Сетевые механизмы обеспечения согласованности данных в распределенных системах виртуальной реальности

• Автор: Харитонов, Василий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Содержание

СПИСОК КЛЮЧЕВЫХ ПОНЯТИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.
1. ПРОБЛЕМА СОЗДАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ

1.1. Уточнение представлений о распределенных системах виртуальной реальности.

1.1.1. Виртуальная реальность. Основные определения и понятия

1.1.2. Распределенные системы виртуальной реальности.

1.1.3. Основные требования, предъявляемые к РСВР.

1.1.4. Сравнение РСВР с классическими распределенными системами

1.2. Обзор и классификация существующих распределенных систем виртуальной реальности.

1.2.1. Тренажерные РСВР

1.2.2. Сетевые виртуальные среды.
1.2.3. Многопользовательские сетевые компьютерные игры и метаверсы.
1.3. Ограниченность механизмов обеспечения согласованности данных в существующих РСВР
1.4. Постановка задачи диссертационного исследования. Основные допущения
1.5. Выводы
2. ЗАДАЧА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОГЛАСОВАННОСТИ ДАННЫХ В РСВР И ПОДХОДЫ К ЕЕ РЕШЕНИЮ
2.1. Формализованная модель распределенных вычислений в РСВР
2.2. Уточнение понятия согласованности в РСВР
2.2.1. Причинноследственная согласованность.
2.2.2. Наблюдательная согласованность
2.2.3. Согласованность видов виртуальной среды.
2.2.4. Предлагаемые метрики видовой согласованности
2.2.5. Частотный подход к определению согласованности и вопросы надежности .
2.3. Аппаратные ограничения, влияющие на согласованность.
2.3.1. Латентность передачи данных.
2.3.2. Колебания латентности джиттер.
2.3.3. Вычислительная мощность узла
2.4. Вопросы масштабируемости в РСВР.
2.4.1. Сетевой подход.
2.4.2. Вычислительный подход
2.5. Способы обеспечения согласованности данных в РСВР
2.5.1. Согласованность, репликация и чувствительность.
2.5.2. Оптимизация протокола
2.5.3. Фильтрация данных в соответствии с их значимостью
2.5.4. Предсказание состояний объектов
2.6. Выводы.
3. АРХИТЕКТУРА И СЕТЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОГЛАСОВАННОСТИ ДАННЫХ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМАХ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ.
3.1. Разработка архитектуры РСВР
3.1.1. Представление РСВР на различных уровнях абстракции.
3.1.2. Сетевые архитектуры взаимодействия процессов в РСВР
3.1.3. Способы рассылки данных
3.1.4. Разработка модели управления данными.
3.1.5. Выбор представления данных для хранения состояния виртуальной среды
3.1.6. Предлагаемая архитектура РСВР
3.2. Разработка высокоуровневого протокола межпроцессного взаимодействия ПУРР.
3.2.1. Место разрабатываемого протокола в эталонной модели
3.2.2. Состав протокольных сообщений
3.2.3. Форматы протокольных сообщений и битовые потоки
3.2.4. Виды взаимодействий процессов
3.2.5. Принцип избирательной согласованности и механизмы репликации данных.
3.3. Вспомогательные механизмы обеспечения согласованности.
3.3.1. Синхронизация часов в РСВР
3.3.2. Разработка адаптивного метода репликации и предсказания состояний объектов, учитывающего динамику их движения
3.3.3. Управление совместным доступом к состоянию виртуальной среды
3.4. Выводы
4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО УРОВНЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕАЛИЗУЕМЫХ СРЕДСТВ
4.1. ТсггаЫе многоцелевая про1раммная библиотека для разработки и
исследования РСВР
4.1.1. Обзор возможностей библиотеки ТсггаНс
4.1.2. Состав и структура библиотеки.
4.1.3. Диаграмма классов ядра
4.1.4. Идентификация процессов, объектов и атрибутов.
4.1.5. Пример работы с библиотекой ТсггаЫе
4.1.6. Примеры РСВР, созданных на базе библиотеки ТеггаХе
4.2. Оценка эффективности разработанных средств
4.2.1. Методика качественной оценки разработанных механизмов
4.2.2. Эксперименты по качественной оценке разработанных механизмов.
4.2.3. Исследование возможностей масштабирования вычислительной среды.
4.3. Выводы
5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ СРЕДСТВ
5.1. Применение механизмов обеспечения согласованности в авиационных тренажерных комплексах
5.1.1. Основные виды авиационных тренажеров.
5.1.2. Состав тренажера.
5.1.3. Постановка задачи
5.1.4. Применение высокоуровневого протокола взаимодействия и алгоритмов синхронизации.
