基于分形模型的分布式虚拟现实系统的应用研究
基于面向对象的分形植物模拟类库研究与实现
Ｋ ｙｗｏｄ ｆ ｃａ，ｂｅｔ ｒ ｎｅ ， ｙｔｍ ｓ ｌ ｅ ． ｍｕ ｔ ｎ ｅ ｒｓ ｒ ｔｌｏ ｊ — ｉ ｔｄ Ｌ ｓｓ ｉ ａ ｓｓ ｌ ｉ ａ ｃｏ ｅ ｅ ｍｕ ｔ ｉ ａ ｏ
Ｃｌｓ ｍ ｂ ｒ ＴＰ ５ ａ ｓ Ｎｕ ｅ ］
１ 引言
自然植 物是 自然 界最常 见的景物 ， 其结 构 特征 很强， 形状 复杂 ， 势千 姿 百态 。用 计 算 机模 拟 生 长
成时， 用传统 几何 学 方 法几 乎无 法 描 述 ， 而分 形 方 法 的引入 ， 为植 物树 木 的 构 型提 供 了新 的途 径【 。 ］ ］ 近年来 ， 随着 分形 学 的研 究 和发 展 ， 物模 拟 己成 植 为人们研究 的热点 问题 。植 物模拟在 人工 智能 、 计 算 机游戏 、 虚拟现 实 、 学 软件 、 筑 物 配景 、 教 建 园林 设计 以及影 视 特殊 效果 生 成 等领 域 中 占有 重 要 的
ｊｃ —ｏｉ ｔｄｍｅｈ ｄｆｒ ｒｃａ ｓ ｌｔ ｎ Ａ ｅ ｔｏ ｏ ｐ ｌｉｇＯｂｅｔ ｒ ｎｅ ｃｉｕ ｉ ｌ ｉｇｐａ ｔｉ ｅｔ ｒ ｎｅ ｔｏ ｏ ａｔｌｉ ａｉ ． ｎ ｗ ｍｅｈ ｄｆｒａｐｙ ｊｃ—ｏｉ ｔｄｔ ｈｇｅｔ ｓ ａ ｎ ｌｎｓｓ ｅ ｆ ｍｕ ｏ ｎ ｅ ｅ ｏ ｍｕ ｔ
但是 ， 观前人 研 究 成果 ， 纵 我们 发 现 有关 计 算
机分 形算法 通常都采 用结构 化程序设 计思 想 ， 使 致
程序 的可 扩充 性 和可 移植 性受 到 较 大 限制 。 目前
法 。Ｌ系统不 仅是植 物构形 的基 础 ， 在计， 回 日期 ：０ ８ ９月 １ ２０ 年 修 ２０ 年 ６日 基金项目： 湖北 省 教 育 厅科 研 计 划 项 目（ 号 ：２ ０ ３ ０ ４ 资助 。 编 Ｂ ０ ５４ ０ ） 作 者简 介 ： 常君 明 ， ， 士研 究 生 ， 师 ， 究 方 向 ： 学 计 算 可 视化 、 真 。 男 硕 讲 研 科 仿
虚拟现实技术的研究报告
虚拟现实技术的研究摘要：本文介绍了虚拟现实技术的特点和研究现状，对虚拟现实技术的建模技术进展了描述，论述了虚拟现实技术在科学、军事等领域的应用，并对未来开展方向进展了展望。
关键词：虚拟现实技术；三维建模技术；实时绘制技术Overview of Virtual Reality Technique Abstract:This paper introduces the the characteristics of virtual reality technology and the current research, Modeling of virtual reality technology is described, The applications of Virtual Reality Technique in science and military arediscussed throughexamples, its developing trends are predicted.Key words: :virtual reality technique ; 3D Modeling Technology; Real-Time Rendering Technique一、虚拟现实技术1.1、定义虚拟现实是从两个英语单词“Virtual Reality〞翻译而来的，其中“Virtual〞的含义是虚拟的，非真实的，即现场或环境是由计算机模拟生成的非真实的，只存在于计算机内部的世界。
“Reality〞的意思是现实、实际，真实的事物，即真实的世界或现实的环境。
因此，“Virtual Reality〞一词应译为虚拟现实。
故虚拟现实的含义就是利用计算机技术通过各种技术手段在计算机内部构建一个让人如临其境的虚拟世界。
