第一篇：基于虛擬現實的三維重建復原技術

基于虛擬現實的三維重建復原技術

產品簡介

基于虛擬現實的三維重建復原技術, 集成了三維360度全景照相技術、三維虛擬現實動態仿真技術（增強現實技術）為一體，北京金視和科技股份有限公司致力于VR技術在各行業的研發，結合實際情況，并聯合相關的高校專家共同研發制成，完全滿足現在公安系統里現場全景照相、全景三維測量、三維重建、模擬、和分析的應用。基于虛擬現實的三維重建復原技術生成高度逼真的三維場景圖片和動畫片，把這些全景圖片、三維場景、動畫片和聲音、文字結合，為偵查、技術、指揮人員生成各種三維虛擬案件現場場景的多媒體影音和影像材料。對這些數字化多媒體信息進行分析、演示，并可以在網絡服務器上發布、保存、修改案例，其他用戶可以通過網絡服務器進行查詢、觀看案例。為案件的偵破、記錄、匯報、存檔查詢，都提供了便利的直觀方便。產品特點 全自動拍照

刑偵人員將設備架好后，無需人工調整角度，挪動設備。特制照相設備自動將現場記錄到設備里。照片拼接

具備多照片全自動智能拼接功能，對白墻、同色區域等單張照片邊緣特征不明顯的情況也可準確全自動拼接，無需手動拼接；平均一組全景拼接≤30秒；具備100組及以上批量照片全自動、快速拼接功能，批量拼接無需編程或設置（平均一組圖像拼接≤50秒）；具備處理超大、超高清晰度圖像的全景合成能力（能夠拼接圖像尺寸≥20000*10000像素的全景圖）。全景圖預覽

可以生成多種格式的三維全景圖（html、flash、mov、exe等），可自動可視化生成雷達導航效果，使雷達與全景方向同步；可以生成exe可執行文件，跨平臺播放；可以全滿屏觀看全景圖，現場細目、導航欄、工具欄、現場地圖等均可自由隱藏、顯現。全景圖熱點編輯

可在全景圖中快速方便的添加熱點，熱點可添加文字標注、并具備超鏈接常見格式的圖片（bmp、jpg、tiff）、視頻（avi、mpg、wmv、mp4）、音頻（mp3、wma）、動畫、其他文檔等功能；具備鼠標拖動、釋放即實現熱點鏈接功能，自動對熱點進行分類，自動為熱點添加三態圖標。全景圖轉換編輯

全景圖自動生成平面示意圖；全景圖內可以任意截取照片。全景測量

具備真正的空間三維測量功能，可測量全景圖內任意兩點間的空間距離，誤差符合工程誤差標準；三維測量時，被測物體無需地面有投影，無需預先構建圖形；測量過程無條件限制。模擬案發現場

可以快速、自動生成多種案發過程的模擬動畫，用于案情推論會。現場拍攝過程

全自動旋轉拍攝，一次拍照，中途無需干預。無需添加外來物品。硬件參數 JSH-X1 配有全彩色智能液晶顯示屏，尺寸：63×34cm，中文漢字顯示 數碼程序控制（支持手動、全自動拍攝）

無線搖控拍攝距離不小于20米，全過程不需要人工拍攝

自動升降高度可達400mm要求,最高工作高度不小于1700mm要求 主機工作負重3.0kg，腳架最大負重11.0kg 腳架最大管徑45mm，收縮高度860mm 重量：8kg 電源：220V，充電電壓：8.0-12.0V 升降起動頻率：2-200Hz，下降起動頻率：200-300Hz 左右轉360每度可設

內置充電電池，一次充電工作連續3小時，約拍攝400張 電池：NiMH/2500mAH

第二篇：事故現場三維重建模擬復原分析系統

事故現場三維重建模擬復原分析系統

產品簡介

事故現場三維重建模擬復原分析系統, 集成了三維360度全景照相技術、三維虛擬現實動態仿真技術（增強現實技術）為一體，北京金視和科技股份有限公司致力于VR技術在各個領域的研發，結合實際情況，并聯合相關高校專家共同研發制成，完全滿足現在公安系統里現場全景照相、全景三維測量、三維重建、模擬、和分析的應用。事故現場三維重建模擬復原分析系統生成高度逼真的三維場景圖片和動畫片，把這些全景圖片、三維場景、動畫片和聲音、文字結合，為偵查、技術、指揮人員生成各種三維虛擬案件現場場景的多媒體影音和影像材料。對這些數字化多媒體信息進行分析、演示，并可以在網絡服務器上發布、保存、修改案例，其他用戶可以通過網絡服務器進行查詢、觀看案例。為案件的偵破、記錄、匯報、存檔查詢，都提供了便利的直觀方便。產品特點 全自動拍照

