托马斯·德凡蒂（Thomas Defanti），伊利诺伊大学芝加哥分校计算机科学电子可视化实验室著名教授，CAVE（洞穴自动虚拟环境）的发明者之一。Tom DeFanti是著名的计算机图像专家，早在1977年就参与过第一部《星球大战》中特技效果的制作，曾获ACM杰出贡献奖。
Thomas Defanti
Tom DeFanti
图 5‑1 CAVE虚拟现实环境
CAVE是一个10×10×9英尺的小房间，它的四面和顶上使用高清晰背投产生一个360度的三维立体环境，在该场景中有一个与该人对应的卡通角色(avatar)，它代表真实的人在三维空间活动。人置身其中，头戴一副LCD快门眼镜，两臂绑有电磁跟踪系统，再配以三维环境声音，角色的位置、方向以及举手投足都与真人相同，会让人产生非常逼真的临场感。
应用举例
过去几年里，EVL与十几家合作伙伴一起，开发了一些具有远程沉浸特征的虚拟现实应用[62]，这些应用的典型特征是[58]：
1 它们依据科学计算结果和数据库构造虚拟环境，当参加者沉浸在虚拟环境中时，他们不仅能够看见对方，还能用做手势或说话进行交互，当他们离开时，虚拟环境本身可以随着科学计算和数据的变化仍然存在并继续演化；
2 在虚拟环境中以角色代表，这个角色比人在真实环境中的能力要强得多：它们能够站在分子链可视化图像的某个环节前进行讨论；也能钻进设计好的汽车模型里，体验汽车是否舒适；还能站在云层的顶端，观察风暴的形成。他们既可以让自身像星系一样大，以便纵览宇宙风云；也可以让自己像虫子一样小，以便钻进一个做跌落试验的物品中，并与物品一起跌落，找到防止物品在跌落过程中损坏的办法。
3 人与虚拟环境是交互的，可以通过改变超级计算的参数等手段，动态改变虚拟环境的形成方式。
本节将介绍几个典型的远程沉浸应用。
虚拟历史博物馆
共享的爱奥尼亚(Shared Miletus)项目[63]让2000年前的希腊爱奥尼亚古城复活，参观者可以在虚拟的城池中畅游，如图 5‑2[64]所示。
图 5‑2 参观者进入虚拟希腊古城
该项目由希腊世界基金会FHW(Foundation of the Hellenic World)与CVL共同完成。FHW是一个非盈利组织，其任务是保存和再现希腊历史和文化[65]。最初，FHW已将爱奥尼亚古城建模，并用ImmersaDesk[66]和ReaCTOR虚拟环境在博物馆里展示出来，参观者可以在城市上空“飞行”或进入殿堂参观。CVL的加入是为了让该环境体现远程沉浸的特征，让参观者也可以从网络上进行参观：所有来自不同地方的人进入同一个虚拟环境，他们互相之间可以自由交流。为了方便浏览，既可以由真人担任虚拟环境中的向导，也可以指定一个虚拟的向导，“他”能够带领大家到不同地点参观，会说多国语言，还可以根据听众的要求将解说简化或细化[64]。
除了希腊古城外，中国敦煌莫高窟价值连城的壁画也被数字化并用在远程沉浸环境中[67]，如图 5‑3[68]所示。之所以选择它，是因为敦煌被认为是亚欧丝绸之路的起点，而敦煌石窟是人类历史上不可多得的珍宝。该项目于1998年完成，是历史学家、艺术家和计算机科学家协同研究的结晶。
图 5‑3 虚拟的敦煌莫高窟 协同学习环境NICE 备受关注的NICE——叙事式沉浸的建设者及协同环境 (Narrative Immersive Constructionist Collaborative Environments)——是伊利诺州大学芝加哥分校电子可视化实验室EVL和交互计算环境实验室CEL(Interactive Computing Environments Laboratory)合作推出的。NICE是一个探索性质的协同学习环境，专为6至10岁孩子设计[70]。
图 5‑4 一个儿童正在NICE虚拟花园中活动
数据可视化协同分析环境CAVE6D
CAVE6D[73]是CAVE5D与远程沉浸环境CAVERNsort相结合的产物。CAVE5D[72]由弗吉尼亚大学ODU(Old Dominion University)和威斯康星－麦迪威大学WISC(University of Wisconsin-Madison)联合研制的一个可配置虚拟现实应用框架，它是在Vis5D[71]的支持下运作的。Vis5D是一个强大的图形库，能够提供显示三维数字数据的可视化支持，广泛应用于大气、海洋及其他类似模型的可视化中[75]。VERNsort[74]是一个用来建造协作式网络应用的开放源码平台，主要为高吞吐量的协作应用（不一定是CAVE应用）提供网络支持。另外，它还提供了建造远程沉浸应用的专门模块。
图 5‑5 几个参与者就可视化图像的某一区域进行讨论
Thomas Defanti远程沉浸（Tele-immersion）这个术语是在1996年10月，由伊利诺州大学芝加哥分校的电子可视化实验室EVL(Electronic Visualization Laboratory）最早提出来的。远程沉浸建立在高速网络基础上，是协同可视化环境CVE (collaborative virtual environments)、音频、视频会议以及超级计算机及海量数据存贮的有机融合。远程沉浸使分布在各地的使用者能够在相同的虚拟空间协同工作，就像是在同一个房间一样，甚至可以将虚拟环境扩展到全球范围内，创造出“比亲自到那儿还要好”的环境。EVL的负责人Tom DeFanti预测远程沉浸将成为计算网格的关键应用之一。
个人主页：http://www.evl.uic.edu/core.php?mod=4&type=5&indi=10
个人简介回目录
Tom DeFanti (born 1948?) is an American computer graphics researcher and Director, EVL, and Distinguished Professor of Computer Science at the department of Computer Science at the University of Illinois at Chicago. He is an internationally recognized expert in computer graphics since the early 1970s.
Thomas Defanti
Thomas Defanti Biography
