基于算力網(wǎng)絡(luò)的元宇宙分層處理模型設(shè)計(jì)

2023-08-04 16:27:36來(lái)源：個(gè)人圖書(shū)館-非著名問(wèn)天  

0 引言

作為下一代互聯(lián)網(wǎng)的愿景，元宇宙是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界虛擬化、數(shù)字化的過(guò)程[1-2]。如圖1所示，元宇宙融合了區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等技術(shù)[3]。在交互層，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)渲染元宇宙的虛擬場(chǎng)景和虛擬角色，渲染模型的分辨率和實(shí)時(shí)性可以直接影響元宇宙的內(nèi)容和交互性[4]。在算法層，機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等算法為元宇宙提供多樣化的功能支持。在基礎(chǔ)層，利用區(qū)塊鏈技術(shù)為元宇宙經(jīng)濟(jì)體系的搭建提供支撐，元宇宙中的虛擬模型都會(huì)轉(zhuǎn)為數(shù)字資產(chǎn)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上。但利用虛擬現(xiàn)實(shí)和區(qū)塊鏈處理的數(shù)據(jù)是異構(gòu)的，在數(shù)據(jù)處理方式上的側(cè)重點(diǎn)也不同。


(資料圖片)

圖1

新窗口打開(kāi)|下載原圖ZIP|生成PPT

圖1 元宇宙底層技術(shù)框架

元宇宙中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)的特性見(jiàn)表1。區(qū)塊鏈技術(shù)處理文本數(shù)據(jù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)處理圖形數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，區(qū)塊鏈需要將數(shù)據(jù)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行存儲(chǔ)，會(huì)有大量的冗余數(shù)據(jù)[5]。區(qū)塊鏈在完成每筆交易時(shí)進(jìn)行串行處理，這導(dǎo)致區(qū)塊鏈的處理時(shí)延是非常高的，目前最快的鏈完成一筆交易的平均時(shí)間也要大于100 ms[6,7,8]。而虛擬場(chǎng)景和虛擬角色為了保證用戶的沉浸式場(chǎng)景體驗(yàn)，對(duì)用戶的交互時(shí)延要求非常高（20 ms內(nèi)），而且模型的分辨率也要非常高。這對(duì)算力提出了非常高的要求，因此需要高性能計(jì)算平臺(tái)及基于這些平臺(tái)的并行處理算法予以支撐[9,10,11]。如何更好地融合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)是發(fā)展元宇宙需要解決的首要問(wèn)題。

有3種部署虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的架構(gòu)模式可以選擇。

第一種模式是將虛擬場(chǎng)景和角色渲染放在本地客戶端，將產(chǎn)生的交互數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，服務(wù)器處理用戶的交互后，將數(shù)據(jù)回傳到客戶端進(jìn)行渲染，并將交互數(shù)據(jù)傳到區(qū)塊鏈進(jìn)行持久化存儲(chǔ)。這種模式類似于傳統(tǒng)的客戶端/服務(wù)器（client/server）架構(gòu)，也是目前大部分三維游戲采用的架構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)在于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)少，單用戶通信成本低。但是其對(duì)客戶端的算力要求較高，不利于元宇宙的普及，而且不利于同步多人交互。

第二種模式是將虛擬場(chǎng)景和虛擬角色采用分布式區(qū)塊鏈的形式進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。如Ryskeldiev B等人[12]針對(duì)混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的虛擬空間提出了一種基于分布式區(qū)塊鏈的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分布模型。這種模式的時(shí)延高，適合低交互的元宇宙場(chǎng)景，對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的算力要求也高，而且在圖形計(jì)算的場(chǎng)景上會(huì)有大量冗余，無(wú)法處理大型元宇宙模型。

第三種模式是分層處理，將虛擬場(chǎng)景和虛擬角色這部分?jǐn)?shù)據(jù)交給大型計(jì)算中心進(jìn)行建模和渲染，構(gòu)建出逼真且可持久化的元宇宙虛擬場(chǎng)景，通過(guò)邊緣服務(wù)器傳輸畫面到客戶端，用戶終端只作為視頻窗口接收畫面，并負(fù)責(zé)采集用戶的交互需求。作為分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，區(qū)塊鏈存儲(chǔ)虛擬模型數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的文本數(shù)據(jù)。用戶發(fā)出的交互請(qǐng)求先提交到邊緣服務(wù)器，如果是簡(jiǎn)單的交互，邊緣服務(wù)器直接處理請(qǐng)求并返回，這樣可以縮短時(shí)延，保障用戶的沉浸感和交互感；如果是資產(chǎn)變更或模型狀態(tài)的復(fù)雜變更，邊緣服務(wù)器將請(qǐng)求傳輸?shù)接?jì)算中心，計(jì)算中心重新渲染模型后返回給用戶，并將所有交互請(qǐng)求同步到區(qū)塊鏈上。這種模式可以應(yīng)對(duì)大型的元宇宙虛擬場(chǎng)景和多人同時(shí)在線的場(chǎng)景，對(duì)用戶終端的要求不高。本文重點(diǎn)關(guān)注第三種模式。本文主要貢獻(xiàn)如下：

● 在硬件架構(gòu)上，提出“元算中心”的概念，元算中心是專為元宇宙設(shè)計(jì)的計(jì)算中心，并且將元算中心、區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)、邊緣服務(wù)器組成算力網(wǎng)絡(luò)，為元宇宙提供算力支撐；

● 在軟件架構(gòu)上，結(jié)合硬件架構(gòu)提出面向元宇宙大數(shù)據(jù)的分層處理模型，將模型數(shù)據(jù)、資產(chǎn)數(shù)據(jù)等異構(gòu)數(shù)據(jù)放到不同的軟件層進(jìn)行處理；

● 結(jié)合硬件和軟件的分層架構(gòu)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)元宇宙商城原型系統(tǒng)，為盡快落地真正的元宇宙應(yīng)用提供參考。

表1

表1 Fig 1表11 硬件架構(gòu)1.1 元算中心1.2 算力網(wǎng)絡(luò)Fig 22 軟件架構(gòu)2.1 控制層Fig 32.2 模型層2.3 視圖層2.4 數(shù)據(jù)層3 應(yīng)用實(shí)踐Fig 4Fig 5Fig 64 結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)

關(guān)鍵詞：

責(zé)任編輯：hnmd003

相關(guān)閱讀

推薦閱讀