刑偵人員將設備架好后，無需人工調整角度，挪動設備。特制照相設備自動將現場記錄到設備里。照片拼接

具備多照片全自動智能拼接功能，對白墻、同色區域等單張照片邊緣特征不明顯的情況也可準確全自動拼接，無需手動拼接；平均一組全景拼接≤30秒；具備100組及以上批量照片全自動、快速拼接功能，批量拼接無需編程或設置（平均一組圖像拼接≤50秒）；具備處理超大、超高清晰度圖像的全景合成能力（能夠拼接圖像尺寸≥20000*10000像素的全景圖）。全景圖預覽

可以生成多種格式的三維全景圖（html、flash、mov、exe等），可自動可視化生成雷達導航效果，使雷達與全景方向同步；可以生成exe可執行文件，跨平臺播放；可以全滿屏觀看全景圖，現場細目、導航欄、工具欄、現場地圖等均可自由隱藏、顯現。全景圖熱點編輯

可在全景圖中快速方便的添加熱點，熱點可添加文字標注、并具備超鏈接常見格式的圖片（bmp、jpg、tiff）、視頻（avi、mpg、wmv、mp4）、音頻（mp3、wma）、動畫、其他文檔等功能；具備鼠標拖動、釋放即實現熱點鏈接功能，自動對熱點進行分類，自動為熱點添加三態圖標。可結合地理信息系統全方位呈現案發現場

可結合案發現場的地圖信息（谷歌地圖和百度地圖等地圖信息系統），同時還可將案發現場全景圖與之相關聯，全方位呈現案發現場。三維模型與真實現場圖像增強現實融合

可以將三維模型資源庫中的人物、車輛、物品等模型直接拖拽到全景圖中，并且可以對人物和車輛進行動畫的創建，基于真實的案發現場圖像模擬案發過程。鼠標拖拽創建逼真的人物動畫模擬

三維人物和車輛模型可以簡單的創建過程動畫模擬，動畫創建過程簡單快捷，用鼠標右鍵拖拽來設定人物動作路徑，并且結合豐富的人物動作資源，來創建逼真的人物動畫。在創建多個人物動畫時，多個人物可以實時聯動。

全景圖轉換編輯

全景圖自動生成平面示意圖；全景圖內可以任意截取照片。全景測量

具備真正的空間三維測量功能，可測量全景圖內任意兩點間的空間距離，誤差符合工程誤差標準；三維測量時，被測物體無需地面有投影，無需預先構建圖形；測量過程無條件限制。模擬案發現場

可以快速、自動生成多種案發過程的模擬動畫，用于案情推論會。現場拍攝過程

全自動旋轉拍攝，一次拍照，中途無需干預。無需添加外來物品。硬件參數 JSH-X1 配有全彩色智能液晶顯示屏，尺寸：63×34cm，中文漢字顯示 數碼程序控制（支持手動、全自動拍攝）

無線搖控拍攝距離不小于20米，全過程不需要人工拍攝

自動升降高度可達400mm要求,最高工作高度不小于1700mm要求 主機工作負重3.0kg，腳架最大負重11.0kg 腳架最大管徑45mm，收縮高度860mm 重量：8kg 電源：220V，充電電壓：8.0-12.0V 升降起動頻率：2-200Hz，下降起動頻率：200-300Hz 左右轉360每度可設

內置充電電池，一次充電工作連續3小時，約拍攝400張 電池：NiMH/2500mAH

第三篇：虛擬現實技術論文

虛擬現實技術概述總結

一、虛擬現實的概念內涵及應用領域

虛擬現實技術又稱“靈境技術”、“虛擬環境”、“賽伯空間”等，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機技術，它利用計算機生成一種模擬環境，是一種多源信息融合交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，可借助傳感頭盔、數據手套等專業設備，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。虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向，是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術和網絡技術等多種技術的融合，是一門富有挑戰性的交叉技術。

