第一篇：虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其教學應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其教學應(yīng)用

2011-04-07 10:17:55 作者：李志剛 張超

摘 要 本文對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義及特征進行了描述，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學的作用意義進行了分析探討。

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

2010年的上海世博會，參觀人數(shù)超過7200萬，創(chuàng)歷屆世博會參觀人數(shù)之最，而同時推出的上海世博會的網(wǎng)上展館，則創(chuàng)出了2.8億次的點擊訪問量。網(wǎng)上世博會和電影《阿凡達》讓虛擬現(xiàn)實技術(shù)展示了巨大的吸引力，正如澳大利亞新南威爾士大學教授羅伯特·路易斯(Robert Louise)所說:“它的作用遠不只展示和娛樂”，虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)簡述

虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，簡稱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)集成了計算機圖形(CG)技術(shù)、計算機仿真技術(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，是一種由計算機技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。

虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”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，它可以是實際上可實現(xiàn)的，也可以是實際上難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計算機生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實是指用計算機生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。

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

所謂多感知是指除了一般計算機技術(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、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。

交互性指用戶對模擬環(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（包括實時性）。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而移動。

浸沒感又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。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算機創(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)實世界中的感覺一樣。構(gòu)想性強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(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)實技術(shù)的應(yīng)用已大步走進軍事航天、工業(yè)仿真、游戲動漫、教育培訓、城市規(guī)劃、醫(yī)療救治等領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學實驗一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學應(yīng)用

在以往的教育中，學習者始終生活在兩個世界的時空環(huán)境中，一個是經(jīng)驗世界（實踐中學習），另一個是語言文字的世界（書本中學習），兩者往往相互脫節(jié)，即理論脫離實際。而由多媒體與仿真技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)造出了第三個世界-----虛擬現(xiàn)實世界，它將成為溝通前兩個世界的重要橋梁。我國學者桑新民教授在探索信息化環(huán)境下高校學習新模式的過程中，率先提出：必須把“三個世界”的學習經(jīng)驗綜合起來，促成三者的有機結(jié)合。指出要充分利用虛擬現(xiàn)實情境之獨特優(yōu)勢，去引導和促進學習者在經(jīng)驗世界和語言文字世界中實現(xiàn)學習活動與學習經(jīng)驗的整合，不斷激勵和提高學習者在“三個世界”中學習的自主性、協(xié)作性和創(chuàng)造性。

⒈拓寬視野，激發(fā)學習熱情

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

⒉便于探究，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

虛擬現(xiàn)實技術(shù)允許學習者對模擬的環(huán)境可交互、可操縱、可建構(gòu)，可直觀地觀察到學習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習。例如，有一個名叫“電子工作臺”(Electronic Workbench;EWB)的軟件系統(tǒng)，允許學習者利用它提供的元件構(gòu)造各種模擬電路和數(shù)字電路，并能動態(tài)測試電路的性能；還有一個名叫“交互性物理”(Interactive Physics;IP)的軟件系統(tǒng)，允許學習者構(gòu)造屬于經(jīng)典力學系統(tǒng)的大部分實驗；在虛擬的化學系統(tǒng)中，學習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)實技術(shù)進行探究性學習，更有利于激發(fā)學習者的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學習者的創(chuàng)新能力。⒊突破瓶頸，提高實驗效益

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬實驗教學，可以有效地突破時間、空間、經(jīng)費和危險性等現(xiàn)實條件的制約，大到宇宙天體，小至原子粒子，學習者都可以進入其內(nèi)部進行觀察。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，用果蠅做實驗往往要幾個月的時間，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)在一堂實驗課內(nèi)就可實現(xiàn)。在虛擬實驗室里，學習者通過各種感覺（視覺、聽覺、動覺和觸覺等）與虛擬的學習情境相互聯(lián)系并交互作用，進一步加深了對事物現(xiàn)象和規(guī)律的認識，有效地促進了學習者在經(jīng)驗世界和語言文字世界中實現(xiàn)學習活動與學習經(jīng)驗的整合，大大提高了學習者的學習興趣和學習效果。

⒋模擬訓練，輕松掌握技能

虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學習者能夠在虛擬的學習環(huán)境中扮演一個角色，并全身心地投入到該學習環(huán)境中去，這非常有利于學習者達到動作技能類教學目標要求。例如空軍某學院研制的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，配合接近實物的駕駛艙，使學習者可以完成基本駕駛技術(shù)、編隊飛行以及部分空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)的訓練；澳大利亞新南威爾士大學模擬出礦坑內(nèi)的常見問題，讓礦工們針對瓦斯管理、煤層自燃、危險預警、隔離程序、自主逃生等各種環(huán)節(jié)進行訓練等等。在這些既與現(xiàn)實條件相符又無任何危險的虛擬訓練系統(tǒng)中，學習者可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。⒌攜手網(wǎng)絡(luò)，改革教學結(jié)構(gòu)

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

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學的最成功案例，莫過于哈佛大學克里斯·德迪博士率領(lǐng)開展的一項為期十年的基于多用戶虛擬環(huán)境（Multi—User Virtuai Environment, MUVE）的中學科學教育項目：River City。正如德迪博士在2009年《科學》雜志上對River City總結(jié)的那樣，與傳統(tǒng)教學相比，大部分學生在這種沉浸式的模擬環(huán)境中都獲得了更多的關(guān)于科學探究的知識和技能；學生能夠形成一種深度參與，非常有利于發(fā)現(xiàn)復雜問題的技能與發(fā)展；有利于那些成績差的學生建立起學業(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)字化學習及評價方式的典型選入美國《2010年教育技術(shù)規(guī)劃》，也受到了具有“數(shù)字未來學家”之稱的唐·泰普斯科特的推崇。

由于虛擬現(xiàn)實所依托的軟硬件技術(shù)科技含量和開發(fā)費用高、技術(shù)復雜、實現(xiàn)難度大等原因，目前在教育領(lǐng)域還只是運用于少數(shù)的教學、培訓、實驗、參觀等方面，且尚沒有形成完善的運用模式。然而虛擬現(xiàn)實技術(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。有遠見的教育工作者把虛擬現(xiàn)實看做是基于計算機的教學系統(tǒng)的下一個合乎邏輯的發(fā)展步驟。人們必將應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來進一步改進學習過程和創(chuàng)造新的學習系統(tǒng)。

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第二篇：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中的應(yīng)用主要集中在桌面虛擬現(xiàn)實和分布式虛擬現(xiàn)實,沉浸型虛擬現(xiàn)實由于所需設(shè)備昂貴,在教學中的應(yīng)用較少。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠程教育中的應(yīng)用主要有制作三維網(wǎng)絡(luò)課件、開設(shè)網(wǎng)絡(luò)實驗課程和建構(gòu)虛擬教室。

1.制作三維網(wǎng)絡(luò)課件

在教學中,基于HTML的網(wǎng)絡(luò)課件在不斷地發(fā)展完善,但卻始終不能擺脫二維平面的約束。在課件中加入虛擬現(xiàn)實技術(shù),能掙脫這一枷鎖。將虛擬現(xiàn)實和文字、聲音、圖片、視頻等各種媒體有機結(jié)合,可以彌補二維平面課件的不足。如,用VRML設(shè)計各種三維的模型、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等,可以讓學生多角度地觀察和學習,更好地理解學習內(nèi)容。虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以再現(xiàn)現(xiàn)實生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象或事物的變化過程,為學生提供生動、逼真的感性學習材料,幫助學生解決學習中的知識難點。如學習物理知識時,利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),向?qū)W生展示原子核裂變、半導體導電等復雜的物理現(xiàn)象,供學生觀察學習。

