第一篇：Internet上的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

Internet上的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

隨著Internet的飛速發(fā)展及3D技術(shù)的日益成熟，人們已經(jīng)不滿足Web頁(yè)上二維空間的交互特性，而希望將WWW變成一個(gè)立體空間。今后主頁(yè)上將不再僅僅有圖片文字，而是有類似于《古墓麗影》、《帝國(guó)時(shí)代II》這類游戲的三維場(chǎng)景，主頁(yè)的鏈接也不再是高亮度顯示的圖片和文字，而是在三維空間打開一扇門或者觸摸一個(gè)物體，就進(jìn)入了另一個(gè)主頁(yè)。甚至你在網(wǎng)上還可以有一個(gè)虛擬的自己，就如同操縱萊娜冒險(xiǎn)一樣；上網(wǎng)者互相之間都能相互看到，你可以和逛街一樣瀏覽主頁(yè)，同時(shí)和路上碰到的人打招呼。

WWW上的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是依靠VRML語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn)的，VRML是英文Virtual Reality Modeling Language— 虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言的縮寫。

什么是虛擬現(xiàn)實(shí)？

虛擬現(xiàn)實(shí)是從英文Virtual Reality 一詞翻譯過來的，Virtual 就是虛假的意思，Reality 就是真實(shí)的意思，合并起來就是虛擬現(xiàn)實(shí)，也就是說本來沒有的事物和環(huán)境，通過各種技術(shù)虛擬出來，讓你感覺到就如真實(shí)的一樣。

目前已經(jīng)開發(fā)出來的虛擬現(xiàn)實(shí)再現(xiàn)裝置，在視覺方面有頭盔式立體顯示器等，在聽覺方面有三維音響輸出裝置等，還有力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)感方面有數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣，以及一些語(yǔ)音識(shí)別、眼球運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等裝置，在未來還會(huì)開發(fā)出味覺、嗅覺系統(tǒng)，那時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)將更加真實(shí)了，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也會(huì)更加先進(jìn)了。

虛擬現(xiàn)實(shí)在Internet上的應(yīng)用

遠(yuǎn)程教育：國(guó)內(nèi)外一些高等院校利用VRML2.0語(yǔ)言，成功開發(fā)了基于集成聲音、圖像及其他多媒體技術(shù)的三維空間的遠(yuǎn)程教育中心，它制造了一個(gè)完全立體化的模型，虛擬出真實(shí)的校園環(huán)境，用戶進(jìn)入教育中心如同進(jìn)入真正的學(xué)校一樣，可以進(jìn)行提問、考試等，進(jìn)行實(shí)時(shí)教學(xué)和交流。

商業(yè)應(yīng)用：對(duì)于那些期望與客戶建立直接聯(lián)系的公司，尤其是那些在他們的主頁(yè)上向客戶發(fā)送電子廣告的公司，VRML具有特別的吸引力。VRML有可能讓顧客購(gòu)買商品的感覺最好。百事可樂公司在自己的網(wǎng)站上創(chuàng)建一個(gè)廣告畫面：火星探測(cè)器在火星表面走動(dòng)且發(fā)現(xiàn)了一瓶百事可樂！整個(gè)文件只有12KB，因此能十分方便地配置在一個(gè)普通的Web站點(diǎn)上。美國(guó)Construct公司最近完成了一個(gè)VRML項(xiàng)目，目的是展示VRML作為一個(gè)故事片媒介的優(yōu)勢(shì)。片長(zhǎng)11分鐘，逼真的高分辨率故事畫面占了不到1MB磁盤空間。相似長(zhǎng)度和質(zhì)量的一個(gè)MPEG文件要比它大300倍。

娛樂：網(wǎng)絡(luò)娛樂領(lǐng)域是VRML的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。它能提供良好的多人之間的交互功能，提供更加逼真的虛擬環(huán)境，從而使人們能夠享受其中的樂趣，帶來美好的娛樂感覺。VRML目前正朝著實(shí)時(shí)通信、大規(guī)模用戶交互的方向發(fā)展。

VRML的發(fā)展歷程：

1994年，Mark Pesce和Tony Parisi創(chuàng)建了被稱為L(zhǎng)abyrinth(迷宮)的瀏覽器，這是WWW上3D瀏覽器的早期原型。同年，Mark和Brian Behlendorf創(chuàng)立了VRML 郵遞表WWW－VRML。SGI公司的Gavin Bell注意到了Open Inventor方案很適合作為這樣的規(guī)范，并很快組織了一份提案。經(jīng)過一場(chǎng)激烈的辯論之后，Inventor提案被選定為未來規(guī)范的工作文檔。隨后，Gavin組織制訂了VRML 1.0規(guī)范的草案。此規(guī)范1994年10月在第二屆WWW國(guó)際會(huì)議上公布。之后，VRML 2.0規(guī)范的第一版于1996年8月與人們見面。

1997年12月，VRML作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，并于1998年1月獲得ISO批準(zhǔn)(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ISO/IEC 14772－1:1997)，通常稱為VRML 97。它是VRML 2.0經(jīng)編輯修訂和少量功能性調(diào)整后的結(jié)果。作為ISO/IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，VRML的穩(wěn)定性得到了保證，它將推動(dòng)Internet

上交互式三維應(yīng)用的迅速擴(kuò)展。VRML的下一版本將是VRML 99，估計(jì)正式版本要到1999年年底發(fā)布。

感受網(wǎng)上VRML

在網(wǎng)上VRML技術(shù)倒底是什么樣的呢?帶著這個(gè)疑問，我們?cè)L問了一個(gè)VRML的圖片庫(kù)（http://www.geometrie.tuwien.ac.at/virtual.gallery/vrml/rucube/rucube.wrl），在這里我們找到了一個(gè)VRML的模擬魔方，訪問者不需要任何特殊設(shè)備就能從這個(gè)魔方里了解到VRML技術(shù)的特點(diǎn)。需要說明一下，在瀏覽VRML前請(qǐng)檢查一下你的IE是否安裝了VRML的插件，該插件雖然是IE自帶的，卻不一定已安裝上去了。圖形數(shù)據(jù)非常快就下載下來，魔方可以實(shí)現(xiàn)空間360度旋轉(zhuǎn)，每個(gè)面都可以在鼠標(biāo)的指揮下展現(xiàn)在你的面前，每個(gè)層面還可以旋轉(zhuǎn)，在你的指揮下完成魔方的全部動(dòng)作。然而最神奇的還是這個(gè)魔方跟著你的視角忽遠(yuǎn)忽近、忽左忽右移動(dòng)，感覺就像在玩Quake2！

VRML技術(shù)已經(jīng)走到我們的面前，我們前面描述的種種美好現(xiàn)實(shí)都將在不久的將來實(shí)現(xiàn)，VRML技術(shù)將使我們的Internet更加精彩。

第二篇：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)論文

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述總結(jié)

一、虛擬現(xiàn)實(shí)的概念內(nèi)涵及應(yīng)用領(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又稱“靈境技術(shù)”、“虛擬環(huán)境”、“賽伯空間”等，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，可借助傳感頭盔、數(shù)據(jù)手套等專業(yè)設(shè)備，讓用戶進(jìn)入虛擬空間，實(shí)時(shí)感知和操作虛擬世界中的各種對(duì)象，從而通過視覺、觸覺和聽覺等獲得身臨其境的真實(shí)感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的融合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在廣泛地應(yīng)用于軍事、建筑、工業(yè)仿真、考古、醫(yī)學(xué)、文化教育、農(nóng)業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面，改變了傳統(tǒng)的人機(jī)交換模式。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征可以簡(jiǎn)潔地表征為沉浸性、交互性和構(gòu)想性。? 沉浸性

沉浸性是指用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用難以分辨真假的程度例如可視場(chǎng)景應(yīng)隨著視點(diǎn)的變化而變化甚至超越真實(shí)如生成比現(xiàn)實(shí)更逼真的照明和音響效果等。? 交互性

交互性是指用戶對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度包括實(shí)時(shí)性。例如用戶可以用手直接取虛擬環(huán)境中的物體, 這時(shí)手應(yīng)該有觸摸感, 并可以感覺物體的重量, 場(chǎng)景中被取的物體也立刻能夠隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。? 構(gòu)想性

構(gòu)想是指用戶沉浸在多維信息空間中, 依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位地獲取知識(shí), 發(fā)揮主觀能動(dòng)性, 尋求解答方式, 形成新的概念。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)的硬件設(shè)備與軟件技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，硬件設(shè)備主要由3個(gè)部分組成：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、虛擬世界生成設(shè)備。此外系統(tǒng)還需要虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)。

1、虛擬現(xiàn)實(shí)的輸入設(shè)備

有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的輸入設(shè)備主要分為兩大類：一類是基于自然的交互設(shè)備，用于對(duì)虛擬世界信息的輸入；另一類是三維定位跟蹤設(shè)備，主要用于對(duì)輸入設(shè)備在三維空間中的位置進(jìn)行判定，并送入虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中。

虛擬世界與人進(jìn)行自然交互的實(shí)現(xiàn)形式很多，有基于語(yǔ)音的、基于手的等多種形式，如數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、三維控制器、三維掃描儀等。

手是我們與外界進(jìn)行物理接觸及意識(shí)表達(dá)的最主要媒介，在人機(jī)交互設(shè)備中也

是如此。基于手的自然交互形式最為常見，相應(yīng)的數(shù)字化設(shè)備很多，在這類產(chǎn)品中最為常用的就是數(shù)據(jù)手套。

數(shù)據(jù)手套是美國(guó)VPL公司在1987年推出的一種傳感手套的專有名稱。現(xiàn)在，數(shù)據(jù)手套已成為一種被廣泛使用的傳感設(shè)備。數(shù)據(jù)手套戴在用戶手上，作為一只虛擬的手用于與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行交互，可以在虛擬世界中進(jìn)行物體抓取、移動(dòng)、裝配、操縱、控制等操作，并把手指和手掌伸屈時(shí)的各種姿勢(shì)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過應(yīng)用程序識(shí)別出用戶的手在虛擬世界中操作時(shí)的姿勢(shì)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)手套還必須配有空間位置跟蹤器，檢測(cè)手在空間中的實(shí)際方位及其運(yùn)動(dòng)方向。

2、虛擬現(xiàn)實(shí)的輸出設(shè)備

人置身于虛擬世界中，要體會(huì)到沉浸的感覺，必須讓虛擬世界能模擬人在現(xiàn)實(shí)世界中的多種感受，如視覺、聽覺、觸覺、力覺、痛感、味覺、嗅覺等。

基于目前的技術(shù)水平，成熟和相對(duì)成熟的感知信息的產(chǎn)生和檢測(cè)技術(shù)僅有視覺、聽覺和觸覺（力覺）3種。感知設(shè)備的作用是將虛擬世界中各種感知信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿怂芙邮艿亩嗤ǖ来碳ば盘?hào)，現(xiàn)在主要應(yīng)用的有基于視覺、聽覺和力覺感知的設(shè)備，基于味覺、嗅覺等的設(shè)備有待開發(fā)研究。

3、虛擬現(xiàn)實(shí)的生成設(shè)備

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)是虛擬世界的主要生成設(shè)備，所以有人稱之為“虛擬現(xiàn)實(shí)引擎”，它首先創(chuàng)建出虛擬世界的場(chǎng)景，同時(shí)還必須實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶各種方式的輸入。

通常虛擬世界生成設(shè)備主要分為基于高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)、基于高性能圖形工作站、高度并行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和基于分布式計(jì)算機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)四大類。

① 基于高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要采用普通計(jì)算機(jī)配置圖形加速卡，通常用于桌面式非沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；

② 基于高性能圖形工作站虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一般配備有SUN或SGI公司可視化工作站；

③ 高度并行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用高性能并行體系；

④ 基于分布式計(jì)算機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)則采用網(wǎng)絡(luò)連接的分布式結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