虛擬現實技術正在廣泛地應用于軍事、建筑、工業仿真、考古、醫學、文化教育、農業和計算機技術等方面，改變了傳統的人機交換模式。

二、虛擬現實的基本特征

虛擬現實技術的基本特征可以簡潔地表征為沉浸性、交互性和構想性。? 沉浸性

沉浸性是指用戶作為主角存在于虛擬環境中的真實程度。理想的虛擬環境應該達到使用難以分辨真假的程度例如可視場景應隨著視點的變化而變化甚至超越真實如生成比現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境內的物體的可操作程度和從環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境中的物體, 這時手應該有觸摸感, 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。? 構想性

構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, 發揮主觀能動性, 尋求解答方式, 形成新的概念。

三、虛擬現實的硬件設備與軟件技術

在虛擬現實系統中，硬件設備主要由3個部分組成：輸入設備、輸出設備、虛擬世界生成設備。此外系統還需要虛擬現實的相關技術。

1、虛擬現實的輸入設備

有關虛擬現實系統的輸入設備主要分為兩大類：一類是基于自然的交互設備，用于對虛擬世界信息的輸入；另一類是三維定位跟蹤設備，主要用于對輸入設備在三維空間中的位置進行判定，并送入虛擬現實系統中。

虛擬世界與人進行自然交互的實現形式很多，有基于語音的、基于手的等多種形式，如數據手套、數據衣、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，在人機交互設備中也

是如此。基于手的自然交互形式最為常見，相應的數字化設備很多，在這類產品中最為常用的就是數據手套。

數據手套是美國VPL公司在1987年推出的一種傳感手套的專有名稱。現在，數據手套已成為一種被廣泛使用的傳感設備。數據手套戴在用戶手上，作為一只虛擬的手用于與虛擬現實系統進行交互，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換成數字信號傳送給計算機，計算機通過應用程序識別出用戶的手在虛擬世界中操作時的姿勢，執行相應的操作。在實際應用中，數據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、虛擬現實的輸出設備

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。

基于目前的技術水平，成熟和相對成熟的感知信息的產生和檢測技術僅有視覺、聽覺和觸覺（力覺）3種。感知設備的作用是將虛擬世界中各種感知信號轉變為人所能接受的多通道刺激信號，現在主要應用的有基于視覺、聽覺和力覺感知的設備，基于味覺、嗅覺等的設備有待開發研究。

3、虛擬現實的生成設備

在虛擬現實系統中，計算機是虛擬世界的主要生成設備，所以有人稱之為“虛擬現實引擎”，它首先創建出虛擬世界的場景，同時還必須實時響應用戶各種方式的輸入。

通常虛擬世界生成設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和基于分布式計算機的虛擬現實系統四大類。

① 基于高性能個人計算機虛擬現實系統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實系統；

② 基于高性能圖形工作站虛擬現實系統一般配備有SUN或SGI公司可視化工作站；

③ 高度并行的計算機系統采用高性能并行體系；

④ 基于分布式計算機的虛擬現實系統則采用網絡連接的分布式結構計算機系統。

4、虛擬現實的相關技術

虛擬現實系統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，并且虛擬現實系統能進行實時響應。

要實現這種目標，除了需要有一些專業的硬件設備外，還必須有較多的相關技術及軟件加以保證，特別是在現階段計算機的運行速度還達不到虛擬現實系統所需要求的情況下，相關技術就顯得更加重要。

虛擬現實的相關技術主要有立體視覺顯示技術，環境建模技術，真實感實時繪制技術，三維虛擬聲音的實現技術，自然交互與傳感技術等等。? 立體視覺顯示技術

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實系統中最重要的環節。

在視覺顯示技術中，實現立體顯示技術是較為復雜與關鍵的，立體視覺顯示技術是虛擬現實的重要支撐技術。? 環境建模技術

在虛擬現實系統中，營造的虛擬環境是它的核心內容，要建立虛擬環境，首先要建模，然后在其基礎上再進行實時繪制、立體顯示，形成一個虛擬的世界。

虛擬環境建模的目的在于獲取實際三維環境的三維數據，并根據其應用的需要，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。只有設計出反映研究對象的真實有效的模型，虛擬現實系統才有可信度。

