虛擬現(xiàn)實高端應(yīng)用：CAVE沉浸式投影系統(tǒng)

CAVE是大型的VR系統(tǒng)，具有高度的沉浸感、良好的交互手段，可以融合視覺、觸覺、聲音等，并且可以跟蹤頭部的6個自由度的運動，可以應(yīng)用到許多領(lǐng)域，例如科學計算可視化、有限元計算、天氣預報、大型模擬器等。 ...
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CAVE是大型的VR系統(tǒng)，具有高度的沉浸感、良好的交互手段，可以融合視覺、觸覺、聲音等，并且可以跟蹤頭部的6個自由度的運動，可以應(yīng)用到許多領(lǐng)域，例如科學計算可視化、有限元計算、天氣預報、大型模擬器等。但是由于該系統(tǒng)的造價昂貴，從數(shù)十萬美元到數(shù)百萬美元不等，長期以來主機使用SGI 的高檔工作站、多通道圖形系統(tǒng)，一般用戶無法承受，不能廣泛地推廣。

近幾年來，隨著微機的性能和圖形加速卡的圖形渲染能力的不斷提高，AGP總線突破了PCI總線的33Mhz的限制，微機圖形加速卡的性能得到了很大的提升，使得用分布微機系統(tǒng)替代昂貴的SGI工作站成為可能。

CAVE系統(tǒng)是一種基于多通道視景同步技術(shù)和立體顯示技術(shù)的房間式投影可視協(xié)同環(huán)境，該系統(tǒng)可提供一個房間 大小的四面（或六面）立方體投影顯示空間，供多人參與，所有參與者均完全沉浸在一個被立體投影畫面包圍的高級虛擬仿真環(huán)境中，借助相應(yīng)虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備（如數(shù)據(jù)手套、力反饋裝置、位置跟蹤器等），從而獲得一種身臨其境的高分辨率三維立體視聽影像和6自由度交互感受。由于投影面幾能夠覆蓋用戶的所有視野,所以CAVE系統(tǒng)能提供給使用者一種前所未有的帶有震撼性的身臨其境的沉浸感受。   
 
基于系統(tǒng)這種完全沉浸式顯示環(huán)境特性，CAVE為科學家?guī)砹朔N偉大而創(chuàng)新的思考方式，擴展了人類的思維。科學家能直接看到他們的創(chuàng)意和研究對象。比如：大氣學家能“鉆進”颶風的中心觀看空氣復雜而混亂無序的結(jié)構(gòu)；生物學家能檢查DNA規(guī)則排列的染色體鏈對結(jié)構(gòu)，并虛擬拆開基因染色體進行科學研究；理化學家能深入到物質(zhì)的微細結(jié)構(gòu)或廣袤環(huán)境中進行試驗探索，可以說，CAVE可以應(yīng)用于任何具有沉浸感需求的虛擬仿真應(yīng)用領(lǐng)域，是一種全新的、高級的科學數(shù)據(jù)可視化手段。

CAVE (Cave Automatic Virtual Environment)在外形上是使用投影系統(tǒng)，圍繞著觀察者具有多個圖像畫面的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，多個投影面組成一個虛擬空間。理論上CAVE是基于計算機圖形學把高分辨率的立體投影技術(shù)和三維計算機圖形技術(shù)、音響技術(shù)、傳感器技術(shù)等綜合在一起，產(chǎn)生一個供多人使用的完全沉浸的虛擬環(huán)境。適合于教學和科研。
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典型系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域：  

◆ 虛擬樣機、虛擬制造、虛擬設(shè)計、虛擬裝配 
◆ 模擬駕駛、訓練、演示、教學、培訓等 
◆ 虛擬生物醫(yī)學工程（虛擬手術(shù)/醫(yī)學分析；基因/遺傳/分子結(jié)構(gòu)研究） 
◆ 地質(zhì)、礦產(chǎn)、石油 
◆ 航空航天、科學可視化  
◆ 軍事模擬、指揮、虛擬戰(zhàn)場、電子對抗 
◆ 地形地貌、地理信息系統(tǒng)（GIS） 
◆ 建筑視景與城市規(guī)劃 
◆ 地震及消防演練仿真

CAVE系統(tǒng)的構(gòu)想是于1992年提出,最初的開發(fā)動機是為了獲得一種全新的科學數(shù)據(jù)可視化手段. 然而，當時處理大量的可視化數(shù)據(jù)并實時生成立體影像需要在大型UNIX圖形工作站的支持下才能完成,這就使得整個系統(tǒng)的造價十分昂貴。當時這類大型專業(yè)UNIX圖形工作站(可視化系統(tǒng))的價位約在幾十萬到百萬美金，這使得CAVE系統(tǒng)的使用范圍局限在大型的研究所或?qū)W術(shù)單位中。

近年來,高性能PC在計算能力和圖形處理能力已經(jīng)能夠逐漸接近甚至超越專業(yè)UNIX圖形工作站.以多臺具有較高性能價格比的高性能PC作為圖形處理核心代替CAVE系統(tǒng)中的大型專業(yè)UNIX圖形工作站無疑是一個非常好的構(gòu)思，基于高性能PC架構(gòu)的CAVE系統(tǒng)正是在此背景下開發(fā)的. 基于高性能PC架構(gòu)的CAVE系統(tǒng)既能保持高性能的圖形處理能力,又能夠大幅度降低成本, 無疑為CAVE系統(tǒng)的更廣泛應(yīng)用掃清了障礙。 #p#page_title#e#

通常，我們的系統(tǒng)是以4臺或6臺高性能連網(wǎng)PC作為一個并行計算集群系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)CAVE配置中昂貴的UNIX圖形工作站，采用高性能的主動或被動式立體顯示技術(shù)，每臺PC工作站分別負責CAVE系統(tǒng)中一個投影面的立體影像繪制工作. 并通過網(wǎng)絡(luò)同步控制技術(shù)和變形矯正算法，使每臺工作站繪制的場景分別同步無失真地顯示輸出，并投射在相應(yīng)的立方體投影面上。從而產(chǎn)生一個完全沉浸的虛擬仿真可視協(xié)同環(huán)境。