4、虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的目標(biāo)是由計(jì)算機(jī)生成虛擬世界，用戶可以與之進(jìn)行視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等全方位的交互，并且虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。

要實(shí)現(xiàn)這種目標(biāo)，除了需要有一些專業(yè)的硬件設(shè)備外，還必須有較多的相關(guān)技術(shù)及軟件加以保證，特別是在現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度還達(dá)不到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所需要求的情況下，相關(guān)技術(shù)就顯得更加重要。

虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)主要有立體視覺顯示技術(shù)，環(huán)境建模技術(shù)，真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)，三維虛擬聲音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，自然交互與傳感技術(shù)等等。? 立體視覺顯示技術(shù)

人類從客觀世界獲得的信息的80％以上來自視覺，視覺信息的獲取是人類感知外部世界、獲取信息的最主要的傳感通道，視覺通道成為多感知的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。

在視覺顯示技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)立體顯示技術(shù)是較為復(fù)雜與關(guān)鍵的，立體視覺顯示技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)的重要支撐技術(shù)。? 環(huán)境建模技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，營(yíng)造的虛擬環(huán)境是它的核心內(nèi)容，要建立虛擬環(huán)境，首先要建模，然后在其基礎(chǔ)上再進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制、立體顯示，形成一個(gè)虛擬的世界。

虛擬環(huán)境建模的目的在于獲取實(shí)際三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)其應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。只有設(shè)計(jì)出反映研究對(duì)象的真實(shí)有效的模型，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)才有可信度。

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，環(huán)境建模應(yīng)該包括有基于視覺、聽覺、觸覺、力覺、味覺等多種感覺通道的建模。

但基于目前的技術(shù)水平，常見的是三維視覺建模和三維聽覺建模。而在當(dāng)前應(yīng)用中，環(huán)境建模一般主要是三維視覺建模，這方面的理論也較為成熟。

三維視覺建模又可細(xì)分為幾何建模、物理建模、行為建模等。

1)幾何建模是基于幾何信息來描述物體模型的建模方法，它處理物體的幾何形狀的表示，研究圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本問題； 2)物理建模涉及物體的物理屬性；

3)行為建模反映研究對(duì)象的物理本質(zhì)及其內(nèi)在的工作機(jī)理。? 真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的虛擬世界，僅有立體顯示技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，虛擬現(xiàn)實(shí)中還有真實(shí)感與實(shí)時(shí)性的要求，也就是說虛擬世界的產(chǎn)生不僅需要真實(shí)的立體感，而且虛擬世界還必須實(shí)時(shí)生成，這就必須要采用真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)。

所謂真實(shí)感繪制是指在計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界場(chǎng)景的過程。真實(shí)感繪制的主要任務(wù)是要模擬真實(shí)物體的物理屬性，即物體的形狀、光學(xué)性質(zhì)、表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置、遮擋關(guān)系等等。三維虛擬聲音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中加入與視覺并行的三維虛擬聲音，一方面可以在很大程度上增強(qiáng)用戶在虛擬世界中的沉浸感和交互性，另一方面也可以減弱大腦對(duì)于視覺的依賴性，降低沉浸感對(duì)視覺信息的要求，使用戶能從既有視覺感受又有聽覺感受的環(huán)境中獲得更多的信息。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展望

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)依賴于計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算和傳輸。高速運(yùn)算和傳輸能解決虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的復(fù)雜逼真的環(huán)境構(gòu)造和海量數(shù)據(jù)處理的問題，從而解決因計(jì)算和傳輸滯后引起參與者的心理疾病。

虛擬體的基本屬性是與幾何、物理和生物行為融合的。再好的真實(shí)感也離不開虛擬體的仿真行為。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的真實(shí)感主要體現(xiàn)在視覺和聽覺上，“多感知交互”正在成為熱點(diǎn)。對(duì)力反饋系統(tǒng)的進(jìn)一步研究、嗅覺、味覺和體表感受都是未來虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容。基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實(shí)伴隨互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而成為熱點(diǎn)。

我國(guó)的虛擬軟件還處于起步的階段，希望國(guó)內(nèi)有更多的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的開發(fā)平臺(tái)。

廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域又向虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提出了新的創(chuàng)意和難題，應(yīng)進(jìn)一步推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展僅限于人們的想象力。

五、論文小結(jié)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)極具潛力的前沿研究方向，是面向21世紀(jì)的重要技術(shù)之一。

它在理論，軟硬件環(huán)境的研究方面依賴于多種技術(shù)的綜合，其中有很多技術(shù)有待完善。可以預(yù)見，隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

本論文概述了虛擬現(xiàn)實(shí)的定義、硬件、軟件和應(yīng)用，并對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和應(yīng)用的新熱點(diǎn)做了展望，最后對(duì)學(xué)習(xí)“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”這部分知識(shí)進(jìn)行了總結(jié)。

任雨佳 1205170202 計(jì)本1202班

第三篇：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)論文

云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)論文（設(shè)計(jì)）

題目 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 學(xué)院 旅游與地理科學(xué)學(xué)院 專業(yè) 測(cè)繪工程

學(xué)號(hào) 1443206000215 班級(jí) 14測(cè)繪工程 姓名 黃 興 旺

《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：1443206000215

2016-2017年第一學(xué)期

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念與特征 ········································································································ 3

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的概念 ················································································································· 3

1.1.1關(guān)于Virtual的釋義 ································································································· 3 1.1.2關(guān)于Reality的釋義 ································································································· 3 1.1.3我國(guó)對(duì)Virtual Reality的翻譯 ················································································· 3 1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義 ········································································································· 4

1.2.1狹義虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義 ······················································································ 4 1.2.2廣義虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義 ······················································································ 4 1.2.3有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的其他定義 ·············································································· 5 1.3虛擬現(xiàn)實(shí)的特征和類型 ····································································································· 5

1.3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征 ······························································································ 5 1.3.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的類型 ······························································································ 5

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及的關(guān)鍵技術(shù)與問題 ························································································ 6

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) ································································································· 6 2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幾個(gè)瓶頸問題 ························································································· 7 3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ································································································ 8

3.1國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究現(xiàn)狀 ····························································································· 8

3.1.1美國(guó)·························································································································· 8 3.1.2歐洲·························································································································· 9 3.1.3亞洲·························································································································· 9 3.2國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 ······················································································· 10 4.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用 ·················································································································· 12 4.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 ······························································································· 12 4.1.1軍事領(lǐng)域 ················································································································ 12 4.1.2醫(yī)學(xué)························································································································ 13 4.1.3教育························································································································ 14 4.1.4工程領(lǐng)域 ················································································································ 14 4.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用案例 ······························································································· 15 5.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的未來展望 ·········································································································· 18 6.總結(jié) ············································································································································· 19

《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

摘要虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality, VR)技術(shù)是近年來新興的借助計(jì)算機(jī)及最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的人機(jī)交互手段,其核心是建模與仿真。概括介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念、特征及原理,涉及的關(guān)鍵技術(shù),研究狀況,應(yīng)用領(lǐng)域與前景展望.關(guān)鍵字虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),VR,研究現(xiàn)狀,相關(guān)應(yīng)用,信息安全

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念與特征

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

1989年，美國(guó)VPA（Virtual Programming Language）公司的創(chuàng)作者之一Lanier首先提出“VirtualReality”這個(gè)稱謂，引發(fā)了科學(xué)界對(duì)這一術(shù)語(yǔ)的關(guān)注和研究。

1.1.1關(guān)于Virtual的釋義

首先從VR這個(gè)詞上進(jìn)行分析，VirtualReality（VR）中的Virtual是形容詞，Reality是名詞，Virtual是修飾Reality的。

雖然不存在，但效果感覺存在；盡管事實(shí)并非如此，但就某些效果而言，也可以感覺是這樣的。

1.1.2關(guān)于Reality的釋義

VirtualReality中Reality為名詞，Reality它更為復(fù)雜。

很多書籍表明，Reality具有實(shí)質(zhì)的狀態(tài)或者性質(zhì)，是真實(shí)的實(shí)際存在著，而不是僅具有表象的事物（或衍生物）。Reality表達(dá)的是世界上存在的一切事物。

1.1.3我國(guó)對(duì)VirtualReality的翻譯

我過學(xué)者和翻譯家對(duì)VirtualReality有很多種不同的認(rèn)識(shí)，譯名也有多種多樣。有翻譯為“虛真實(shí)”、“臨境”、“靈境”、“電象”的，也有譯為“虛擬真實(shí)”、“虛擬鏡像”和“虛擬現(xiàn)實(shí)”的。隨著對(duì)VirtualReality的認(rèn)識(shí)不斷加深入，以及VirtualReality研究的拓展和研究事業(yè)的轉(zhuǎn)換，國(guó)內(nèi)學(xué)者根據(jù)自己的理解對(duì)VirtualReality給予了不同的理解。《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

有人認(rèn)為世界的現(xiàn)象是現(xiàn)實(shí)，但不一定實(shí)在。“實(shí)在”在不同的條件和場(chǎng)合下將展開不同的現(xiàn)實(shí)，大至虛擬世界，虛擬城市，虛擬企業(yè)，虛擬圖書館等；小到虛擬分子，虛擬細(xì)胞等等。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)人機(jī)接口技術(shù)多媒體技術(shù)傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等方面。模擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應(yīng)該具有一切人所具有的感知。除計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運(yùn)動(dòng)等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，眼睛、手勢(shì)、或其他人體行為動(dòng)作，由計(jì)算機(jī)來處理與參與者的動(dòng)作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)用戶的輸入作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，并分別反饋到用戶的五官。傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。

1.2.1狹義虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義

1990年在美國(guó)達(dá)拉斯召開的SIGGRAPH國(guó)際會(huì)議上，明確了VR的上要技術(shù)構(gòu)成，即三維計(jì)算機(jī)圖形生成技術(shù)、多功能傳感式交互式接口技術(shù)及高分辨率的告訴顯示技術(shù)。VR技術(shù)系統(tǒng)主要包括，（1）輸入輸出設(shè)備，如頭盔式顯示器、立體耳機(jī)、頭部跟蹤系統(tǒng)以及數(shù)字手套；（2）虛擬環(huán)境及其軟件，用以描述具體的虛擬環(huán)境等動(dòng)態(tài)特性、結(jié)構(gòu)以及交互式規(guī)則；（3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及圖形、聲音合成設(shè)備等外部設(shè)備三個(gè)主要部分。

1.2.2廣義虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義

所謂廣義VR技術(shù)的定義，認(rèn)為VR技術(shù)是對(duì)虛擬想象或真實(shí)的、多感官的三維虛擬世界模擬。換而言之，是計(jì)算機(jī)技術(shù)所創(chuàng)建的三維環(huán)境，這個(gè)環(huán)境可以是虛擬想象的三維環(huán)境（三維可視化的），也可以是對(duì)真實(shí)世界的三維模擬，是一個(gè)既是物理又是心里的空間，它的本質(zhì)應(yīng)該是“人類想象力付諸實(shí)施的想象空間”，是對(duì)人所處的自然真實(shí)環(huán)境的空間特性以及時(shí)間特性的一種擴(kuò)展。VR不僅僅是一種人機(jī)接口，更主要的是對(duì)虛擬世界內(nèi)部的模擬。人機(jī)交互接口采用VR的方式，對(duì)某個(gè)特定環(huán)境真實(shí)再現(xiàn)后，用戶通過自然的方式接受或響應(yīng)模擬環(huán)境的各種感官刺激，與虛擬世界中的任何物體進(jìn)行思想和行為等方面的交流，使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺。《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

1.2.3有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的其他定義

有一些書上表明，VR是一種高端人機(jī)接口，包括通過聽覺、視覺、觸覺、嗅覺和味覺等多種感覺通道的實(shí)時(shí)模擬和實(shí)時(shí)交換。

也有一些我國(guó)學(xué)者指出，VR技術(shù)使體驗(yàn)者通過傳感器進(jìn)入虛擬世界，讓體驗(yàn)者發(fā)生感觸，沉浸其中。這個(gè)虛擬世界可以說是純粹虛構(gòu)空間，也可以是現(xiàn)實(shí)世界的虛擬再現(xiàn)。