在虛擬現實系統中，環境建模應該包括有基于視覺、聽覺、觸覺、力覺、味覺等多種感覺通道的建模。

但基于目前的技術水平，常見的是三維視覺建模和三維聽覺建模。而在當前應用中，環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，研究圖形數據結構的基本問題； 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及其內在的工作機理。? 真實感實時繪制技術

要實現虛擬現實系統中的虛擬世界，僅有立體顯示技術是遠遠不夠的，虛擬現實中還有真實感與實時性的要求，也就是說虛擬世界的產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。

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

在虛擬現實系統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境中獲得更多的信息。

四、虛擬現實技術展望

虛擬現實技術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實環境的復雜逼真的環境構造和海量數據處理的問題，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。虛擬現實技術的真實感主要體現在視覺和聽覺上，“多感知交互”正在成為熱點。對力反饋系統的進一步研究、嗅覺、味覺和體表感受都是未來虛擬現實的內容。基于互聯網的虛擬現實伴隨互聯網的發展而成為熱點。

我國的虛擬軟件還處于起步的階段，希望國內有更多的自主知識產權的開發平臺。

廣闊的應用領域又向虛擬現實技術提出了新的創意和難題，應進一步推動虛擬現實的發展，目前虛擬現實技術的發展僅限于人們的想象力。

五、論文小結

虛擬現實技術是一個極具潛力的前沿研究方向，是面向21世紀的重要技術之一。

它在理論，軟硬件環境的研究方面依賴于多種技術的綜合，其中有很多技術有待完善。可以預見，隨著技術的發展，虛擬現實技術及其應用會越來越廣泛。

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

任雨佳 1205170202 計本1202班

第四篇：虛擬現實技術論文

云南師范大學旅游與地理科學學院

虛擬現實技術論文（設計）

題目 虛擬現實技術 學院 旅游與地理科學學院 專業 測繪工程

學號 1443206000215 班級 14測繪工程 姓名 黃 興 旺

《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：1443206000215

2016-2017年第一學期

1.虛擬現實技術的概念與特征 ········································································································ 3

1.1虛擬現實的概念 ················································································································· 3

1.1.1關于Virtual的釋義 ································································································· 3 1.1.2關于Reality的釋義 ································································································· 3 1.1.3我國對Virtual Reality的翻譯 ················································································· 3 1.2虛擬現實技術的定義 ········································································································· 4

1.2.1狹義虛擬現實技術的定義 ······················································································ 4 1.2.2廣義虛擬現實技術的定義 ······················································································ 4 1.2.3有關虛擬現實技術的其他定義 ·············································································· 5 1.3虛擬現實的特征和類型 ····································································································· 5

1.3.1虛擬現實技術的特征 ······························································································ 5 1.3.2虛擬現實技術的類型 ······························································································ 5

2.虛擬現實技術涉及的關鍵技術與問題 ························································································ 6

2.1虛擬現實技術的關鍵技術 ································································································· 6 2.2虛擬現實技術的幾個瓶頸問題 ························································································· 7 3.虛擬現實技術的國內外研究現狀 ································································································ 8

3.1國外虛擬現實技術研究現狀 ····························································································· 8

3.1.1美國·························································································································· 8 3.1.2歐洲·························································································································· 9 3.1.3亞洲·························································································································· 9 3.2國內虛擬現實技術的研究現狀 ······················································································· 10 4.虛擬現實技術的應用 ·················································································································· 12 4.1虛擬現實技術的應用領域 ······························································································· 12 4.1.1軍事領域 ················································································································ 12 4.1.2醫學························································································································ 13 4.1.3教育························································································································ 14 4.1.4工程領域 ················································································································ 14 4.2虛擬現實技術的應用案例 ······························································································· 15 5.虛擬現實技術的未來展望 ·········································································································· 18 6.總結 ············································································································································· 19

《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

虛擬現實技術

摘要虛擬現實(VirtualReality, VR)技術是近年來新興的借助計算機及最新傳感器技術創造的一種嶄新的人機交互手段,其核心是建模與仿真。概括介紹了虛擬現實技術的概念、特征及原理,涉及的關鍵技術,研究狀況,應用領域與前景展望.關鍵字虛擬現實技術,VR,研究現狀,相關應用,信息安全

