《虚拟现实技术》课件（4）虚拟世界生成设备.pptx

1、1n在虚拟现实系统中，硬件设备主要由在虚拟现实系统中，硬件设备主要由3个部分个部分组成：输入设备、输出设备、虚拟世界生成组成：输入设备、输出设备、虚拟世界生成设备。设备。n本节介绍本节介绍虚拟世界生成设备的一些知识。虚拟世界生成设备的一些知识。2n在虚拟现实系统中，计算机是虚拟世界的主要生成在虚拟现实系统中，计算机是虚拟世界的主要生成设备，所以有人称之为设备，所以有人称之为“虚拟现实引擎虚拟现实引擎”，它首先，它首先创建出虚拟世界的场景，同时还必须实时响应用户创建出虚拟世界的场景，同时还必须实时响应用户各种方式的输入。各种方式的输入。n计算机的性能在很大程度上决定了虚拟现实系统的计算机的性能在

2、很大程度上决定了虚拟现实系统的性能优劣，由于虚拟世界本身的复杂性及实时性计性能优劣，由于虚拟世界本身的复杂性及实时性计算的要求，产生虚拟环境所需的计算量极为巨大，算的要求，产生虚拟环境所需的计算量极为巨大，这对计算机的配置提出了极高的要求，最主要是要这对计算机的配置提出了极高的要求，最主要是要求计算机必须的高速的求计算机必须的高速的CPU和强有力的图形处理能和强有力的图形处理能力。力。3n通常虚拟世界生成设备主要分为基于高性能个人计通常虚拟世界生成设备主要分为基于高性能个人计算机、基于高性能图形工作站、高度并行的计算机算机、基于高性能图形工作站、高度并行的计算机系统和基于分布式计算机的虚拟现实

3、系统四大类。系统和基于分布式计算机的虚拟现实系统四大类。n基于高性能个人计算机虚拟现实系统主要采用普通计算基于高性能个人计算机虚拟现实系统主要采用普通计算机配置图形加速卡，通常用于桌面式非沉浸型虚拟现实机配置图形加速卡，通常用于桌面式非沉浸型虚拟现实系统；系统；n基于高性能图形工作站虚拟现实系统一般配备有基于高性能图形工作站虚拟现实系统一般配备有SUN或或SGI公司可视化工作站；公司可视化工作站；n高度并行的计算机系统采用高性能并行体系；高度并行的计算机系统采用高性能并行体系；n基于分布式计算机的虚拟现实系统则采用网络连接的分基于分布式计算机的虚拟现实系统则采用网络连接的分布式结构计算机系统。

4、布式结构计算机系统。4n视觉通道信号生成与显示视觉通道信号生成与显示n在虚拟现实系统中生成显示所需三维立体、高真实感复杂在虚拟现实系统中生成显示所需三维立体、高真实感复杂场景，并能根据视点的变化进行实时绘制。场景，并能根据视点的变化进行实时绘制。n听觉通道信号生成与显示听觉通道信号生成与显示n该功能支持三维真实感声音生成与播放。所谓三维真实感该功能支持三维真实感声音生成与播放。所谓三维真实感声音是具有动态方位感、距离感和三维空间效应的声音。声音是具有动态方位感、距离感和三维空间效应的声音。n触觉与力觉通道信号与显示触觉与力觉通道信号与显示n在虚拟现实系统中，人与虚拟世界之间自然交互的实现，在虚

5、拟现实系统中，人与虚拟世界之间自然交互的实现，就必须要求支持实时人机交互操作的功能，三维空间定位、就必须要求支持实时人机交互操作的功能，三维空间定位、碰撞检测、语音识别以及人机实时对话功能。碰撞检测、语音识别以及人机实时对话功能。5n由于听觉通道的显示对计算机要求不是很高，由于听觉通道的显示对计算机要求不是很高，触觉与味觉通道的显示等还处于研究阶段，应触觉与味觉通道的显示等还处于研究阶段，应用还不是很多。用还不是很多。n现有的虚拟现实系统主要考虑视觉通道。所以，现有的虚拟现实系统主要考虑视觉通道。所以，在虚拟现实计算机系统主要考虑到视觉通道的在虚拟现实计算机系统主要考虑到视觉通道的要求。为了达