1.3虛擬現(xiàn)實(shí)的特征和類型

1.3.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)又稱靈境技術(shù)是利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，便可以進(jìn)入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，感知和操作虛擬世界中的各種對(duì)象，從而獲得身臨其境的感受和體會(huì)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下五個(gè)主要特征：

（1）沉浸性使之所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境能使學(xué)生產(chǎn)生“身臨其境”感覺，使其相信在虛擬環(huán)境中人也是確實(shí)存在的，而且在操作過程中它可以自始至終的發(fā)揮作用，就像真正的客觀世界一樣。

（2）交互性是在虛擬環(huán)境中，學(xué)生如同在真實(shí)的環(huán)境中一樣與虛擬環(huán)境中的任務(wù)、事物發(fā)生交互關(guān)系，其中學(xué)生是交互的主體，虛擬對(duì)象是交互的客體，主體和客體之間的交互是全方位的。

（3）構(gòu)想性是虛擬現(xiàn)實(shí)是要能啟發(fā)人的創(chuàng)造性的活動(dòng)，不僅要能使沉浸于此環(huán)境中的學(xué)生獲取新的指示，提高感性和理性認(rèn)識(shí)，而且要能使學(xué)生產(chǎn)生新的構(gòu)思。

（4）動(dòng)作性是指學(xué)生能以客觀世界的實(shí)際動(dòng)作或以人類實(shí)際的方式來操作虛擬系統(tǒng)，讓學(xué)生感覺到他面對(duì)的是一個(gè)真實(shí)的環(huán)境。

（5）自主性是虛擬世界中物體可按各自的模型和規(guī)則自主運(yùn)動(dòng)。

1.3.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的類型

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類，通常分為以下四類：

1、桌面虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)工作站進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶 《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

觀察虛擬境界的一個(gè)窗口。通過各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)世界的充分交互，這些外部設(shè)備包括鼠標(biāo)，追蹤球，力矩球等。它要求參與者使用輸入設(shè)備，通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時(shí)參與者缺少完全的沉浸，因?yàn)樗匀粫?huì)受到周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，但是成本也相對(duì)較低，因而，應(yīng)用比較廣泛。常見桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)QuickTime VR、虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言VRML、桌面三維虛擬現(xiàn)實(shí)、MUD等。

2、沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)

高級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。

3、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無法感知或不方便的感受。典型的實(shí)例是戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)，從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)或?qū)Ш狡睢?/p>

4、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

如果多個(gè)用戶通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實(shí)則提升到了一個(gè)更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。在分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)用戶可通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，以達(dá)到協(xié)同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過網(wǎng)絡(luò)連接而成，用于部隊(duì)的聯(lián)合訓(xùn)練。通過SIMNET，位于德國(guó)的仿真器可以和位于美國(guó)的仿真器一樣運(yùn)行在同一個(gè)虛擬世界，參與同一場(chǎng)作戰(zhàn)演習(xí)。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及的關(guān)鍵技術(shù)與問題

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

1、動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)，它包括實(shí)現(xiàn)環(huán)境三維數(shù)據(jù)獲取方法、非接觸式視覺建模技 《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

術(shù)等等。

2、實(shí)時(shí)、現(xiàn)實(shí)三維動(dòng)畫技術(shù)，即實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫生成技術(shù)。

3、立體現(xiàn)實(shí)和傳感技術(shù)，它包括頭盔式三維立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、力覺和觸覺傳感器技術(shù)的研究。

4、快速、高精度的三維跟蹤技術(shù)

5、系統(tǒng)集成技術(shù)，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別與合成技術(shù)等等。

2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幾個(gè)瓶頸問題

(1)虛擬環(huán)境表示的準(zhǔn)確性。為使虛擬環(huán)境與客觀世界相一致，需要對(duì)其中種類繁多、構(gòu)形復(fù)雜的信息做出準(zhǔn)確、完備的描述。同時(shí)，需要研究高效的建模方法，重建其演化規(guī)律以及虛擬對(duì)象之間的各種相互關(guān)系與相互作用。

(2)虛擬環(huán)境感知信息合成的真實(shí)性。抽象的信息模型并不能直接為人類所直接感知，這就需要研究虛擬環(huán)境的視覺、聽覺、力覺和觸覺等感知信息的合成方法，重點(diǎn)解決合成信息的高保真性和實(shí)時(shí)性問題，以提高沉浸感。

(3)人與虛擬環(huán)境交互的自然性。合成的感知信息實(shí)時(shí)地通過界面?zhèn)鬟f給用戶，用戶根據(jù)感知到的信息對(duì)虛擬環(huán)境中事件和態(tài)勢(shì)做出分析和判斷，并以自然方式實(shí)現(xiàn)與虛擬環(huán)境的交互。這就需要研究基于非精確信息的多通道人機(jī)交互模式和個(gè)性化的自然交互技術(shù)等，以提高人機(jī)交互效率。

(4)實(shí)時(shí)顯示問題。盡管理論上講能夠建立起高度逼真的，實(shí)時(shí)漫游的VR，但至少現(xiàn)在來講還達(dá)不到這樣的水平。這種技術(shù)需要強(qiáng)有力的硬件條件的支撐，例如速度極快的圖形工作站和三維圖形加速卡，但目前即使是最快的圖形工作站也不能產(chǎn)生十分逼真，同時(shí)又是實(shí)時(shí)交互的VR。其根本原因是因?yàn)橐肓擞脩艚换ィ枰獎(jiǎng)討B(tài)生成新的圖形時(shí)，就不能達(dá)到實(shí)時(shí)要求，從而不得不降低圖形的逼真度以減少處理時(shí)間，這就是所謂的景物復(fù)雜度問題。

(5)圖形生成。圖形生成是虛擬現(xiàn)實(shí)的重要瓶頸，虛擬現(xiàn)實(shí)最重要的特性是人可以在隨意變化的交互控制下感受到場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)特性，換句話說，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)要求隨著人的活動(dòng)(位置、方向的變化)即時(shí)生成相應(yīng)的圖形畫面。

(6)智能技術(shù)(Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI)。在VR中，計(jì)算機(jī)是從人的各種動(dòng)作，語(yǔ)言等變化中獲得信息，要正確理解這些信息，需要借助于AI技術(shù)來解決，如語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言理解等，這些智能接口領(lǐng)域的研究課題是VR技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是VR技術(shù)的難點(diǎn)。本質(zhì)上，上述6個(gè)問題的解決使得用戶能夠 《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

身臨其境地感知虛擬環(huán)境，從而達(dá)到探索、認(rèn)識(shí)客觀事物的目的。概括地說，圍繞著虛擬現(xiàn)實(shí)展開的研究都是圍繞著這6個(gè)基本問題的。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究現(xiàn)狀

3.1.1美國(guó)

美國(guó)是VR技術(shù)的發(fā)源地。美國(guó)VR研究技術(shù)的水平基本上就代表國(guó)際VR發(fā)展的水平。目前美國(guó)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方面。

美國(guó)宇航局的Ames實(shí)驗(yàn)室：將數(shù)據(jù)手套工程化，使其成為可用性較高的產(chǎn)品。在約翰遜空間中心完成空間站操縱的實(shí)時(shí)仿真。大量運(yùn)用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的仿真。現(xiàn)在正致力于一個(gè)叫“虛擬行星探索”（VPE）的試驗(yàn)計(jì)劃。現(xiàn)在NASA己經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護(hù)VR訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站VR訓(xùn)練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國(guó)使用的VR教育系統(tǒng)。

北卡羅來納大學(xué)（UNC）的計(jì)算機(jī)系是進(jìn)行VR研究最早最著名的大學(xué)。他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。

Loma Linda大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的David Warner博士和他的研究小組成功地將計(jì)算機(jī)圖形及VR的設(shè)備用于探討與神經(jīng)疾病相關(guān)的問題，首創(chuàng)了VR兒科治療法。

麻省理工學(xué)院（MIT）是研究人工智能、機(jī)器人和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及動(dòng)畫的先鋒，這些技術(shù)都是VR技術(shù)的基礎(chǔ)，1985年MIT成立了媒體實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。

SRI研究中心建立了“視覺感知計(jì)劃”，研究現(xiàn)有VR技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。1991年后，SRI進(jìn)行了利用VR技術(shù)對(duì)軍用飛機(jī)或車輛駕駛的訓(xùn)練研究，試圖通過仿真來減少飛行事故。

華盛頓大學(xué)華盛頓技術(shù)中心的人機(jī)界面技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（HIT Lab）將VR研究引入了教育、設(shè)計(jì)、娛樂和制造領(lǐng)域。伊利諾斯州立大學(xué)研制出在車輛設(shè)計(jì)中支持遠(yuǎn)程協(xié)作的分布式VR系統(tǒng)。《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

喬治梅森大學(xué)研制出一套在動(dòng)態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。從90年代初起，美國(guó)率先將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，主要用于以下四個(gè)方面：一是虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。二是進(jìn)行單兵模擬訓(xùn)練。三是實(shí)施諸軍兵種聯(lián)合演習(xí)。四是進(jìn)行指揮員訓(xùn)練。

3.1.2歐洲

在歐洲，英國(guó)在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備(包括觸覺反饋)設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面，在歐洲來說是領(lǐng)先的。英國(guó)Bristol公司發(fā)現(xiàn)，VR應(yīng)用的交點(diǎn)應(yīng)集中在整體綜合技術(shù)上，他們?cè)谲浖陀布哪承╊I(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。英國(guó)ARRL公司關(guān)于遠(yuǎn)地呈現(xiàn)的研究實(shí)驗(yàn)，主要包括VR重構(gòu)問題。他們的產(chǎn)品還包括建筑和科學(xué)可視化計(jì)算。

歐洲其它一些較發(fā)達(dá)的國(guó)家如：荷蘭、德國(guó)、瑞典等也積極進(jìn)行了VR的研究與應(yīng)用。

瑞典的DIVE分布式虛擬交互環(huán)境，是一個(gè)基于Unix的，不同節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)進(jìn)程可以在同一世界中工作的異質(zhì)分布式系統(tǒng)。

荷蘭海牙TNO研究所的物理電子實(shí)驗(yàn)室(TNO-PEL)開發(fā)的訓(xùn)練和模擬系統(tǒng)，通過改進(jìn)人機(jī)界面來改善現(xiàn)有模擬系統(tǒng)，以使用戶完全介入模擬環(huán)境。

德國(guó)在VR的應(yīng)用方面取得了出乎意料的成果。在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面，一是用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、降低成本，避免新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)；二是產(chǎn)品演示，吸引客戶爭(zhēng)取定單；三是用于培訓(xùn)，在新生產(chǎn)設(shè)備投入使用前用虛擬工廠來提高工人的操作水平。

2008年10月27-29日在法國(guó)舉行的ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology大會(huì)，整體上促進(jìn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的深入發(fā)展。

3.1.3亞洲

在亞洲，日本虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究發(fā)展十分迅速，同時(shí)韓國(guó)、新加坡等國(guó)家也在積極開展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面的研究工作。

在當(dāng)前實(shí)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與開發(fā)中日本是居于領(lǐng)先地位的國(guó)家之一，主要致力于建立大規(guī)模VR知識(shí)庫(kù)的研究。另外在虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲方面的研究也做了很多工作。

東京技術(shù)學(xué)院精密和智能實(shí)驗(yàn)室研究了一個(gè)用于建立三維模型的人性化界面。《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

NEC公司開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它能讓操作者都使用“代用手”去處理三維CAD中的形體模型，該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)手套把對(duì)模型的處理與操作者手的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。