1.虛擬現實技術的概念與特征

1.1虛擬現實的概念

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

1.1.1關于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具有實質的狀態或者性質，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的轉換，國內學者根據自己的理解對VirtualReality給予了不同的理解。《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

有人認為世界的現象是現實，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實，大至虛擬世界，虛擬城市，虛擬企業，虛擬圖書館等；小到虛擬分子，虛擬細胞等等。

1.2虛擬現實技術的定義

虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網絡技術等多種技術的集合是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現實技術(VR)主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面。模擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術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的數據，并對用戶的輸入作出實時響應，并分別反饋到用戶的五官。傳感設備是指三維交互設備。

1.2.1狹義虛擬現實技術的定義

1990年在美國達拉斯召開的SIGGRAPH國際會議上，明確了VR的上要技術構成，即三維計算機圖形生成技術、多功能傳感式交互式接口技術及高分辨率的告訴顯示技術。VR技術系統主要包括，（1）輸入輸出設備，如頭盔式顯示器、立體耳機、頭部跟蹤系統以及數字手套；（2）虛擬環境及其軟件，用以描述具體的虛擬環境等動態特性、結構以及交互式規則；（3）計算機系統以及圖形、聲音合成設備等外部設備三個主要部分。

1.2.2廣義虛擬現實技術的定義

所謂廣義VR技術的定義，認為VR技術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，是計算機技術所創建的三維環境，這個環境可以是虛擬想象的三維環境（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，它的本質應該是“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部的模擬。人機交互接口采用VR的方式，對某個特定環境真實再現后，用戶通過自然的方式接受或響應模擬環境的各種感官刺激，與虛擬世界中的任何物體進行思想和行為等方面的交流，使用戶產生身臨其境的感覺。《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

1.2.3有關虛擬現實技術的其他定義

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技術使體驗者通過傳感器進入虛擬世界，讓體驗者發生感觸，沉浸其中。這個虛擬世界可以說是純粹虛構空間，也可以是現實世界的虛擬再現。

1.3虛擬現實的特征和類型

1.3.1虛擬現實技術的特征

虛擬現實(Virtual Reality)又稱靈境技術是利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，生成三維逼真的虛擬環境，使用者戴上特殊的頭盔、數據手套等傳感設備，或利用鍵盤、鼠標等輸入設備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環境的一員，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。

虛擬現實技術具有以下五個主要特征：

（1）沉浸性使之所創造的虛擬環境能使學生產生“身臨其境”感覺，使其相信在虛擬環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揮作用，就像真正的客觀世界一樣。

（2）交互性是在虛擬環境中，學生如同在真實的環境中一樣與虛擬環境中的任務、事物發生交互關系，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）構想性是虛擬現實是要能啟發人的創造性的活動，不僅要能使沉浸于此環境中的學生獲取新的指示，提高感性和理性認識，而且要能使學生產生新的構思。

（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，讓學生感覺到他面對的是一個真實的環境。

（5）自主性是虛擬世界中物體可按各自的模型和規則自主運動。

1.3.2虛擬現實技術的類型

虛擬現實技術按照不同的標準有不同的分類，通常分為以下四類：

1、桌面虛擬現實

桌面虛擬現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 《虛擬現實技術》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。通過各種輸入設備實現與虛擬現實世界的充分交互，這些外部設備包括鼠標，追蹤球，力矩球等。它要求參與者使用輸入設備，通過計算機屏幕觀察360度范圍內的虛擬境界，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實環境的干擾。桌面虛擬現實最大特點是缺乏真實的現實體驗，但是成本也相對較低，因而，應用比較廣泛。常見桌面虛擬現實技術有：基于靜態圖像的虛擬現實QuickTime VR、虛擬現實造型語言VRML、桌面三維虛擬現實、MUD等。

2、沉浸的虛擬現實

高級虛擬現實系統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、數據手套、其它手控輸入設備、聲音等使得參與者產生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統有：基于頭盔式顯示器的系統、投影式虛擬現實系統、遠程存在系統。