6、到上述的功能，对虚拟现实生成要求。为了达到上述的功能，对虚拟现实生成设备也提出了一些要求，包括：设备也提出了一些要求，包括：n帧频和延迟时间的要求帧频和延迟时间的要求n计算能力和场景复杂性计算能力和场景复杂性6nVR要求高速的帧频和快速响应，这是由于其内在要求高速的帧频和快速响应，这是由于其内在的交互性质。所谓帧频是指新场景更新旧场景的的交互性质。所谓帧频是指新场景更新旧场景的时间，当达到每秒时间，当达到每秒20帧以上时差就产生连续运动帧以上时差就产生连续运动的幻觉。的幻觉。n在计算机硬件，帧频有几个含义，大致分类为：在计算机硬件，帧频有几个含义，大致分类为：图形的帧频，计算的帧频，数据存取的

7、帧频。图形的帧频，计算的帧频，数据存取的帧频。n为了维持在为了维持在VR中的临场和沉浸感，图形帧频是关中的临场和沉浸感，图形帧频是关键的。通过试验表明，图形帧频率应尽可能高，键的。通过试验表明，图形帧频率应尽可能高，低于每秒低于每秒10帧的帧频严重降低临场的幻觉。帧的帧频严重降低临场的幻觉。n如果图形显示依靠计算和数据存取，则计算和数如果图形显示依靠计算和数据存取，则计算和数据存取帧频必须为据存取帧频必须为810帧帧/秒，维持用户看到时间秒，维持用户看到时间演化的幻觉。演化的幻觉。7n在虚拟现实系统，要求实现实时性交互。如果响应时间在虚拟现实系统，要求实现实时性交互。如果响应时间(滞后时滞后时

8、间，延迟时间间，延迟时间)过长，则会严重降低用户的沉浸性，甚至会产生过长，则会严重降低用户的沉浸性，甚至会产生人体的不适，严重时还会产生头晕呕吐等现象。人体的不适，严重时还会产生头晕呕吐等现象。n所谓延迟时间是从用户的动作开始所谓延迟时间是从用户的动作开始(如用户转动头部如用户转动头部)，经过三，经过三维空间跟踪器感知用户位置，把这个信号传送给计算机，计算维空间跟踪器感知用户位置，把这个信号传送给计算机，计算机计算新的显示场景，把新的场景传送给视觉显示设备，直到机计算新的显示场景，把新的场景传送给视觉显示设备，直到视觉显示设备显示出新的场景为止。视觉显示设备显示出新的场景为止。n这些延迟在计算

9、机系统中产生的原因很多，如计算时间、数据这些延迟在计算机系统中产生的原因很多，如计算时间、数据存取时间、绘制时间以及外部的输入与输出设备数据处理时间。存取时间、绘制时间以及外部的输入与输出设备数据处理时间。n类似帧频的情况，延迟的来源分成：数据存取、计算、图形。类似帧频的情况，延迟的来源分成：数据存取、计算、图形。虽然延迟与帧频有关，但它们不同。系统可能有高帧频，但有虽然延迟与帧频有关，但它们不同。系统可能有高帧频，但有较大的延迟时间，显示的图像和提供的计算结果是几帧以前的。较大的延迟时间，显示的图像和提供的计算结果是几帧以前的。n研究表明，多于几毫秒的延迟会影响用户性能，而多于研究表明，多于

10、几毫秒的延迟会影响用户性能，而多于0.1 s的的延迟有严重影响。延迟有严重影响。8n虚拟现实技术中的图形显示等，是一种时间受限的计算。这是虚拟现实技术中的图形显示等，是一种时间受限的计算。这是因为显示的帧频必须符合人的要求，至少要大于因为显示的帧频必须符合人的要求，至少要大于810帧帧/秒。秒。于是，在于是，在0.1 s内，必须完成一次场景的计算。内，必须完成一次场景的计算。n如果一个显示的场景中有如果一个显示的场景中有10 000个三角形个三角形(或多边形或多边形)，这个数，这个数量就反映了场景复杂性。这样，在每秒进行的量就反映了场景复杂性。这样，在每秒进行的10次计算中，就次计算中，就应该

