內(nèi)容摘要

2008 年春節(jié)一場嚴(yán)重的雪災(zāi)，導(dǎo)致我國發(fā)生大面積,、長時間的停電事故,，暴露出我國電網(wǎng)安全的漏洞。近年來我國大力發(fā)展大電源,，而分布式電源的建設(shè)相對不足,。大電源的好處是勞動生產(chǎn)率高、節(jié)約能源,，但問題是安全風(fēng)險較高,，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)點是能保證獨立輸變電,。并且在近期內(nèi)這種格局不會有太大的變化,，如何未雨綢繆，做好電力調(diào)度事故的預(yù)防演練,，來保證電網(wǎng)的安全,，是一個迫切的問題。電力系統(tǒng)的特點決定了難以采用試驗的方法來實現(xiàn)預(yù)防演練,。這就迫切得需要采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來實現(xiàn),。

虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)開始出現(xiàn)，便成為研究的熱點,。構(gòu)建一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本手段和目標(biāo),，就是利用高性能的計算機(jī)軟件及各類先進(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,、教育與藝術(shù)等方面。盡管如此,，虛擬現(xiàn)實技術(shù)仍處于研究階段，許多問題亟待解決,。隨著高速網(wǎng)絡(luò),、顯示設(shè)備的發(fā)展，用戶的要求也不斷提高,，這給虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動力,，并將會深入的應(yīng)用到包括電力調(diào)度事故演習(xí)中。

傳統(tǒng)式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)及其不足

因為圖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)是實現(xiàn)圖形實時生成的一個重要途徑,。然而應(yīng)用模型的復(fù)雜程度往往超過當(dāng)前圖形工作站的實時處理能力，受到計算機(jī)三維渲染速度的制約,，在VR 高質(zhì)量圖形的實時生成要求下,，傳統(tǒng)的分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)耗費巨大的精力是在算法研究設(shè)計上，如何從軟件著手,，減少圖形畫面的復(fù)雜度,，一直是VR 中圖形生成的主要目標(biāo)。算法的改進(jìn)對計算機(jī)圖形生成的實時性的改進(jìn)是有限的,，所以,，盡管以實時、三維,、交互和逼真為主要特征的分布式虛擬系統(tǒng)一直是研究的熱點與方向,，分布式虛擬系統(tǒng)一直只是在實驗室和國家專門機(jī)構(gòu)得以實現(xiàn)和應(yīng)用。大型組織的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)存在著以下這些不足之處:①一個大型VR 系統(tǒng)通常規(guī)模龐大,，要求項目納入橫跨多個地區(qū)甚至國家的多臺超級計算機(jī),；②要把系統(tǒng)中程序代碼及初始數(shù)據(jù)傳送到每臺并行計算機(jī)上時，必須逐一登錄,，并用手工完成,；③在程序運(yùn)行過程中，

有一臺并行計算機(jī)出現(xiàn)異常情況(比如硬件故障或停電)時,，系統(tǒng)只能停下來,，再找機(jī)會重新開始；④一旦連接某臺并行機(jī)的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞或根本不通,，整個系統(tǒng)只有停下來等待,；⑤如果加入網(wǎng)絡(luò)的并行計算機(jī)因為有更重要的任務(wù)，要求提前退出系統(tǒng)的執(zhí)行時,，所做的一切工作都將前功盡棄,；⑥如果沒有另外的程序文件,，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算機(jī)上，至于動態(tài)分析和調(diào)整所有機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài),，更是不可能實現(xiàn),；⑦超級計算機(jī)不太可能完全為某個應(yīng)用空出來，它還會運(yùn)行其它的任務(wù),，它的負(fù)載會時輕時重,，系統(tǒng)在這些結(jié)點上的運(yùn)行就會出現(xiàn)時快時慢的情況，從而影響全局的性能,，使系統(tǒng)所要渲染的場景或者仿真的結(jié)果偏離實際,，因為一般虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在這些并行機(jī)上的任務(wù)劃分都是固定的，無法適應(yīng)環(huán)境的變化[4],。