DeFanti received a B.A. in Mathematics from Queens College in 1969, a M.S. in Computer Information Science from Ohio State University in 1970, and here three years later in 1973 a Ph.D. in Computer Information Science. He did his PhD work under Charles Csuri in the Computer Graphics Research Group. For his dissertation, he created the GRASS programming language.
In 1973, he joined the faculty of the University of Illinois at Chicago. In the next 20 years at the University, DeFanti has amassed a number of credits, including: use of EVL hardware and software for the computer animation produced for the Star Wars movie.[2] With Daniel J. Sandin, he founded the Circle Graphics Habitat, now known as the Electronic Visualization Laboratory (EVL). DeFanti contributed greatly to the growth of the SIGGRAPH organization and conference. He served as Chair of the group from 1981 to 1985, co-organized early film and video presentations, which became the Electronic Theatre, and in 1979 started the SIGGRAPH Video Review, a video archive of computer graphics research.
DeFanti is a Fellow of the Association for Computing Machinery. He has received the 1988 ACM Outstanding Contribution Award, the 2000 SIGGRAPH Outstanding Service Award, and the UIC Inventor of the Year Award.
Work
DeFanti's research interests have included: virtual environments, digital libraries, scientific visualization, new methodologies for informal science and engineering education, paradigms for information display, televisualization (distributed graphics over networks), algorithm optimization for massively parallel computing, sonification, human/computer interfaces, and abstract mathematical visualization. [2]
Thomas Defanti
Thomas DefantiHis current research interests are in: devices, applications, software, tele-immersion, networking, visualization, education, data mining, cultural heritage and supercomputing.[3]
Electronic Visualization Laboratory
With Daniel J. Sandin, he founded the Circle Graphics Habitat, now known as the Electronic Visualization Laboratory (EVL). Some of the significant work done at EVL includes development of the graphics system for the Bally home computer, co-editing the 1987 NSF-sponsored report Visualization in Scientific Computing, invention of PHSColograms, and invention of the CAVE Automatic Virtual Environment.
Global Lambda Integrated Facility
In 2007 DeFanti is principal investigator of the NSF International Research Network Connections Program TransLight/StarLight award to UIC that provides a persistent 10 Gigabit networking infrastructure between the USA and Europe, and he is co-principal investigator of the NSF OptIPuter cooperative agreement with UCSD.
Thomas Defanti
Thomas DefantiStriving for a more than a decade to connect high-resolution visualization and virtual reality devices over long distances, DeFanti has collaborated with Maxine Brown to lead state, national and international teams to build the most advanced production-quality networks available to scientists, with major NSF funding.
