互连网络的发展正在改变着人们的生活方式。虚拟现实技术的发展为计算机系统更加“友好”地为人类服务提供了技术基础。基于互联网技术和虚拟现实技术的分布式虚拟环境技术(DVE, Distributed virtual environments)为人类创造出一个虚拟的世界。人们可以通过计算机和互连网络“透明”地参与到该“虚拟世界”中,自由的进行合作,竞争,交流,以及从事娱乐体验等活动。目前分布式虚拟环境的应用主要体现在分布式交互仿真,协同设计,军事协作训练,网络在线游戏,远程教育,远程医疗,视频会议等方面。但是其未来的应用领域和应用空间非常广阔。分布式虚拟环境技术当前存在的问题主要是当系统规模增大到一定程度,系统负载超过了系统的承受能力,导致系统性能下降。通过扩充系统的硬件设备可以在一定程度上解决该问题,但是该方法又会带来系统硬件成本的上升和系统管理的复杂性。因此通过“软”的技术手段(不增加硬件投入)来进行大规模分布式虚拟环境系统的负载优化和可扩充性研究具有重大的意义。本文的工作主要遵循这一思路来完成,集中在通过利用应用层组播(ALM, Application layer multicast),点对点(P2P,Peer to Peer)思想,兴趣区域(AOI, Area of interest)等技术来设计良好的分布式虚拟环境的体系结构,以优化DVE系统的负载,提高DVE系统的规模可扩充性,为大规模分布式虚拟环境系统的发展提供技术探索。本文具有创新性的工作主要体现为如下部分:(1)针对分布式虚拟环境系统经典的客户/服务器(C/S,Client/Server)结构中的服务器性能瓶颈问题,借鉴P2P任务分布的思想,同时保持C/S结构容易管理的特点,提出了基于代理服务器的服务器负载分担方案,并据此提出了一种动态的DVE复合结构。理论分析和仿真实验证明,该结构可以充分地利用客户端的资源,在减弱中心服务器负载方面具有良好的效果。而中心服务器的存在又保留了经典C/S结构的优点。(2)针对DVE系统通信的一对多和多对多特征,进行了应用层组播技术在DVE交互通信中的应用研究。针对DVE系统实时性要求高的特点,提出了一种新的最小直径组播树启发式算法,并对最小直径组播树算法在考虑节点自身费用和节点度限制时的性能进行了研究。该算法与原有启发式算法相比,在不增加运算复杂度的前提下,可以生成更优化的最小直径树。(3)根据DVE系统中的对象具有AOI这一客观特征以及系统客户分组通信的特征,以优化系统通信负载为目标,研究了基于AOI分组的应用层组播技术,最终提出了基于AOI的多组播树DVE结构。理论分析和仿真实验表明,通过结合AOI技术与应用层组播技术来优化服务器负载,可以有效的提高DVE系统的规模可扩充性。(4)为了解决多组播树DVE结构中根据AOI和虚拟空间位置关系分组造成的网络拓扑随DVE系统对象的动态性而频繁变动问题,提出了以降低拓扑动态变动为目的的动态共享网格结构。该结构可以提高网络拓扑相对于DVE系统动态性的“鲁棒性”,减弱由于网络拓扑的变动带来的通信和控制负载。(5)为了验证理论工作的有效性,设计开发了DVE仿真工具平台。在此平台基础上做了大量的实验验证工作,有力的支持了理论工作的研究。该平台也为将来的研究工作提供了良好的条件。