这种用来构建虚拟世界的技术就称为虚拟现实技术。
虚拟现实技术，又称“灵境技术〞或“赛伯空间〞。
1.2、特点人们现在较为熟悉的是3D技术，已被广泛的应用于电影技术中。
分布式虚拟现实系统介绍
集中式虚拟环境一般具有统一的 局部数据库，也就是说组成虚拟 世界的所有对象(数据库)是完全相 同的，虽然不同的用户可以看到 虚拟空间的不同部分，但是在局 部数据库中装入的是相同的对象。 这样结构简单易于实现，但是由 于输入和输出都有广播给其它所 有结点，因而对网络通讯带宽有 较高的要求，且稳固性较差。
(5) 用户能够相互说话，也能与 计算机生成的虚拟生物或对象说 话，虚拟生物也能作出反、沉浸、分 布化"四个词应该能在一定程度上 总结DVR所应具备的特性。
的分布主要有两种结构：集中式 和复制式。集中式是把虚拟环境 存放在中心服务器中，对虚拟环 境的实时操纵和协同处理都是由 中心服务器来管理的，用户需要 更新或获取虚拟环境中的信息时， 它向中心服务器申请，由中心服 务器响应申请后得到用户所需要 的信息并传输给用户；复制式是 在多个地点放置虚拟环境与虚拟 环境的管理系统，每个参加者只 与应用系统的局部备份进行交互。
分布式虚拟现实系统介绍
拟现实系统网络化、多用户化的 发展。传统的虚拟现实系统实现 了单个用户在虚拟环境中的漫游、 与虚拟环境及其中的物体进行交 互。分布式虚拟现实系统旨在将 不同的局部虚拟环境通过空间关 联以构造大范围的虚拟环境，并 与之进行交互。分布式虚拟现实 系统又称为分布式虚拟环境 DVE(Distributed Virtual Environment) 或分布式虚拟现实环境(Distributed
DVR应具备下列关键特性:
(l) DVR允许一组分布在不同地理 位置上的用户进行实时交互。这 个用户组能同时容纳几千个用户， 甚至更多。例如，一个正在演播 室中演奏的音乐家应该可以"走进" 一个虚拟的音乐会场中，与正在 听他演奏的数万名世界各地的观 众见面。
基于分形理论的形状模式识别技术研究
基于分形理论的形状模式识别技术研究在当代的信息化时代，形状模式识别技术（Shape Pattern Recognition，SPR）已经成为了计算机视觉领域的一个重要的研究方向。
这一技术可以广泛应用于各种领域，例如物体识别、生物医学成像、人脸识别等等。
而要提升SPR技术的准确性和严谨性，则必须依托于前沿的数学理论。
分形理论（Fractal Theory）便是其中一个能够为SPR技术提供有效支撑的数学工具。
本文将就基于分形理论的形状模式识别技术展开讨论。
一、分形理论的基本概念分形理论是一个由法国数学家Mandelbrot于20世纪60年代提出的新兴学科。
它从几何意义上重新定义了同一对象的不同尺度上的形态特征，并用数学公式来描述了这些几何特征。
分形理论观察到许多自然现象存在着高度的自相似性，也就是说，同种物质在不同的尺度上看起来是相似的。
例如，我们从地球的上空俯视，可以看到大陆与海洋的分布，然而如果我们把视野聚焦到一个国家或城市的居民地，依旧可以看到类似的分布图案。
这种自相似性是分形理论最根本的特点之一。
在分形理论中，最基础的单位被称作分形维数（Fractal Dimension）。
对于一条直线、一个矩形或正方形等，它们的分形维数都是整数。
然而，对于自然界中的一些物体，比如云、树叶、山峰等等，它们的分形维数是小数，这是一个非整数的维度，可以借助分形维度来框架和描述。
二、基于分形理论的形状识别技术在分形理论中，通过计算分形维度可以描述自然物体的自相似性。
当应用于形状识别技术中，可以利用基于分形维数的特征对目标的形状进行分类和分析。
形状特征的提取通常通过计算目标的形态特征矩来实现，然后将该特征与预先训练好的形状标准库中的形状模板进行比对。
而在分形理论中，从分形维度的角度对目标进行分析，可以更好地揭示其特征，提高准确性。