DeFanti is a founding member of GLIF, the Global Lambda Integrated Facility, a global group that manages international switched wavelength networks for research and education. In the USA, DeFanti established the 10 Gigabit Ethernet CAVEwave research network between EVL/StarLight, Seattle/Pacific Northwest GigaPop, and UCSD/Calit2 for OptIPuter and other national/international research uses, which is a model for future high-end science and engineering collaboration infrastructure.[1]
Publications
Books, chapter in books, and article. A selection:
1987. Visualization in Scientific Computing. Edited with Bruce H. McCormick and Maxine D. Brown. ACM Press.
1989. "Computer-Generated Barrier-Strip Autostereography". With others. In: Proceedings of SPIE, Three-Dimensional Visualization and Display Technologies, S S Fisher|W E Robbins, 1083, 65-75, 09/01/1989 - 09/01/1989
1991. "Simulacra/Stimulacra::Fractal". With others. In: Art Futura. 01/01/1991
1994. "Foreword", With Maxine D. Brown. In: Scientific Visualization : Advances and challenges. Lawrence J. Rosenblum (ed.). Academic Press Academic Press, 1994. pp. xv-xvi.
CAVE自动虚拟环境回目录
远程沉浸这个术语是在1996年10月，由伊利诺州大学芝加哥分校的电子可视化实验室EVL (Electronic Visualization Laboratory）最早提出来的。
Tom DeFanti远程沉浸建立在高速网络基础上，是协同可视化环境CVE (collaborative virtual environments)、音频、视频会议以及超级计算机及海量数据存贮的有机融合。远程沉浸使分布在各地的使用者能够在相同的虚拟空间协同工作，就像是在同一个房间一样，甚至可以将虚拟环境扩展到全球范围内，创造出“比亲自到那儿还要好”的环境。EVL的负责人Tom DeFanti预测远程沉浸将成为计算网格的关键应用之一。
远程沉浸与一些研究人员所提到的协同虚拟环境CVE (Collaborative Virtual Environment) 或分布式虚拟环境DVE (Distributed Virtual Environment)是不同的，它使用了更多视频和图像技术，所创造的虚拟环境更为逼真。更重要的是，它将“人/机交互”模式扩展成为“人/机/人协作”模式，不仅提供协同环境，还将对数据库的实时访问、数据挖掘、高性能计算等集成了进来，为科技工作者提供了一种崭新的协同研究模式 。
远程沉浸的基本构想，最早可以追溯到1995年的I-WAY项目。I-WAY为Information Wide Area Year的缩写，它是一个为期一年的研究计划，试验用异步转移模式ATM (asynchronous transfer mode) 宽带网络连接全国范围内的超级计算机中心、虚拟现实研究机构和应用开发机构，在上面试验了约60个应用项目。在圣地亚哥举行的Supercomputing 95年会上，I-WAY对其应用项目作了精彩展示，其中，那些将超级计算机与虚拟现实设备相结合、用共享的虚拟空间推动计算科学协同研究的项目尤其引人注目。虽然相比现在的远程沉浸环境而言，I-WAY还只算是个原型，它的网络服务质量没有保障，带宽不够充足，对人机交互的平台支持不够，但I-WAY开创了一个崭新的局面，之后有50多家研究团体沿着I-WAY所指明的方向，继续研究新的软硬件平台、虚拟现实技术和应用。
