虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，又譯作靈境、幻真）是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過(guò)使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。

網(wǎng)格是一種新興的技術(shù)，正處在不斷發(fā)展和變化當(dāng)中。目前學(xué)術(shù)界和商業(yè)界圍繞網(wǎng)格開展的研究有很多，其研究的內(nèi)容和名稱也不盡相同因而網(wǎng)格尚未有的定義和內(nèi)容定位。比如國(guó)外媒體常用“下一代互聯(lián)網(wǎng)”、“Internet2”、“下一代Web”等來(lái)稱呼網(wǎng)格相關(guān)技術(shù)。但“下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGI）”和“Internet2”又是美國(guó)的兩個(gè)具體科研項(xiàng)目的名字，它們與網(wǎng)格研究目標(biāo)相交叉，研究?jī)?nèi)容和重點(diǎn)有很大不同。企業(yè)界用的名稱也很多，有內(nèi)容分發(fā)（Contents Delivery）、服務(wù)分發(fā)（Service Delivery）、電子服務(wù)（e-service）、實(shí)時(shí)企業(yè)計(jì)算（Real-Time Enterprise Computing，簡(jiǎn)稱RTEC）、分布式計(jì)算Peer-to-Peer Computing（簡(jiǎn)稱P2P）、Web服務(wù)（Web Services）等。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所所長(zhǎng)李國(guó)杰院士認(rèn)為，網(wǎng)格實(shí)際上是繼傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、Web之后的第三次浪潮，可以稱之為第三代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

網(wǎng)格計(jì)算利用分布式計(jì)算（Distributed Computing）機(jī)網(wǎng)絡(luò)處理大計(jì)算量任務(wù)，限度地利用了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)資源共享。隨著網(wǎng)格計(jì)算研究的深入，人們?cè)絹?lái)越發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的重要。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是關(guān)于如何建造網(wǎng)格的技術(shù)，包括對(duì)網(wǎng)格基本組成部分和各部分功能的定義和描述，網(wǎng)格各部分相互關(guān)系與集成方法的規(guī)定，網(wǎng)格有效運(yùn)行機(jī)制的刻畫。顯然，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)格的骨架和靈魂，是網(wǎng)格的技術(shù)，只有建立合理的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，才能夠設(shè)計(jì)和建造好網(wǎng)格，才能夠使網(wǎng)格有效地發(fā)揮作用。

　　1  網(wǎng)格環(huán)境分析

網(wǎng)格可以簡(jiǎn)單地劃分為分布式資源、網(wǎng)格系統(tǒng)和網(wǎng)格應(yīng)用3個(gè)層次。網(wǎng)格應(yīng)用層處于網(wǎng)格的頂層，分布式資源為網(wǎng)格的物理層即為網(wǎng)格底層，網(wǎng)格系統(tǒng)處在分布式資源和應(yīng)用層之間，在應(yīng)用層和資源之間起到橋梁作用。完整的網(wǎng)格系統(tǒng)需要有所示的基本管理功能。

（1）信息管理：為網(wǎng)格中的活動(dòng)提供依據(jù)。

（2）資源管理：負(fù)責(zé)管理網(wǎng)格中的所有資源。

（3）數(shù)據(jù)管理：管理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)和副本等。

（4）通信與安全管理：保證網(wǎng)格上的活動(dòng)合法，信息通達(dá)。

（5）界面管理：負(fù)責(zé)用戶和網(wǎng)格之間信息的轉(zhuǎn)換和表現(xiàn)。 （6）作業(yè)管理：支持用戶在計(jì)算資源上運(yùn)行自己的代碼。

（7）公共管理：包括用戶的管理、網(wǎng)格的監(jiān)控、記賬等。

網(wǎng)格用戶通過(guò)界面管理的支持將作業(yè)提交給網(wǎng)格，從網(wǎng)格得到計(jì)算結(jié)果。網(wǎng)格在提供服務(wù)之前，首先需要通過(guò)信息管理確認(rèn)網(wǎng)格中哪些資源目前可用。分配好可用資源后還需要進(jìn)行資源管理。在作業(yè)計(jì)算過(guò)程中，需要使用網(wǎng)格中的數(shù)據(jù)，網(wǎng)格需要通過(guò)數(shù)據(jù)管理傳輸遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)。整個(gè)過(guò)程需要通信和安全管理作保障以防泄漏關(guān)鍵數(shù)據(jù)等。

