內容摘要

2008 年春節一場嚴重的雪災，導致我國發生大面積、長時間的停電事故，暴露出我國電網安全的漏洞。近年來我國大力發展大電源，而分布式電源的建設相對不足。大電源的好處是勞動生產率高、節約能源，但問題是安全風險較高，電網一旦癱瘓，大電源有電也送不出；而分布式電源裝機容量小、發電效率低，但優點是能保證獨立輸變電。并且在近期內這種格局不會有太大的變化，如何未雨綢繆，做好電力調度事故的預防演練，來保證電網的安全，是一個迫切的問題。電力系統的特點決定了難以采用試驗的方法來實現預防演練。這就迫切得需要采用虛擬現實技術來實現。

虛擬現實(VR)技術開始出現，便成為研究的熱點。構建一個虛擬現實系統的基本手段和目標，就是利用高性能的計算機軟件及各類先進的傳感器，創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境。該技術現已應用于軍事模擬、科學可視化、醫學、工程建筑、游戲與娛樂、教育與藝術等方面。盡管如此，虛擬現實技術仍處于研究階段，許多問題亟待解決。隨著高速網絡、顯示設備的發展，用戶的要求也不斷提高，這給虛擬現實技術的發展提供了強大的推動力，并將會深入的應用到包括電力調度事故演習中。

傳統式虛擬現實系統及其不足

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構是實現圖形實時生成的一個重要途徑。然而應用模型的復雜程度往往超過當前圖形工作站的實時處理能力，受到計算機三維渲染速度的制約，在VR 高質量圖形的實時生成要求下，傳統的分布式虛擬現實系統耗費巨大的精力是在算法研究設計上，如何從軟件著手，減少圖形畫面的復雜度，一直是VR 中圖形生成的主要目標。算法的改進對計算機圖形生成的實時性的改進是有限的，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一直是研究的熱點與方向，分布式虛擬系統一直只是在實驗室和國家專門機構得以實現和應用。大型組織的虛擬現實系統存在著以下這些不足之處:①一個大型VR 系統通常規模龐大，要求項目納入橫跨多個地區甚至國家的多臺超級計算機；②要把系統中程序代碼及初始數據傳送到每臺并行計算機上時，必須逐一登錄，并用手工完成；③在程序運行過程中，

有一臺并行計算機出現異常情況(比如硬件故障或停電)時，系統只能停下來，再找機會重新開始；④一旦連接某臺并行機的網絡出現擁塞或根本不通，整個系統只有停下來等待；⑤如果加入網絡的并行計算機因為有更重要的任務，要求提前退出系統的執行時，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，系統的運行結果和日志數據將分別保存在不同的并行計算機上，至于動態分析和調整所有機器的運行狀態，更是不可能實現；⑦超級計算機不太可能完全為某個應用空出來，它還會運行其它的任務，它的負載會時輕時重，系統在這些結點上的運行就會出現時快時慢的情況，從而影響全局的性能，使系統所要渲染的場景或者仿真的結果偏離實際，因為一般虛擬現實系統在這些并行機上的任務劃分都是固定的，無法適應環境的變化[4]。

對一般用戶而言，要在自己的PC 機上構建一個虛擬系統是難以實現的，因為虛擬現實外設昂貴，用戶無法做到運用這些先進的虛擬現實設備來體會一下真正的虛擬現實環境。在網絡上構建一個真正的分布式虛擬現實系統更是不可思議。無論是C／S 還是B／S 結構，都會不可避免地存在客戶機或服務器的閑置時刻，完成不同圖形建模和渲染功能的計算機之間也存在著處理串聯事件時的資源浪費。

基于網格計算的分布式虛擬現實技術

網格(Grid)概念產生于90 年代中期，它是從電力網(Power Grid)概念借鑒過來的。網格的最終目的，是利用互聯網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”，實現計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、軟件資源、網絡資源、通信資源、知識資源、專家資源等不同資源的全面共享[5]。以服務為中心的網格體系結構OGSA(0pen Grid Services Architecture)，是當前網格研究的一項重要成果，使網格技術逐漸走向實際應用。基于網格計算的分布式虛擬現實技術的主要目標是在Internet 上研制適合高速網絡特點的可視化群組協同工作環境[6]。它以網格技術作為基礎設施，結合最新的音頻、視頻和網絡技術，為用戶提供一個全方位的音視頻交流空間。同時，它將加強對虛擬現實技術、無線網絡的研究；從而拓寬了網格技術的應用前景。

基于網格計算服務開發出的分布式虛擬現實系統具有先進性。運用網格計算技術，把分布在世界各地的計算機連接在一起，并且將各地的計算機資源通過高速的互聯網組成充分共享的資源集成，可以說是在巨型機與互聯網技術的基礎上推出的一項新變革。通過合理調度，不同機構的計算環境被綜合利用和共享，實現了使用一個超級網絡聯接來處理某一課題的功能，而且減少和避免了對自身設備升級和購買的投入。這正是虛擬現實工作中所努力的方向，從網絡到網格，虛擬現實技術必將更迅速、更完美地通過計算機創建出一種虛擬環境，通過多感官的作用，使用戶產生和現實中一樣的感覺，并且實現用戶與環境直接進行交互。一個好的虛擬現實環境將由包括計算機圖形學、圖像處理、模式識別、多傳感器、語音處理和網格計算技術所構成的大型綜合集成環境[4]。

由于電網場景數據采集量巨大，加之調度動作等操作，整個場景將是一個動態的場景，故運算復雜，有限的計算機無法滿足業務的需要。只有結合網格的計算優勢，實現對海量數據集的分析和處理，并在網格環境中實現能夠根據當前任務和指定資源進行任務分配的功能，提供直觀的、有真實感的、可交互的現實場景。在網格環境下進行模擬，不僅避免復雜算法的重復開發，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有的企業網絡資源方便的使用網格門戶頁面或應用程序，對數據資源和封裝后的算法資源、計算資源進行訪問。網格計算關心的是如何在動態、異構的虛擬組織中實現資源的共享和協同。它

將取代孤立的計算機系統、軟件和應用，把世界連成一個開放的、一體化的、資源共享的全球電腦網絡。網格突破了集群的地理界限，其組成資源可以自由地聚散，并且通過合理的網格算法和調度策略，提供更加靈活且高效的服務。

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