3、增強現實性的虛擬現實

增強現實性的虛擬現實不僅是利用虛擬現實技術來模擬現實世界、仿真現實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環境的感受，也就是增強現實中無法感知或不方便的感受。典型的實例是戰機飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數和武器瞄準數據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據，從而可集中精力盯著敵人的飛機或導航偏差。

4、分布式虛擬現實

如果多個用戶通過計算機網絡連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經歷，那虛擬現實則提升到了一個更高的境界，這就是分布式虛擬現實系統。在分布式虛擬現實系統中，多個用戶可通過網絡對同一虛擬世界進行觀察和操作，以達到協同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現實系統是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過網絡連接而成，用于部隊的聯合訓練。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，參與同一場作戰演習。

2.虛擬現實技術涉及的關鍵技術與問題

2.1虛擬現實技術的關鍵技術

虛擬現實技術的關鍵技術主要包括：

1、動態環境建模技術，它包括實現環境三維數據獲取方法、非接觸式視覺建模技 《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

術等等。

2、實時、現實三維動畫技術，即實時三維動畫生成技術。

3、立體現實和傳感技術，它包括頭盔式三維立體顯示器、數據手套、力覺和觸覺傳感器技術的研究。

4、快速、高精度的三維跟蹤技術

5、系統集成技術，包括數據轉換技術、語音識別與合成技術等等。

2.2虛擬現實技術的幾個瓶頸問題

(1)虛擬環境表示的準確性。為使虛擬環境與客觀世界相一致，需要對其中種類繁多、構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，重建其演化規律以及虛擬對象之間的各種相互關系與相互作用。

(2)虛擬環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)人與虛擬環境交互的自然性。合成的感知信息實時地通過界面傳遞給用戶，用戶根據感知到的信息對虛擬環境中事件和態勢做出分析和判斷，并以自然方式實現與虛擬環境的交互。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，但至少現在來講還達不到這樣的水平。這種技術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。圖形生成是虛擬現實的重要瓶頸，虛擬現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特性，換句話說，虛擬現實系統要求隨著人的活動(位置、方向的變化)即時生成相應的圖形畫面。

(6)智能技術(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，這些智能接口領域的研究課題是VR技術的基礎，同時也是VR技術的難點。本質上，上述6個問題的解決使得用戶能夠 《虛擬現實技術》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，圍繞著虛擬現實展開的研究都是圍繞著這6個基本問題的。

3.虛擬現實技術的國內外研究現狀

3.1國外虛擬現實技術研究現狀

3.1.1美國

美國是VR技術的發源地。美國VR研究技術的水平基本上就代表國際VR發展的水平。目前美國在該領域的基礎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：將數據手套工程化，使其成為可用性較高的產品。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。對哈勃太空望遠鏡的仿真。現在正致力于一個叫“虛擬行星探索”（VPE）的試驗計劃。現在NASA己經建立了航空、衛星維護VR訓練系統，空間站VR訓練系統，并且已經建立了可供全國使用的VR教育系統。

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、外科手術仿真、建筑仿真等。

Loma Linda大學醫學中心的David Warner博士和他的研究小組成功地將計算機圖形及VR的設備用于探討與神經疾病相關的問題，首創了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，這些技術都是VR技術的基礎，1985年MIT成立了媒體實驗室，進行虛擬環境的正規研究。

SRI研究中心建立了“視覺感知計劃”，研究現有VR技術的進一步發展。1991年后，SRI進行了利用VR技術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中心的人機界面技術實驗室（HIT Lab）將VR研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。伊利諾斯州立大學研制出在車輛設計中支持遠程協作的分布式VR系統。《虛擬現實技術》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虛擬環境中的流體實時仿真系統。從90年代初起，美國率先將虛擬現實技術用于軍事領域，主要用于以下四個方面：一是虛擬戰場環境。二是進行單兵模擬訓練。三是實施諸軍兵種聯合演習。四是進行指揮員訓練。

3.1.2歐洲

在歐洲，英國在VR開發的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備(包括觸覺反饋)設計和應用研究方面，在歐洲來說是領先的。英國Bristol公司發現，VR應用的交點應集中在整體綜合技術上，他們在軟件和硬件的某些領域處于領先地位。英國ARRL公司關于遠地呈現的研究實驗，主要包括VR重構問題。他們的產品還包括建筑和科學可視化計算。