5.1.5. Применение алаптивного метода предсказания состояния объектов
5.2. Внедрение в учебный процесс.
5.3. Перспективы применения и дальнейшего развития разработанных средств.
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Основные результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, опубликованы в печатных работах 4 из них на английском языке, включая 1 работу в издании, рекомендуемом ВАК. Структура диссертации. Основная часть диссертации состоит из введения, пяти глав и заключения и содержит 7 страниц машинописного текста, рисунок и 3 таблицы. Список литературы включает наименование. Дополнительная часть содержит 4 приложения. Общий объем диссертации 7 страниц машинописного текста рисунок, 8 таблиц. В первой главе уточняются представления о распределенных системах виртуальной реальности, формулируются основные предъявляемые к ним требования, приводится обзор и анализ существующих решений и производится постановка задачи диссертационного исследования. Во второй главе рассматривается основная проблема РСВР проблема обеспечения согласованности реплик данных в процессах системы. Производится формализация распределенных вычислений на основе событийной модели обмена сообщениями с учетом специфики РСВР. Рассматривается взаимосвязь вопросов согласованности и масштабируемости в РСВР. Выявляются основные факторы и ограничения, влияющие на согласованность, и рассматриваются подходы для их преодоления. Третья глава посвящена разработке программной архитектуры РСВР, а также созданию и обоснованию сетевых механизмов, обеспечивающих согласованное взаимодействие процессов в системе. Предлагается рассматривать РСВР на трех различных уровнях абстракции. На основе анализа существующих систем формулируются общие архитектурные принципы построения РСВР на программном уровне. Предлагается гибридная модель управления данными при репликации, а также особый формат представления данных распределенный граф сцены. В разработанной общей архитектуре РСВР особое внимание уделяется блоку обеспечения согласованности, объединяющему разрабатываемые в работе механизмы обеспечения согласованности данных в РСВР. В четвертой главе рассматриваются подробности реализации созданного на базе разработанных архитектуры и механизмов программного обеспечения промежуточного уровня ii для построения РСВР библиотеки , после чего на основе созданного программного инструментария и предложенной методики производится оценка эффективности разработанных в диссертационном исследовании сетевых механизмов. Пятая глава посвящена вопросам практического применения разработанных механизмов и программных средств в авиационных фенажерах и в учебном процессе. Также рассматриваются перспективы применения в других областях и возможности дальнейшего развития разработанных средств. В заключении диссертации приводятся основные теоретические и практические результаты работы. Часть материала вынесена в приложения. В данной главе дается уточнение представлений о распределенных системах виртуальной реальности, вводятся основные предъявляемые к ним требования. Затем на основе обзора и анализа существующих решений производится постановка задачи обеспечения согласованности данных в распределенных системах виртуальной реальности. Виртуальная реальность. Под виртуальной реальностью понимается моделируемый посредством компьютера искусственный мир называемый также виртуальной средой, позволяющий пользователю погружаться в него и непосредственно в нем действовать 2, . При этом в общем случае предполагается, что зрительные, слуховые, осязательные и моторные ощущения пользователя заменяются их имитацией, генерируемой компьютером. Технической основой ВР служат технологии компьютерного моделирования симуляции и компьютерной имитации, которые в сочетании с трехмерной визуализацией позволяют реалистично отображать на экране движение. В минимум аппаратных средств, требуемых для взаимодействия с ВР, входят монитор и указывающие устройства типа мыши или джойстика. В более сложных системах применяются виртуальные шлемы с дисплеями i , в частности, шлемы со стереоскопическими очками, и устройства 3ввода, например, мышь с пространственно управляемым курсором или цифровые перчатки, которые обеспечивают тактильную обратную связь с пользователем.