяющая снизить влияние аппаратных сетевых ограничений и общую нагрузку на сеть за счет более гибкого механизма управления сетевым трафиком, учитывающим динамику движения объектов. Данная технология в себя включает:

– архитектуру аппаратно-программных средств взаимодействия пользователей;

– адаптивный алгоритм предсказания состояния объекта ATADR (Acceleration based Threshold Adaptive Dead Reckoning), учитывающий динамику его движения;

– механизмы временной синхронизации пользователей;

– сетевой протокол взаимодействия пользователей, построенный на базе протоколов стека TCP/IP.

Оценка функциональных возможностей разработанной технологи проводилась в локальной сети с позиции качественных показателей (точность предсказания состояний объектов) и количественных показателей (оценка масштабируемости системы, построенной на базе технологии). В частности, экспериментального показано [3], что алгоритм ATADR в большинстве случаев обеспечивает лучшую точность предсказания по сравнению с обычным алгоритмом при одном и том же генерируемом сетевом трафике.

Планируется дальнейшее развитие и расширение предложенной технологии за счет совершенствования существующих, а также добавления новых механизмов. В их числе: анализ столкновений объектов, использование мультисерверной архитектуры взаимодействия, применение статистических методов предсказания состояний объектов и более точных алгоритмов временной синхронизации. В конечном итоге на основе разработанной технологии планируется создать программную библиотеку с унифицированным интерфейсом, позволяющую строить распределенные системы виртуальной реальности под конкретные области применения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Singhal, S. and Zyda, M. Networked Virtual Environments: Design and Implementation. USA, MA: ACM Press/Addison Wesley, 1999.

2. Kharitonov, V.Y. Methods of efficiency enhancement of network interaction in distributed systems of virtual reality // Proceedings of 2^nd International Conference on Dependability of Computer Systems DepCoS-RELCOMEX 2007. IEEE Computer Society, Los Alamitos, CA, USA, 2007. P. 305-308.

3. Харитонов, В.Ю. Исследование принципов согласованного сетевого взаимодействия в распределенных системах виртуальной реальности // Труды международной технической конференции «Информационные средства и технологии». Москва, МЭИ, 16-18 октября 2007 г., в 3-х т. т. – М.: Янус-К, 2007. Т.2. C. 214-217.