三维视景仿真中面向客户端的网络同步模型研究

摘要

随着虚拟现实、计算机仿真、三维游戏和分布式环境的飞速发展，人们已经不再满足于仅在单机环境或局域网环境实现虚拟现实的仿真，而希望在分布式的复杂的Internet网络环境下实现具有良好真实感、实时性和交互性的模拟仿真。 在复杂的分布式环境中，服务器和客户端的同步是实现具有良好真实感、实时性和交互性的模拟仿真的关键问题。构造高效率的网络同步模型是提高模拟仿真整体质量和效率的重点，同时也是难点。 以服务器为主，客户端的操作交由服务器校验，再由服务器向有关的客户端转发同步信息完成同步操作，整个模拟仿真系统按同一个节拍来运行的传统方案在多年的应用中被证明为是一种完善、可靠和易于实现的同步模型。可是当模拟的虚拟现实越来越逼真，人们期望模拟的场景规模越来越庞大，参与的客户端数量越来越多时，传统的同步模型已经逐渐满足不了人们的要求了。 在本文中我们提出了一种新型的面向客户端的网络同步模型。这种新型同步模型使用更加合理的方法决定同步范围；以客户端为主导，让客户端负责绝大部分同步操作；并采用灵活快速的UDP协议传送同步信息。在这种模型下，服务器主要负责验证工作，仅在必要时发送同步更正信息和同步范围的更新信息。 我们提出的网络同步模型有着面向客户端的特性，而客户端之间的通讯联系状态是动态变化的，因此，新模型和UDP传输协议完美地结合于一体。活跃的客户端带来的变化的同步流适合灵活迅捷的UDP传送方式，而不适合稳定的TCP传输方式。UDP端口的共享能力也正好可以满足新网络同步模型维护同步范围的需要。 本文从数学上证明了新的网络同步模型有着更高的通讯效率，它极大地减轻了服务器的通讯负载，使模拟仿真系统在网络带宽一定的情况下支持的用户数量成若干倍增加。 本学位论文的结构组成如下：第1章介绍了论文的研究背景、目标与意义；第2章讨论了网络通讯基础，着重介绍了TCP/IP参考模型、WindowsSocket基础和MFC的多线程编程；第3章分析了传统的网络同步模型，并讨论了几种經典的同步算法；第4章详细讨论了本文作者提出的新型的面向客户端的网络同步模型，设计了相应的同步算法，并对新旧模型的同步范围和服务器端通讯量做出了定量的比较与分析；第5章分析了新网络同步模型中的网络传输协议；最后，第6章为本文做了总结并对后续研究作出了展望。 本文得到了国家自然科学基金委项目(批准号：NSFC60073057，NSFC60173046)、国家科技部创新基金项目和英国工程与物理研究学会项目(批准号：UKEPSRCgrantGR/T10183/01)的资助。

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

第2章网络通讯基础

第3章传统网络同步模型

第4章面向客户端的网络同步模型

第5章新网络同步模型中的网络协议

第6章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

攻读硕士期间参加的科研项目

附录