京都的先進(jìn)電子通信研究所（ATR）正在開發(fā)一套系統(tǒng)，它能用圖像處理來識(shí)別手勢(shì)和面部表情，并把它們作為系統(tǒng)輸入。

日本國(guó)際工業(yè)和商業(yè)部產(chǎn)品科學(xué)研究院開發(fā)了一種采用X、Y記錄器的受力反饋裝置。

東京大學(xué)的高級(jí)科學(xué)研究中心將他們的研究重點(diǎn)放在遠(yuǎn)程控制方面，最近的研究項(xiàng)目是主從系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使用戶控制遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)和一個(gè)模擬人手的隨動(dòng)機(jī)械人手臂。

東京大學(xué)原島研究室開展了3項(xiàng)研究：人類面都表情特征的提取、三維結(jié)構(gòu)的判定和三維形狀的表示、動(dòng)態(tài)圖像的提取。

東京大學(xué)廣瀨研究室重點(diǎn)研究虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化問題。為了克服當(dāng)前顯示和交互作用技術(shù)的局限性，他們正在開發(fā)一種虛擬全息系統(tǒng)。

筑波大學(xué)研究一些力反饋顯示方法，開發(fā)了九自由度的觸覺輸入器，虛擬行走原型系統(tǒng)。

富士通實(shí)驗(yàn)室有限公司正在研究虛擬生物與VR環(huán)境的相互作用。他們還在研究虛擬現(xiàn)實(shí)中的手勢(shì)識(shí)別，已經(jīng)開發(fā)了一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)姿勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以識(shí)別姿勢(shì)，也可以識(shí)別表示詞的信號(hào)語(yǔ)言。

3.2國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)VR技術(shù)還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，制定了開展VR技術(shù)的研究。九五規(guī)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把VR列入了研究項(xiàng)目。在緊跟國(guó)際新技術(shù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。國(guó)內(nèi)最早開展此項(xiàng)技術(shù)試驗(yàn)的是掛靠在西北工業(yè)大學(xué)電子工程系的西安虛擬現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)研究中心。該中心的成立，對(duì)發(fā)揮學(xué)校電子信息工程學(xué)院等其他院系和研究所在虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬仿真與虛擬制造等方面的研究?jī)?yōu)勢(shì)將具有積極作用。

北京科技大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室成功開發(fā)出了純交互式汽車模擬駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)。由于開發(fā)出的三維圖形非常逼真,虛擬環(huán)境與真實(shí)的駕駛環(huán)境幾乎沒有什么差別,因此投入使用后效果良好。到目前為止,已經(jīng)有150余人通過這個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)取得駕駛執(zhí)照,路考通過率達(dá)到98％。《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

國(guó)防科技大學(xué)研制的虛擬空間會(huì)議系統(tǒng)1999年12月在長(zhǎng)沙通過專家鑒定。虛擬空間會(huì)議系統(tǒng)隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展而被提出，是國(guó)際上公認(rèn)的前沿性高難度課題，具有“終極會(huì)議系統(tǒng)” 之稱。國(guó)防科技大學(xué)于1995年開始進(jìn)行前期研究，1997年正式立項(xiàng)，研究人員經(jīng)過5年的艱苦探索，大膽創(chuàng)新，終于解決了對(duì)象提取、三維虛擬對(duì)象、會(huì)場(chǎng)合成、場(chǎng)景感知、視音頻壓縮與傳輸及高分辨率顯示等一系列關(guān)鍵技術(shù)，使中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)獲得突破性進(jìn)展。虛擬會(huì)議空間通過多個(gè)大屏幕投影機(jī)無縫組成虛擬會(huì)場(chǎng)顯示環(huán)境，采用視頻合成技術(shù)構(gòu)造一個(gè)超高分辨率、寬視角、一體化的虛擬會(huì)議空間，實(shí)現(xiàn)了與會(huì)者之間相互關(guān)注及對(duì)會(huì)場(chǎng)虛擬場(chǎng)景的感知等普通多媒體會(huì)議系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的功能。在虛擬會(huì)議空間系統(tǒng)中，所有與會(huì)者仿佛在同一個(gè)會(huì)議室開會(huì)，每個(gè)與會(huì)者所處的空間位置、行為動(dòng)作及面部表情都能相互感知，并能通過多種形式進(jìn)行信息交流。發(fā)言人也可通過對(duì)每個(gè)與會(huì)者的反應(yīng)和提出的問題，調(diào)整講話內(nèi)容、回答有關(guān)問題。

北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系也是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)知識(shí)方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺接口方面開發(fā)出部分硬件，并提出有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法；實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實(shí)研究論壇，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境，提供用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，并將要實(shí)現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接。

浙江大學(xué)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)，采用了層面迭加繪制技術(shù)和預(yù)消隱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了立體視覺，同時(shí)還提供了方便的交互工具，使整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和畫面的真實(shí)感都達(dá)到了較高的水平。另外，他們還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)已經(jīng)成功地虛擬出了人的高級(jí)行為中特定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動(dòng)的合成等技術(shù)問題，并正在研究人說話時(shí)頭勢(shì)和手勢(shì)動(dòng)作，話音和語(yǔ)調(diào)的同步等。

清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)系對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場(chǎng)感的方面進(jìn)行了研究，例如球面屏幕顯示和圖像隨動(dòng)、克服立體圖閃爍的措施和深度感實(shí)驗(yàn)等方面都具有不少獨(dú)特的方法。他們還針對(duì)室內(nèi)環(huán)境水平特征豐富的特點(diǎn)，提出借助圖像變換，使立體視覺圖像中對(duì)應(yīng)水平特征呈現(xiàn)形狀一致性，以利于實(shí)現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三堆結(jié)構(gòu)的新穎算法。

西安交通大學(xué)信息工程研究所對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)中的關(guān)鍵技術(shù)——立體顯示技術(shù)進(jìn)行了研究。他們?cè)诮梃b人類視覺特性的基礎(chǔ)上提出了一種基于JPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼新方 《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

案，并獲得了較高的壓縮比、信噪比以及解壓速度，并且己經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種方案的優(yōu)越性。

中國(guó)科技開發(fā)院威海分院主要研究虛擬現(xiàn)實(shí)中視覺接口技術(shù)，完成了虛擬現(xiàn)實(shí)中的體視圖像對(duì)算法回顯及軟件接口。他們?cè)谟布拈_發(fā)上己經(jīng)完成了LCD紅外立體眼鏡，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化。

北方工業(yè)大學(xué)CAD研究中心是我國(guó)最早開展計(jì)算機(jī)動(dòng)畫研究的單位之一，中國(guó)第一部完全用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)制作的科教片《相似》就出自該中心。關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)的研究已經(jīng)完成了2個(gè)“863”項(xiàng)目，完成了體視動(dòng)畫的自動(dòng)生成部分算法與合成軟件處理，完成了VR圖像處理與演示系統(tǒng)的多媒體平臺(tái)及相關(guān)的音頻資料庫(kù)，制作了一些相關(guān)的體視動(dòng)畫光盤。

另外，北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院、西北工業(yè)大學(xué)CAD/CAM研究中心、上海交通大學(xué)圖像處理模式識(shí)別研究所，長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所、華東船舶工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)系、安徽大學(xué)電子工程與住處科學(xué)系等單位也進(jìn)行了一些研究工作和嘗試。

4.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

4.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛,它可以用于軍事、教育訓(xùn)練、設(shè)計(jì)規(guī)劃、產(chǎn)品建模、心理學(xué)治療及藝術(shù)與娛樂等多方面。

4.1.1軍事領(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成為軍事和航天領(lǐng)域的先鋒技術(shù)虛擬技術(shù)最初是美國(guó)航空航天局與軍事部門為了模擬訓(xùn)練而開發(fā)的。現(xiàn)在廣泛用于各兵種部隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)研究、演習(xí)、模擬訓(xùn)練和培訓(xùn)等,戰(zhàn)斗實(shí)驗(yàn)室已成為數(shù)控戰(zhàn)士的戰(zhàn)場(chǎng)。“司令部軍事演習(xí)”也已成為一種軍事演習(xí)的重要形式,這類演習(xí)可用于為未來戰(zhàn)爭(zhēng)組織裝備、主導(dǎo)原則和綜合訓(xùn)練等決策提供參考數(shù)據(jù)。美國(guó)航空航天局埃姆斯研究中心還建立了一座虛擬實(shí)驗(yàn)室,它所擁有的飛機(jī)模型器無論從規(guī)模上還是從逼真程度來看都處于世界之最,主要用于研究現(xiàn)在的或擬議中的飛機(jī)飛行控制、制導(dǎo)、座艙顯示、自動(dòng)化和操縱的品質(zhì),它能夠獲得有關(guān)飛機(jī)性能的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和視圖,并且航空研究人員和設(shè)計(jì)師坐在家里就可以“進(jìn)入”該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作,其靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)在的任何其他此類研究手段。《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用,被廣泛的應(yīng)用于軍事訓(xùn)練、武裝裝備的研究和生產(chǎn)以及軍事教育等各個(gè)方面。目前的軍事模擬訓(xùn)練大多是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中,美國(guó)士兵原本對(duì)周邊環(huán)境非常陌生,是虛擬

現(xiàn)實(shí)技術(shù)把他們帶到那漫無邊際的風(fēng)塵黃沙中,讓他們“身臨其境”感受到大漠的荒涼。英國(guó)國(guó)防部向外界公開了全世界最大和最精確地模擬作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)“合成兵戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練師”,由170輛全面聯(lián)網(wǎng)的高技術(shù)戰(zhàn)車模擬器組成,全面革新了裝甲戰(zhàn)斗集群的戰(zhàn)術(shù)仿真訓(xùn)練。NASA虛擬工作站是美國(guó)航空航天局與軍事部門為了模擬訓(xùn)練而開發(fā)的。美國(guó)陸軍的自動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)室CAVE是一個(gè)典型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。至2000年,美國(guó)陸軍已擁有一個(gè)包括綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)環(huán)境所用作戰(zhàn)單元CCTT的模擬仿真器。目前美國(guó)正在開發(fā)空軍的任務(wù)支援系統(tǒng)(AFMSS)和海軍的特種作戰(zhàn)部隊(duì)計(jì)劃和演習(xí)系統(tǒng)(SOFPARS)。我國(guó)趙沁平教授從1996年開始研究“分布式虛擬環(huán)境”,在863計(jì)劃的資助下,以北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系為系統(tǒng)集成單位,中科院軟件所、國(guó)防科技大學(xué)等單位為關(guān)鍵技術(shù)單位,包括合成環(huán)境、虛擬士兵、武器等研究,目前已達(dá)到美國(guó)同類產(chǎn)品的水平。