　　2  基于網(wǎng)格環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)的具體分析

虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化、操作以及實(shí)時(shí)交互的環(huán)境。與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)人――機(jī)界面（如鍵盤、鼠標(biāo)器、圖形 用戶界面以及流行的Windows等）相比，虛擬現(xiàn)實(shí)無(wú)論在技術(shù)上還是思想上都有質(zhì)的飛躍。傳統(tǒng)的人――機(jī)界面將用戶和計(jì)算機(jī)視為兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，而將界面視為信息交換的媒介，由用戶把要求或指令輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)信息或受控對(duì)象作出動(dòng)作反饋。虛擬現(xiàn)實(shí)則將用戶和計(jì)算機(jī)視為一個(gè)整體，通過(guò)各種直觀的工具將信息進(jìn)行可視化，形成一個(gè)逼真的環(huán)境，用戶直接置身于這種三維信息空間中自由地使用各種信息，并由此控制計(jì)算機(jī)。 總的說(shuō)來(lái)，網(wǎng)格應(yīng)用應(yīng)該具有如下一些特點(diǎn)：

（1）黏合性。網(wǎng)格應(yīng)用可以通過(guò)把不同的網(wǎng)格構(gòu)件黏合在一起來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些黏合在一起的構(gòu)件可以是不同程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言開發(fā)出來(lái)的，可以運(yùn)行在不同的操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備上。

（2）動(dòng)態(tài)性。網(wǎng)格應(yīng)用的運(yùn)行環(huán)境是動(dòng)態(tài)的，即所用資源在網(wǎng)格上的來(lái)去是動(dòng)態(tài)的，運(yùn)行應(yīng)用的目標(biāo)機(jī)器的選擇也是動(dòng)態(tài)的。構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)格應(yīng)用的構(gòu)件隨著宿主設(shè)備的進(jìn)入和退出，網(wǎng)格呈現(xiàn)出的是可用和不可用的動(dòng)態(tài)性。

（3）平臺(tái)獨(dú)立性。網(wǎng)格應(yīng)用應(yīng)該與具體的平臺(tái)無(wú)關(guān)。盡管網(wǎng)格的思想中并不排斥某種特定的運(yùn)行環(huán)境，但這只是從兼容的角度強(qiáng)調(diào)網(wǎng)格上可以運(yùn)行所有的傳統(tǒng)應(yīng)用。網(wǎng)格應(yīng)用應(yīng)該脫離具體的平臺(tái)，可以在任何具體環(huán)境下運(yùn)行。

（4）網(wǎng)格應(yīng)用具有可伸縮性。在網(wǎng)格資源充裕的情況下，一個(gè)應(yīng)用可以利用多個(gè)資源實(shí)現(xiàn)自己的操作。如果網(wǎng)格資源比較緊張，同樣一個(gè)應(yīng)用在少數(shù)幾個(gè)資源上運(yùn)行也可以完成要做的事情。即網(wǎng)格應(yīng)用對(duì)資源的需求也應(yīng)該有伸縮性。

（5）自我管理性。網(wǎng)格應(yīng)用活動(dòng)涉及網(wǎng)格中的多個(gè)資源，在很多情況下，應(yīng)用的啟動(dòng)者也難以判斷活動(dòng)在哪個(gè)具體的機(jī)器上執(zhí)行，一旦出現(xiàn)故障，就需要應(yīng)用能配合網(wǎng)格管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自我管理，做好故障恢復(fù)和處理，做到不會(huì)影響其他應(yīng)用的正常執(zhí)行。

　　2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)需求和問(wèn)題域分析

該模型在初始化階段需要有一定的安全性，支持注冊(cè)、登錄、注銷和退出系統(tǒng)等功能。登錄上系統(tǒng)的網(wǎng)格用戶可通過(guò)EAI（External Authoring Interface）外部編程接口和虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)中的本地虛擬化身交互通信。一方面隨著本地用戶的化身在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中不斷地運(yùn)動(dòng)變化，一些本地信息如用戶序列號(hào)、方位、旋轉(zhuǎn)角度等都在不斷地發(fā)生變化，這些信息對(duì)于該網(wǎng)格用戶而言僅僅是需要在網(wǎng)格客戶端本地處理而已；另一方面在網(wǎng)格客戶端隨著代表該網(wǎng)格用戶的虛擬化身的不斷運(yùn)動(dòng)變化以及與其他虛擬化身的交互，如炮擊對(duì)方、在線聊天等，虛擬場(chǎng)景也要做出相應(yīng)的變化。