11、计算应该计算100 000个三角形个三角形(或多边形或多边形)。这表示了计算能力。这表示了计算能力。n若要求更加逼真的仿真效果，就要增加场景复杂性。显示的场若要求更加逼真的仿真效果，就要增加场景复杂性。显示的场景中有更多的三角形景中有更多的三角形(或多边形或多边形)，显示的效果就更逼真。这就，显示的效果就更逼真。这就要求更强的计算能力，每秒计算更多的三角形要求更强的计算能力，每秒计算更多的三角形(或多边形或多边形)。反。反之，如果只能使用能力有限的指定的计算机，则限定了计算能之，如果只能使用能力有限的指定的计算机，则限定了计算能力，也就限定了场景复杂性。每个场景，只能用较少的三角形力，也就限定

12、了场景复杂性。每个场景，只能用较少的三角形(或多边形或多边形)，产生较粗糙的显示。这种考虑就是计算能力和场，产生较粗糙的显示。这种考虑就是计算能力和场景复杂性的折衷，特别是在网络上进行传输时，更需要考虑这景复杂性的折衷，特别是在网络上进行传输时，更需要考虑这方面的问题。方面的问题。10nGrimsdale指出，虚拟现实要让一般公众接指出，虚拟现实要让一般公众接受，将通过受，将通过“发展现有技术发展现有技术”，而不是，而不是“革革命命”。n发展意味着升级现有的计算系统，产生虚拟发展意味着升级现有的计算系统，产生虚拟现实所要求的新功能。当前，最大的计算系现实所要求的新功能。当前，最大的计算系统是由

13、遍布全世界的几千万台统是由遍布全世界的几千万台PC组成。利用组成。利用PC平台的优点在于价格低，容易普及与发展。平台的优点在于价格低，容易普及与发展。11n对基于对基于PC环境的虚拟现实系统来说：环境的虚拟现实系统来说：n一方面计算机一方面计算机CPU和三维图形卡的处理速度在不断提和三维图形卡的处理速度在不断提高，系统的结构也在发展以突破各种瓶颈高，系统的结构也在发展以突破各种瓶颈(如总线带宽如总线带宽等等)；n另一方面可以借鉴大型另一方面可以借鉴大型UNIX图形工作站的并行处理技图形工作站的并行处理技术：通过多块术：通过多块CPU和多块三维图形卡，将三维处理任和多块三维图形卡，将三维处理任务

14、分派到不同的务分派到不同的CPU和图形卡，可以将系统的性能成和图形卡，可以将系统的性能成倍地提高。倍地提高。n如图如图2-46是典型的基于是典型的基于PC的虚拟现实系统。在这的虚拟现实系统。在这个系统中，其核心部分是计算机的图形加速卡。个系统中，其核心部分是计算机的图形加速卡。1213n图形加速卡有很多种，如：图形加速卡有很多种，如：n艾尔莎艾尔莎ATI FireGL V7100：艾尔莎：艾尔莎ATI FireGLlM V7100使用使用8片片HY 55 ns，提供，提供128 bit带宽，显存和芯片内核速率在带宽，显存和芯片内核速率在183 MHz，多边形处理能力是多边形处理能力是800万万

15、/秒，像素填充率是秒，像素填充率是366万万/秒。拥有秒。拥有3dfx独有的独有的3D API，拥有简洁的代，拥有简洁的代码和较高的效率，针对码和较高的效率，针对GLIDE优化的游戏效果优化的游戏效果比一般针对比一般针对D3D优化的游戏效果更出色，所以优化的游戏效果更出色，所以说是最好的说是最好的3D游戏卡。游戏卡。n耕宇耕宇n帝盟帝盟15n在当前计算机应用中，仅次于在当前计算机应用中，仅次于PC机应用较多的计机应用较多的计算系统是工作站。与算系统是工作站。与PC机相比它有更强的计算能机相比它有更强的计算能力，更大的磁盘空间和更快的通讯方式。于是，有力，更大的磁盘空间和更快的通讯方式。于是，有

16、一些公司在其工作站上开发了某些虚拟现实功能。一些公司在其工作站上开发了某些虚拟现实功能。nSun和和SGI采用的一种途径是用虚拟现实工具改进现有采用的一种途径是用虚拟现实工具改进现有的工作站，像基于的工作站，像基于PC的系统那样。的系统那样。nDivision Ltd采用的另一个途径是设计虚拟现实专用采用的另一个途径是设计虚拟现实专用的的“总承包总承包”系统，如系统，如Provision 100。n这是基于工作站的虚拟现实机器的两种发展途径。这是基于工作站的虚拟现实机器的两种发展途径。16nSun公司的名称，实际为公司的名称，实际为Stanford University Network 三个三