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

瑞典的DIVE分布式虛擬交互環境，是一個基于Unix的，不同節點上的多個進程可以在同一世界中工作的異質分布式系統。

荷蘭海牙TNO研究所的物理電子實驗室(TNO-PEL)開發的訓練和模擬系統，通過改進人機界面來改善現有模擬系統，以使用戶完全介入模擬環境。

德國在VR的應用方面取得了出乎意料的成果。在改造傳統產業方面，一是用于產品設計、降低成本，避免新產品開發的風險；二是產品演示，吸引客戶爭取定單；三是用于培訓，在新生產設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實技術的深入發展。

3.1.3亞洲

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

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

東京技術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。《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

NEC公司開發了一種虛擬現實系統，它能讓操作者都使用“代用手”去處理三維CAD中的形體模型，該系統通過數據手套把對模型的處理與操作者手的運動聯系起來。

京都的先進電子通信研究所（ATR）正在開發一套系統，它能用圖像處理來識別手勢和面部表情，并把它們作為系統輸入。

日本國際工業和商業部產品科學研究院開發了一種采用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。該系統可以使用戶控制遠程攝像系統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、三維結構的判定和三維形狀的表示、動態圖像的提取。

東京大學廣瀨研究室重點研究虛擬現實的可視化問題。為了克服當前顯示和交互作用技術的局限性，他們正在開發一種虛擬全息系統。

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

富士通實驗室有限公司正在研究虛擬生物與VR環境的相互作用。他們還在研究虛擬現實中的手勢識別，已經開發了一套神經網絡姿勢識別系統，該系統可以識別姿勢，也可以識別表示詞的信號語言。

3.2國內虛擬現實技術的研究現狀

和一些發達國家相比，我國VR技術還有一定的差距，但已引起政府有關部門和科學家們的高度重視。根據我國的國情，制定了開展VR技術的研究。九五規劃、國家自然科學基金委、國家高技術研究發展計劃等都把VR列入了研究項目。在緊跟國際新技術的同時，國內一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。國內最早開展此項技術試驗的是掛靠在西北工業大學電子工程系的西安虛擬現實工程技術研究中心。該中心的成立，對發揮學校電子信息工程學院等其他院系和研究所在虛擬現實、虛擬仿真與虛擬制造等方面的研究優勢將具有積極作用。

北京科技大學虛擬現實實驗室成功開發出了純交互式汽車模擬駕駛培訓系統。由于開發出的三維圖形非常逼真,虛擬環境與真實的駕駛環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,已經有150余人通過這個系統的學習取得駕駛執照,路考通過率達到98％。《虛擬現實技術》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1999年12月在長沙通過專家鑒定。虛擬空間會議系統隨著虛擬現實技術的發展而被提出，是國際上公認的前沿性高難度課題，具有“終極會議系統” 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，研究人員經過5年的艱苦探索，大膽創新，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鍵技術，使中國虛擬現實技術獲得突破性進展。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境，采用視頻合成技術構造一個超高分辨率、寬視角、一體化的虛擬會議空間，實現了與會者之間相互關注及對會場虛擬場景的感知等普通多媒體會議系統無法實現的功能。在虛擬會議空間系統中，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。發言人也可通過對每個與會者的反應和提出的問題，調整講話內容、回答有關問題。

北京航空航天大學計算機系也是國內最早進行VR研究、最有權威的單位之一，他們首先進行了一些基礎知識方面的研究，并著重研究了虛擬環境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現實中的視覺接口方面開發出部分硬件，并提出有關算法及實現方法；實現了分布式虛擬環境網絡設計，建立了網上虛擬現實研究論壇，可以提供實時三維動態數據庫，提供虛擬現實演示環境，提供用于飛行員訓練的虛擬現實系統，提供開發虛擬現實應用系統的開發平臺，并將要實現與有關單位的遠程連接。

浙江大學CAD&CG國家重點實驗室開發出了一套桌面型虛擬建筑環境實時漫游系統，采用了層面迭加繪制技術和預消隱技術，實現了立體視覺，同時還提供了方便的交互工具，使整個系統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境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網格的快速生成算法。