2.開設(shè)網(wǎng)絡(luò)實驗課程

虛擬實驗在網(wǎng)絡(luò)教育中有著巨大的優(yōu)勢,它可以彌補遠程教學條件的不足。虛擬現(xiàn)實實驗環(huán)境的開發(fā)可以真正打破空間、時間的限制,促進網(wǎng)絡(luò)實驗課程的開展。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),還可以建立各種虛擬實驗室,如物理、化學、地理、生物等實驗室,在“實驗室”里,學生可以自由地做各種實驗,獲得真實的體驗。學生還可以通過虛擬實驗驗證所學的各種理論知識,提出各種假設(shè)模型進行虛擬,并通過虛擬系統(tǒng)觀察這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。例如,在虛擬的化學系統(tǒng)中,學生可以按照自己的假設(shè)設(shè)計某一化學反應(yīng),通過虛擬實驗,可以看到相應(yīng)的反應(yīng)現(xiàn)象。通過這種探索式的學習方式,可以培養(yǎng)學生的學習興趣,有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

3.建構(gòu)虛擬教室

目前,在網(wǎng)絡(luò)教育中,學生大部分是通過網(wǎng)絡(luò)課程來學習的。學習時,學生能在網(wǎng)頁上看到課程的相關(guān)文字材料和一些靜止的圖片。當然,好一點的網(wǎng)絡(luò)課程,還提供了教學視頻。但是不管是文本還是視頻,師生之間都缺乏一種靈活的交互。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù),構(gòu)建虛擬教室,能使這個問題得到一定程度的解決。虛擬教室是指運用分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)造的一個虛擬真實的教學環(huán)境,分布在各個不同地方的學生,可以通過網(wǎng)絡(luò)參與到虛擬課堂中。虛擬教室模擬了真實多媒體教室的整個場景,是師生共同活動的一個空間,在這里,可以完成教學、答疑等各種教學活動。借助網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),視音頻采集、處理技術(shù)以及交互代理等技術(shù),參與到課堂的各個對象可以看到彼此,學生可以看到老師的板書,聽到他的講解。教師也能看到學生的表情和動作,可以聽到學生的提問,并隨時解答。這種教學方式,可以增強師生之間的實時互動,激發(fā)學生的學習興趣,提高教學效率。

第三篇：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀教學中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀教學中的應(yīng)用

由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠滿足學習媒體的情景化及自然交互性的要求,從而在風景園林教學領(lǐng)域內(nèi)有著極其廣闊的應(yīng)用前景。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以改變高校景觀建筑設(shè)計專業(yè)傳統(tǒng)的教學模式,改善實驗環(huán)境,解決高校普遍存在的教學資源不足的問題,優(yōu)化教學過程及培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的人才。隨著教育改革的深入和虛擬現(xiàn)實技術(shù)理論的不斷完善和發(fā)展,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在景觀建筑設(shè)計專業(yè)中的應(yīng)用也將不斷的拓展。

(一)促進教學觀念的變化

傳統(tǒng)的教學觀念主要是“傳道、授業(yè)、解惑”,它決定了教學組織形式和教學方法,即以教為主,教師是教學的中心,由教師決定教學內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、教學方法及教學進度,而學生始終處于被動的學習環(huán)境中。現(xiàn)代化的教學方法追求教與學的合作化,以講授引導思維,以教導激發(fā)創(chuàng)新,并賦予學生學習的主動性。虛擬現(xiàn)實教學有利于創(chuàng)造這樣的環(huán)境,以教師為中心的授課形式將會被改變,以學生為中心的個性化教學、合作化教學和虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的自我探究得以真正實現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實正是在現(xiàn)代教育思想指導下,使用新技術(shù)改進教學方法的嘗試。把虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到教學中,從多媒體虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組織形式看,虛擬現(xiàn)實是非線性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),逼真的虛擬環(huán)境可提供良好的人機交互功能,在這個基礎(chǔ)上教學內(nèi)容的組織安排將特別強調(diào)由學生主動參與來構(gòu)建知識結(jié)構(gòu),變學生的“被動聽講”為“主動學習”,由“要我學”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W”。在這種情況下,教材的意義也將由傳統(tǒng)的“教材控制”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W習者控制”,教學內(nèi)容外在形式的生動化與內(nèi)在結(jié)構(gòu)的科學化將更緊密地結(jié)合起來,這種環(huán)境將極大地促進教學觀念發(fā)生變化。

(二)促進教學內(nèi)容的變化

教學內(nèi)容是教學過程中傳遞的教學信息,是學生獲取知識、掌握技術(shù)、發(fā)展能力的主要源泉。多媒體虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入使教學內(nèi)容無論是外在形式還是內(nèi)在結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生了很大的變化。

1.教學內(nèi)容外在形式的變化

學生的技術(shù)水平和動手能力是在實驗、實訓中培養(yǎng)出來的,在傳統(tǒng)的實踐教學中,實驗課內(nèi)容主要是學科性的理論驗證和學會使用設(shè)備、儀器,并從中歸納、總結(jié)出規(guī)律。這些年來,隨著教育技術(shù)的發(fā)展,從原來只是用錄音、錄像來輔助文字教材進行教學的方式發(fā)展為使用具有人機交互的多媒體技術(shù)。多媒體的信息類型有靜態(tài)的、運動的、超級鏈接的視覺和聽覺信息,媒體信息形式通過計算機的集成處理,提供了超文本、圖形、圖像、圖表、音頻、視頻和動畫。多媒體信息表現(xiàn)形式多樣,對于抽象的、概括的概念和原理,除了用文字和語音協(xié)同描述以外,還可以用三維實景虛擬現(xiàn)實過程,對于不可視的變化、無法觸摸的物體或有危險的場所,甚至自然界或現(xiàn)實生活中不可能存在的事件,也可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)去展現(xiàn)。多媒體技術(shù)存貯信息量大,教學內(nèi)容可以用最有效的方式來表現(xiàn);而且,同一教學內(nèi)容還可以用多種信息形式來表現(xiàn),這就有利于克服單一媒體表現(xiàn)及難以協(xié)同表現(xiàn)的弊端。虛擬現(xiàn)實所提供的人機交互的特點尤其適用于個性化教育,因人施教、因材施教,培養(yǎng)高素質(zhì)的綜合型景觀設(shè)計人才。

2.教學內(nèi)容內(nèi)在結(jié)構(gòu)的變化

虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用將帶來教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)的變化。教學內(nèi)容的內(nèi)在結(jié)構(gòu)就是學科知識結(jié)構(gòu)設(shè)計,知識結(jié)構(gòu)是學科知識間的邏輯關(guān)系,是學科內(nèi)含智力因素的信息源。傳統(tǒng)的教材及實驗指導材料都是以線性結(jié)構(gòu)來組織學科知識結(jié)構(gòu)的,知識內(nèi)容的結(jié)構(gòu)及順序都是以教為主,教學順序性很強,學生只能在教師的講授下獲得正確的概念、原理及邏輯關(guān)系。這種形式的學習,學生對教師的依賴性很大,教材也只是一種教授材料,學生利用它學習的自由度不大,靈活性不強,難以促使學生從已建立的知識結(jié)構(gòu)向新知識結(jié)構(gòu)遷移。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)以后,多種媒體的信息通過網(wǎng)絡(luò)化超鏈接,就可以接近人類認知特點的方式去組織和展示教學內(nèi)容、構(gòu)建知識結(jié)構(gòu),這種網(wǎng)狀的信息組織方式是一種非線性結(jié)構(gòu),鏈是知識之間的層級邏輯關(guān)系。虛擬現(xiàn)實與普通多媒體是多媒體信息處理的高度集成,把信息的組織形式與信息內(nèi)容呈現(xiàn)的多樣性、復雜性結(jié)合起來,為學生提供了一種動態(tài)、開放的結(jié)構(gòu)化認知形式,它既包括了學科的基本內(nèi)容,又包括了學科內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系,既注重知識的形成過程,又注重知識的結(jié)構(gòu),憑借視覺、聽覺、觸覺信息的協(xié)調(diào)作用使教學內(nèi)容的統(tǒng)一與靈活性得到了完善的結(jié)合。虛擬現(xiàn)實的這種非線性結(jié)構(gòu)有利于學生進行擴散思維,聯(lián)想原有的知識,獲得新知識。