17、个英文单词首写字母之缩略。英文单词首写字母之缩略。Sun起初由包括起初由包括Scott McNealy(现现任任Sun公司首席执行官公司首席执行官)等四名在等四名在Stanford大学和加州大学大学和加州大学Berkeley分校的研究生创建，分校的研究生创建，1982年年2月正式注册，先以工作月正式注册，先以工作站的设计制作为业务重点。站的设计制作为业务重点。n支持支持2个个1.28 GHz UltraSPARC IIIi处理器；处理器；n支持多达支持多达8 GB带有纠错功能的带有纠错功能的DDR存储器；存储器；n支持支持n17nSGl(Silicon Graphics Incorporate

18、d)公司成立于公司成立于1982年，是一个生产高性能计算机系统的跨国公司，年，是一个生产高性能计算机系统的跨国公司，总部设在美国加州旧金山硅谷。总部设在美国加州旧金山硅谷。SGI公司是美国公司是美国Fortune杂志所列美国最大杂志所列美国最大500家企业之一，是世界家企业之一，是世界上发展最快的计算机公司之一。上发展最快的计算机公司之一。nSGI公司制造的图形系统具有某种更灵活、更强的数公司制造的图形系统具有某种更灵活、更强的数字媒体能力，它在一个包中组合了先进的三维图形，字媒体能力，它在一个包中组合了先进的三维图形，数字多通道声频，以及录像。数字多通道声频，以及录像。SGI系统用作许多系统

19、用作许多VR系统的核心，它完成仿真、可视化、通讯等任务。系统的核心，它完成仿真、可视化、通讯等任务。系统具有强大的计算能力、体视的多通道视觉输出、系统具有强大的计算能力、体视的多通道视觉输出、以及连接到传感器、控制设备和网络的快速输入输以及连接到传感器、控制设备和网络的快速输入输出、纹理化多边形填充能力等特点。出、纹理化多边形填充能力等特点。1819nSunGraph系列专业虚拟现实工作站是北京黎明公司开发的国系列专业虚拟现实工作站是北京黎明公司开发的国内首套应用于虚拟现实和视景仿真领域的专业虚拟现实工作站内首套应用于虚拟现实和视景仿真领域的专业虚拟现实工作站系统。系统。nSunGraph系列

20、专业虚拟现实工作站具有强大的计算能力和卓系列专业虚拟现实工作站具有强大的计算能力和卓越的虚拟现实越的虚拟现实3D图形处理速度、极高的性能价格比，开放易图形处理速度、极高的性能价格比，开放易用、兼容性好和稳定性高、可升级性强，同时具有视景仿真和用、兼容性好和稳定性高、可升级性强，同时具有视景仿真和虚拟现实功能：随机配备各种虚拟现实设备的接口，并可配套虚拟现实功能：随机配备各种虚拟现实设备的接口，并可配套性能优越的虚拟现实和视景仿真软件开发平台。性能优越的虚拟现实和视景仿真软件开发平台。n可以多人同时进行虚拟现实效果观察、演示，支持高精度、高可以多人同时进行虚拟现实效果观察、演示，支持高精度、高分

21、辨率、高速逐行的分辨率、高速逐行的3D立体图形显示输出。克服了一般的图立体图形显示输出。克服了一般的图形系统因隔行显示带来的分辨率低、闪烁、及清晰度差等方面形系统因隔行显示带来的分辨率低、闪烁、及清晰度差等方面的缺点，采用基于高端的缺点，采用基于高端PC平台的虚拟现实和视景仿真解决方平台的虚拟现实和视景仿真解决方案，兼容性好、开放性强；可扩展、升级，能真正实现计算机案，兼容性好、开放性强；可扩展、升级，能真正实现计算机三维图形三维图形“真三维真三维”桌面虚拟现实效果和高清晰度大幅面立体桌面虚拟现实效果和高清晰度大幅面立体投影显示。投影显示。21n因为计算能力成为因为计算能力成为vR系统计算设备