對一般用戶而言,，要在自己的PC 機(jī)上構(gòu)建一個虛擬系統(tǒng)是難以實現(xiàn)的，因為虛擬現(xiàn)實外設(shè)昂貴,，用戶無法做到運(yùn)用這些先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實設(shè)備來體會一下真正的虛擬現(xiàn)實環(huán)境,。在網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建一個真正的分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)更是不可思議。無論是C／S 還是B／S 結(jié)構(gòu),，都會不可避免地存在客戶機(jī)或服務(wù)器的閑置時刻,，完成不同圖形建模和渲染功能的計算機(jī)之間也存在著處理串聯(lián)事件時的資源浪費。

基于網(wǎng)格計算的分布式虛擬現(xiàn)實技術(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)概念借鑒過來的,。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“虛擬的超級計算機(jī)”,，實現(xiàn)計算資源,、存儲資源、數(shù)據(jù)資源,、信息資源,、軟件資源、網(wǎng)絡(luò)資源,、通信資源,、知識資源、專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)格研究的一項重要成果，使網(wǎng)格技術(shù)逐漸走向?qū)嶋H應(yīng)用,?；诰W(wǎng)格計算的分布式虛擬現(xiàn)實技術(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),，為用戶提供一個全方位的音視頻交流空間。同時,，它將加強(qiáng)對虛擬現(xiàn)實技術(shù),、無線網(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)格計算服務(wù)開發(fā)出的分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有先進(jìn)性,。運(yùn)用網(wǎng)格計算技術(shù)，把分布在世界各地的計算機(jī)連接在一起,，并且將各地的計算機(jī)資源通過高速的互聯(lián)網(wǎng)組成充分共享的資源集成,，可以說是在巨型機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上推出的一項新變革,。通過合理調(diào)度,，不同機(jī)構(gòu)的計算環(huán)境被綜合利用和共享，實現(xiàn)了使用一個超級網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接來處理某一課題的功能,，而且減少和避免了對自身設(shè)備升級和購買的投入,。這正是虛擬現(xiàn)實工作中所努力的方向，從網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)格,，虛擬現(xiàn)實技術(shù)必將更迅速,、更完美地通過計算機(jī)創(chuàng)建出一種虛擬環(huán)境，通過多感官的作用,，使用戶產(chǎn)生和現(xiàn)實中一樣的感覺,，并且實現(xiàn)用戶與環(huán)境直接進(jìn)行交互。一個好的虛擬現(xiàn)實環(huán)境將由包括計算機(jī)圖形學(xué),、圖像處理,、模式識別、多傳感器,、語音處理和網(wǎng)格計算技術(shù)所構(gòu)成的大型綜合集成環(huán)境[4],。

由于電網(wǎng)場景數(shù)據(jù)采集量巨大，加之調(diào)度動作等操作,，整個場景將是一個動態(tài)的場景,，故運(yùn)算復(fù)雜，有限的計算機(jī)無法滿足業(yè)務(wù)的需要,。只有結(jié)合網(wǎng)格的計算優(yōu)勢,，實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)集的分析和處理，并在網(wǎng)格環(huán)境中實現(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,、有真實感的、可交互的現(xiàn)實場景。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)開發(fā),，打破了計算能力大小、地理位置等的限制,，還使得普通用戶通過現(xiàn)有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源方便的使用網(wǎng)格門戶頁面或應(yīng)用程序,，對數(shù)據(jù)資源和封裝后的算法資源、計算資源進(jìn)行訪問,。網(wǎng)格計算關(guān)心的是如何在動態(tài),、異構(gòu)的虛擬組織中實現(xiàn)資源的共享和協(xié)同。它

將取代孤立的計算機(jī)系統(tǒng),、軟件和應(yīng)用,，把世界連成一個開放的、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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