(三)促進教學手段的變化

1.互動啟發(fā)式教學

虛擬現(xiàn)實有助于啟發(fā)式教學的開展,在演示教學內(nèi)容方面能以一種直接的信息傳遞方式,通過親臨其境的、自主控制的人機交互,由視覺、聽覺、觸覺獲取“外界”的反應(yīng),提供生動活潑的直觀形象思維材料、展現(xiàn)學生不能直接觀察到的事物等,形成知識點。學生則從思維、情感和行為3個方面參與教學活動。

2.發(fā)現(xiàn)式教學

發(fā)現(xiàn)式教學是以解決問題為中心的教學形式,虛擬現(xiàn)實在實訓教學中可以讓學生進入問題存在的環(huán)境,有針對性地建構(gòu)虛擬情景,引導學生進行探究。虛擬現(xiàn)實教學提供良好的人機交互,還允許學生出錯時,自行了解錯誤的根由及后果,發(fā)現(xiàn)解決問題的方法。

3.協(xié)同工作式教學

虛擬現(xiàn)實教學不受空間位置和相互距離的限制,可讓遠距離的師生或位置分散的學生共處于一個虛擬空間中,通過共同參與,且必須具備協(xié)同操作能力才能完成某些項目的設(shè)計或訓練。

4.情境式教學

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有動畫虛擬現(xiàn)實的能力,能夠把教學中的抽象概念原理、真實的實驗過程等形象生動地表現(xiàn)出來,給學生創(chuàng)設(shè)真實的學習情境,幫助學生獲得示范性的知識,把握概念原理的實質(zhì)。

（四）實際使用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)最大的優(yōu)勢在于場景的模擬與再現(xiàn)，一旦場景建成，不再受地理空間、時間的限制。可以隨時隨地調(diào)取已有場景信息。運用在景觀教學上，主要可以用在:

一、古建、古典園林教學板塊（適用課程中西方古典園林史、西方現(xiàn)代景觀的理論與實踐）

實用意義

中國古典園林是中國傳統(tǒng)園林的精髓，分布廣泛，各有各自的特色。包括北方園林，南方園林、嶺南園林、皇家園林、等眾多形式。但是由于地域原因、實地考察學習是一件非常困難的任務(wù)。費時費力費錢，并不是所有人都有機會實地考察，也不是所有人一次考察就能體會到精髓。

軟件功能構(gòu)造

通過虛擬現(xiàn)實模擬可以

1）模擬現(xiàn)場建筑、植物、四時、季相變化，現(xiàn)場實際模擬出全部景觀。

2）頂視圖搭配結(jié)構(gòu)分析、交通分析、功能分區(qū)、區(qū)域劃分、建筑名稱分布等。3）同時軟件搭配講解功能，講解現(xiàn)場石材、建筑由來、古建結(jié)構(gòu)、園林造景手法講解（全面展示園林造景中的借景、透鏡、框景、障景等）、現(xiàn)場全景圖展示等。4）使用者可以通過各個角度，各個方向進行觀賞。實際使用過程中所觀賞不到的地方（比如鳥瞰、四時變化、）

優(yōu)勢分析

1）可以經(jīng)常性的游覽園內(nèi)場景，體會古典園林的造景手法（以往講解僅僅局限于圖片展示，我們可以模擬現(xiàn)場實際景觀，感受體量關(guān)系）

2）模擬現(xiàn)場的四季，實時變化。感受陰晴雨雪、感受植物生長對整個環(huán)境空間帶來的改變。

3）恢復已被破壞的景觀，提高人們的參與性，提高可到達性。使人們不僅僅局限在人視點的觀察。

4）形象生動的講述平時口述難以講清的課程內(nèi)容。如古建中的斗拱形式，就可以簡單生動的展示給學生。

5）提高學生的接受程度、提高課程興趣、提高學生的參與度。

二、景觀案例學習

實用意義：

現(xiàn)代景觀大師有相當一部分具有代表性的經(jīng)典案例，而以往我們對這些案例的學習僅僅局限于平面圖、CAD、以及部分的效果圖。很難感受到實際的比例關(guān)系、尺度、景觀效果。更感受不到一個方案從其設(shè)計構(gòu)思、到場地周邊環(huán)境分析、到基地分析、功能分區(qū)、再到方案形成的整個過程。軟件功能構(gòu)造：

1）將完整的方案信息進行展示，以二維或者三維的方式。介紹場地周圍的大環(huán)境。同時可通過文字或者動畫形式展示整個方案的歷史環(huán)境，政治背景、以及其歷史意義。2）將整個設(shè)計的骨架信息一層一層展現(xiàn)，包括道路、水體、節(jié)點、植物、功能分等。讓學生更深入的了解。

3）方案經(jīng)典介紹。將方案的經(jīng)典之處進行展示與介紹。同時進行季相、時間變化。4）讓學生自行進行設(shè)計，之后與經(jīng)典案例進行比較。優(yōu)勢分析：

1）將經(jīng)典案例通過三維方式進行展示，直觀形象。

2）整合資料，將案例周邊環(huán)境、歷史環(huán)境進行詳細敘述。3）深入的剖析方案的設(shè)計構(gòu)思與形式。加深理解。

三、植物認知

1）通過動畫形式對植物的基礎(chǔ)知識進行介紹，包括樹葉、樹皮、樹干形式名稱介紹。2）建立植物庫，模擬植物的的生長過程，対植物的科屬，生長習性，搭配方式進行詳細介紹。

3）對不同科屬的植物進行分類，以便植物認知。

4）按照季相分類，常綠，落葉，觀花、觀果等進行詳細分類。以便植物認識學習，同時便于設(shè)計中隨時調(diào)取使用。

四、通過增強現(xiàn)實技術(shù)輔助設(shè)計

1）在設(shè)計領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種獨特的技術(shù)手段，可以有效的解決抽象思維與其所產(chǎn)生的實體間的聯(lián)系問題。設(shè)計師不僅能夠充分發(fā)揮其藝術(shù)想象力，更能夠在前期設(shè)計階段就與實際相結(jié)合，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量，節(jié)省投資。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可應(yīng)用于建筑和藝術(shù)信息模型項目全生命周期的信息化管理。

2）協(xié)助設(shè)計師科學準確分析設(shè)計信息可快速獲取復雜建筑模型進行分析，為建筑師提供全局、客觀的設(shè)計信息理解。

3）輔助設(shè)計在設(shè)計過程中，會提出不同的設(shè)計方案，對未來的設(shè)計形象做多種設(shè)想，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立一個全面、直觀、可交互、如實反映設(shè)計的三維虛擬模型，便于設(shè)計者更直觀、全面了解設(shè)計，也方便設(shè)計師對某個設(shè)計細節(jié)作局部修改，并實時地與修改前的方案進行分析比較。

2.探索學習

是指通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)對學生在學習過程中所提出的各種假設(shè)進行模擬,直接觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。這有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。例如,利用虛擬技術(shù),學生還可以進行溫室效應(yīng)的探索學習,從而分析城市建設(shè)對周邊環(huán)境以及園林綠地和水體對城市小氣候的相互影響,探索景觀建筑設(shè)計新的研究方向。

3.實驗實訓

是指利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立數(shù)字城市與風景園林技術(shù)平臺,進而方便地創(chuàng)建如規(guī)劃、建筑、照明、水景、工程機械等各種虛擬實驗室,方便師生實驗實訓。

在虛擬景觀建筑實驗室里,學生可以對自己設(shè)計的景觀建筑進行反復的修改和論證,并研究加入“時間因素”后的四維模擬,真實感受時間的藝術(shù),也可以進行建筑環(huán)境的分析以及建筑物對周邊環(huán)境影響的研究。在虛擬照明實驗室里,學生可以研究不同電光源在不同配光方式和投光方法下的照明和景觀效果,進行道路、廣場、建筑、庭院、水景、樹木、雕塑、溶洞等各種照明實驗。在虛擬的水景工程實驗室里,學生可以組裝水循環(huán)系統(tǒng),了解工藝流程,研究不同流量和揚程下各種噴頭組合的水型效果以及配上燈光后的夜景效果。

虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性,使學生能夠在虛擬的學習環(huán)境中扮演一個角色,全身心地投入到學習環(huán)境中去,這非常有利于諸如園林工程機械操作、園林栽培和修剪等各種職業(yè)技能的訓練。例如,在虛擬的園林起重機訓練系統(tǒng)中,學員可以反復操作仿真控制設(shè)備,練習在各種用地環(huán)境下操作園林起重機的駕駛、起吊和準確落點等,達到熟練掌握相關(guān)技能的目的。而虛擬修剪系統(tǒng)也可以低成本地模擬修剪,掌握各類植物修剪的關(guān)鍵,并可直觀地評價修剪后的效果。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域的運用已得到國內(nèi)外學者的重視,在景觀規(guī)劃設(shè)計方面,國內(nèi)研究主要集中在景觀建模、可視化表達以及技術(shù)運用的介紹性研究成果。在歷史文化景觀再現(xiàn)研究中,景觀所包含的歷史和文化的內(nèi)涵,最終都通過人們的感知而傳遞。作為一種利用人們的感知和構(gòu)想,具有三維表現(xiàn)力并且富于交互性,從而可以很好地模擬現(xiàn)實的技術(shù),虛擬現(xiàn)實技術(shù)在歷史文化景觀中的應(yīng)用將會是激動人心的。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變了人們只能從現(xiàn)實生活中獲得感知的方式,通過計算機模擬人類的感知,從而制造一個虛擬世界。如果說虛擬現(xiàn)實技術(shù)拓展了人們的感知能力,這樣一個虛擬世界則增加了人們的生存空間,改變了人們的生活方式。虛擬現(xiàn)實技術(shù)還提供了一種超越時間和空間約束,提供人們逼真體驗的手段。從時間上說,虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅可以模擬現(xiàn)在存在的,再現(xiàn)以前有而現(xiàn)在不存在的,而且可以通過構(gòu)想,模擬以后可能有的,甚至可以構(gòu)造現(xiàn)實生活中不可能有的現(xiàn)象和體驗。而從空間上來說,虛擬現(xiàn)實可以在甲地模擬乙地的風景,從而用戶在甲地就可以體驗到身處乙地的感受。這使得人們生活的空間擴大,可以得到的實踐和體驗增加,如果說人生的價值在于一種實踐和體驗,這無疑增加了人生所具有的價值。虛擬現(xiàn)實技術(shù)還提供了一種超越時空進行信息傳遞的方式,分布式虛擬現(xiàn)實中,人們可以與來自地球另外一端的用戶相遇在一個虛擬世界中,看到彼此的表情和動作,相互進行語言溝通等。

一虛擬現(xiàn)實與虛擬世界 一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有以下三個基本特征,通常稱為虛擬現(xiàn)實的特征:(1)沉浸感(Immersion);(2)交互性(Interaction);(3)構(gòu)想性(Imagination)。根據(jù)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所傾向的特征的不同,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一般分為四類:桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),增強現(xiàn)實系統(tǒng)及分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要提供給用戶一個直觀并具有很強交互性的與計算機系統(tǒng)交互的界面。所以其本質(zhì)是一種人機界面技術(shù),它使人們與計算機打交道的方式產(chǎn)生了革命性變化,使人們的生活方式隨之發(fā)生變革,它同時是一種影響了或即將影響普通用戶生活的特殊文化現(xiàn)象。

第四篇：虛擬現(xiàn)實技術(shù)論文

虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述總結(jié)

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

虛擬現(xiàn)實技術(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)建和體驗虛擬世界的計算機技術(shù)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，可借助傳感頭盔、數(shù)據(jù)手套等專業(yè)設(shè)備，讓用戶進入虛擬空間，實時感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而通過視覺、觸覺和聽覺等獲得身臨其境的真實感受。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向，是仿真技術(shù)與計算機圖形學、人機接口技術(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、文化教育、農(nóng)業(yè)和計算機技術(shù)等方面，改變了傳統(tǒng)的人機交換模式。

二、虛擬現(xiàn)實的基本特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本特征可以簡潔地表征為沉浸性、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)境中的真實程度。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該達到使用難以分辨真假的程度例如可視場景應(yīng)隨著視點的變化而變化甚至超越真實如生成比現(xiàn)實更逼真的照明和音響效果等。? 交互性

交互性是指用戶對虛擬環(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時性。例如用戶可以用手直接取虛擬環(huán)境中的物體, 這時手應(yīng)該有觸摸感, 并可以感覺物體的重量, 場景中被取的物體也立刻能夠隨著手的移動而移動。? 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知能力全方位地獲取知識, 發(fā)揮主觀能動性, 尋求解答方式, 形成新的概念。

三、虛擬現(xiàn)實的硬件設(shè)備與軟件技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，硬件設(shè)備主要由3個部分組成：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)實的相關(guān)技術(shù)。

1、虛擬現(xiàn)實的輸入設(shè)備

有關(guān)虛擬現(xiàn)實系統(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，主要用于對輸入設(shè)備在三維空間中的位置進行判定，并送入虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中。

虛擬世界與人進行自然交互的實現(xiàn)形式很多，有基于語音的、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。

手是我們與外界進行物理接觸及意識表達的最主要媒介，在人機交互設(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)實系統(tǒng)進行交互，可以在虛擬世界中進行物體抓取、移動、裝配、操縱、控制等操作，并把手指和手掌伸屈時的各種姿勢轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給計算機，計算機通過應(yīng)用程序識別出用戶的手在虛擬世界中操作時的姿勢，執(zhí)行相應(yīng)的操作。在實際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)手套還必須配有空間位置跟蹤器，檢測手在空間中的實際方位及其運動方向。

2、虛擬現(xiàn)實的輸出設(shè)備

人置身于虛擬世界中，要體會到沉浸的感覺，必須讓虛擬世界能模擬人在現(xiàn)實世界中的多種感受，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，成熟和相對成熟的感知信息的產(chǎn)生和檢測技術(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轉(zhuǎn)變?yōu)槿怂芙邮艿亩嗤ǖ来碳ば盘枺F(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)實的生成設(shè)備

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，計算機是虛擬世界的主要生成設(shè)備，所以有人稱之為“虛擬現(xiàn)實引擎”，它首先創(chuàng)建出虛擬世界的場景，同時還必須實時響應(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人計算機、基于高性能圖形工作站、高度并行的計算機系統(tǒng)和基于分布式計算機的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)四大類。

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

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

③ 高度并行的計算機系統(tǒng)采用高性能并行體系；

④ 基于分布式計算機的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)則采用網(wǎng)絡(luò)連接的分布式結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)。

4、虛擬現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的目標是由計算機生成虛擬世界，用戶可以與之進行視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等全方位的交互，并且虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能進行實時響應(yīng)。

要實現(xiàn)這種目標，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)階段計算機的運行速度還達不到虛擬現(xiàn)實系統(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)，真實感實時繪制技術(shù)，三維虛擬聲音的實現(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)實系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。

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

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，營造的虛擬環(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)上再進行實時繪制、立體顯示，形成一個虛擬的世界。

虛擬環(huán)境建模的目的在于獲取實際三維環(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)計出反映研究對象的真實有效的模型，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)才有可信度。

在虛擬現(xiàn)實系統(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象的物理本質(zhì)及其內(nèi)在的工作機理。? 真實感實時繪制技術(shù)

要實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的虛擬世界，僅有立體顯示技術(shù)是遠遠不夠的，虛擬現(xiàn)實中還有真實感與實時性的要求，也就是說虛擬世界的產(chǎn)生不僅需要真實的立體感，而且虛擬世界還必須實時生成，這就必須要采用真實感實時繪制技術(shù)。

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

在虛擬現(xiàn)實系統(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于視覺的依賴性，降低沉浸感對視覺信息的要求，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)實技術(shù)展望