由于自然界中的许多物体都有着自相似性，并且这种自相似性是以分形维度的形式体现的，因此基于分形理论的形状识别技术也是非常有效的。
《虚拟现实技术》课程教学大纲
虚拟现实技术课程教学大纲Virtua1Rea1ityTechno1ogyCourseTeachingProgram学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适用专业：计算机科学与技术一、课程性质、任务与目的虚拟现实技术（简称VR）,又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。
虚拟现实技术作为一种最为强大的人机交互技术，一直是信息领域研究开发和应用的热点方向之一。
本课程立足于虚拟现实的特性，从技术和应用两个方向全面系统地讲述虚拟现实的基础理论和实践技能,包括对虚拟现实最新硬件设备和高级软件技术的讲解，以及虚拟现实传统应用和最新应用的介绍。
本门课的主要任务与目的是，学习建模能力，VRM1定义了类型丰富的几何、编组、定位等节点，建模能力较强；真实感及渲染能力，通过提供丰富的渲染相关节点，可以很精细地实现光照、着色、纹理贴图、三维立体声源；观察及交互手段，传感器类型丰富，可以感知用户交互，视点可以控制对三维世界的观察方式及动画控制。
二、教学基本要求（一）动态环境建模技术学习。
（二）实时三维图形生成技术学习。
（H）立体显示和传感器技术学习。
（四）虚拟现实技应用系统开发工具学习（ShoUt3D的使用、Java3D的使用、3DMax的使用、ShOCkWave3D的使用）。
三、课程的教学内容、重点和难点第一章虚拟现实技术概述一、虚拟现实的基本概念（一）虚拟现实的定义（二）虚拟现实的本质特征（H）虚拟现实系统的组成二、虚拟现实系统的分类（一）桌面虚拟现实系统（二）沉浸式虚拟现实系统（H）增强虚拟现实系统（四）分布式虚拟现实系统三、虚拟现实的发展和现状（一）虚拟现实的发展历程（-）国外虚拟现实技术的研究现状（H）国内虚拟现实技术的研究现状（四）虚拟现实技术的发展趋势四、虚拟现实技术的主要应用领域（一）军事领域（二）医疗领域（H）教育领域（四）文化艺术领域（五）制造业（六）商业第二章虚拟现实系统的硬件设备一、视觉感知设备概述（-）人类视觉模型（二）视觉感知设备二、听觉感知设备概述（-）人类听觉模型（二）听觉感知设备三、触觉和力反馈设备（-）触觉和力反馈模型（二）触觉反馈设备（三）力反馈设备四、位置跟踪设备（-）位置跟踪设备概述（二）机械式位置跟踪设备（三）电磁式位置跟踪设备（四）超声波位置跟踪设备（五）光学式位置跟踪设备（六）惯性位置跟踪设备（七）混合位置跟踪设备（八）常见的三维位置跟踪设备五、虚拟现实的计算设备（-）高性能个人计算机（二）高性能图形工作站（三）高度并行的计算机（四）分布式网络计算机重点：不同虚拟现实系统硬件设备的了解难点：位置跟踪设备的使用第三章虚拟现实的建模技术一、对象虚拟（一）几何建模（二）图像建模（三）图像与几何相结合的建模方法（四）三维对象的视觉外观二、物理建模（一）分形技术（二）粒子系统（H）碰撞一响应建模三、运动建模（一）对象位置（二）对象层次（H）虚拟摄像机（四）行人的运动建模技术四、行为建模（一）基于Agent的行为建模（二）其他行为建模方法五、声音建模（一）虚拟声音建模（二）虚拟声音传播和再现重点：图像与几何相结合的建模方法难点：对象建模技术的掌握第四章虚拟现实的Web3D技术一、Web3D技术概述（-）Web3D技术的发展（二）Web3D技术的特点（三）Web3D发展方向及应用前景二、三维全景技术（一）全景技术概述（二）全景技术常用设备（三）全景作品的制作三、C1I1t3D技术（一）CUIt3D技术概述（二）Cu1t3D窗口介绍（三）CUIt3D制作流程（四）CUIt3D应用实例四、基于Web的其他技术（一）Java3D（二）Viewpoint（三）Atmosphere（四）Shout3D（五）ShockWaveSD重点：