内容摘要

2008 年春节一场严重的雪灾，导致我国发生大面积、长时间的停电事故，暴露出我国电网安全的漏洞。近年来我国大力发展大电源，而分布式电源的建设相对不足。大电源的好处是劳动生产率高、节约能源，但问题是安全风险较高，电网一旦瘫痪，大电源有电也送不出；而分布式电源装机容量小、发电效率低，但优点是能保证独立输变电。并且在近期内这种格局不会有太大的变化，如何未雨绸缪，做好电力调度事故的预防演练，来保证电网的安全，是一个迫切的问题。电力系统的特点决定了难以采用试验的方法来实现预防演练。这就迫切得需要采用虚拟现实技术来实现。

虚拟现实(VR)技术开始出现，便成为研究的热点。构建一个虚拟现实系统的基本手段和目标，就是利用高性能的计算机软件及各类先进的传感器，创建使参与者处于具有身临其境的沉浸感和完善的交互作用能力的环境。该技术现已应用于军事模拟、科学可视化、医学、工程建筑、游戏与娱乐、教育与艺术等方面。尽管如此，虚拟现实技术仍处于研究阶段，许多问题亟待解决。随着高速网络、显示设备的发展，用户的要求也不断提高，这给虚拟现实技术的发展提供了强大的推动力，并将会深入的应用到包括电力调度事故演习中。

传统式虚拟现实系统及其不足

因为图形硬件加速器的性能有限，高性能的图形工作站和高度并行的图形处理硬件与软件体系结构是实现图形实时生成的一个重要途径。然而应用模型的复杂程度往往超过当前图形工作站的实时处理能力，受到计算机三维渲染速度的制约，在VR 高质量图形的实时生成要求下，传统的分布式虚拟现实系统耗费巨大的精力是在算法研究设计上，如何从软件着手，减少图形画面的复杂度，一直是VR 中图形生成的主要目标。算法的改进对计算机图形生成的实时性的改进是有限的，所以，尽管以实时、三维、交互和逼真为主要特征的分布式虚拟系统一直是研究的热点与方向，分布式虚拟系统一直只是在实验室和国家专门机构得以实现和应用。大型组织的虚拟现实系统存在着以下这些不足之处:①一个大型VR 系统通常规模庞大，要求项目纳入横跨多个地区甚至国家的多台超级计算机；②要把系统中程序代码及初始数据传送到每台并行计算机上时，必须逐一登录，并用手工完成；③在程序运行过程中，

有一台并行计算机出现异常情况(比如硬件故障或停电)时，系统只能停下来，再找机会重新开始；④一旦连接某台并行机的网络出现拥塞或根本不通，整个系统只有停下来等待；⑤如果加入网络的并行计算机因为有更重要的任务，要求提前退出系统的执行时，所做的一切工作都将前功尽弃；⑥如果没有另外的程序文件，系统的运行结果和日志数据将分别保存在不同的并行计算机上，至于动态分析和调整所有机器的运行状态，更是不可能实现；⑦超级计算机不太可能完全为某个应用空出来，它还会运行其它的任务，它的负载会时轻时重，系统在这些结点上的运行就会出现时快时慢的情况，从而影响全局的性能，使系统所要渲染的场景或者仿真的结果偏离实际，因为一般虚拟现实系统在这些并行机上的任务划分都是固定的，无法适应环境的变化[4]。

对一般用户而言，要在自己的PC 机上构建一个虚拟系统是难以实现的，因为虚拟现实外设昂贵，用户无法做到运用这些先进的虚拟现实设备来体会一下真正的虚拟现实环境。在网络上构建一个真正的分布式虚拟现实系统更是不可思议。无论是C／S 还是B／S 结构，都会不可避免地存在客户机或服务器的闲置时刻，完成不同图形建模和渲染功能的计算机之间也存在着处理串联事件时的资源浪费。

基于网格计算的分布式虚拟现实技术

网格(Grid)概念产生于90 年代中期，它是从电力网(Power Grid)概念借鉴过来的。网格的最终目的，是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一台“虚拟的超级计算机”，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、软件资源、网络资源、通信资源、知识资源、专家资源等不同资源的全面共享[5]。以服务为中心的网格体系结构OGSA(0pen Grid Services Architecture)，是当前网格研究的一项重要成果，使网格技术逐渐走向实际应用。基于网格计算的分布式虚拟现实技术的主要目标是在Internet 上研制适合高速网络特点的可视化群组协同工作环境[6]。它以网格技术作为基础设施，结合最新的音频、视频和网络技术，为用户提供一个全方位的音视频交流空间。同时，它将加强对虚拟现实技术、无线网络的研究；从而拓宽了网格技术的应用前景。

基于网格计算服务开发出的分布式虚拟现实系统具有先进性。运用网格计算技术，把分布在世界各地的计算机连接在一起，并且将各地的计算机资源通过高速的互联网组成充分共享的资源集成，可以说是在巨型机与互联网技术的基础上推出的一项新变革。通过合理调度，不同机构的计算环境被综合利用和共享，实现了使用一个超级网络联接来处理某一课题的功能，而且减少和避免了对自身设备升级和购买的投入。这正是虚拟现实工作中所努力的方向，从网络到网格，虚拟现实技术必将更迅速、更完美地通过计算机创建出一种虚拟环境，通过多感官的作用，使用户产生和现实中一样的感觉，并且实现用户与环境直接进行交互。一个好的虚拟现实环境将由包括计算机图形学、图像处理、模式识别、多传感器、语音处理和网格计算技术所构成的大型综合集成环境[4]。

由于电网场景数据采集量巨大，加之调度动作等操作，整个场景将是一个动态的场景，故运算复杂，有限的计算机无法满足业务的需要。只有结合网格的计算优势，实现对海量数据集的分析和处理，并在网格环境中实现能够根据当前任务和指定资源进行任务分配的功能，提供直观的、有真实感的、可交互的现实场景。在网格环境下进行模拟，不仅避免复杂算法的重复开发，打破了计算能力大小、地理位置等的限制，还使得普通用户通过现有的企业网络资源方便的使用网格门户页面或应用程序，对数据资源和封装后的算法资源、计算资源进行访问。网格计算关心的是如何在动态、异构的虚拟组织中实现资源的共享和协同。它

将取代孤立的计算机系统、软件和应用，把世界连成一个开放的、一体化的、资源共享的全球电脑网络。网格突破了集群的地理界限，其组成资源可以自由地聚散，并且通过合理的网格算法和调度策略，提供更加灵活且高效的服务。

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