虛擬現(xiàn)實技術(shù)依賴于計算機的高速運算和傳輸。高速運算和傳輸能解決虛擬現(xiàn)實環(huán)境的復雜逼真的環(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。再好的真實感也離不開虛擬體的仿真行為。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的真實感主要體現(xiàn)在視覺和聽覺上，“多感知交互”正在成為熱點。對力反饋系統(tǒng)的進一步研究、嗅覺、味覺和體表感受都是未來虛擬現(xiàn)實的內(nèi)容。基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實伴隨互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而成為熱點。

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

廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域又向虛擬現(xiàn)實技術(shù)提出了新的創(chuàng)意和難題，應(yīng)進一步推動虛擬現(xiàn)實的發(fā)展，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展僅限于人們的想象力。

五、論文小結(jié)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一個極具潛力的前沿研究方向，是面向21世紀的重要技術(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。可以預見，隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用會越來越廣泛。

本論文概述了虛擬現(xiàn)實的定義、硬件、軟件和應(yīng)用，并對虛擬現(xiàn)實技術(shù)和應(yīng)用的新熱點做了展望，最后對學習“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”這部分知識進行了總結(jié)。

任雨佳 1205170202 計本1202班

第五篇：虛擬現(xiàn)實技術(shù)論文

云南師范大學旅游與地理科學學院

虛擬現(xiàn)實技術(shù)論文（設(shè)計）

題目 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 學院 旅游與地理科學學院 專業(yè) 測繪工程

學號 1443206000215 班級 14測繪工程 姓名 黃 興 旺

《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：1443206000215

2016-2017年第一學期

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

1.1虛擬現(xiàn)實的概念 ················································································································· 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我國對Virtual Reality的翻譯 ················································································· 3 1.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義 ········································································································· 4

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

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

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

2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) ································································································· 6 2.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的幾個瓶頸問題 ························································································· 7 3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ································································································ 8

3.1國外虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究現(xiàn)狀 ····························································································· 8

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

《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

虛擬現(xiàn)實技術(shù)

摘要虛擬現(xiàn)實(VirtualReality, VR)技術(shù)是近年來新興的借助計算機及最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的人機交互手段,其核心是建模與仿真。概括介紹了虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)的概念與特征

1.1虛擬現(xiàn)實的概念

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

1.1.1關(guān)于Virtual的釋義

首先從VR這個詞上進行分析，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它更為復雜。

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

1.1.3我國對VirtualReality的翻譯

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

有人認為世界的現(xiàn)象是現(xiàn)實，但不一定實在。“實在”在不同的條件和場合下將展開不同的現(xiàn)實，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，虛擬細胞等等。

1.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向是仿真技術(shù)與計算機圖形學人機接口技術(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)前沿學科和研究領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(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)境是由計算機生成的、實時動態(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。除計算機圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，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，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入作出實時響應(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)實技術(shù)的定義

1990年在美國達拉斯召開的SIGGRAPH國際會議上，明確了VR的上要技術(shù)構(gòu)成，即三維計算機圖形生成技術(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、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)境等動態(tài)特性、結(jié)構(gòu)以及交互式規(guī)則；（3）計算機系統(tǒng)以及圖形、聲音合成設(shè)備等外部設(shè)備三個主要部分。

1.2.2廣義虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義

所謂廣義VR技術(shù)的定義，認為VR技術(shù)是對虛擬想象或真實的、多感官的三維虛擬世界模擬。換而言之，是計算機技術(shù)所創(chuàng)建的三維環(huán)境，這個環(huán)境可以是虛擬想象的三維環(huán)境（三維可視化的），也可以是對真實世界的三維模擬，是一個既是物理又是心里的空間，它的本質(zhì)應(yīng)該是“人類想象力付諸實施的想象空間”，是對人所處的自然真實環(huán)境的空間特性以及時間特性的一種擴展。VR不僅僅是一種人機接口，更主要的是對虛擬世界內(nèi)部的模擬。人機交互接口采用VR的方式，對某個特定環(huán)境真實再現(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)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

1.2.3有關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的其他定義

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

也有一些我國學者指出，VR技術(shù)使體驗者通過傳感器進入虛擬世界，讓體驗者發(fā)生感觸，沉浸其中。這個虛擬世界可以說是純粹虛構(gòu)空間，也可以是現(xiàn)實世界的虛擬再現(xiàn)。

1.3虛擬現(xiàn)實的特征和類型

1.3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(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、鼠標等輸入設(shè)備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下五個主要特征：

（1）沉浸性使之所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境能使學生產(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，學生如同在真實的環(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，其中學生是交互的主體，虛擬對象是交互的客體，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)實是要能啟發(fā)人的創(chuàng)造性的活動，不僅要能使沉浸于此環(huán)境中的學生獲取新的指示，提高感性和理性認識，而且要能使學生產(chǎn)生新的構(gòu)思。

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

（5）自主性是虛擬世界中物體可按各自的模型和規(guī)則自主運動。

1.3.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的類型

虛擬現(xiàn)實技術(shù)按照不同的標準有不同的分類，通常分為以下四類：

1、桌面虛擬現(xiàn)實

桌面虛擬現(xiàn)實利用個人計算機和低級工作站進行仿真，將計算機的屏幕作為用戶 《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

觀察虛擬境界的一個窗口。通過各種輸入設(shè)備實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實世界的充分交互，這些外部設(shè)備包括鼠標，追蹤球，力矩球等。它要求參與者使用輸入設(shè)備，通過計算機屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時參與者缺少完全的沉浸，因為它仍然會受到周圍現(xiàn)實環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實最大特點是缺乏真實的現(xiàn)實體驗，但是成本也相對較低，因而，應(yīng)用比較廣泛。常見桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實QuickTime VR、虛擬現(xiàn)實造型語言VRML、桌面三維虛擬現(xiàn)實、MUD等。

2、沉浸的虛擬現(xiàn)實

高級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗，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)實系統(tǒng)、遠程存在系統(tǒng)。

3、增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實

增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實不僅是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來模擬現(xiàn)實世界、仿真現(xiàn)實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環(huán)境的感受，也就是增強現(xiàn)實中無法感知或不方便的感受。典型的實例是戰(zhàn)機飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準數(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或?qū)Ш狡睢?/p>

4、分布式虛擬現(xiàn)實

如果多個用戶通過計算機網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經(jīng)歷，那虛擬現(xiàn)實則提升到了一個更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。在分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，多個用戶可通過網(wǎng)絡(luò)對同一虛擬世界進行觀察和操作，以達到協(xié)同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過網(wǎng)絡(luò)連接而成，用于部隊的聯(lián)合訓練。通過SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器一樣運行在同一個虛擬世界，參與同一場作戰(zhàn)演習。

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

2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

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

1、動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)，它包括實現(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)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

術(shù)等等。

2、實時、現(xiàn)實三維動畫技術(shù)，即實時三維動畫生成技術(shù)。

3、立體現(xiàn)實和傳感技術(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)、語音識別與合成技術(shù)等等。

2.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的幾個瓶頸問題

(1)虛擬環(huán)境表示的準確性。為使虛擬環(huán)境與客觀世界相一致，需要對其中種類繁多、構(gòu)形復雜的信息做出準確、完備的描述。同時，需要研究高效的建模方法，重建其演化規(guī)律以及虛擬對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，重點解決合成信息的高保真性和實時性問題，以提高沉浸感。

(3)人與虛擬環(huán)境交互的自然性。合成的感知信息實時地通過界面?zhèn)鬟f給用戶，用戶根據(jù)感知到的信息對虛擬環(huán)境中事件和態(tài)勢做出分析和判斷，并以自然方式實現(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交互模式和個性化的自然交互技術(shù)等，以提高人機交互效率。

(4)實時顯示問題。盡管理論上講能夠建立起高度逼真的，實時漫游的VR，但至少現(xiàn)在來講還達不到這樣的水平。這種技術(shù)需要強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，同時又是實時交互的VR。其根本原因是因為引入了用戶交互，需要動態(tài)生成新的圖形時，就不能達到實時要求，從而不得不降低圖形的逼真度以減少處理時間，這就是所謂的景物復雜度問題。