Web3D软件的应用难点：三维全景作品的制作第五章三维建模工具3dsMax一、三维建模工具简介二、3dsMax的基础知识（一）3dsMax的操作界面（二）三维标准基本几何体简介（H）变换物体（四）操作视图（五）三维坐标系统的概念（六）选择物体的方法（七）使用组（八）克隆物体（九）三个常用工具三、修改三维几何体（一）修改器介绍（-）常用对象空间修改器（H）“编辑网格”修改器四、样条曲线建模方法（一）创建样条曲线（-）样条曲线的可视化（H）样条曲线的插值（四）样条曲线的基本修改方法（五）常用对象空间修改器（六）样条曲线的放样（七）放样物体的编辑五、材质与贴图（一）材质与贴图的概念（二）材质和贴图的类型（H）材质编辑器的使用（四）标准材质的设置六、灯光与摄影机（一）灯光简介（二）灯光的基本参数（H）摄影机简介七、生成动画（一）生成动画的基本流程（二）小球滚动动画实例八、综合实例（一）演播大厅的制作第六章虚拟现实开发平台EON一、虚拟现实系统开发平台概述（-）虚拟现实系统开发平台的基本功能（二）虚拟现实系统开发平台的发展趋势（H）常见的虚拟现实系统开发平台二、虚拟现实开发平台EON概述（一）EoN技术简介（二）EON产品（Ξ）EoN技术在国内外的研究与应用三、认识EONStudio（一）安装EONStUdio（二）EoNRaPtor的安装与使用（Ξ）EoNSmdiO操作界面四、EON的节点和元件（一）节点（二）元件五、创建EoN应用程序（一）EoN坐标系统（二）导入3D物体（H）交互程序开发（四）发布交互程序六、EON与其他软件的整合（一）EOnX属性设置（~）EoN通信接口（Ξ）EON文件嵌入PPT第七章虚拟现实系统综合实例一、室内漫游交互系统（-）虚拟漫游系统说明（二）EON漫游系统的开发二、机器虚拟拆装训练系统（一）虚拟拆装训练系统说明（二）素材准备（三）交互功能开发（四）打包发布重点：机器虚拟拆装训练系统交互功能的开发难点：EoN漫游系统的开发四、课程各教学环节要求（一）教与学模式建立《虚拟现实技术》的电子教案和多媒体课件或积件，以任务驱动为主线，采用多媒体演播教学、讲授、自主学习、协作学习、小组讨论、上机实验等多种教与学模式。
分布式计算技术在虚拟现实中的应用
分布式计算技术在虚拟现实中的应用虚拟现实（VR）技术是一种可以模拟现实环境或创造虚拟世界的技术，通过使用计算机生成的图像、声音和其他感官输入，使用户能够沉浸在一个虚拟的环境中。
随着技术的发展，VR越来越受到人们的关注和重视，并在各个领域得到广泛应用，如教育、医疗、游戏等。
然而，随着VR的不断发展和应用，需要更多的计算和存储资源来支撑这些虚拟环境的构建和运行。
分布式计算技术就是一种可以为VR提供更多计算资源的技术，它可以将多个计算资源连接在一起，从而提供更强大的计算能力和存储能力。
本文将探讨分布式计算技术在虚拟现实中的应用。
一、分布式计算技术的基本原理1.数据分割：将大任务分割成多个小任务，并将这些小任务分发给不同的计算资源进行处理。
2.并行计算：利用多个计算资源同时处理任务，从而提高计算效率。
3.数据传输：在计算资源之间传输数据，确保各计算资源之间的同步和数据一致性。
4.故障处理：在一个计算资源出现故障时，能够自动将任务转移到其他计算资源上进行处理，保证计算任务的顺利完成。
虚拟现实技术需要大量的计算和存储资源来构建和运行虚拟环境，因此，分布式计算技术在VR中的应用具有重要意义。
以下是分布式计算技术在虚拟现实中的应用场景：1.图形渲染：虚拟现实技术需要大量的计算资源来进行图形渲染，以确保画面流畅和逼真。
利用分布式计算技术，可以将图形渲染任务分发给多个计算资源同时进行处理，从而提高图形渲染的速度和质量。
2.声音处理：虚拟现实技术还需要进行声音的采集、处理和合成，以模拟不同环境中的声音效果。
利用分布式计算技术，可以将声音处理任务分发给多个计算资源，并将不同计算资源合作，从而实现更加逼真的声音效果。
