Collaborative Virtual Environments

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1 Collaborative Virtual Environments Stefan Lücking Projektgruppe Kreativität und Technik AG Domik WS 02/ /35 Was sind CVE? Versuch einer Definition : Ein CVE ist ein Programm, das eine virtuelle Umgebung anbietet, in der mehrere Benutzer interagieren und/oder kommunizieren können /35

2 Ein Beispiel: GM VisualEyes - ein Programm zur Evaluierung von Fahrzeugdesign - visualisiert ein Fahrzeug in 3D (Cave) - mehrere Benutzer können gleichzeitig das Design betrachten und verändern - die Benutzer sind räumlich voneinander getrennt /35 Ein Beispiel: GM VisualEyes /35

3 Motivation für CVEs - je nach Anwendungsgebiet verschieden - Industrie : - 24-Stunden-Tag - Experten virtuell vor Ort - Kosten und Zeit (z.b. Flugreisen) sparen - Unterhaltung : - weniger Langeweile - immer neue Leute, Gegner, etc /35 Große Bandbreite - Die Definition von CVE lässt viel Freiraum - Unterschiedlichste Arten von CVE - Verschiedene Anwendungsgebiete - Unterschiede im technischen Aufwand - Verschiedene Arten von Präsentation, etc /35

4 Übersicht : Chat - das einfachste CVE : Ein Chat - keine grafische Repräsentation - nicht zeitkritisch - keine aufwendige Interaktion - erfüllt aber alle Anforderungen der Definition CVE können sehr einfach sein /35 Übersicht : Multiuser Spiele /35

5 Übersicht : Multiuser Spiele - die verbreitetste Art von CVE - mittlerweile riesige Anzahl von Usern - stellen (oft) hohe Anforderungen - sehr aufwendige Grafik, große virtuelle Welten - extrem zeitkritisch /35 Übersicht : Speziallösungen - CVE die für einen bestimmten, sehr eng gefassten Aufgabenbereich entwickelt werden /35

6 Übersicht : Speziallösungen - an den Aufgabenbereich angepasst - müssen sehr spezifische Anforderungen erfüllen - haben nur eine kleine Zielgruppe - oft aufwendige Hardware / Peripherie - werden speziell entwickelt - deshalb sehr teuer /35 Übersicht : Simulatoren für das Militär - Speziallösungen, werden z.b. zur Ausbildung oder zur Erprobung genutzt - gestützt durch riesige Budgets - oft extrem aufwendige Peripherie - sehr hohe Anforderungen /35

7 Übersicht : Simulatoren für das Militär /35 Anforderungen an die Funktionalität von CVE - Präsentation - Interaktion - Kommunikation /35

8 Die Präsentation - Schnittstelle zwischen Benutzer und der virtuellen Umgebung dehalb auch Grundlage für die Kommunikation und Interaktion - bestimmt maßgeblich die Funktionalität und Interaktivität des Systems - großen Einfluß auf die Nutzbarkeit /35 Die Kommunikation - Grundlage jeder planmäßigen Zusammenarbeit - äußerst wichtig für Situationsbewußtsein des Benutzers - ermöglicht Absprechen der Benutzer untereinander, Koordinierung der Arbeit /35

9 Die Kommunikation - Kommunikation geschieht auf verschiedene Arten - direkt : Audio, Video, Textuell - indirekt : Avatare, Interaktion mit Umgebung - am wichtigsten ist Audiokommunikation - fehlende Kommunikation bedingt oft eingeschränkte Nutzbarkeit /35 Die Kommunikation /35

10 Die Interaktion - Kernidee hinter jedem CVE - geschieht zwischen den Nutzern und der virtuellen Umgebung - erst die Interaktion ermöglicht das Zusammenarbeiten /35 Technische Anforderungen - Sichtbar für den Benutzer - grafische Darstellung, Tonausgabe - Dateneingabe, Datenverarbeitung - Im Hintergrund - Kommunikation zwischen Rechnern - verwalten der virtuellen Umgebung /35

