圖形生成

圖形生成是虛擬現實的重要瓶頸

虛擬現實技術是人可以在隨意變化的互動式控制下感受到場景的動態特性。換句話說，虛擬現實系統要求隨著人的活動即時生成相應的圖形畫面。有兩種重要指標衡量用戶所以沉浸於虛擬環境的效果和程度。其一是動態特性，其二是互動性延遲。自然的動態特性要求每秒生成和顯示30幀圖形畫面，至少不能少於10幀，否則將會產生嚴重的不連續和跳動感。互動延遲是影響用戶感覺的另一個重要指標。對於人產生的互動動作，如fixing模擬時飛行位置、方向的控制，系統的圖形生成必須能立即作出反應產生相應的環境和場景。其餘的時間延遲不應大於0.1秒，最多不能大於0.25秒。否則在長期的工作中，人會產生疲勞、嚴重地影響“現實”的效果，以上指標均依賴於系統生成圖形的速度。

對於動態圖形的效果而言，每圖形生成時間局限於30-50毫秒；而對於互動延遲，除包含對於互動輸入及其處理時間外，圖形生成速度是虛擬現實的重要瓶頸。

圖形生成的額速度主要取決於圖形處理技術的軟體體系結構，特別是硬體加速器的與圖形處理能力，以及圖形生成所採用的各種加速技術。除此之外，還依賴於套用的因素，虛擬場景的複雜程度和圖形生成所需要的真實感程度。

圖形生成的加速方法

雖然得益於告訴發展的CPU和專用圖形處理器，使得現今的圖形工作站性能得到很大的提高。但距離VR的需求仍然相當遙遠。換句話來說，當前圖像生成的速度相當於通常VR環境的規模來說仍然存在很大的差距。下面就一些實時圖形生成加速方法作一些介紹與分析。

可見性的判定

由於視線視覺的方向性、視覺的局限性以及物體想互遮擋，人眼所看到的往往只是場景中的一部反，而繪製圖形的生成是物體空間到圖像空間的轉換。為充分利用繪製軟體的有限資源，就必須充分利用物體空間的相關性。圖像空間的相關性和時間空間的相關性可以加快可見性的判斷、減小繪製深度。

細節層次模型

為物體提供不同的細節層次描述是控制場景複雜程度的一個非常有效的方法。在生活中我們知道，當物體離得越來越遠時，人民不再能辨清該物體上的許多細節結構。如光滑的曲面。因此，繪製一個遠處的物體時，用該物體細節描述非常複雜的模型是完全沒有必要的。

預測計算

預測計算一種減少系統延遲的方法。該方法根據各種運動的速率和加速度。如人體頭部轉動速度，用預測外推法在下一幀畫面繪製之前估算出頭部跟蹤系統及其他設備的輸入，從而減少由輸入設備所帶來的延遲。在分散式網路虛擬現實系統中，系統根據預測估算原理來減輕網路傳輸負載並減少由網路傳輸帶來的延遲。

脫機計算

脫機計算是減輕計算機實時計算負載的常用方法之一。由於VR 系統是一個多任務的模擬系統，所以有必要儘可能的將一些可預先計算好的結果預先計算並貯存在相應的結果中，其中包括全局光照模型、動態模型的計算等。

結束語

以上介紹的是各種常用的圖形生成加速技術。當然，圖形生成的速度還賴於其他一些因素，如資料庫的結構等。資料庫不僅是虛擬現實技術對虛擬環境的描述所在。而且它的數據結構還關係到VR系統的真實效果。就圖形描述而言，為實時的資料庫遍歷提供良好的結構，減少實時可見性計算等亦是VR系統成功的關鍵因素。為充分利用圖形硬體資源，避開圖形處理的瓶頸。資料庫將儘量三角面片組織為共頂點的三角面片串。同時，為減少圖形屬性的改變，如光照特性等的變化，有些VR系統將面片按其屬性進行組織，以減少特性屬性變化所帶來的時間耗費。為減少圖形硬體的矩陣計算，資料庫應儘量預計算好各靜態物體的矩陣變化。