[发明专利]用一组并行运行的计算资源模拟3D场景的方法、程序和系统

说明书

本发明显著地涉及用于对3D场景进行模拟的计算机实现的方法。模拟是利用一组并行运行的计算资源来执行的。该方法包括：将3D场景划分成多个分区。每个分区被确定大小为满足该组中的一个计算资源的实时计算约束。该方法包括：将多个分区中的每个分区分配给计算资源；计算每个计算资源的负载的估值，并且确定一个或多个计算资源是否过载或欠载；针对每个分区，计算分区对于该分区被分配给的计算资源的负载的贡献；将过载或欠载的计算资源的一个或多个分区重新分配给另一计算资源，重新分配因利用组合优化算法计算出的分区的贡献而产生。

技术领域

本发明涉及计算机程序和系统的领域，以及更具体地，涉及利用一组并行运行的计算资源来模拟3D场景的方法、系统和程序。

背景技术

3D模拟在过去的三十年中在各种且大量受众的用户中得到了巨大成功：从对处于设计阶段的系统在现实中表现如何进行验证的工程师，到探索或展示理论概念的科学家，再到玩视频游戏或享受3D动画片的一般公众。3D模拟在过去的三十年中得到许多演变，并且仍然具有增长的势头。这是为了回应受众对于更复杂且更真实的行为(多刚体动力学、人体模拟、织物模拟、粒子模拟...)的需求，以用于更广泛的群体和对象类型，以及更广泛的规模。

3D模拟必须满足实时需求，更具体地，这在视频游戏产业中是通过开发用于支持大量用户在大规模虚拟世界中进行交互的特定技术而发起的。必须随时向连接的用户提供实时响应，而不管用户的数量如何，并且不管由解决和显现应用而引起的计算成本。

大型多用户在线应用(MMO)允许大量用户同时使用诸如真实世界现象模拟器、沉浸式应用等的应用。类似地，大型多用户在线游戏(MMOG)允许大量游戏玩家同时玩视频游戏。MMO和MMOG显著地依赖计算机网络(例如，互联网)，以允许用户或玩家连接到应用或视频游戏。贯穿本说明书，词语“应用”和“视频游戏”将被理解为是同义的，并且术语MMO和MMOG将无差别地使用。

MMO涉及复杂且庞大的虚拟环境，期望该虚拟环境以尽可能多的细节、尽可能接近实时地显现，以便于向用户或游戏玩家提供更真实的体验。MMO专门设计用于3D场景的表示和操纵，并且典型地在终端用户的计算机上用于需要交互的、连续的、实时的3D场景生成的应用。当用户与3D场景进行交互时，计算机足够快速地重绘3D表示，以向用户传达用户正在其中参与的持续的、不间断的现实的感觉。场景由许多分离的对象组成，这些对象能够由用户在与3D场景交互时进行操纵。因此，MMO涉及大数据量，一般需要高数据速率和高数据复杂度，以便于对在空间复杂且高度详细的虚拟环境中实时参与的大量用户进行管理。

MMO典型地用于在计算机模型内模拟真实世界现象；例如，多刚体动力学、人体模拟、织物模拟、粒子模拟。模拟需要描述真实世界现象的准确的数据和算法，例如，在制造过程中使用的材料以及用于创建过程的模拟和使用中的产品的模拟的产品的物理性质(强度、弹性等)。3D CAD/CAM(计算机辅助设计、计算机辅助制造)工具允许创建产品或部件零件的3D表示。MMO也被称为3D体验，即，其中工程师研究对象的行为的虚拟环境；典型地，所模拟的环境是工业环境。

MMO正如MMOG，必须是可扩展的，以便动态地适应永久变化的工作负载，从而维持实时性能。可扩展性显著地包括能够同时使用应用的用户的数量，用于对模拟进行计算的计算资源的数量，应用所允许的3D场景中的对象之间的同时交互的数量等。

对于MMOG，用户的数量以及所有包含的动态对象的位置属性和图形属性可能显著地变化。尽管如此，在游戏开始之前，针对所有类型的动态对象设置一次周围布景，并且所支持的行为类别是预定义的。换言之，MMOG中的3D场景包括强烈地限制计算资源的需求的多个预确定的特性；从而改进可扩展性。因此，预测计算资源的需求是可能的。

相反，对于先进的MMO，3D场景的布景和群体类型能够演变并且丰富，特别是在应用正在运行时。实际上，MMO旨在对真实世界现象进行模拟，其中，对象的行为是动态的并且排除预定义的行为类。因此，MMO中的3D布景不能像MMOG那样使用预定义的特性。