3.数据存储：虚拟现实技术需要大量的数据存储来存储虚拟环境中的各种信息，如图像、声音、视频等。
分布式计算技术可以将数据存储任务分发给多个计算资源，以实现高效、可靠的数据存储和管理。
4.交互体验：虚拟现实技术还需要处理用户的交互输入，如手势识别、语音识别等。
虚拟现实技术的研究及应用前景分析
虚拟现实技术的研究及应用前景分析随着科技的不断发展，新型技术的涌现，人类的活动和生活方式也在发生着巨大的变化。
其中，虚拟现实技术作为科技领域的新兴产物，已经逐渐融入到人们的生活当中。
虚拟现实技术是一种将现实世界和虚拟世界融合的技术，通过数字化技术、模拟技术和交互技术实现创造虚拟环境。
虚拟现实技术被广泛应用于游戏、教育、医疗等众多领域，成为了当今社会和经济发展中的重要组成部分。
一、虚拟现实技术的研究虚拟现实技术的发展始于20世纪60年代，当时以飞行模拟器和头戴显示器为代表的虚拟现实技术已经开始逐渐应用于航空、军事、医疗等领域。
而在20世纪90年代，受到计算机和高速图形处理器的催生，虚拟现实技术取得了长足进步，它的应用领域得到了大幅度扩展。
现阶段，通过虚拟现实技术能够创造逼真的三维空间，为用户带来身临其境的沉浸体验。
虚拟现实技术关键技术之一是虚拟建模技术，它是通过计算机对现实世界进行数字化建模，构建出一个仿真虚拟空间。
在虚拟建模技术的基础上，通过交互设备，用户可以直接与虚拟空间进行交互和沟通，从而获得人性化的沉浸式体验。
同时，虚拟现实技术的实现需要依赖于大量的数据处理和图形处理技术。
在计算机技术与网络技术的不断发展下，如今虚拟现实技术的数据传输速度和处理速度已经很大程度地得到了提升，这为虚拟现实技术的发展带来了迅速的动力。
二、虚拟现实技术的应用前景分析虚拟现实技术作为一项高尖端的技术，在众多领域都能够发挥它独特的优势。
以下是虚拟现实技术的应用前景分析。
1. 教育虚拟现实技术应用于教育领域，能够帮助学生进行更加普及化的学习，增加了学习中的趣味性和互动性，也能够降低教育成本。
目前，国内外已经有很多机构和企业开始尝试使用虚拟现实技术来创造「沉浸式」的学习体验。
教育虚拟现实产品种类不断增加，在市场上呈现出良好的发展状态。
2. 游戏技术虚拟现实技术在游戏领域的应用是最为普及的，它为用户提供了更真实的游戏体验，并且能够使游戏的玩法更加多样化。
基于VTK分形理论的研究
法相结合 ， 还可 以产生出非规则的几何 图素 ， 构造 出复杂纹 理 和 复 杂 形 状 ， 而 实 现 分 形 体 的可 视 从
化， 以及 对 自然 景物 的逼 真模 拟 。
２ Ｖ Ｋ 简 介 Ｔ
２ １ Ｖ Ｋ的体 系结构 ． Ｔ 可视 化 工 具 包 Ｖ Ｋ（ ｉ ａ ｚｔ ｎ Ｔ ｏｋｔ Ｔ Ｖ ｓ ｌ ａ ｏ ｏｌｉ）是 ｕｉ ｉ
＋ ， ｐ ｉ， Ｚ的初值 Ｚ ＝ ＋ ｙ， Ｃ＝ ＋ ｑ则 ｏ ‰ ｉ Ｃ的取值 ０
范 围为
３ Ｖ Ｋ渲染复杂 的分形 图形 Ｔ
３ １ Ｖ Ｋ渲 染机 制 ． Ｔ
Ｐ ［ ， ］ ：Ｐ ｐ 一 ｑ ［ ，一 ］ ：ｇ｛口 ｍ ． 即参数 窗 口为 （ ， ） ｐ ， ） ｐ ｉ ｇｉ 口（ 图形 ， 对 实体 、 照 、 并 光 照 相 机 、 制窗 口等 属 性 进行 设 置 和 操作 ， 绘 完成 图像 生 成和 用户交 互 的 功 能 ， 主要 有 九 个基 本 对 象 ： 绘 制 控制 器 、 染 窗 口、 染 器 、 照 、 渲 渲 光 照相 机 、 色 、 角 特性、 映射 、 换 。图 形 模 式支 持 ３ 变 Ｄ几 何 数 据 绘 制 、Ｄ体数 据绘 制 、Ｄ几何 、 字 、 ３ ２ 文 图像 绘制 。
平 台下运 行 、 持 不 同的语 言 环 境 、 支 数据 处理 和 展 示 功能 丰富 以及 易学易用 等特 点 ， 以在科 学研究 所 和工 程 领域得 到 了广泛 的采用 ， 为一种 流行 的图 成 形 图像应 用软 件 开发 平 台 。Ｖ Ｋ被 设计 为一 个 对 Ｔ