在網(wǎng)格環(huán)境下所要實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用系統(tǒng)——虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)的UML用例。具體描述如下：

普通用戶通過(guò)注冊(cè)成為網(wǎng)格用戶，網(wǎng)格用戶在登錄上系統(tǒng)之后，可以進(jìn)行注銷、退出系統(tǒng)或是與其他網(wǎng)格用戶進(jìn)行交互，如發(fā)射武器、更新其他網(wǎng)格用戶虛擬場(chǎng)景中化身的方位等。這些操作都可被視為網(wǎng)格客戶端信息的處理。虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中的化身亦代表虛擬戰(zhàn)場(chǎng)用戶，它主要是處理無(wú)需通過(guò)網(wǎng)格環(huán)境的本地信息，如更新自身的方位、旋轉(zhuǎn)角度等。

　　2.2 基于網(wǎng)格的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)靜態(tài)模型結(jié)構(gòu)分析

虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)位于網(wǎng)格系統(tǒng)的應(yīng)用層，對(duì)該戰(zhàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)分為實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)和模型界面設(shè)計(jì)。

（1）實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)：同一個(gè)局域網(wǎng)共享一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)三方軍隊(duì)相互交戰(zhàn)，其中所有同在一個(gè)局域網(wǎng)且通過(guò)身份驗(yàn)證的用戶均可通過(guò)網(wǎng)格環(huán)境參與到該戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景中，此時(shí)該用戶即被稱為在線用戶。所有在線用戶均可利用某些儀器如鼠標(biāo)、鍵盤等對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行操作，如代表在線用戶的化身在本地客戶場(chǎng)景中作轉(zhuǎn)身、移動(dòng)等動(dòng)作，與此同時(shí)其他在線用戶化身的客戶場(chǎng)景中同樣記錄著這些動(dòng)作信息，并以此改變自身客戶場(chǎng)景中此化身的狀態(tài)變化。另一方面，基于虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的特性，每個(gè)在線用戶勢(shì)必會(huì)與敵方交戰(zhàn)，他們可以在自身的客戶場(chǎng)景中運(yùn)用鼠標(biāo)和鍵盤熱鍵發(fā)射炮彈，攻擊對(duì)方等，這些作戰(zhàn)情況都會(huì)記載在本地客戶場(chǎng)景信息中。

（2）模型界面設(shè)計(jì)：虛擬戰(zhàn)場(chǎng)系統(tǒng)共有6個(gè)界面子模塊：用戶登錄界面、武器選擇界面、本地化身信息界面、本地化身作戰(zhàn)情況界面、在線用戶界面和虛擬戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景圖。首先用戶在登錄界面中輸入身份驗(yàn)證信息，通過(guò)驗(yàn)證后方可進(jìn)入虛擬場(chǎng)景作戰(zhàn)；同時(shí)在線用戶界面中會(huì)為該合法用戶提供此刻同在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中的各個(gè)在線用戶名。另外，客戶化身在鼠標(biāo)和鍵盤的控制下，可以在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景中隨意暢游，本地化身信息界面中會(huì)實(shí)時(shí)地記錄下化身的方位數(shù)據(jù)信息，并提供彼此間聊天功能；而本地化身作戰(zhàn)情況界面也會(huì)在化身之間進(jìn)行交互作戰(zhàn)時(shí)，可視化地顯示出本地化身的作戰(zhàn)情況。

該虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的UML，其中網(wǎng)格客戶端體系結(jié)構(gòu)使用C/S模式構(gòu)造，在實(shí)現(xiàn)中分5個(gè)模塊組成：服務(wù)端監(jiān)控中心模塊、多線程發(fā)送器模塊、本地處理機(jī)模塊、多線程接收器模塊和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)模塊。由于本地處理機(jī)模塊必須監(jiān)聽各種事件，并做出相應(yīng)的事件處理，所以需要實(shí)現(xiàn)事件監(jiān)聽接口。