22、的瓶颈系统计算设备的瓶颈之一，所以各个工作站厂商都在发展高度之一，所以各个工作站厂商都在发展高度并行的虚拟现实机器，以便提高计算能力。并行的虚拟现实机器，以便提高计算能力。nDivision公司的公司的“SuperVision”机器机器n北卡大学的北卡大学的PixelPlanes 4，5和和PixelFlow22n1992年，年，Division公司研制出公司研制出“SuperVision”机器，它用高性能的并行结机器，它用高性能的并行结构体系，可达绘制能力到构体系，可达绘制能力到28万个多边形万个多边形/眼眼/秒。这些多边形可以有纹理映射的、秒。这些多边形可以有纹理映射的、Gouraud明暗

23、的和明暗的和z-缓冲的。缓冲的。23n北卡大学是最早开发图形硬件的大学之一。他们的研究多用于北卡大学是最早开发图形硬件的大学之一。他们的研究多用于制造机器产品，他们的机器总是处于图形硬件的前沿。制造机器产品，他们的机器总是处于图形硬件的前沿。1988年，年，PixelPlanes 4有每秒有每秒27万多边形能力。万多边形能力。1991年，改进的年，改进的PixelPlanes 5有每秒有每秒1百万多边形能力。最新的机器百万多边形能力。最新的机器PixelFlow正在开发，已显示很大潜力。正在开发，已显示很大潜力。nPixelFlow利用图像合成技术，分配绘制任务在同样的绘制器利用图像合成技术，

24、分配绘制任务在同样的绘制器阵列，其中每个绘制器计算部分基元的全屏幕图像。高性能图阵列，其中每个绘制器计算部分基元的全屏幕图像。高性能图像合成网络实时组合这些图像，产生全屏图像。像合成网络实时组合这些图像，产生全屏图像。n图像合成结构的性能与绘制器数目成线性关系。一个图像合成结构的性能与绘制器数目成线性关系。一个PixelFlow绘制器扫描达每秒绘制器扫描达每秒140万三角形，几个绘制器系统可万三角形，几个绘制器系统可以扫描达这个速率几倍。预计以扫描达这个速率几倍。预计128个绘制器的系统可以达到多个绘制器的系统可以达到多边形速率每秒边形速率每秒1亿三角形。亿三角形。25n在前面介绍的计算机系统

25、是把负载分布到单机的多在前面介绍的计算机系统是把负载分布到单机的多个板卡上进行处理，而分布式结构是把任务分布到个板卡上进行处理，而分布式结构是把任务分布到LAN或或Internet连接的多个工作站上，可以利用现有连接的多个工作站上，可以利用现有的计算机远程访问，多个用户参与工作，容易扩充。的计算机远程访问，多个用户参与工作，容易扩充。n在虚拟现实系统中，有些现象在虚拟现实系统中，有些现象(如流体分析、风洞流如流体分析、风洞流体、复杂机械变形等体、复杂机械变形等)涉及到复杂的物理建模与复杂涉及到复杂的物理建模与复杂的求解，因此数据量十分巨大，需要有超级计算机的求解，因此数据量十分巨大，需要有超级

26、计算机计算出场景数据结果，再通过网络发送到显示它们计算出场景数据结果，再通过网络发送到显示它们的图形的图形“前端前端”工作站去进行显示。工作站去进行显示。26n超级计算机又称巨型机，是计算机中功能最强、运算速度最超级计算机又称巨型机，是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大和价格最贵的一类计算机。多用于国家高快、存储容量最大和价格最贵的一类计算机。多用于国家高科技领域和国防尖端技术的研究，如核武器设计、核爆炸模科技领域和国防尖端技术的研究，如核武器设计、核爆炸模拟、反导弹武器系统拟、反导弹武器系统、空间空间技术技术、空气动力学、大范围气象、空气动力学、大范围气象预报、石油地质勘探等。具有

27、代表性的产品有：预报、石油地质勘探等。具有代表性的产品有：n1987年由美国年由美国Cray公司研制的公司研制的Cray-3，其计算速度可达几，其计算速度可达几十亿次秒。十亿次秒。n1998年年IBM公司开发出被称为公司开发出被称为“蓝色太平洋蓝色太平洋”的超级计算机，的超级计算机，每秒能进行每秒能进行39万亿次浮点运算。万亿次浮点运算。n2002年日本研制出超级计算机年日本研制出超级计算机“地球模拟器地球模拟器”，运算速度高，运算速度高达每秒达每秒40万亿次。万亿次。n目前在世界上，最快的超级计算机还有蓝色基因目前在世界上，最快的超级计算机还有蓝色基因(BlueGeneL)(美国美国)、哥伦