4.1.2醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

2003年年初,我國(guó)第一軍醫(yī)大學(xué)宣布完成了國(guó)內(nèi)首例女虛擬人的數(shù)據(jù)采集,獲得了8556個(gè)切片,切片間距為0.2 mm,而美國(guó)人公布的切片間距為男性1 mm、女性0.33 mm。切片精度對(duì)于獲取數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量至關(guān)重要,因?yàn)榍衅Ｊ菙?shù)字化虛擬人研究的基礎(chǔ),但又不是全部。國(guó)家863計(jì)劃“數(shù)字化虛擬人體若干關(guān)鍵技術(shù)”課題組組長(zhǎng)李華博士解釋說“目前我們所完成的還不是真正意義上的虛擬人,準(zhǔn)確的提法是可視人,而且現(xiàn)階段還是在探索數(shù)字化虛擬人的關(guān)鍵技術(shù),還不可能完成虛擬人”。從1989年美國(guó)國(guó)立醫(yī)院圖書館發(fā)起的可視人計(jì)劃,到1996年美國(guó)橡樹林國(guó)家實(shí)驗(yàn)室牽頭醞釀的虛擬人創(chuàng)新計(jì)劃,1999年美國(guó)橡樹林國(guó)家實(shí)驗(yàn)室向國(guó)會(huì)提出的虛擬人計(jì)劃,再到我國(guó)的數(shù)字化虛擬人計(jì)劃,其真正的目的是設(shè)想構(gòu)建能對(duì)外界有反應(yīng)的“物理人”,即會(huì)像真人一樣對(duì)外界有反應(yīng);骨頭會(huì)斷、血管會(huì)出血。比如說,在作汽車碰撞試驗(yàn)時(shí),“虛擬人”可以提供人體意外創(chuàng)傷的數(shù)據(jù),幫助改進(jìn)汽車的安全防護(hù)體系等。虛擬技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)、臨床診斷和手術(shù)等方面的應(yīng)用前景極為廣闊。對(duì)于第一次走上手術(shù)臺(tái)的醫(yī)生來說,難免會(huì)感到緊張和恐慌,而在虛擬技術(shù)的幫助下,他們就可以非常輕松地在顯示器上一遍又一遍地作模擬手術(shù),移動(dòng)人體器官等,以尋找最佳手術(shù)方案。醫(yī)生們憑借虛擬技術(shù)所產(chǎn)生的圖像可以“步行”到人體內(nèi)部去查看腫瘤,以便制定有效的治療方案并檢查治療效果。利用這一技術(shù)手段還可以確保放射治療的輻射只聚集到腫瘤部位,而不致傷害周

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以用于教學(xué)及復(fù)雜手術(shù)的規(guī)劃。并且可以提供操作和對(duì)手術(shù)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè),進(jìn)行人體解剖仿真、外科手術(shù)仿真等,利用虛擬的醫(yī)療手術(shù)治療 《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

系統(tǒng),對(duì)患者進(jìn)行遠(yuǎn)程的救治。2003年,我國(guó)第一軍醫(yī)大學(xué)宣布完成了首例女虛擬人的數(shù)據(jù)采集。首都醫(yī)科大學(xué)對(duì)虛擬中國(guó)女性數(shù)據(jù)集的高分辨率可視化和上海交通大學(xué)對(duì)虛擬人體運(yùn)動(dòng)建模的研究各有特色。1985年美國(guó)國(guó)立醫(yī)學(xué)圖書館(NLM)就開始人體解剖圖像數(shù)字化研究和利用,目前已經(jīng)有虛擬人體模型可供下載。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以遙感外科手術(shù)。在偏遠(yuǎn)的山區(qū),通過遠(yuǎn)程的醫(yī)療虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),醫(yī)生只需要對(duì)虛擬病人模型進(jìn)行手術(shù),通過網(wǎng)絡(luò)將醫(yī)生動(dòng)作傳送到另一端的手術(shù)機(jī)器人,由機(jī)器人對(duì)病人實(shí)施遠(yuǎn)程手術(shù)。手術(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)展的情況也可以通過機(jī)器人攝像機(jī)實(shí)時(shí)傳給醫(yī)生的頭盔立體顯示器,以便醫(yī)生實(shí)時(shí)的掌握手術(shù)情況。

4.1.3教育領(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育是教育發(fā)展的一個(gè)飛躍。它使傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式被取而代之為學(xué)習(xí)者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識(shí)。國(guó)內(nèi)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)了多媒體教學(xué)軟件,如鄒湘軍、周榮安等人開發(fā)的機(jī)械制造工程學(xué)多媒體教學(xué)軟件,效果逼真。該軟件已在南華大學(xué)和國(guó)防科技大學(xué)指揮專業(yè)的教學(xué)中使用。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真教學(xué)和實(shí)驗(yàn),可以模擬顯現(xiàn)那些在現(xiàn)實(shí)中存在的、但在課堂教學(xué)環(huán)境下不容易做到或要花費(fèi)很大代價(jià)才能顯現(xiàn)的各種事物,供學(xué)生學(xué)習(xí)和探索。美國(guó)一個(gè)“虛擬物理實(shí)驗(yàn)室”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就使得學(xué)生可以通過親身的做、看、聽來學(xué)習(xí)的方式成為可能。

4.1.4工程領(lǐng)域

“身臨其境”和“可視化”是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的兩個(gè)最基本特征。他借助于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)手段,被譽(yù)為科學(xué)技術(shù)之眼,因而在工程技術(shù)設(shè)計(jì)方面顯示出無可比擬的優(yōu)越性。設(shè)計(jì)人員可以在交互式虛擬空間中精心設(shè)計(jì),并對(duì)所涉及的產(chǎn)品加以觀察、操作和反復(fù)試驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用有很多方面,如城市建設(shè)、機(jī)械制造等。在機(jī)械制造中,利用它的直觀性和交互性可以幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中也有非常廣泛的應(yīng)用,如嚴(yán)雋琪教授開發(fā)的“虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的理論體系研究”、孫健教授的“虛擬環(huán)境下啤酒灌裝生產(chǎn)線”的研究等均取得了一定的成果。在現(xiàn)代城市建設(shè)中,設(shè)計(jì)人員更關(guān)心的是建筑的整體設(shè)計(jì)效果。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)階段就可以動(dòng)態(tài)的、可視的、多方位的展現(xiàn)建筑物的外貌、地理環(huán)境 和輔助設(shè)施,設(shè)計(jì)人員可以在虛擬建筑物中漫游,來查看自己的設(shè)計(jì)是否合理得當(dāng)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),日本開發(fā)了虛擬東京古羅馬時(shí)代最宏偉的建筑—— 《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

Trajan廣場(chǎng)再現(xiàn)。我國(guó)浙江大學(xué)開發(fā)了虛擬故宮,武漢大學(xué)開發(fā)的數(shù)碼城市系統(tǒng),這些都是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。

4.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用案例

數(shù)字城市

數(shù)字城市應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過三維建模逼真地模擬現(xiàn)在和未來的城市，支持?jǐn)?shù)據(jù)分析、方案論證和優(yōu)化，支持地理信息系統(tǒng)等，通過這些詳實(shí)的數(shù)據(jù)和相關(guān)資料可以是直觀真實(shí)固化方案評(píng)估、審核以及管理等日常工作，更為重要的是它可以為多部門參與和協(xié)同工作提供了有效的平臺(tái)。

場(chǎng)館仿真

場(chǎng)館仿真應(yīng)用解決方案介紹。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)將在建或已建的場(chǎng)館虛擬出來，達(dá)到一個(gè)觸手可及的真實(shí)三維環(huán)境，以提前展示場(chǎng)館面貌，供市民瀏覽，從而對(duì)場(chǎng)館的規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估。通過市民虛擬游覽后的反饋意見，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決場(chǎng)館存在的問題。

地產(chǎn)漫游

地產(chǎn)漫游應(yīng)用解決方案介紹地產(chǎn)漫游是集影視廣告、動(dòng)畫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)科技于一身的最新型的房地產(chǎn)營(yíng)銷方式。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓購(gòu)房者看到直觀的樣板房形象，讓購(gòu)房者在電腦上親眼看到幾年后才建成的小區(qū)，游觀賞到優(yōu)美的小區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)，甚至能夠在電腦上選戶型，從而幫助地產(chǎn)開發(fā)商在逆境中求生存，順境中謀發(fā)展。

室內(nèi)設(shè)計(jì)

室內(nèi)設(shè)計(jì)應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一個(gè)演示媒體，而且還是一個(gè)設(shè)計(jì)工具。它以視覺形式反映了設(shè)計(jì)者的思想，把這種構(gòu)思變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。

旅游教學(xué)

旅游教學(xué)應(yīng)用解決方案介紹。旅游和導(dǎo)游專業(yè)教學(xué)過程中存在實(shí)習(xí)資源匱乏而實(shí)地參觀成本又高的難題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以按照旅游專業(yè)的教學(xué)要求和實(shí)施特點(diǎn)，開發(fā)出適用于導(dǎo)游實(shí)訓(xùn)、旅游模擬、旅游規(guī)劃的功能和模塊，讓師生足不出戶，就能在三維立體的虛擬環(huán)境中遍覽遙在萬里之外的風(fēng)光美景。形象逼真，細(xì)致生動(dòng)。從而，通過情景化的學(xué)習(xí)界面、人機(jī)交互式的模擬旅游體驗(yàn)，改善教學(xué)環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)過程、增強(qiáng)教學(xué)效果。《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

文物古跡

文物古跡應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將文物建筑、文物景點(diǎn)、文物物品、古代人像及行為、古代自然現(xiàn)象及天體現(xiàn)象等進(jìn)行虛擬展示和虛擬復(fù)原，從而使文物脫離地域限制，實(shí)現(xiàn)資源共享，真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產(chǎn)。

工業(yè)仿真

工業(yè)仿真應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺(tái)，具有強(qiáng)大的物理實(shí)時(shí)計(jì)算功能，能夠真實(shí)模擬場(chǎng)景重力、環(huán)境阻尼等環(huán)境特性，真實(shí)的模擬剛體動(dòng)力學(xué)特性，提供了多種動(dòng)力學(xué)交互手段，并能支持多種高速運(yùn)算的碰撞替代體。為廣大工業(yè)仿真需求用戶輕而易舉將此前許多只能停留于想法的優(yōu)秀互動(dòng)仿真創(chuàng)意方案完美的呈現(xiàn)于眼前，為國(guó)內(nèi)廣大工業(yè)仿真用戶帶來了仿真手段和技術(shù)實(shí)現(xiàn)水平的革命性進(jìn)步。

汽車仿真

汽車仿真應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)高畫質(zhì)渲染技術(shù)及汽車動(dòng)力學(xué)仿真物理系統(tǒng)，將使汽車設(shè)計(jì)的數(shù)字化模型以更直觀的方式在網(wǎng)絡(luò)上展示出來，使世界各地的用戶都可以更快捷得到豐富準(zhǔn)確的汽車信息，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間無縫連接。

道路橋梁

道路橋梁應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)依靠其精美絕倫的三維視覺表現(xiàn)力，照片級(jí)的真實(shí)效果，使設(shè)計(jì)中的道路橋梁直觀的呈現(xiàn)在人們面前，使得我們可以提前對(duì)其視覺效果和使用效率進(jìn)行評(píng)估和預(yù)演，有效降低設(shè)計(jì)和施工風(fēng)險(xiǎn)，極大提高設(shè)計(jì)和施工效率。

油田礦井

油田礦井應(yīng)用解決方案介紹。在建立油田生產(chǎn)和管理流程優(yōu)化應(yīng)用模型的基礎(chǔ)上，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可視化和多維表達(dá)，并且通過智能化分析模型，為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理提供良好的信息支撐環(huán)境。

水利電力

水利電力應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)可以與電力信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，逼真再現(xiàn)變電站現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地、變壓器、母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、操作機(jī)構(gòu)、電壓互感器、電流互感器、電抗器、電容器、高壓熔斷器、站用變壓器等一次設(shè)備的操作過程和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從而為電力行業(yè)提供可視化系統(tǒng)解決方案。

數(shù)字展館

數(shù)字展館應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以與科技館的功能進(jìn)行完美的結(jié)合，充分發(fā)揮虛擬科技館的種種優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)的聲、光、電展覽已經(jīng)很難吸引觀眾的興趣，《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)把枯燥的數(shù)據(jù)變?yōu)轷r活的圖形，使科技館進(jìn)入公眾可參與交互式的新時(shí)代，引發(fā)觀眾濃厚的興趣，從而達(dá)到科普的目的。

地質(zhì)災(zāi)害

地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)水利工程仿真、地震應(yīng)急救援仿真、地震應(yīng)急推演仿真、地址災(zāi)害仿真，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害虛擬環(huán)境功能與展示的完美結(jié)合，通過在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的模擬演練，達(dá)到提升防災(zāi)、避災(zāi)安全意識(shí)的目的。

