內(nèi)容摘要

2008 年春節(jié)一場(chǎng)嚴(yán)重的雪災(zāi),，導(dǎo)致我國(guó)發(fā)生大面積,、長(zhǎng)時(shí)間的停電事故，暴露出我國(guó)電網(wǎng)安全的漏洞,。近年來(lái)我國(guó)大力發(fā)展大電源,，而分布式電源的建設(shè)相對(duì)不足。大電源的好處是勞動(dòng)生產(chǎn)率高,、節(jié)約能源,，但問(wèn)題是安全風(fēng)險(xiǎn)較高，電網(wǎng)一旦癱瘓,，大電源有電也送不出,；而分布式電源裝機(jī)容量小、發(fā)電效率低,，但優(yōu)點(diǎn)是能保證獨(dú)立輸變電,。并且在近期內(nèi)這種格局不會(huì)有太大的變化，如何未雨綢繆,，做好電力調(diào)度事故的預(yù)防演練,，來(lái)保證電網(wǎng)的安全，是一個(gè)迫切的問(wèn)題,。電力系統(tǒng)的特點(diǎn)決定了難以采用試驗(yàn)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)防演練,。這就迫切得需要采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn),，便成為研究的熱點(diǎn),。構(gòu)建一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本手段和目標(biāo)，就是利用高性能的計(jì)算機(jī)軟件及各類(lèi)先進(jìn)的傳感器,，創(chuàng)建使參與者處于具有身臨其境的沉浸感和完善的交互作用能力的環(huán)境,。該技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用于軍事模擬、科學(xué)可視化,、醫(yī)學(xué),、工程建筑、游戲與娛樂(lè),、教育與藝術(shù)等方面,。盡管如此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍處于研究階段，許多問(wèn)題亟待解決,。隨著高速網(wǎng)絡(luò),、顯示設(shè)備的發(fā)展，用戶(hù)的要求也不斷提高,，這給虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動(dòng)力,，并將會(huì)深入的應(yīng)用到包括電力調(diào)度事故演習(xí)中。

傳統(tǒng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及其不足

因?yàn)閳D形硬件加速器的性能有限,，高性能的圖形工作站和高度并行的圖形處理硬件與軟件體系結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)圖形實(shí)時(shí)生成的一個(gè)重要途徑,。然而應(yīng)用模型的復(fù)雜程度往往超過(guò)當(dāng)前圖形工作站的實(shí)時(shí)處理能力，受到計(jì)算機(jī)三維渲染速度的制約,，在VR 高質(zhì)量圖形的實(shí)時(shí)生成要求下,，傳統(tǒng)的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)耗費(fèi)巨大的精力是在算法研究設(shè)計(jì)上，如何從軟件著手,，減少圖形畫(huà)面的復(fù)雜度,，一直是VR 中圖形生成的主要目標(biāo)。算法的改進(jìn)對(duì)計(jì)算機(jī)圖形生成的實(shí)時(shí)性的改進(jìn)是有限的,，所以,，盡管以實(shí)時(shí)、三維,、交互和逼真為主要特征的分布式虛擬系統(tǒng)一直是研究的熱點(diǎn)與方向,，分布式虛擬系統(tǒng)一直只是在實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。大型組織的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)存在著以下這些不足之處:①一個(gè)大型VR 系統(tǒng)通常規(guī)模龐大,，要求項(xiàng)目納入橫跨多個(gè)地區(qū)甚至國(guó)家的多臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)；②要把系統(tǒng)中程序代碼及初始數(shù)據(jù)傳送到每臺(tái)并行計(jì)算機(jī)上時(shí),，必須逐一登錄,，并用手工完成；③在程序運(yùn)行過(guò)程中,，

有一臺(tái)并行計(jì)算機(jī)出現(xiàn)異常情況(比如硬件故障或停電)時(shí),，系統(tǒng)只能停下來(lái)，再找機(jī)會(huì)重新開(kāi)始,；④一旦連接某臺(tái)并行機(jī)的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞或根本不通,，整個(gè)系統(tǒng)只有停下來(lái)等待；⑤如果加入網(wǎng)絡(luò)的并行計(jì)算機(jī)因?yàn)橛懈匾娜蝿?wù),，要求提前退出系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí),，所做的一切工作都將前功盡棄；⑥如果沒(méi)有另外的程序文件,，系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果和日志數(shù)據(jù)將分別保存在不同的并行計(jì)算機(jī)上,，至于動(dòng)態(tài)分析和調(diào)整所有機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，更是不可能實(shí)現(xiàn)；⑦超級(jí)計(jì)算機(jī)不太可能完全為某個(gè)應(yīng)用空出來(lái),，它還會(huì)運(yùn)行其它的任務(wù),，它的負(fù)載會(huì)時(shí)輕時(shí)重，系統(tǒng)在這些結(jié)點(diǎn)上的運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)時(shí)快時(shí)慢的情況,，從而影響全局的性能,，使系統(tǒng)所要渲染的場(chǎng)景或者仿真的結(jié)果偏離實(shí)際，因?yàn)橐话闾摂M現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在這些并行機(jī)上的任務(wù)劃分都是固定的,，無(wú)法適應(yīng)環(huán)境的變化[4],。