象库， 它提供了和很多开发环境简单的接 口， 其体 系结 构 如 图 １ 示 … 。 所 ・
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※编程技术应用实践
应用实践※※
基于分形模型的分布式虚拟现实系统的应用研究
刘鹏
（太原工业学院）
【摘要】比较深入地分析和说明了开发基于分形模型的分布式虚拟现实系统的可行性及其应用价值，并给出了详细的设计方案。
【关键词】分形模型；分布式虚拟现实系统；设计方案
1引言
在分布式虚拟现实系统的分析和设计中，特别关注交互性，这就要求开发出的系统必须具有较快的响应速度和较大的吞吐量【1】。
而且，VR系统要求很强的实时性，图形更新速率至少要求16桢/s，图形客体行为反映的滞后要低于0.1s。
随着技术的发展，对象的细节层次越来越复杂，就目前计算机图形学的水平而言，只要有足够的时间，就能生成准确度相当高的像照片一样的逼真图像。
然而这种提高真实感的方法是采用增加物体多边形来获得，从而使计算复杂，绘图速度大大降低，无法满足DVR系统的需要【2】。
2DVR系统及其特点简介
DVR是指基于网络的虚拟环境，在这个环境中，位于不同物理位置的多个用户和多个
虚拟环境通过网络相连接，并共享信息。
它是网络和虚拟现实结合的产物，是一个支持多人通过网络实时进行交互的软件系统，每个用户在一个VR环境中通过计算机与其他用户进行交互。
DVR系统一般由显示器，通信和控制设备，处理系统，数据网络四个基本部件组成【3】。
DVR追求良好的交互性，这就使得其对系统的响应速度和吞吐量有较高的要求。
为了获得较好的交互反应时间，系统必须由相当少的软件层组成，在客户和服务器之间传递的数据量必须足够小。
吞吐量受客户和服务器的处理速度，数据传输率的影响。
在远程服务器上的数据必须从服务器进程传递到客户进程，经过两个计算机上若干个软件层。
软件层的吞吐量与网络的吞吐量一样重要【1】。
与此同时，DVR还要求系统具有良好的实时性，保持较高的图形刷新速率等。
3分形模型及其在DVR系统设计中的应用价值
3.1分形模型概述
正如分形之父Mandelbrot所说的那样，分形是大自然的几何学。
分形几何学是描述复杂自然形状及其形成机制的有力手段，为人类构建自然图形提供了一种新的科学基础，形成了一种全新的自然图像——生成论的自然图像。
分形几何学能够借助迭代模拟自然界的复杂形状，这正是分形模型的独特魅力所在【4】。
目前，发展较为成熟的分形几何模型有L-System（L-系统）与IFS（Iterated Function System，迭代函数系统）。
它们都能以极少的存储数据来生成逼真度相当高的复杂自然形状。
而且，对于任何自然物形态，都可以通过计算机把它们转换成IFS编码，即数据模型【4】。
因此，分形模型具有极其广阔的应用前景。
3.2分形模型在DVR系统设计中的应用价值
传统DVR系统中的几何模型一般用多边形来表示，通常具有两个信息：一个包含点的位置信息，另一个是点的拓扑结构信息，用来说明这些点之间的连接【2】。
因此，在生成实体时通常要求较大的数据量，对网络的带宽要求很高。
而且，在生成较为复杂的实体模型时，限于大量的数据传输和计算，使得图形的
1
2
生成速度较慢，无法满足DVR 系统的需要。
然而分形模型在生成图形时所传输的数据量极少（仅为L-system 文法描述和IFS 编码），其算法完全依照真实世界中自然的生成规律，可以生成逼真度极高的复杂实体图形。
因此，研究开发基于分形模型的DVR
系统具有极高的价值。
4基于分形模型的DVR 系统的设计方案
4.1系统框架
借助于C/S 结构具有的强大数据操作和事务处理能力，采用三层C/S 结构较为合理，如图1所示。
图1基于分形模型的DVR 系统结构框架
表示层：仿真应用的用户接口部分，担负着实现用户与应用对话的任务，主要实现解码绘图，定时执行桢刷新操作以及向功能层提交用户操作请求的功能。