應(yīng)急預(yù)案

應(yīng)急預(yù)案應(yīng)用解決方案介紹。應(yīng)急虛擬現(xiàn)實(shí)仿真演練系統(tǒng)通過對(duì)各類災(zāi)害數(shù)值模擬和人員行為數(shù)值模擬的仿真，在虛擬空間中仿真災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展的過程，以及人們?cè)跒?zāi)害環(huán)境中可能做出的各種反應(yīng)；并在演練平臺(tái)上，在最大限度仿真實(shí)際災(zāi)害的條件下，開展應(yīng)急演練。在此基礎(chǔ)上，制定各類企事業(yè)單位的數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案。應(yīng)急仿真演練系統(tǒng)可以用來訓(xùn)練各級(jí)決策與指揮人員、事故處置人員，發(fā)現(xiàn)應(yīng)急處置過程中存在的問題，檢驗(yàn)和評(píng)估應(yīng)急預(yù)案的可操作性和實(shí)用性，提高應(yīng)急能力。

虛擬展館

網(wǎng)上展館應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)上三維交互功能可以將有形的實(shí)物產(chǎn)品三維化并且放在網(wǎng)上進(jìn)行虛擬展示，還能嵌入相應(yīng)音頻和視頻等多媒體元素，用戶可以對(duì)虛擬場(chǎng)景中的物品進(jìn)行實(shí)時(shí)的交互操作，例如開門、打開電視和播放音樂等等。相比目前網(wǎng)上主流的以圖片、Flash、視頻等展示方式來說，vrpie讓用戶有了瀏覽的自主感，可以以自己想看的角度去觀察，還可以添加許多特效和互動(dòng)操作，讓用戶體驗(yàn)身臨其境上網(wǎng)沖浪的美妙感覺。

網(wǎng)上看房

網(wǎng)上看房應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)上三維交互功能可以虛擬房屋設(shè)計(jì)，展現(xiàn)獨(dú)特的設(shè)計(jì)風(fēng)格，使客戶足不出戶就可對(duì)房屋的全貌了如指掌，互動(dòng)瀏覽，可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設(shè)計(jì)的效果，了解房屋的精心布局。可以實(shí)現(xiàn)房屋三維戶型圖全景展示，使客戶全面了解房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)，走進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)樣板房。

網(wǎng)上產(chǎn)品

網(wǎng)上產(chǎn)品應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠虛擬各類產(chǎn)品，以一種全新的方式演繹各類產(chǎn)品，使客戶全方位全角度的了解最新產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在互聯(lián)網(wǎng)上的全新展示，讓客戶提前體驗(yàn)產(chǎn)品功能，更清楚的了解產(chǎn)品的特性及結(jié)構(gòu)。將銷售產(chǎn)品展示做成在線三維的形式，顧客通過對(duì)之進(jìn)行觀察和操作能夠?qū)Ξa(chǎn)品有更加全面的認(rèn)識(shí)了解，決定購(gòu)買的幾率必將大幅增加，為銷售者帶來更多的利潤(rùn)。展現(xiàn)出產(chǎn)品外形的方 《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

方面面，加上互動(dòng)操作，演示產(chǎn)品的功能和使用操作，充分利用互聯(lián)網(wǎng)高速迅捷的傳播優(yōu)勢(shì)來推廣公司的產(chǎn)品。

網(wǎng)上看車

網(wǎng)上看車應(yīng)用解決方案介紹。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車的一種全新演繹方式產(chǎn)生。通過虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上看車及交互功能，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的汽車。總結(jié)

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，相信在不久的將來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠給更多的領(lǐng)域帶來革命性的變化。

5.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的未來展望

VR技術(shù)的實(shí)質(zhì)是構(gòu)建一種人為的能與之進(jìn)行自由交互的“世界”，在這個(gè)“世界”中參與者可以實(shí)時(shí)地探索或移動(dòng)其中的對(duì)象。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)是最理想的追求目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)的方式主要是戴上特制的頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套以及身體部位跟器，通過聽覺、觸覺和視覺在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行體驗(yàn)。可以預(yù)測(cè)短期內(nèi)游戲玩家可以戴上頭盔身著游戲?qū)Ｓ靡路笆痔渍嬲w驗(yàn)身臨其境的“虛擬現(xiàn)實(shí)”游戲空間，它的出現(xiàn)將淘汰現(xiàn)有的各種大型游戲，推動(dòng)科技的發(fā)展。縱觀VR的發(fā)展歷程，未來VR技術(shù)的研究仍將延續(xù)“低成本、高性能”原則，從軟件、硬件兩方面展開，發(fā)展方向主要?dú)w納如下：

(1)動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。虛擬環(huán)境的建立是VR技術(shù)的核心內(nèi)容，動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

(2)實(shí)時(shí)三維圖形生成和顯示技術(shù)。三維圖形的生成技術(shù)已比較成熟，而關(guān)鍵是怎樣“實(shí)時(shí)生成”，在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上，如何提高刷新頻率將是今后重要的研究?jī)?nèi)容。此外，VR還依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的虛擬設(shè)備還不能滿足系統(tǒng)的需要，有必要開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術(shù)。

(3)新型交互設(shè)備的研制。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人能夠自由與虛擬世界對(duì)象進(jìn)行交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸出設(shè)備主要有頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維位置傳感器和三維聲音產(chǎn)生器等。因此，新型、便宜、魯棒性優(yōu)良的數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服將成為未來研究的重要方向。

(4)智能化語(yǔ)音虛擬現(xiàn)實(shí)建模。虛擬現(xiàn)實(shí)建模是一個(gè)比較繁復(fù)的過程，需要大量的時(shí)間和精力。如果將VR技術(shù)與智能技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)結(jié)合起來，可以很好地解決這個(gè)問題。我們對(duì)模型的屬性、方法和一般特點(diǎn)的描述通過語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)轉(zhuǎn)化成建模所需的數(shù)據(jù)，然后利用計(jì)算機(jī)的圖形處理技術(shù)和人工智能技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、導(dǎo)航以及評(píng)價(jià)，將模型用對(duì)象表示出來，并且將各種基本模型靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地連接起來，最終形 《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學(xué)號(hào)：***6-2017年第一學(xué)期

成系統(tǒng)模型。人工智能一直是業(yè)界的難題，人工智能在各個(gè)領(lǐng)域十分有用，在虛擬世界也大有用武之地，良好的人工智能系統(tǒng)對(duì)減少乏味的人工勞動(dòng)具有非常積極的作用。

(5)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的展望。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)是今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的重要方向。隨著眾多DVE開發(fā)工具及其系統(tǒng)的出現(xiàn)，DVE本身的應(yīng)用也滲透到各行各業(yè)，包括醫(yī)療、工程、訓(xùn)練與教學(xué)以及協(xié)同設(shè)計(jì)。仿真訓(xùn)練和教學(xué)訓(xùn)練是DVE的又一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，包括虛擬戰(zhàn)場(chǎng)、輔助教學(xué)等。另外，研究人員還用DVE系統(tǒng)來支持協(xié)同設(shè)計(jì)工作。近年來，隨著Internet應(yīng)用的普及，一些面向Internet的DVE應(yīng)用使得位于世界各地多個(gè)用戶可以進(jìn)行協(xié)同工作。將分散的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或仿真器通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起來，采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫(kù)，形成一個(gè)在時(shí)間和空間上互相耦合的虛擬合成環(huán)境，參與者可自由地進(jìn)行交互作用。特別是在航空航天中應(yīng)用價(jià)值極為明顯，因?yàn)閲?guó)際空間站的參與國(guó)分布在世界不同區(qū)域，分布式VR訓(xùn)練環(huán)境不需要在各國(guó)重建仿真系統(tǒng)，這樣不僅減少了研制費(fèi)和設(shè)備費(fèi)用，減少了人員出差的費(fèi)用以及異地生活的不適。

6.總結(jié)

近幾十年來，通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)的同步發(fā)展和相互促進(jìn)成為世界上信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的主要特征。特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速崛起與普及，使得信息應(yīng)用系統(tǒng)在深度和廣度上發(fā)生了質(zhì)的變化。虛擬現(xiàn)實(shí)主要依靠人機(jī)交互的發(fā)展，目前技術(shù)上已初步解決人腦數(shù)據(jù)的讀取，在不久的將來，開發(fā)者將完全解決通過神經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的“人腦——計(jì)算機(jī)接口”問題，通過對(duì)人腦提取和反饋神經(jīng)信號(hào)使人完全融入“虛擬現(xiàn)實(shí)”世界。當(dāng)然從技術(shù)角度，我們應(yīng)該對(duì)基于多用戶虛擬環(huán)境進(jìn)行必要的技術(shù)研究。因?yàn)閷淼腣R技術(shù)將越來越重視人在其中的交互。虛擬現(xiàn)實(shí)充滿活力、具有無限的應(yīng)用前景的高新技術(shù)領(lǐng)域，但仍然存在許多有待解決與突破的問題。為了提高系統(tǒng)的交互性、逼真性和沉侵性，在新型傳感和感知肌理、幾何與建模新方法、高性能計(jì)算，特別是高速圖形圖像處理，以及人工智能、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)等方面都有許多具有挑戰(zhàn)性的問題有待我們進(jìn)一步解決。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是本世紀(jì)發(fā)展的重要技術(shù)之一，作為一門科學(xué)和藝術(shù)將會(huì)不斷走向成熟，在各行各業(yè)中將得到廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮神奇的作用，二十一世紀(jì)將是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的時(shí)代。

第四篇：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)期末論文

《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》期末論文

專業(yè)：自動(dòng)化

學(xué)號(hào)：20091336069

姓名：李璐

摘要

隨著科技的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR技術(shù)）越來越體現(xiàn)出它的應(yīng)用價(jià)值，在氣象、軍事、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域都出現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合。本文分成四個(gè)部分，按順序分別介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在大氣粉塵擴(kuò)散中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電視背景以及散打運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用以及自己本學(xué)期學(xué)習(xí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的心得體會(huì)。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

天氣預(yù)報(bào)

軍事應(yīng)用

醫(yī)學(xué) 心得體會(huì)

⒈ 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在大氣粉塵擴(kuò)散中的應(yīng)用。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以建立三維場(chǎng)景，立體直觀的現(xiàn)實(shí)出粉塵擴(kuò)散的三維動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。為了建立粉塵動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型，本文以相關(guān)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，采用OpenGL開發(fā)了可精確地調(diào)整流場(chǎng)參數(shù)和觀察視角的粉塵擴(kuò)散三維動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，以及重力風(fēng)速影響和射流作用下粉塵擴(kuò)散的三維場(chǎng)景，該方法為更好的掌握粉塵擴(kuò)散規(guī)律，提供處理預(yù)防措施。

1.1.粉塵擴(kuò)散模型

點(diǎn)源粉塵在大氣中的擴(kuò)散模型是建立虛擬場(chǎng)景的核心，其擴(kuò)散過程受到氣流狀態(tài)、粉塵理化性質(zhì)、粒子的氣溶膠特性等影響。由于因素較多，情況復(fù)雜，模型常以某種假設(shè)為前提，在各方向同性物質(zhì)中，符合費(fèi)克定律，即穿過單位面積的擴(kuò)散物質(zhì)的遷移速度與該面的濃度遞減成正比【2】：

F??D?C?C?x

（1）

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（2）

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1.2粉塵擴(kuò)散在虛擬場(chǎng)景中的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)粉塵在大氣中的擴(kuò)散過程，以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，采用桌面VR系統(tǒng)，構(gòu)建了粉塵顆粒在氣流中擴(kuò)散的三維場(chǎng)景，用戶通過鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行交互。下圖分別給出了粉塵點(diǎn)源在無風(fēng)不考慮重力影響與有風(fēng)考慮重力影響下的圖像。