對(duì)一般用戶(hù)而言，要在自己的PC 機(jī)上構(gòu)建一個(gè)虛擬系統(tǒng)是難以實(shí)現(xiàn)的,，因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)外設(shè)昂貴,，用戶(hù)無(wú)法做到運(yùn)用這些先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備來(lái)體會(huì)一下真正的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。在網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建一個(gè)真正的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)更是不可思議,。無(wú)論是C／S 還是B／S 結(jié)構(gòu),，都會(huì)不可避免地存在客戶(hù)機(jī)或服務(wù)器的閑置時(shí)刻，完成不同圖形建模和渲染功能的計(jì)算機(jī)之間也存在著處理串聯(lián)事件時(shí)的資源浪費(fèi),。

基于網(wǎng)格計(jì)算的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

網(wǎng)格(Grid)概念產(chǎn)生于90 年代中期,，它是從電力網(wǎng)(Power Grid)概念借鑒過(guò)來(lái)的。網(wǎng)格的最終目的,，是利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一臺(tái)“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”,，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源,、數(shù)據(jù)資源,、信息資源、軟件資源,、網(wǎng)絡(luò)資源,、通信資源、知識(shí)資源,、專(zhuān)家資源等不同資源的全面共享[5],。以服務(wù)為中心的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)OGSA(0pen Grid Services Architecture)，是當(dāng)前網(wǎng)格研究的一項(xiàng)重要成果,，使網(wǎng)格技術(shù)逐漸走向?qū)嶋H應(yīng)用,。基于網(wǎng)格計(jì)算的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要目標(biāo)是在Internet 上研制適合高速網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的可視化群組協(xié)同工作環(huán)境[6],。它以網(wǎng)格技術(shù)作為基礎(chǔ)設(shè)施,，結(jié)合最新的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),，為用戶(hù)提供一個(gè)全方位的音視頻交流空間,。同時(shí),，它將加強(qiáng)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的研究,；從而拓寬了網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用前景,。

基于網(wǎng)格計(jì)算服務(wù)開(kāi)發(fā)出的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有先進(jìn)性。運(yùn)用網(wǎng)格計(jì)算技術(shù),，把分布在世界各地的計(jì)算機(jī)連接在一起,，并且將各地的計(jì)算機(jī)資源通過(guò)高速的互聯(lián)網(wǎng)組成充分共享的資源集成，可以說(shuō)是在巨型機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上推出的一項(xiàng)新變革,。通過(guò)合理調(diào)度,，不同機(jī)構(gòu)的計(jì)算環(huán)境被綜合利用和共享，實(shí)現(xiàn)了使用一個(gè)超級(jí)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接來(lái)處理某一課題的功能,，而且減少和避免了對(duì)自身設(shè)備升級(jí)和購(gòu)買(mǎi)的投入,。這正是虛擬現(xiàn)實(shí)工作中所努力的方向，從網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)格,，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必將更迅速,、更完美地通過(guò)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建出一種虛擬環(huán)境，通過(guò)多感官的作用,，使用戶(hù)產(chǎn)生和現(xiàn)實(shí)中一樣的感覺(jué),，并且實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與環(huán)境直接進(jìn)行交互。一個(gè)好的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境將由包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué),、圖像處理,、模式識(shí)別、多傳感器,、語(yǔ)音處理和網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)所構(gòu)成的大型綜合集成環(huán)境[4],。

由于電網(wǎng)場(chǎng)景數(shù)據(jù)采集量巨大，加之調(diào)度動(dòng)作等操作,，整個(gè)場(chǎng)景將是一個(gè)動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景,，故運(yùn)算復(fù)雜，有限的計(jì)算機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足業(yè)務(wù)的需要,。只有結(jié)合網(wǎng)格的計(jì)算優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)集的分析和處理,，并在網(wǎng)格環(huán)境中實(shí)現(xiàn)能夠根據(jù)當(dāng)前任務(wù)和指定資源進(jìn)行任務(wù)分配的功能,，提供直觀的、有真實(shí)感的,、可交互的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,。在網(wǎng)格環(huán)境下進(jìn)行模擬，不僅避免復(fù)雜算法的重復(fù)開(kāi)發(fā),，打破了計(jì)算能力大小,、地理位置等的限制,，還使得普通用戶(hù)通過(guò)現(xiàn)有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源方便的使用網(wǎng)格門(mén)戶(hù)頁(yè)面或應(yīng)用程序，對(duì)數(shù)據(jù)資源和封裝后的算法資源,、計(jì)算資源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn),。網(wǎng)格計(jì)算關(guān)心的是如何在動(dòng)態(tài)、異構(gòu)的虛擬組織中實(shí)現(xiàn)資源的共享和協(xié)同,。它

將取代孤立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),、軟件和應(yīng)用，把世界連成一個(gè)開(kāi)放的,、一體化的,、資源共享的全球電腦網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)格突破了集群的地理界限,，其組成資源可以自由地聚散,，并且通過(guò)合理的網(wǎng)格算法和調(diào)度策略，提供更加靈活且高效的服務(wù),。

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