(5)圖形生成。圖形生成是虛擬現(xiàn)實的重要瓶頸，虛擬現(xiàn)實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景的動態(tài)特性，換句話說，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)要求隨著人的活動(位置、方向的變化)即時生成相應(yīng)的圖形畫面。

(6)智能技術(shù)(Artificial Intelligence，簡稱AI)。在VR中，計算機是從人的各種動作，語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，如語音識別、圖像識別、自然語言理解等，這些智能接口領(lǐng)域的研究課題是VR技術(shù)的基礎(chǔ)，同時也是VR技術(shù)的難點。本質(zhì)上，上述6個問題的解決使得用戶能夠 《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

身臨其境地感知虛擬環(huán)境，從而達到探索、認識客觀事物的目的。概括地說，圍繞著虛擬現(xiàn)實展開的研究都是圍繞著這6個基本問題的。

3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1國外虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究現(xiàn)狀

3.1.1美國

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

美國宇航局的Ames實驗室：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時仿真。大量運用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。對哈勃太空望遠鏡的仿真。現(xiàn)在正致力于一個叫“虛擬行星探索”（VPE）的試驗計劃。現(xiàn)在NASA己經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護VR訓練系統(tǒng)，空間站VR訓練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國使用的VR教育系統(tǒng)。

北卡羅來納大學（UNC）的計算機系是進行VR研究最早最著名的大學。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大學醫(yī)學中心的David Warner博士和他的研究小組成功地將計算機圖形及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。

麻省理工學院（MIT）是研究人工智能、機器人和計算機圖形學及動畫的先鋒，這些技術(shù)都是VR技術(shù)的基礎(chǔ)，1985年MIT成立了媒體實驗室，進行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。

SRI研究中心建立了“視覺感知計劃”，研究現(xiàn)有VR技術(shù)的進一步發(fā)展。1991年后，SRI進行了利用VR技術(shù)對軍用飛機或車輛駕駛的訓練研究，試圖通過仿真來減少飛行事故。

華盛頓大學華盛頓技術(shù)中心的人機界面技術(shù)實驗室（HIT Lab）將VR研究引入了教育、設(shè)計、娛樂和制造領(lǐng)域。伊利諾斯州立大學研制出在車輛設(shè)計中支持遠程協(xié)作的分布式VR系統(tǒng)。《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

喬治梅森大學研制出一套在動態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實時仿真系統(tǒng)。從90年代初起，美國率先將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，主要用于以下四個方面：一是虛擬戰(zhàn)場環(huán)境。二是進行單兵模擬訓練。三是實施諸軍兵種聯(lián)合演習。四是進行指揮員訓練。

3.1.2歐洲

在歐洲，英國在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)計和應(yīng)用研究方面，在歐洲來說是領(lǐng)先的。英國Bristol公司發(fā)現(xiàn)，VR應(yīng)用的交點應(yīng)集中在整體綜合技術(shù)上，他們在軟件和硬件的某些領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。英國ARRL公司關(guān)于遠地呈現(xiàn)的研究實驗，主要包括VR重構(gòu)問題。他們的產(chǎn)品還包括建筑和科學可視化計算。

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

瑞典的DIVE分布式虛擬交互環(huán)境，是一個基于Unix的，不同節(jié)點上的多個進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驗室(TNO-PEL)開發(fā)的訓練和模擬系統(tǒng)，通過改進人機界面來改善現(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、降低成本，避免新產(chǎn)品開發(fā)的風險；二是產(chǎn)品演示，吸引客戶爭取定單；三是用于培訓，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日在法國舉行的ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology大會，整體上促進了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的深入發(fā)展。

3.1.3亞洲

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

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

東京技術(shù)學院精密和智能實驗室研究了一個用于建立三維模型的人性化界面。《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

NEC公司開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實系統(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)手套把對模型的處理與操作者手的運動聯(lián)系起來。

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

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

東京大學的高級科學研究中心將他們的研究重點放在遠程控制方面，最近的研究項目是主從系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使用戶控制遠程攝像系統(tǒng)和一個模擬人手的隨動機械人手臂。

東京大學原島研究室開展了3項研究：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、動態(tài)圖像的提取。

東京大學廣瀨研究室重點研究虛擬現(xiàn)實的可視化問題。為了克服當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)。

富士通實驗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)實中的手勢識別，已經(jīng)開發(fā)了一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)姿勢識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以識別姿勢，也可以識別表示詞的信號語言。

3.2國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究現(xiàn)狀

和一些發(fā)達國家相比，我國VR技術(shù)還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門和科學家們的高度重視。根據(jù)我國的國情，制定了開展VR技術(shù)的研究。九五規(guī)劃、國家自然科學基金委、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃等都把VR列入了研究項目。在緊跟國際新技術(shù)的同時，國內(nèi)一些重點院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。國內(nèi)最早開展此項技術(shù)試驗的是掛靠在西北工業(yè)大學電子工程系的西安虛擬現(xiàn)實工程技術(shù)研究中心。該中心的成立，對發(fā)揮學校電子信息工程學院等其他院系和研究所在虛擬現(xiàn)實、虛擬仿真與虛擬制造等方面的研究優(yōu)勢將具有積極作用。

北京科技大學虛擬現(xiàn)實實驗室成功開發(fā)出了純交互式汽車模擬駕駛培訓系統(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余人通過這個系統(tǒng)的學習取得駕駛執(zhí)照,路考通過率達到98％。《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

國防科技大學研制的虛擬空間會議系統(tǒng)1999年12月在長沙通過專家鑒定。虛擬空間會議系統(tǒng)隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展而被提出，是國際上公認的前沿性高難度課題，具有“終極會議系統(tǒng)” 之稱。國防科技大學于1995年開始進行前期研究，1997年正式立項，研究人員經(jīng)過5年的艱苦探索，大膽創(chuàng)新，終于解決了對象提取、三維虛擬對象、會場合成、場景感知、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)，使中國虛擬現(xiàn)實技術(shù)獲得突破性進展。虛擬會議空間通過多個大屏幕投影機無縫組成虛擬會場顯示環(huán)境，采用視頻合成技術(shù)構(gòu)造一個超高分辨率、寬視角、一體化的虛擬會議空間，實現(xiàn)了與會者之間相互關(guān)注及對會場虛擬場景的感知等普通多媒體會議系統(tǒng)無法實現(xiàn)的功能。在虛擬會議空間系統(tǒng)中，所有與會者仿佛在同一個會議室開會，每個與會者所處的空間位置、行為動作及面部表情都能相互感知，并能通過多種形式進行信息交流。發(fā)言人也可通過對每個與會者的反應(yīng)和提出的問題，調(diào)整講話內(nèi)容、回答有關(guān)問題。

北京航空航天大學計算機系也是國內(nèi)最早進行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進行了一些基礎(chǔ)知識方面的研究，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)算法及實現(xiàn)方法；實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實研究論壇，可以提供實時三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境，提供用于飛行員訓練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并將要實現(xiàn)與有關(guān)單位的遠程連接。

浙江大學CAD&CG國家重點實驗室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，采用了層面迭加繪制技術(shù)和預消隱技術(shù)，實現(xiàn)了立體視覺，同時還提供了方便的交互工具，使整個系統(tǒng)的實時性和畫面的真實感都達到了較高的水平。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網(wǎng)格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學已經(jīng)成功地虛擬出了人的高級行為中特定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動的合成等技術(shù)問題，并正在研究人說話時頭勢和手勢動作，話音和語調(diào)的同步等。

清華大學計算機科學和技術(shù)系對虛擬現(xiàn)實和臨場感的方面進行了研究，例如球面屏幕顯示和圖像隨動、克服立體圖閃爍的措施和深度感實驗等方面都具有不少獨特的方法。他們還針對室內(nèi)環(huán)境水平特征豐富的特點，提出借助圖像變換，使立體視覺圖像中對應(yīng)水平特征呈現(xiàn)形狀一致性，以利于實現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三堆結(jié)構(gòu)的新穎算法。