由于建立的場(chǎng)景以科學(xué)計(jì)算和粒子系統(tǒng)為主，場(chǎng)景采用OpenGL開發(fā)，編程語(yǔ)言采用VC，建立的虛擬場(chǎng)景為三維場(chǎng)景，采用OpenGL視角變換技術(shù)，可以通過鍵盤和鼠標(biāo)拖動(dòng)方式來對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)和縮放等操作，讓人們從不同的視角來觀察粉塵顆粒在氣流中的擴(kuò)散過程，除此之外，建立的場(chǎng)景以模型為基礎(chǔ)，可以通過改變參數(shù)來對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行變化。

除此應(yīng)用之外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象中的其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。比如說在天氣預(yù)報(bào)當(dāng)中，通過虛擬三維場(chǎng)景模擬出大氣氣流以及氣壓場(chǎng)的變化，從而可以很好的預(yù)測(cè)分析出大氣氣象要素的變化情況，為天氣預(yù)報(bào)提供精確可靠的信息。在氣象科普知識(shí)當(dāng)中，通過VR技術(shù)建立氣象小游戲，讓群眾可以通過三維場(chǎng)景構(gòu)建的氣象小游戲來了解到大氣科普知識(shí)。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在其他領(lǐng)域的一些應(yīng)用。

2.1．VR技術(shù)在電視節(jié)目背景中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)、多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷改進(jìn)，在近年來的各個(gè)領(lǐng)域影響和改變著人們?cè)裙逃械乃季S。傳統(tǒng)的電視節(jié)目背景需要根據(jù)節(jié)目的不同需求來進(jìn)行布置，實(shí)背景搭建和拆卸需要投入大量的人力、物力，不僅增加了節(jié)目組的成本，還會(huì)因?yàn)槠涫褂脡勖褪褂蔑L(fēng)格的限制導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)中節(jié)目背景的使用周期比較短、需要更替的頻率比較頻繁，造成大量不必要的浪費(fèi)，而通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立的三維虛擬場(chǎng)景可以解決這些問題。

實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景虛擬化可以按照如下的步驟來進(jìn)行：

? ? 還原實(shí)際場(chǎng)景中的藍(lán)箱，設(shè)定虛擬攝像機(jī)。

建立藍(lán)箱的目的是為了建立一個(gè)虛擬場(chǎng)景和現(xiàn)實(shí)之間的一個(gè)在真實(shí)的大小尺寸和距離上可以進(jìn)行對(duì)照的參照物，為場(chǎng)景設(shè)計(jì)提供尺寸和位置上的依據(jù)，接下來就可以圍繞虛擬藍(lán)箱進(jìn)行模型的搭建了。

2.2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在武術(shù)散打中的應(yīng)用

散手作為中華武術(shù)的一個(gè)分支，以其“遠(yuǎn)踢、近打、貼身摔”的獨(dú)特技法名揚(yáng)世界武壇。近年來，隨著各國(guó)的挑戰(zhàn)賽，使散打運(yùn)動(dòng)不斷發(fā)展，現(xiàn)在結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以很好的訓(xùn)練散打人員的動(dòng)作技術(shù)，為研究和提高運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練水平提供了一定的理論依據(jù)和方法。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在散手運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)用研究： ? 散手運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練場(chǎng)景的生產(chǎn)：使用Vega生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，Vega是美國(guó)Multigen-Paradigm公司生產(chǎn)的用于虛擬現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)場(chǎng)景仿真、聲音仿真以及其他可視化領(lǐng)域的應(yīng)用軟件。該系統(tǒng)制造出虛擬綜合訓(xùn)練或者比賽的場(chǎng)景，給運(yùn)動(dòng)員真實(shí)的比賽的環(huán)境，這樣可以減少比賽中的由于緊張而引起的失誤，同時(shí)增強(qiáng)運(yùn)? 動(dòng)員在比賽中的自信心。

運(yùn)用動(dòng)作捕捉技術(shù)（Motion capture）建立散手動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)：散手運(yùn)動(dòng)員穿上數(shù)據(jù)衣或者在關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，讓運(yùn)動(dòng)員將散手動(dòng)作一一演練，由動(dòng)作捕捉系統(tǒng)

【2】 捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)，加上視頻資料的采集以及現(xiàn)場(chǎng)拍攝的方式，收集了大量有關(guān)散手的視頻信息，利用VideoStudio將各種散手的技術(shù)動(dòng)作特征單元提取出來，將所有的數(shù)據(jù)分類建立多個(gè)動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)，來調(diào)整控制虛擬人的運(yùn)動(dòng)。

虛擬現(xiàn)實(shí)中虛擬人的建立：利用3Dsmax、maya等三維動(dòng)畫軟件制作出三維虛擬人物模型，在計(jì)算機(jī)表示的空間中生成逼真的三維虛擬人，虛擬人是人在計(jì)算機(jī)生成空間的幾何特征和行為特征的體現(xiàn)。

? 散手對(duì)練系統(tǒng)的生成。

2.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中西醫(yī)當(dāng)中的應(yīng)用

在中醫(yī)藥院校中，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以課堂教學(xué)為主，再結(jié)合掛圖、模型、標(biāo)本、人體等輔助教學(xué)工具進(jìn)行教學(xué)，并配以費(fèi)用較高的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、尸體解剖來加深學(xué)生的理解。由于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域與人類有著密切的、重要的和特殊 的關(guān)系，在這個(gè)領(lǐng)域里，人與人之間或人與現(xiàn)實(shí)之間的交互方式受一定的條件限制。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入，能從根本上降低教學(xué)成本，減少危險(xiǎn)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性、提高教學(xué)質(zhì)量、彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足。

2.3.1中醫(yī)遠(yuǎn)程脈診系統(tǒng)

作為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的瑰寶，中醫(yī)的診斷有其 自身特點(diǎn)，診斷時(shí)僅需要望、聞、問、切，在這四診中切脈往往是中醫(yī)看病定性時(shí)最重要的依據(jù)。盡管中醫(yī)的脈象診斷相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于過多依賴醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和感覺，再加上不同的中醫(yī)對(duì)于不同脈象的定性都不盡相同，往往給人以玄妙奠測(cè)的印象。雖然歷代醫(yī)家發(fā)微解難，但 由于 “脈理精微，其體難辨”，仍難免 “在心易了，指下難明”，長(zhǎng)期以來影響著脈學(xué)的傳授和發(fā)展。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能對(duì)客觀系統(tǒng)的本質(zhì)屬性進(jìn)行抽象和重演，因此可以使醫(yī)生和患者在中醫(yī)遠(yuǎn)程脈診時(shí)獲得如同身臨其境的感受，這使中醫(yī)遠(yuǎn)程醫(yī)療、虛擬社區(qū)醫(yī)院等成為可能，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以進(jìn)一步生成脈診專家數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，有效地促進(jìn)中醫(yī)脈診科學(xué)化和客觀化。中醫(yī)遠(yuǎn)程脈診系統(tǒng)由場(chǎng)景生成子系統(tǒng)、聲音生成子系統(tǒng)脈象探測(cè)子系統(tǒng)、脈象處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)、信號(hào)傳輸子系統(tǒng)和專家決策子系統(tǒng)等功能基本子系統(tǒng)組成，構(gòu)成了基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可調(diào)閉環(huán)遠(yuǎn)程脈診系統(tǒng)。其中，場(chǎng)景生成子系統(tǒng)合成醫(yī)生和病人的脈診場(chǎng)景環(huán)境；聲音生成子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)醫(yī)生和病人的病情問訊功能；脈象探測(cè)子系統(tǒng)包括脈診仿真器和脈診探測(cè)器兩部分，醫(yī)生和病人分別通過脈診仿真器和脈診探測(cè)器進(jìn)行脈象感應(yīng)和探測(cè)；實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)醫(yī)生和病人的切脈過程實(shí)時(shí)互動(dòng)；脈象處理子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)脈象信號(hào)的處理與分類 ；信號(hào)傳輸子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、脈象數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)的信號(hào)傳輸；專家決策子系統(tǒng)輔助醫(yī)生和病人進(jìn)行病情決策和評(píng)估。

2.3.2數(shù)字化虛擬人體和微觀物質(zhì)的虛擬

數(shù)字化虛擬人體是指將人體結(jié)構(gòu)數(shù)字化，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)，在電腦屏幕上 出現(xiàn)一個(gè)看似真實(shí)的模擬人體，再進(jìn)一步將人體功能性的研究成果加以數(shù)字化，由信息技術(shù)將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔X的語(yǔ)言符號(hào)，賦加到這個(gè)人體形態(tài)框架上。經(jīng)過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交叉融合，通過操作者的調(diào)控，這個(gè) “虛擬人”將能模仿真人做出各種各樣的反應(yīng)

2.3.3虛擬手術(shù)模擬

虛擬手術(shù)系統(tǒng)是專門用來對(duì)手術(shù)全過程進(jìn)行仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)，主要包括虛擬建模、醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的可視化、人體組織器官的應(yīng)力形變仿真、傳感與反饋、高速圖形顯示與圖像處理等幾部分。虛擬手術(shù)的模擬主要應(yīng)用于復(fù)雜手術(shù)過程的規(guī)劃、演練及預(yù)測(cè)，指導(dǎo)手術(shù)進(jìn)行。學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維虛擬手術(shù)環(huán)境中，利用虛擬手術(shù)器械進(jìn)行相關(guān)的虛擬手術(shù)流程，應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況，具有可避免手術(shù)失誤、縮短培訓(xùn)時(shí)間、節(jié)約實(shí)訓(xùn)費(fèi)用、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、減少病人損傷、提高手術(shù)成功率等多項(xiàng)傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分的廣泛，除了上述的兩個(gè)場(chǎng)景之外，在、軍事演習(xí)【4】、土木? 工程 【5】等等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。

3.學(xué)習(xí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之后，我的體會(huì)與收獲

本學(xué)期在劉佳老師的課程指導(dǎo)下，我學(xué)習(xí)而來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這門很有前途的課程，在學(xué)習(xí)的過程中，我發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)新起的很有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，現(xiàn)在正式起步發(fā)展階段，在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)有了很好的應(yīng)用，我覺得以后的社會(huì)發(fā)展離不開虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，正如我們現(xiàn)在的社會(huì)離不開因特網(wǎng)一樣。下面我就說一下自己對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的認(rèn)識(shí)以及感想。

隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯，在某種意義上說它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至?xí)淖內(nèi)藗儗?duì)世界、自己、空間和時(shí)間的看法。它是一項(xiàng)發(fā)展中的、具有深遠(yuǎn)的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠(yuǎn)程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學(xué)習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣。使用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)及其相關(guān)的三維設(shè)備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是本世紀(jì)發(fā)展的重要技術(shù)之一，作為一門科學(xué)和藝術(shù)將會(huì)不斷走向成熟．在各行各業(yè)中將得到廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮神奇的作用，二十一世紀(jì)將是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的時(shí)代。

本學(xué)期學(xué)習(xí)內(nèi)容講的是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者身臨其境，可以及時(shí)、沒有限制的觀察三度空間內(nèi)的事物。這段對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的定義我最有感觸的就是“可以及時(shí)、沒有限制的觀察三度空間內(nèi)的事物”在不面對(duì)面的教學(xué)和相處過程中，大家只能憑借聲音和文字去感受對(duì)方，這樣似乎一切都變美好了。而關(guān)于虛擬教學(xué)這些優(yōu)點(diǎn)也讓我頗為贊同比如彌補(bǔ)遠(yuǎn)程教學(xué)條件的不足，避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來的各種危險(xiǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)也讓我更深刻地去思考或許這種教學(xué)方式不單單是一種潮流，在更完善的技術(shù)發(fā)展過程中會(huì)有更多凸顯 優(yōu)點(diǎn)，我要拭目以待。