28、比亚、哥伦比亚(Columbia)(美国美国)等。等。27n在国内，在国内，“银河银河”、“曙光曙光”和和“神威神威”系系列超级计算机相继投入使用，我国在超级计列超级计算机相继投入使用，我国在超级计算机硬件技术方面已达到国际先进水平。算机硬件技术方面已达到国际先进水平。n中国曙光计算机公司研制的超级计算机中国曙光计算机公司研制的超级计算机“曙曙光光4000A”排名第十，这是中国超级计算机首排名第十，这是中国超级计算机首次跻身世界十强。次跻身世界十强。n如图如图2-49所示为上海超级计算中心的所示为上海超级计算中心的“神威神威”超级计算机。超级计算机。2829n超级计算机通常分为超级计算机通常分

29、为6种实际机器模型：单指令多数据流种实际机器模型：单指令多数据流(SIMD)机，并行向机，并行向量处理机量处理机(PVP)，对称多处理机，对称多处理机(SMP)，大规模并行处理机，大规模并行处理机(MPP)，工作站，工作站群群(COW)，以及分布共享存储器，以及分布共享存储器(DSM)多处理机。多处理机。n在硬件结构方面，超级计算机的机身不是一个，而是一群；所占的地方也是在硬件结构方面，超级计算机的机身不是一个，而是一群；所占的地方也是一片。有不少超级计算机是庞然大物。例如一片。有不少超级计算机是庞然大物。例如“ASCI紫色紫色”计算机重计算机重197吨，吨，体积相当于体积相当于200个电冰箱

30、的大小；里面有个电冰箱的大小；里面有250多公里长的光纤和铜制的电缆，多公里长的光纤和铜制的电缆，具有超强的存储功能。具有超强的存储功能。n微处理器也不只是一个，单个芯片的速度远远达不到超级计算机的运算速度，微处理器也不只是一个，单个芯片的速度远远达不到超级计算机的运算速度，超级计算机速度是通过联合使用大量芯片而创造的。有些超级计算机干脆就超级计算机速度是通过联合使用大量芯片而创造的。有些超级计算机干脆就是由一大批个人计算机组成的计算机群。如是由一大批个人计算机组成的计算机群。如“白色白色”超级计算机使用了超级计算机使用了8 000多个处理器，协同动作。而多个处理器，协同动作。而NEC公司研制

31、的公司研制的“地球模拟器地球模拟器”采用了常见采用了常见的平行架构，使用了的平行架构，使用了5 000多个处理器。多个处理器。“蓝色基因蓝色基因”将使用将使用13万个万个IBM最最先进的先进的Power 5微处理器。微处理器。“ASCI紫色紫色”计算机使用大约计算机使用大约12 000个个IBM新型新型芯片。上海超级计算中心研制的芯片。上海超级计算中心研制的“曙光曙光4000A”，采用了美国芯片制造商，采用了美国芯片制造商AMD制造的制造的2560枚枚Opteron芯片，运算速度可达每秒芯片，运算速度可达每秒8.061万亿次。万亿次。n什么是计算？什么是计算？n根据图灵的研究，直观地说所谓计算

32、就是计算根据图灵的研究，直观地说所谓计算就是计算者人或机器对一条两端可无限延长的纸带上的者人或机器对一条两端可无限延长的纸带上的一串一串0和和1执行指令，一步一步地改变纸带上执行指令，一步一步地改变纸带上的的0或或1经过有限步骤，最后得到一个满足预经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程。先规定的符号串的变换过程。nThe purpose of computing is insight,not numbers.n -Richard Wesley Hamming30n上世纪上世纪60年代，美国康奈尔大学的两位物理学家菲利普年代，美国康奈尔大学的两位物理学家菲利普莫莫里森和朱塞佩里

33、森和朱塞佩科尼在科尼在自然自然杂志发表文章，首次阐述了杂志发表文章，首次阐述了有关无线电信号可以在两个星球之间传播的问题，引发了有关无线电信号可以在两个星球之间传播的问题，引发了用射电望远镜探测宇宙间是否有其他文明存在的提议。用射电望远镜探测宇宙间是否有其他文明存在的提议。n科学家们认为：如果科学家们认为：如果“外星人外星人”试图与我们接触，在试图与我们接触，在“他他们们”的信号中加入一些有意义的信息，那么信号几乎可以的信号中加入一些有意义的信息，那么信号几乎可以肯定是脉冲信号。肯定是脉冲信号。n在宇宙中，存在着很多电磁波，但是绝大多数自然界的电在宇宙中，存在着很多电磁波，但是绝大多数自然界的