西安交通大學信息工程研究所對虛擬現(xiàn)實中的關(guān)鍵技術(shù)——立體顯示技術(shù)進行了研究。他們在借鑒人類視覺特性的基礎(chǔ)上提出了一種基于JPEG標準壓縮編碼新方 《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

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)通過實驗結(jié)果證明了這種方案的優(yōu)越性。

中國科技開發(fā)院威海分院主要研究虛擬現(xiàn)實中視覺接口技術(shù)，完成了虛擬現(xiàn)實中的體視圖像對算法回顯及軟件接口。他們在硬件的開發(fā)上己經(jīng)完成了LCD紅外立體眼鏡，并且已經(jīng)實現(xiàn)商品化。

北方工業(yè)大學CAD研究中心是我國最早開展計算機動畫研究的單位之一，中國第一部完全用計算機動畫技術(shù)制作的科教片《相似》就出自該中心。關(guān)于虛擬現(xiàn)實的研究已經(jīng)完成了2個“863”項目，完成了體視動畫的自動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)的多媒體平臺及相關(guān)的音頻資料庫，制作了一些相關(guān)的體視動畫光盤。

另外，北京郵電大學自動化學院、西北工業(yè)大學CAD/CAM研究中心、上海交通大學圖像處理模式識別研究所，長沙國防科技大學計算機研究所、華東船舶工業(yè)學院計算機系、安徽大學電子工程與住處科學系等單位也進行了一些研究工作和嘗試。

4.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用非常廣泛,它可以用于軍事、教育訓練、設(shè)計規(guī)劃、產(chǎn)品建模、心理學治療及藝術(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)最初是美國航空航天局與軍事部門為了模擬訓練而開發(fā)的。現(xiàn)在廣泛用于各兵種部隊的戰(zhàn)術(shù)研究、演習、模擬訓練和培訓等,戰(zhàn)斗實驗室已成為數(shù)控戰(zhàn)士的戰(zhàn)場。“司令部軍事演習”也已成為一種軍事演習的重要形式,這類演習可用于為未來戰(zhàn)爭組織裝備、主導原則和綜合訓練等決策提供參考數(shù)據(jù)。美國航空航天局埃姆斯研究中心還建立了一座虛擬實驗室,它所擁有的飛機模型器無論從規(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飛行控制、制導、座艙顯示、自動化和操縱的品質(zhì),它能夠獲得有關(guān)飛機性能的實時數(shù)據(jù)和視圖,并且航空研究人員和設(shè)計師坐在家里就可以“進入”該實驗室進行操作,其靈敏度遠遠高于現(xiàn)在的任何其他此類研究手段。《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

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

現(xiàn)實技術(shù)把他們帶到那漫無邊際的風塵黃沙中,讓他們“身臨其境”感受到大漠的荒涼。英國國防部向外界公開了全世界最大和最精確地模擬作戰(zhàn)訓練系統(tǒng)“合成兵戰(zhàn)術(shù)訓練師”,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)仿真訓練。NASA虛擬工作站是美國航空航天局與軍事部門為了模擬訓練而開發(fā)的。美國陸軍的自動虛擬實驗室CAVE是一個典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。至2000年,美國陸軍已擁有一個包括綜合作戰(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)部隊計劃和演習系統(tǒng)(SOFPARS)。我國趙沁平教授從1996年開始研究“分布式虛擬環(huán)境”,在863計劃的資助下,以北京航空航天大學計算機系為系統(tǒng)集成單位,中科院軟件所、國防科技大學等單位為關(guān)鍵技術(shù)單位,包括合成環(huán)境、虛擬士兵、武器等研究,目前已達到美國同類產(chǎn)品的水平。

4.1.2醫(yī)學領(lǐng)域

2003年年初,我國第一軍醫(yī)大學宣布完成了國內(nèi)首例女虛擬人的數(shù)據(jù)采集,獲得了8556個切片,切片間距為0.2 mm,而美國人公布的切片間距為男性1 mm、女性0.33 mm。切片精度對于獲取數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量至關(guān)重要,因為切片建模是數(shù)字化虛擬人研究的基礎(chǔ),但又不是全部。國家863計劃“數(shù)字化虛擬人體若干關(guān)鍵技術(shù)”課題組組長李華博士解釋說“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年美國國立醫(yī)院圖書館發(fā)起的可視人計劃,到1996年美國橡樹林國家實驗室牽頭醞釀的虛擬人創(chuàng)新計劃,1999年美國橡樹林國家實驗室向國會提出的虛擬人計劃,再到我國的數(shù)字化虛擬人計劃,其真正的目的是設(shè)想構(gòu)建能對外界有反應(yīng)的“物理人”,即會像真人一樣對外界有反應(yīng);骨頭會斷、血管會出血。比如說,在作汽車碰撞試驗時,“虛擬人”可以提供人體意外創(chuàng)傷的數(shù)據(jù),幫助改進汽車的安全防護體系等。虛擬技術(shù)在醫(yī)學教學、臨床診斷和手術(shù)等方面的應(yīng)用前景極為廣闊。對于第一次走上手術(shù)臺的醫(yī)生來說,難免會感到緊張和恐慌,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)實技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域可以用于教學及復雜手術(shù)的規(guī)劃。并且可以提供操作和對手術(shù)結(jié)果進行預測,進行人體解剖仿真、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)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

系統(tǒng),對患者進行遠程的救治。2003年,我國第一軍醫(yī)大學宣布完成了首例女虛擬人的數(shù)據(jù)采集。首都醫(yī)科大學對虛擬中國女性數(shù)據(jù)集的高分辨率可視化和上海交通大學對虛擬人體運動建模的研究各有特色。1985年美國國立醫(yī)學圖書館(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)實技術(shù)可以遙感外科手術(shù)。在偏遠的山區(qū),通過遠程的醫(yī)療虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),醫(yī)生只需要對虛擬病人模型進行手術(shù),通過網(wǎng)絡(luò)將醫(yī)生動作傳送到另一端的手術(shù)機器人,由機器人對病人實施遠程手術(shù)。手術(shù)實時進展的情況也可以通過機器人攝像機實時傳給醫(yī)生的頭盔立體顯示器,以便醫(yī)生實時的掌握手術(shù)情況。

4.1.3教育領(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育是教育發(fā)展的一個飛躍。它使傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式被取而代之為學習者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識。國內(nèi)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)了多媒體教學軟件,如鄒湘軍、周榮安等人開發(fā)的機械制造工程學多媒體教學軟件,效果逼真。該軟件已在南華大學和國防科技大學指揮專業(yè)的教學中使用。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行仿真教學和實驗,可以模擬顯現(xiàn)那些在現(xiàn)實中存在的、但在課堂教學環(huán)境下不容易做到或要花費很大代價才能顯現(xiàn)的各種事物,供學生學習和探索。美國一個“虛擬物理實驗室”系統(tǒng)的設(shè)計就使得學生可以通過親身的做、看、聽來學習的方式成為可能。

4.1.4工程領(lǐng)域

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

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用有很多方面,如城市建設(shè)、機械制造等。在機械制造中,利用它的直觀性和交互性可以幫助設(shè)計人員進行產(chǎn)品的設(shè)計和制造。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中也有非常廣泛的應(yīng)用,如嚴雋琪教授開發(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)計人員更關(guān)心的是建筑的整體設(shè)計效果。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)計階段就可以動態(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)計人員可以在虛擬建筑物中漫游,來查看自己的設(shè)計是否合理得當。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),日本開發(fā)了虛擬東京古羅馬時代最宏偉的建筑—— 《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

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

4.2虛擬現(xiàn)實技術(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，支持數(shù)據(jù)分析、方案論證和優(yōu)化，支持地理信息系統(tǒng)等，通過這些詳實的數(shù)據(jù)和相關(guān)資料可以是直觀真實固化方案評估、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。