作為一名即將畢業(yè)的大四學(xué)生，能夠在畢業(yè)前學(xué)到一門新的技術(shù)，感到很充實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門新的技術(shù)，在未來的發(fā)展中會(huì)體現(xiàn)出更大的價(jià)值，比如拿游戲來說，應(yīng)用虛擬的三維場(chǎng)景設(shè)計(jì)出游戲場(chǎng)景，讓玩家可以很好的親臨其境，利用VR桌面系統(tǒng)可以很好的提高交互性，讓玩家徹底的放松自己。現(xiàn)實(shí)的世界紛繁復(fù)雜，對(duì)于一個(gè)未開發(fā)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)或者一個(gè)新的理念，甚至一幢設(shè)計(jì)中的建筑，我們都可以采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立它的三維場(chǎng)景，當(dāng)你需要推銷你的樓盤時(shí)，你可以給你的樓盤建一個(gè)虛擬漫游場(chǎng)景，讓沒有進(jìn)去過的人同樣可以很好的領(lǐng)略到您的建筑的不同風(fēng)格，促進(jìn)購(gòu)買者的興趣，發(fā)現(xiàn)價(jià)值，當(dāng)公司開會(huì)，您有一個(gè)好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念時(shí)候，您可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)作一個(gè)您想要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品原型，在公司部門的例行會(huì)議上展示新的理念產(chǎn)品。總之，這學(xué)期學(xué)習(xí)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門實(shí)用的新型的有前途的技術(shù)，在未來的科技、生活、工業(yè)等領(lǐng)域都會(huì)發(fā)生革命性的變化。

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一．

第五篇：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其教學(xué)應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其教學(xué)應(yīng)用

2011-04-07 10:17:55 作者：李志剛 張超

摘 要 本文對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義及特征進(jìn)行了描述，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)的作用意義進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)；教育技術(shù)；教學(xué)應(yīng)用

2010年的上海世博會(huì)，參觀人數(shù)超過7200萬，創(chuàng)歷屆世博會(huì)參觀人數(shù)之最，而同時(shí)推出的上海世博會(huì)的網(wǎng)上展館，則創(chuàng)出了2.8億次的點(diǎn)擊訪問量。網(wǎng)上世博會(huì)和電影《阿凡達(dá)》讓虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示了巨大的吸引力，正如澳大利亞新南威爾士大學(xué)教授羅伯特·路易斯(Robert Louise)所說:“它的作用遠(yuǎn)不只展示和娛樂”，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的觸角已經(jīng)滲入到了人類生活的方方面面。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)述

虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形(CG)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。

虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多感知性（Multi-Sensory）、交互性（Interactivity）、浸沒感（Immersion）和構(gòu)想性（Imagination）四個(gè)重要特征。

所謂多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)等幾種。

交互性指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。

浸沒感又稱臨場(chǎng)感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動(dòng)起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣。構(gòu)想性強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用已大步走進(jìn)軍事航天、工業(yè)仿真、游戲動(dòng)漫、教育培訓(xùn)、城市規(guī)劃、醫(yī)療救治等領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用

在以往的教育中，學(xué)習(xí)者始終生活在兩個(gè)世界的時(shí)空環(huán)境中，一個(gè)是經(jīng)驗(yàn)世界（實(shí)踐中學(xué)習(xí)），另一個(gè)是語(yǔ)言文字的世界（書本中學(xué)習(xí)），兩者往往相互脫節(jié)，即理論脫離實(shí)際。而由多媒體與仿真技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)造出了第三個(gè)世界-----虛擬現(xiàn)實(shí)世界，它將成為溝通前兩個(gè)世界的重要橋梁。我國(guó)學(xué)者桑新民教授在探索信息化環(huán)境下高校學(xué)習(xí)新模式的過程中，率先提出：必須把“三個(gè)世界”的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)綜合起來，促成三者的有機(jī)結(jié)合。指出要充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)情境之獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，去引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)習(xí)者在經(jīng)驗(yàn)世界和語(yǔ)言文字世界中實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)與學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的整合，不斷激勵(lì)和提高學(xué)習(xí)者在“三個(gè)世界”中學(xué)習(xí)的自主性、協(xié)作性和創(chuàng)造性。

⒈拓寬視野，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，一方面可以再現(xiàn)實(shí)際生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象或事物的變化過程，為學(xué)習(xí)者提供生動(dòng)、逼真的感性學(xué)習(xí)材料，使抽象的概念理論直觀化、形象化，方便學(xué)習(xí)者對(duì)抽象概念的理解；另一方面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使學(xué)習(xí)者能夠按自己的需要來進(jìn)行實(shí)時(shí)的交互式學(xué)習(xí)，主動(dòng)地獲取所需要的知識(shí)，由被動(dòng)式的接受轉(zhuǎn)化為主動(dòng)式的發(fā)現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可讓學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)到和體驗(yàn)到現(xiàn)實(shí)生活中具有微觀性、瞬變性、危險(xiǎn)性、長(zhǎng)期性且用別的方法很難觀察和驗(yàn)證的各種事物，從而提高這類特殊知識(shí)的可接受性。在課堂上，教員可以陪同學(xué)習(xí)者一起經(jīng)歷虛擬境界，一邊觀察一邊講解；也可以讓學(xué)習(xí)者自己利用虛擬景物、虛擬環(huán)境等進(jìn)行仔細(xì)觀察自主學(xué)習(xí)進(jìn)而理解有關(guān)的概念及知識(shí)。通過這種對(duì)虛擬景物和虛擬環(huán)境的交互式學(xué)習(xí)，能有效發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性，使學(xué)習(xí)者真正參與到教學(xué)活動(dòng)中去，成為學(xué)習(xí)過程中的主體，變被動(dòng)為主動(dòng)，并激發(fā)出較高的學(xué)習(xí)熱情和空間想象力。

⒉便于探究，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)允許學(xué)習(xí)者對(duì)模擬的環(huán)境可交互、可操縱、可建構(gòu)，可直觀地觀察到學(xué)習(xí)過程中所提出的各種假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果，適合開展探究性的學(xué)習(xí)。例如，有一個(gè)名叫“電子工作臺(tái)”(Electronic Workbench;EWB)的軟件系統(tǒng)，允許學(xué)習(xí)者利用它提供的元件構(gòu)造各種模擬電路和數(shù)字電路，并能動(dòng)態(tài)測(cè)試電路的性能；還有一個(gè)名叫“交互性物理”(Interactive Physics;IP)的軟件系統(tǒng)，允許學(xué)習(xí)者構(gòu)造屬于經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)的大部分實(shí)驗(yàn)；在虛擬的化學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者可以按照自己的假設(shè)，將不同的分子組合在一起，電腦便虛擬出組合的物質(zhì)來。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，更有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力。⒊突破瓶頸，提高實(shí)驗(yàn)效益

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以有效地突破時(shí)間、空間、經(jīng)費(fèi)和危險(xiǎn)性等現(xiàn)實(shí)條件的制約，大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)習(xí)者都可以進(jìn)入其內(nèi)部進(jìn)行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以很快地呈現(xiàn)出來。例如生物中的孟德爾遺傳定律，用果蠅做實(shí)驗(yàn)往往要幾個(gè)月的時(shí)間，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在一堂實(shí)驗(yàn)課內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)習(xí)者通過各種感覺（視覺、聽覺、動(dòng)覺和觸覺等）與虛擬的學(xué)習(xí)情境相互聯(lián)系并交互作用，進(jìn)一步加深了對(duì)事物現(xiàn)象和規(guī)律的認(rèn)識(shí)，有效地促進(jìn)了學(xué)習(xí)者在經(jīng)驗(yàn)世界和語(yǔ)言文字世界中實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)與學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的整合，大大提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

⒋模擬訓(xùn)練，輕松掌握技能

虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使學(xué)習(xí)者能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，并全身心地投入到該學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)習(xí)者達(dá)到動(dòng)作技能類教學(xué)目標(biāo)要求。例如空軍某學(xué)院研制的Su27駕駛模擬器，采用多通道圖形生成技術(shù)，建立了大視野視景環(huán)境，配合接近實(shí)物的駕駛艙，使學(xué)習(xí)者可以完成基本駕駛技術(shù)、編隊(duì)飛行以及部分空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)的訓(xùn)練；澳大利亞新南威爾士大學(xué)模擬出礦坑內(nèi)的常見問題，讓礦工們針對(duì)瓦斯管理、煤層自燃、危險(xiǎn)預(yù)警、隔離程序、自主逃生等各種環(huán)節(jié)進(jìn)行訓(xùn)練等等。在這些既與現(xiàn)實(shí)條件相符又無任何危險(xiǎn)的虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。⒌攜手網(wǎng)絡(luò)，改革教學(xué)結(jié)構(gòu)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的日趨成熟，教學(xué)活動(dòng)不再局限于有形的教室中，而向虛擬課堂、虛擬大學(xué)、虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化學(xué)習(xí)，將會(huì)成為未來教育的一種全新的教學(xué)方式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅能向?qū)W習(xí)者提供一種可在實(shí)際生活中找到的情境和經(jīng)驗(yàn)，還可以再現(xiàn)特定的環(huán)境。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，可以打破時(shí)間和空間的限制，進(jìn)行交互式的、圖文并茂的、智能型的、分布式的教學(xué)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸逼真的教學(xué)和學(xué)習(xí)環(huán)境，從而使學(xué)習(xí)方式由傳統(tǒng)的“獨(dú)學(xué)”變?yōu)椤叭簩W(xué)”，使學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)從“封閉”變?yōu)椤伴_放”，最終可以使教學(xué)從“知識(shí)傳授”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸R(shí)建構(gòu)”。例如，在基于共享型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)置的網(wǎng)上協(xié)同實(shí)驗(yàn)室中，身處不同位置的學(xué)習(xí)者組成一個(gè)個(gè)學(xué)習(xí)小組，所有學(xué)習(xí)小組構(gòu)成一個(gè)學(xué)習(xí)型社區(qū)。他們一起設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并通過模擬軟件觀看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，直到認(rèn)為方案成熟，才轉(zhuǎn)移到真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中去完成實(shí)驗(yàn)。教師在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中監(jiān)控每一個(gè)成員的表現(xiàn)并及時(shí)進(jìn)行個(gè)別化的輔導(dǎo)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)的最成功案例，莫過于哈佛大學(xué)克里斯·德迪博士率領(lǐng)開展的一項(xiàng)為期十年的基于多用戶虛擬環(huán)境（Multi—User Virtuai Environment, MUVE）的中學(xué)科學(xué)教育項(xiàng)目：River City。正如德迪博士在2009年《科學(xué)》雜志上對(duì)River City總結(jié)的那樣，與傳統(tǒng)教學(xué)相比，大部分學(xué)生在這種沉浸式的模擬環(huán)境中都獲得了更多的關(guān)于科學(xué)探究的知識(shí)和技能；學(xué)生能夠形成一種深度參與，非常有利于發(fā)現(xiàn)復(fù)雜問題的技能與發(fā)展；有利于那些成績(jī)差的學(xué)生建立起學(xué)業(yè)上的自信。River City在北美地區(qū)產(chǎn)生了廣泛影響，被作為新型數(shù)字化學(xué)習(xí)及評(píng)價(jià)方式的典型選入美國(guó)《2010年教育技術(shù)規(guī)劃》，也受到了具有“數(shù)字未來學(xué)家”之稱的唐·泰普斯科特的推崇。

由于虛擬現(xiàn)實(shí)所依托的軟硬件技術(shù)科技含量和開發(fā)費(fèi)用高、技術(shù)復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)難度大等原因，目前在教育領(lǐng)域還只是運(yùn)用于少數(shù)的教學(xué)、培訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)、參觀等方面，且尚沒有形成完善的運(yùn)用模式。然而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新涌現(xiàn)的教育技術(shù)，具有令人鼓舞的美好前景。有遠(yuǎn)見的教育工作者把虛擬現(xiàn)實(shí)看做是基于計(jì)算機(jī)的教學(xué)系統(tǒng)的下一個(gè)合乎邏輯的發(fā)展步驟。人們必將應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來進(jìn)一步改進(jìn)學(xué)習(xí)過程和創(chuàng)造新的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

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