其中，解码绘图是根据功能层传送来的L-System 文法描述，IFS 编码以及场景布局信息利用相应的解码模块实现绘图，而定时执行桢刷新操作则是保障系统实时性的需要。
由研发的用户客户端解码软件实现这一层次的全部功能。
功能层：仿真应用的本体，负责将具体的仿真业务处理逻辑编入程序中。
其主要的功能有：（1）接收并处理客户端的请求，实现系统的交互性。
（2）仿真实际的物理过程和现象。
主要是处理多个实体在同一场景中的布局，实体的状态（包括实体的分形几何模型信息，位置，纹理，颜色，表面反射系数等）以及实体之间的自然联系，比如河边植物靠近水的一侧较另一侧茂盛得多【5】。
（3）实现对用户的管理，确认用户对仿真应用和数据库存取的权限，以及记录系统处理日志的功能，保障系统安全可靠地运行。
由仿真处理服务器实现这一层次的全部功能。
数据层：主要实现的功能有：（1）保存虚拟世界中有关的对象及场景信息。
其中，对象信息主要是实体的分形模型信息，位置，纹理，颜色，表面反射系数等；场景信息主要是处于同一场景诸多实体的布局和消隐关系，以及实体间应满足的自然联系。
（2）处理多个用户同时对数据库的访问与修改操作，实现系统的并发控制。
（3）支持功能层对用户存取数据库的权限进行管理的功能。
由虚拟世界数据库服务器实现这一层次的全部功能。
4.2功能实现
客户端解码软件：基于Visual C++.NET 平台实现软件解码功能的开发，调用开放性图形库（Open Graphics Library,OpenGL ）完成对实体纹理的生成。
分形模型解码模块的代码设计可参考孙博文的《分形算法与程
序设计——Visual C++实现》【6】。
在绘图过程中，利用画家算法实现对景物的消隐处理。
为了防止图形的闪
烁，建议采用缓存技术，即先将场景中的所有图形利用画家算法在客户端缓存中全部生成，然后再将缓存中的绘图结果输出至显示器。
客户端软件的运行效果如图2所示。
图2基于分形模型的DVR系统客户端软件的运行效果
仿真处理服务器：可以在Visual Studio2005平台上使用C#语言开发此服务器上的仿真应用管理软件。
虚拟世界数据库服务器：可以采用SQL Server2000，Oracle9i，Sybase等关系型DBMS来实现对数据源的管理。
建议将实体的分形几何模型信息（L-System文法描述和IFS编码）建立成表来构建基础的分形图形库，将场景信息建立为视图以方便仿真处理服务器对数据源的间接操作并极大程度地减少了数据冗余。
在并发控制上，由于客户端软件自身已有极高的桢刷新频率，并且鉴于DVR系统要求具备有尽可能快的交互速度，因此建议采用一级封锁协议来防止丢失更新即可。
在数据库安全问题上，创建具备不同权限级别的多种角色，实现对不同用户服务的管理，保障数据库的安全稳定。
4结语
毫无疑问，在构建DVR系统的几何模型时采用分形来表现是相当不错的造形方法。
虽然目前分形模型尚处于研究阶段，所生成的实体还只是二维图形。
但是，二维交互与三维交互是密切相关的，三维交互从二维交互发展而来，二维交互的概念层次结构以及从二维交互技术的发展中得到的经验教训有助于开发三维交互技术【2】。
对基于分形模型的DVR系统的设计，将大大促进这一经过改良的DVR系统的诞生，使得计算机虚拟世界更加细腻而真实。
参考文献
[1](英)George Coulouris,Jean Dollimore,Tim Kindberg著,金蓓弘等译.分布式系统概念与设计.北京：机械工业出版社. 2004:32~35
[2]曾芬芳.虚拟现实技术.上海：上海交通大学出版社.1997:6~29,32~75,172~173
[3]吴重光.仿真技术.北京：化学工业出版社.2000:161~164
[4]林夏水.分形的哲学漫步.北京：首都师范大学出版社.1999
[5]刘鹏.分形在自然景观仿真研究中的进展与展望.工程地质计算机应用.2007年第3期
3。