場館仿真

場館仿真應(yīng)用解決方案介紹。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過計算機將在建或已建的場館虛擬出來，達到一個觸手可及的真實三維環(huán)境，以提前展示場館面貌，供市民瀏覽，從而對場館的規(guī)劃設(shè)計進行現(xiàn)場評估。通過市民虛擬游覽后的反饋意見，及時發(fā)現(xiàn)并解決場館存在的問題。

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、動畫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)科技于一身的最新型的房地產(chǎn)營銷方式。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以讓購房者看到直觀的樣板房形象，讓購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，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

室內(nèi)設(shè)計應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設(shè)計工具。它以視覺形式反映了設(shè)計者的思想，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)計和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。

旅游教學

旅游教學應(yīng)用解決方案介紹。旅游和導游專業(yè)教學過程中存在實習資源匱乏而實地參觀成本又高的難題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以按照旅游專業(yè)的教學要求和實施特點，開發(fā)出適用于導游實訓、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光美景。形象逼真，細致生動。從而，通過情景化的學習界面、人機交互式的模擬旅游體驗，改善教學環(huán)境、優(yōu)化教學過程、增強教學效果。《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

文物古跡

文物古跡應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將文物建筑、文物景點、文物物品、古代人像及行為、古代自然現(xiàn)象及天體現(xiàn)象等進行虛擬展示和虛擬復原，從而使文物脫離地域限制，實現(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)實仿真平臺，具有強大的物理實時計算功能，能夠真實模擬場景重力、環(huán)境阻尼等環(huán)境特性，真實的模擬剛體動力學特性，提供了多種動力學交互手段，并能支持多種高速運算的碰撞替代體。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)秀互動仿真創(chuàng)意方案完美的呈現(xiàn)于眼前，為國內(nèi)廣大工業(yè)仿真用戶帶來了仿真手段和技術(shù)實現(xiàn)水平的革命性進步。

汽車仿真

汽車仿真應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實高畫質(zhì)渲染技術(shù)及汽車動力學仿真物理系統(tǒng)，將使汽車設(shè)計的數(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確的汽車信息，實現(xiàn)人與計算機之間無縫連接。

道路橋梁

道路橋梁應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實平臺依靠其精美絕倫的三維視覺表現(xiàn)力，照片級的真實效果，使設(shè)計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其視覺效果和使用效率進行評估和預演，有效降低設(shè)計和施工風險，極大提高設(shè)計和施工效率。

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)實技術(shù)對數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化和多維表達，并且通過智能化分析模型，為企業(yè)的經(jīng)營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)實平臺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)場場地、變壓器、母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、操作機構(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)實技術(shù)可以與科技館的功能進行完美的結(jié)合，充分發(fā)揮虛擬科技館的種種優(yōu)勢，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)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

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

地質(zhì)災害

地質(zhì)災害應(yīng)用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實仿真平臺可以實現(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、地址災害仿真，實現(xiàn)地質(zhì)災害虛擬環(huán)境功能與展示的完美結(jié)合，通過在虛擬的環(huán)境中進行預防地質(zhì)災害的模擬演練，達到提升防災、避災安全意識的目的。

應(yīng)急預案

應(yīng)急預案應(yīng)用解決方案介紹。應(yīng)急虛擬現(xiàn)實仿真演練系統(tǒng)通過對各類災害數(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害發(fā)生、發(fā)展的過程，以及人們在災害環(huán)境中可能做出的各種反應(yīng)；并在演練平臺上，在最大限度仿真實際災害的條件下，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)急預案。應(yīng)急仿真演練系統(tǒng)可以用來訓練各級決策與指揮人員、事故處置人員，發(fā)現(xiàn)應(yīng)急處置過程中存在的問題，檢驗和評估應(yīng)急預案的可操作性和實用性，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)實網(wǎng)上三維交互功能可以將有形的實物產(chǎn)品三維化并且放在網(wǎng)上進行虛擬展示，還能嵌入相應(yīng)音頻和視頻等多媒體元素，用戶可以對虛擬場景中的物品進行實時的交互操作，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操作，讓用戶體驗身臨其境上網(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)實網(wǎng)上三維交互功能可以虛擬房屋設(shè)計，展現(xiàn)獨特的設(shè)計風格，使客戶足不出戶就可對房屋的全貌了如指掌，互動瀏覽，可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設(shè)計的效果，了解房屋的精心布局。可以實現(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)，走進虛擬現(xiàn)實樣板房。

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。實現(xiàn)產(chǎn)品在互聯(lián)網(wǎng)上的全新展示，讓客戶提前體驗產(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，顧客通過對之進行觀察和操作能夠?qū)Ξa(chǎn)品有更加全面的認識了解，決定購買的幾率必將大幅增加，為銷售者帶來更多的利潤。展現(xiàn)出產(chǎn)品外形的方 《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

方面面，加上互動操作，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)實技術(shù)的發(fā)展，對汽車的一種全新演繹方式產(chǎn)生。通過虛擬現(xiàn)實仿真平臺可以實現(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、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)實技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)的未來展望

VR技術(shù)的實質(zhì)是構(gòu)建一種人為的能與之進行自由交互的“世界”，在這個“世界”中參與者可以實時地探索或移動其中的對象。沉浸式虛擬現(xiàn)實是最理想的追求目標，實現(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景中進行體驗。可以預測短期內(nèi)游戲玩家可以戴上頭盔身著游戲?qū)Ｓ靡路笆痔渍嬲w驗身臨其境的“虛擬現(xiàn)實”游戲空間，它的出現(xiàn)將淘汰現(xiàn)有的各種大型游戲，推動科技的發(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)展方向主要歸納如下：

(1)動態(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，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實際環(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)實時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“實時生成”，在不降低圖形的質(zhì)量和復雜程度的基礎(chǔ)上，如何提高刷新頻率將是今后重要的研究內(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)實技術(shù)實現(xiàn)人能夠自由與虛擬世界對象進行交互，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)智能化語音虛擬現(xiàn)實建模。虛擬現(xiàn)實建模是一個比較繁復的過程，需要大量的時間和精力。如果將VR技術(shù)與智能技術(shù)、語音識別技術(shù)結(jié)合起來，可以很好地解決這個問題。我們對模型的屬性、方法和一般特點的描述通過語音識別技術(shù)轉(zhuǎn)化成建模所需的數(shù)據(jù)，然后利用計算機的圖形處理技術(shù)和人工智能技術(shù)進行設(shè)計、導航以及評價，將模型用對象表示出來，并且將各種基本模型靜態(tài)或動態(tài)地連接起來，最終形 《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

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)對減少乏味的人工勞動具有非常積極的作用。

(5)分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)的展望。分布式虛擬現(xiàn)實是今后虛擬現(xiàn)實技術(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、訓練與教學以及協(xié)同設(shè)計。仿真訓練和教學訓練是DVE的又一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域，包括虛擬戰(zhàn)場、輔助教學等。另外，研究人員還用DVE系統(tǒng)來支持協(xié)同設(shè)計工作。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用戶可以進行協(xié)同工作。將分散的虛擬現(xiàn)實系統(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)、標準、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫，形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬合成環(huán)境，參與者可自由地進行交互作用。特別是在航空航天中應(yīng)用價值極為明顯，因為國際空間站的參與國分布在世界不同區(qū)域，分布式VR訓練環(huán)境不需要在各國重建仿真系統(tǒng)，這樣不僅減少了研制費和設(shè)備費用，減少了人員出差的費用以及異地生活的不適。

6.總結(jié)

近幾十年來，通信技術(shù)、計算機的同步發(fā)展和相互促進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)實主要依靠人機交互的發(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)自動進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境的“人腦——計算機接口”問題，通過對人腦提取和反饋神經(jīng)信號使人完全融入“虛擬現(xiàn)實”世界。當然從技術(shù)角度，我們應(yīng)該對基于多用戶虛擬環(huán)境進行必要的技術(shù)研究。因為將來的VR技術(shù)將越來越重視人在其中的交互。虛擬現(xiàn)實充滿活力、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、高性能計算，特別是高速圖形圖像處理，以及人工智能、心理學、社會學等方面都有許多具有挑戰(zhàn)性的問題有待我們進一步解決。

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