11 Kommunikation zwischen Rechnern - Herzstück eines CVE - drei wichtige Faktoren für die Kommunikation -Datenmenge -Bandbreite - Latenzzeit /35 Kommunikation zwischen Rechnern : Datenmenge - in erster Linie abhängig von der Anwendung - wechselt während des Betriebszustands - einloggen in die virtuelle Welt : Übertragung der Umgebungsdaten auf Rechner des Users - während des Betriebs : Hauptsächlich kleine Datenpakete zur Kommunikation und Synchronisation - Datenmenge wird evtl. stark gesteigert durch Audio- und Videokommunikation (Streaming) /35

12 Kommunikation zwischen Rechnern : Latenz/Bandbreite - Latenzzeit sollte möglichst klein sein - ist sehr wichtig für die Akzeptanz des Systems durch den Benutzer (nervige Wartezeiten...) - geringe Verzögerung bei Synchronisation - kurze Reaktionszeiten des Programms - Bandbreite ist eventuell vernachlässigbar - wichtig meist beim Start des Systems - hohe Bandbreite für Video- / Audiokommunikation /35 Verwaltung der virtuellen Umgebung - die virtuelle Welt muss verwaltet und gewartet werden - Erstellen, Laden, Speichern - Übertragen an andere Rechner - Wartung während der Laufzeit, z.b. neue Daten einspielen die nicht von den Usern kommen - Konsistenzwahrung : gleicher Zustand der Welt auf allen Rechnern /35

13 Verwaltung der virtuellen Umgebung : Konsistenz - Umgebung muss immer überall gleich sein - Veränderungen müssen an alle Rechner weitergegeben werden - nebenläufige Zugriffe müssen aufgelöst werden - Inkonsistenz macht das System unbrauchbar - die virtuelle Welt ist die Grundlage der Zusammenarbeit - Inkonsistenzen können sich aufaddieren, völlig falsche Ergebnisse entstehen /35 Architektur -Verschiedene Ansätze - Client / Server - Peer to Peer /35

14 Client / Server Architektur - Client / Server Architektur ermöglicht einfache Kommunikation und Verwaltung - Clients empfangen den Zustand der virtuellen Umgebung vom Server - virtuelle Welt wird zentral verwaltet, daher einfache Wartung, Speicherung, etc. - Server löst zeitgleiche Zugriffe auf und wahrt so die Konsistenz der virtuellen Welt - Server kann ein Flaschenhals sein /35 Peer to Peer Architektur - Komplexer als Client / Server, hat aber mehrere Vorteile - Kein Flaschenhals durch einen zentralen Server - Ausfall eines Rechners verursacht keine Probleme (Serverabsturz) - Schwierige Synchronisation und Konsistenzwahrung /35

15 Architektur /35 Architektur /35

16 Technologien - Entwicklung von speziellen Technologien und eigenen Implementationen zur Kommunikation oder Visualisierung - ist sehr aufwendig - ermöglicht gute Performance - nötig für exotische Hardware, z.b. Cave /35 Technologien - Alternative : Bestehende Bibliotheken nutzen - bieten ausreichend Funktionalität um einzelne Aspekte eines CVE zu implementieren - Einsatz ist kostengünstig, vereinfacht auch Wartung und Fehlersuche - Beispiele : OpenGL und VRML für Grafik, Corba oder Java für Kommunikation /35

17 Technologie : Beispiel /35 Fertig! Fragen? Antworten! Danke für die Aufmerksamkeit! /35

18 Quellen - Diehl,Stefan : Distributed Virtual Worlds, Springer Verlag, : Electronic Visualization Lab Umfangreiche Sammlung von Papern, Links, und Ressourcen, nicht nur zum Thema CVE : Videos von verschiedenen CVE - : Hersteller von militärischer Simulationssoftware /35

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