　　2.3 基于網(wǎng)格的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)行為模型分析

需要指出的是，本系統(tǒng)使用EAI外部編程接口實(shí)現(xiàn)用戶界面的可視化，使虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景更利于控制和管理，這就需要用到Java Applet。由于Applet存在安全性和sandbox（沙盒）機(jī)制問(wèn)題，需要有個(gè)服務(wù)器容器作為HTTP SERVER來(lái)Applet，初始階段只需在客戶端輸入服務(wù)器的IP地址及文件存放位置。

以發(fā)射武器為例，由于采用EAI外部編程接口，武器完全可以在虛擬場(chǎng)景中通過(guò)EAI接口動(dòng)態(tài)生成。網(wǎng)格用戶向VR場(chǎng)景發(fā)送某個(gè)消息表示需要發(fā)射武器，具體描述如下：

（1）網(wǎng)格客戶端創(chuàng)建好線程MultiSender多用戶發(fā)送器，一個(gè)線程就代表一個(gè)網(wǎng)格用戶。

（2）本地處理機(jī)客戶端獲得VRML瀏覽器對(duì)象，以便通過(guò)EAI接口控制VRML場(chǎng)景。

（3）本地處理機(jī)客戶端獲得虛擬戰(zhàn)場(chǎng)用戶化身的節(jié)點(diǎn)，由此可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)的入事件和出事件屬性來(lái)監(jiān)視和控制虛擬化身。

（4）本地處理機(jī)客戶端創(chuàng)建線程MultiReceiver多用戶接收器，接收從其他網(wǎng)格用戶中發(fā)來(lái)的更新信息或是虛擬場(chǎng)景中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，如由于化身不斷運(yùn)動(dòng)變化而帶來(lái)的虛擬場(chǎng)景的更新變化等。

（5）通過(guò)對(duì)發(fā)射武器的屬性（如大小、形狀、顏色等）進(jìn)行描述而動(dòng)態(tài)地在虛擬場(chǎng)景中生成它。

（6）武器生成后需要在各個(gè)在線網(wǎng)格用戶的虛擬場(chǎng)景中發(fā)射，并沿著一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。這些軌跡的位置和轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)的計(jì)算通過(guò)網(wǎng)格環(huán)境來(lái)解決。

（7）多用戶發(fā)送器將計(jì)算武器發(fā)射軌跡數(shù)據(jù)的操作通過(guò)網(wǎng)格服務(wù)發(fā)布接口發(fā)布相應(yīng)的網(wǎng)格服務(wù)。

（8）向網(wǎng)格服務(wù)器請(qǐng)求執(zhí)行完成網(wǎng)格服務(wù)。

（9）網(wǎng)格服務(wù)完成，返回結(jié)果。

（10）向網(wǎng)格客戶端返回計(jì)算結(jié)果。

（11）線程MultiSender多用戶發(fā)送器向每個(gè)網(wǎng)格用戶的線程MultiReceiver多用戶接收器發(fā)送同步消息，將武器發(fā)射軌跡數(shù)據(jù)發(fā)送到接收器。

（12）接收到武器發(fā)射軌跡數(shù)據(jù)后，通過(guò)EAI接口實(shí)時(shí)更新虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中的武器發(fā)射軌跡。

　　3  結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)格作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的新興技術(shù)，它著眼于高性能和分布式計(jì)算能力。本文簡(jiǎn)單介紹了網(wǎng)格技術(shù)，并著重分析了基于網(wǎng)格環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)模型的UML建模。整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)模型建立在網(wǎng)格基礎(chǔ)上。網(wǎng)格應(yīng)用的安全要求并不高，只需簡(jiǎn)單地進(jìn)行網(wǎng)格用戶身份檢驗(yàn)核對(duì)，因?yàn)榫W(wǎng)格安全工作的應(yīng)放在網(wǎng)格基礎(chǔ)安全如CA等方面。另外，由于虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)完全可以充分利用網(wǎng)格環(huán)境中強(qiáng)大的分布式計(jì)算能力，因此該模型的可擴(kuò)展性和實(shí)時(shí)性能都比較理想。