34、电磁波是杂乱无章的，较有规律的脉冲很有可能是脉冲星或磁波是杂乱无章的，较有规律的脉冲很有可能是脉冲星或黑洞发出来的，另一个可能性就是外星人发出来的。因为黑洞发出来的，另一个可能性就是外星人发出来的。因为脉冲星发出来的电磁波频率非常高，理论上黑洞发出来的脉冲星发出来的电磁波频率非常高，理论上黑洞发出来的脉冲过于短促而人类暂时无法探测到。所以，一系列的脉脉冲过于短促而人类暂时无法探测到。所以，一系列的脉冲可以很容易地被分别出来，而且具有离散抵消机制的脉冲可以很容易地被分别出来，而且具有离散抵消机制的脉冲明显被认为是人造信号冲明显被认为是人造信号(自然的离散通常造成高频先到自然的离散通常造成高频先到

35、)。我们如果能找到这样的脉冲信号，几乎就能肯定外星人正我们如果能找到这样的脉冲信号，几乎就能肯定外星人正在试图接触我们。在试图接触我们。31n1967年夏天，剑桥大学射电天文学研究生年夏天，剑桥大学射电天文学研究生 Jocelyn Bell搜索到可能来自于银河系某个搜索到可能来自于银河系某个地方信号。地方信号。在剑桥无线电望远镜旁的在剑桥无线电望远镜旁的 Jocelyn Bell32n1960年年8月月8日，美国射电天文学家德雷克用日，美国射电天文学家德雷克用一架一架26米的射电望远镜对附近的两颗星星进米的射电望远镜对附近的两颗星星进行了观察。这被认为是现代行了观察。这被认为是现代“地外文明搜

36、寻地外文明搜寻计划计划”的首次尝试。的首次尝试。n自那以后，全世界涌现了自那以后，全世界涌现了60多家有关的机构。多家有关的机构。SETI(Search For Extra-Terrestrial Intelligence)研究所是这些机构中做得最出研究所是这些机构中做得最出色的一个。色的一个。33nSETIhome 是一项利用全球联网的计算机共同搜寻是一项利用全球联网的计算机共同搜寻地外文明（地外文明（SETI）的科学实验计划。你可以通过运行）的科学实验计划。你可以通过运行一个免费程序下载并分析从射电望远镜传来的数据来一个免费程序下载并分析从射电望远镜传来的数据来加入这个项目。加入这个项目。

37、n这是加州大学伯克立分校组织的一个项目，通过分析这是加州大学伯克立分校组织的一个项目，通过分析电波，来找到外星文明发出的信息。电波，来找到外星文明发出的信息。n收集信号不难，但不幸的是，射电望远镜会一股脑地收集信号不难，但不幸的是，射电望远镜会一股脑地收集它收集它“看见看见”的所有信号：宇宙背景辐射、星体发的所有信号：宇宙背景辐射、星体发出的电波、激光信号以及其他杂音出的电波、激光信号以及其他杂音更不幸的是，更不幸的是，经过亿公里的遥远距离，这些信号变得十分微弱、经过亿公里的遥远距离，这些信号变得十分微弱、飘忽不定、难以捉摸。要想从这些杂乱、微弱的信号飘忽不定、难以捉摸。要想从这些杂乱、微弱的

38、信号中分析出什么的话，需要极其大量的运算中分析出什么的话，需要极其大量的运算。34n从从SETIhome项目正式启动以来，已经有项目正式启动以来，已经有300（也有（也有500万一说）万志愿者参加了这个项目，他们从指定万一说）万志愿者参加了这个项目，他们从指定的站点下载位于波多黎各的全球最大射电望远镜阿雷的站点下载位于波多黎各的全球最大射电望远镜阿雷西博西博Arecibo收集的信息的片断，用自己的计算机运收集的信息的片断，用自己的计算机运行分析，总处理数据量达到了行分析，总处理数据量达到了15T。这相当于使用一。这相当于使用一台台PC机工作机工作482023年，相当于使用超级计算机工作年，相当

