中視典CAVE沉浸式投影系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介

　　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(jué)、觸覺(jué)、聲音等，并且可以跟蹤頭部的6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，可以應(yīng)用到許多領(lǐng)域，例如科學(xué)計(jì)算可視化、有限元計(jì)算、天氣預(yù)報(bào)、大型模擬器等。但是由于該系統(tǒng)的造價(jià)昂貴，從數(shù)十萬(wàn)美元到數(shù)百萬(wàn)美元不等，長(zhǎng)期以來(lái)主機(jī)使用SGI 的高檔工作站、多通道圖形系統(tǒng)，一般用戶無(wú)法承受，不能廣泛地推廣。

　　近幾年來(lái)，隨著微機(jī)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(jī)圖形加速卡的性能得到了很大的提升，使得用分布微機(jī)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(gè)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(gè)被立體投影畫面包圍的高級(jí)虛擬仿真環(huán)境中，借助相應(yīng)虛擬現(xiàn)實(shí)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(tīng)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(xué)家?guī)��?lái)了種偉大而創(chuàng)新的思考方式，擴(kuò)展了人類的思維。科學(xué)家能直接看到他們的創(chuàng)意和研究對(duì)象。比如：大氣學(xué)家能“鉆進(jìn)”颶風(fēng)的中心觀看空氣復(fù)雜而混亂無(wú)序的結(jié)構(gòu)；生物學(xué)家能檢查DNA規(guī)則排列的染色體鏈對(duì)結(jié)構(gòu)，并虛擬拆開(kāi)基因染色體進(jìn)行科學(xué)研究；理化學(xué)家能深入到物質(zhì)的微細(xì)結(jié)構(gòu)或廣袤環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)探索，可以說(shuō)，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(jí)的科學(xué)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(gè)圖像畫面的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，多個(gè)投影面組成一個(gè)虛擬空間。理論上CAVE是基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)把高分辨率的立體投影技術(shù)和三維計(jì)算機(jī)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(gè)供多人使用的完全沉浸的虛擬環(huán)境。適合于教學(xué)和科研。

典型系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域：  

◆ 虛擬樣機(jī)、虛擬制造、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬裝配 
◆ 模擬駕駛、訓(xùn)練、演示、教學(xué)、培訓(xùn)等 
◆ 虛擬生物醫(yī)學(xué)工程（虛擬手術(shù)/醫(yī)學(xué)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(xué)可視化 
◆ 軍事模擬、指揮、虛擬戰(zhàn)場(chǎng)、電子對(duì)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(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)是為了獲得一種全新的科學(xué)數(shù)據(jù)可視化手段。 然而，當(dāng)時(shí)處理大量的可視化數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)的造價(jià)十分昂貴�！�

　　近年來(lái)，高性能PC在計(jì)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(tái)具有較高性能價(jià)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(wú)疑是一個(gè)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(kāi)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(wú)疑為CAVE系統(tǒng)的更廣泛應(yīng)用掃清了障礙。

　　通常，中視典的系統(tǒng)是以4臺(tái)或6臺(tái)高性能連網(wǎng)PC作為一個(gè)并行計(jì)算集群系統(tǒng)來(lái)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(dòng)或被動(dòng)式立體顯示技術(shù)，每臺(tái)PC工作站分別負(fù)責(zé)CAVE系統(tǒng)中一個(gè)投影面的立體影像繪制工作。 并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同步控制技術(shù)和變形矯正算法，使每臺(tái)工作站繪制的場(chǎng)景分別同步無(wú)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(gè)完全沉浸的虛擬仿真可視協(xié)同環(huán)境。