在Supercomputing 95上，有一种虚拟现实设备大放异彩，它的名字叫CAVE 自动虚拟环境(CAVE Automatic Virtual Environment)，是由EVL的Carolina Cruz-Neira、Daniel J. Sandin和Tom DeFanti于1991年共同提出的，如图 5‑1所示。
图 5‑1 CAVE虚拟现实环境
CAVE是一个10×10×9英尺的小房间，它的四面和顶上使用高清晰背投产生一个360度的三维立体环境，在该场景中有一个与该人对应的卡通角色(avatar)，它代表真实的人在三维空间活动。人置身其中，头戴一副LCD快门眼镜，两臂绑有电磁跟踪系统，再配以三维环境声音，角色的位置、方向以及举手投足都与真人相同，会让人产生非常逼真的临场感。
应用举例
过去几年里，EVL与十几家合作伙伴一起，开发了一些具有远程沉浸特征的虚拟现实应用[62]，这些应用的典型特征是[58]：
1 它们依据科学计算结果和数据库构造虚拟环境，当参加者沉浸在虚拟环境中时，他们不仅能够看见对方，还能用做手势或说话进行交互，当他们离开时，虚拟环境本身可以随着科学计算和数据的变化仍然存在并继续演化；
2 在虚拟环境中以角色代表，这个角色比人在真实环境中的能力要强得多：它们能够站在分子链可视化图像的某个环节前进行讨论；也能钻进设计好的汽车模型里，体验汽车是否舒适；还能站在云层的顶端，观察风暴的形成。他们既可以让自身像星系一样大，以便纵览宇宙风云；也可以让自己像虫子一样小，以便钻进一个做跌落试验的物品中，并与物品一起跌落，找到防止物品在跌落过程中损坏的办法。
3 人与虚拟环境是交互的，可以通过改变超级计算的参数等手段，动态改变虚拟环境的形成方式。
本节将介绍几个典型的远程沉浸应用。
虚拟历史博物馆
共享的爱奥尼亚(Shared Miletus)项目[63]让2000年前的希腊爱奥尼亚古城复活，参观者可以在虚拟的城池中畅游，如图 5‑2[64]所示。
图 5‑2 参观者进入虚拟希腊古城
该项目由希腊世界基金会FHW(Foundation of the Hellenic World)与CVL共同完成。FHW是一个非盈利组织，其任务是保存和再现希腊历史和文化[65]。最初，FHW已将爱奥尼亚古城建模，并用ImmersaDesk[66]和ReaCTOR虚拟环境在博物馆里展示出来，参观者可以在城市上空“飞行”或进入殿堂参观。CVL的加入是为了让该环境体现远程沉浸的特征，让参观者也可以从网络上进行参观：所有来自不同地方的人进入同一个虚拟环境，他们互相之间可以自由交流。为了方便浏览，既可以由真人担任虚拟环境中的向导，也可以指定一个虚拟的向导，“他”能够带领大家到不同地点参观，会说多国语言，还可以根据听众的要求将解说简化或细化[64]。
除了希腊古城外，中国敦煌莫高窟价值连城的壁画也被数字化并用在远程沉浸环境中[67]，如图 5‑3[68]所示。之所以选择它，是因为敦煌被认为是亚欧丝绸之路的起点，而敦煌石窟是人类历史上不可多得的珍宝。该项目于1998年完成，是历史学家、艺术家和计算机科学家协同研究的结晶。
图 5‑4 一个儿童正在NICE虚拟花园中活动
数据可视化协同分析环境CAVE6D
CAVE6D[73]是CAVE5D与远程沉浸环境CAVERNsort相结合的产物。CAVE5D[72]由弗吉尼亚大学ODU(Old Dominion University)和威斯康星－麦迪威大学WISC(University of Wisconsin-Madison)联合研制的一个可配置虚拟现实应用框架，它是在Vis5D[71]的支持下运作的。Vis5D是一个强大的图形库，能够提供显示三维数字数据的可视化支持，广泛应用于大气、海洋及其他类似模型的可视化中[75]。VERNsort[74]是一个用来建造协作式网络应用的开放源码平台，主要为高吞吐量的协作应用（不一定是CAVE应用）提供网络支持。另外，它还提供了建造远程沉浸应用的专门模块。
图 5‑5 几个参与者就可视化图像的某一区域进行讨论
由于CAVERNsoft的支持，CAVE6D变成了一个远程沉浸环境，如图 5‑5所示。它允许多个用户在虚拟的环境里对超级计算数据进行可视化并与数据进行交互。参与者们不仅以角色的方式进入三维可视化场景中自由漫游，还可以改变可视化参数，如循环矢量、温度、风的速度、鱼群的分布等[75] 。CAVE6D不仅提供了交互式的可视化手段，还提供了让各地参与者协同交流和研究的手段[76]。
参考文献回目录
http://www.evl.uic.edu/core.php?mod=4&type=5&indi=10
http://en.wikipedia.org/wiki/Thomas_A._DeFanti
http://www.supinfo-projects.com/cn/2006/wgjs/5/
http://en.wikipedia.org/wiki/Thomas_A._DeFanti
http://www.supinfo-projects.com/cn/2006/wgjs/5/