39、于使用超级计算机工作48年。年。n目前只有很有限的天空能够被阿雷西博目前只有很有限的天空能够被阿雷西博(Arecibo)射电射电望远镜扫描到。望远镜扫描到。nSETIhome项目计划在将来增加处理来自澳大利亚项目计划在将来增加处理来自澳大利亚Parkes天文台的数据，以便同时分析南北半球的天空。天文台的数据，以便同时分析南北半球的天空。35在澳大利亚新南威尔士在澳大利亚新南威尔士 Parkes 观测站安放的观测站安放的 64 米口径碟形天线米口径碟形天线阿雷西波望远镜位于加勒比海上的波阿雷西波望远镜位于加勒比海上的波多黎各岛上，是世界上最大的射电望多黎各岛上，是世界上最大的射电望远镜，口径为远

40、镜，口径为 305 米米363738n世界最大的单口径射电望远镜世界最大的单口径射电望远镜2008年年12月月26日在贵州省黔南州平日在贵州省黔南州平塘县举行工程奠基仪式。该项重大科学工程的投资为塘县举行工程奠基仪式。该项重大科学工程的投资为6.67亿元人亿元人民币，建设周期预计为民币，建设周期预计为5年半。年半。n这这一望远镜全名为一望远镜全名为500米口径球面射电望远镜（米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope），简称），简称FAST。它将架设在平塘县的它将架设在平塘县的“大窝凼大窝凼”喀斯特洼地之中，

41、其接收面积约喀斯特洼地之中，其接收面积约有有30个足球场那么大。与目前世界上最大的单口径射电望远镜、个足球场那么大。与目前世界上最大的单口径射电望远镜、美国建造在波多黎各美国建造在波多黎各Arecibo的的305米望远镜相比，米望远镜相比，FAST的综合的综合性能提高约性能提高约10倍。倍。n该望远镜将在洼坑内铺设数千块单元组成的该望远镜将在洼坑内铺设数千块单元组成的500米球冠状反射面，米球冠状反射面，并通过主动控制形成抛物面以汇聚电磁波。此外，它还将采用轻并通过主动控制形成抛物面以汇聚电磁波。此外，它还将采用轻型钢索拖动并联机器人，实现望远镜的指向跟踪。也就是说，一型钢索拖动并联机器人，实

42、现望远镜的指向跟踪。也就是说，一个口径达个口径达500米的米的“天锅天锅”将架设在这片洼坑之上。而且，这个将架设在这片洼坑之上。而且，这个巨大的巨大的“天锅天锅”还可以转动。还可以转动。394041n据美国据美国西雅图时报西雅图时报2007年年10月月12日报道，日报道，艾伦望远镜阵列（艾伦望远镜阵列（ATA）以微软共同创始人）以微软共同创始人保罗保罗艾伦的名字命名，他为这个耗资艾伦的名字命名，他为这个耗资5000万万美元的最新观测设备提供了一半资金。美元的最新观测设备提供了一半资金。nATA的第一期工程包括的第一期工程包括42个碟形天线，建在个碟形天线，建在加州旧金山以北加州旧金山以北300

43、英里的人迹罕至的哈特英里的人迹罕至的哈特-克里克高原上。这里可以免受大部分地球的克里克高原上。这里可以免受大部分地球的无线电波干扰，从而能更好地搜寻地外文明。无线电波干扰，从而能更好地搜寻地外文明。424344461虚拟现实系统中，主要的硬件设备有哪几类，有虚拟现实系统中，主要的硬件设备有哪几类，有何作用何作用?2基于手的输入设备主要有哪些，简述其工作原理基于手的输入设备主要有哪些，简述其工作原理?3立体显示设备有哪些设备，各有何特点立体显示设备有哪些设备，各有何特点?4虚拟世界生成设备所起的作用是什么虚拟世界生成设备所起的作用是什么?与虚拟现与虚拟现实实 系统其他部分之间的关系系统其他部分之间的关系?5听觉显示设备有哪些，各有何特点听觉显示设备有哪些，各有何特点?6常见虚拟现实系统的生成设备有哪些常见虚拟现实系统的生成设备有哪些?7目前全球超级计算机的发展状况目前全球超级计算机的发展状况?47n1、2、3、4、6题。题。n清明后第一次课时交。清明后第一次课时交。48