哈爾濱工業大學已經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問題，并正在研究人說話時頭勢和手勢動作，話音和語調的同步等。

清華大學計算機科學和技術系對虛擬現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。他們還針對室內環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水平特征呈現形狀一致性，以利于實現特征匹配，并獲取物體三堆結構的新穎算法。

西安交通大學信息工程研究所對虛擬現實中的關鍵技術——立體顯示技術進行了研究。他們在借鑒人類視覺特性的基礎上提出了一種基于JPEG標準壓縮編碼新方 《虛擬現實技術》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，并且己經通過實驗結果證明了這種方案的優越性。

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

北方工業大學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制作的科教片《相似》就出自該中心。關于虛擬現實的研究已經完成了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的多媒體平臺及相關的音頻資料庫，制作了一些相關的體視動畫光盤。

另外，北京郵電大學自動化學院、西北工業大學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.虛擬現實技術的應用

4.1虛擬現實技術的應用領域

虛擬現實技術應用非常廣泛,它可以用于軍事、教育訓練、設計規劃、產品建模、心理學治療及藝術與娛樂等多方面。

4.1.1軍事領域

虛擬現實技術已成為軍事和航天領域的先鋒技術虛擬技術最初是美國航空航天局與軍事部門為了模擬訓練而開發的。現在廣泛用于各兵種部隊的戰術研究、演習、模擬訓練和培訓等,戰斗實驗室已成為數控戰士的戰場。“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爭組織裝備、主導原則和綜合訓練等決策提供參考數據。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,它能夠獲得有關飛機性能的實時數據和視圖,并且航空研究人員和設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在的任何其他此類研究手段。《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

虛擬現實技術在軍事領域中發揮著重要的作用,被廣泛的應用于軍事訓練、武裝裝備的研究和生產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實系統。在海灣戰爭中,美國士兵原本對周邊環境非常陌生,是虛擬

現實技術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訓練系統“合成兵戰術訓練師”,由170輛全面聯網的高技術戰車模擬器組成,全面革新了裝甲戰斗集群的戰術仿真訓練。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的。美國陸軍的自動虛擬實驗室CAVE是一個典型的虛擬現實系統。至2000年,美國陸軍已擁有一個包括綜合作戰系統環境所用作戰單元CCTT的模擬仿真器。目前美國正在開發空軍的任務支援系統(AFMSS)和海軍的特種作戰部隊計劃和演習系統(SOFPARS)。我國趙沁平教授從1996年開始研究“分布式虛擬環境”,在863計劃的資助下,以北京航空航天大學計算機系為系統集成單位,中科院軟件所、國防科技大學等單位為關鍵技術單位,包括合成環境、虛擬士兵、武器等研究,目前已達到美國同類產品的水平。

4.1.2醫學領域

2003年年初,我國第一軍醫大學宣布完成了國內首例女虛擬人的數據采集,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據的整體質量至關重要,因為切片建模是數字化虛擬人研究的基礎,但又不是全部。國家863計劃“數字化虛擬人體若干關鍵技術”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,而且現階段還是在探索數字化虛擬人的關鍵技術,還不可能完成虛擬人”。從1989年美國國立醫院圖書館發起的可視人計劃,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,再到我國的數字化虛擬人計劃,其真正的目的是設想構建能對外界有反應的“物理人”,即會像真人一樣對外界有反應;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傷的數據,幫助改進汽車的安全防護體系等。虛擬技術在醫學教學、臨床診斷和手術等方面的應用前景極為廣闊。對于第一次走上手術臺的醫生來說,難免會感到緊張和恐慌,而在虛擬技術的幫助下,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,移動人體器官等,以尋找最佳手術方案。醫生們憑借虛擬技術所產生的圖像可以“步行”到人體內部去查看腫瘤,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

虛擬現實技術在醫學領域可以用于教學及復雜手術的規劃。并且可以提供操作和對手術結果進行預測,進行人體解剖仿真、外科手術仿真等,利用虛擬的醫療手術治療 《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

系統,對患者進行遠程的救治。2003年,我國第一軍醫大學宣布完成了首例女虛擬人的數據采集。首都醫科大學對虛擬中國女性數據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年美國國立醫學圖書館(NLM)就開始人體解剖圖像數字化研究和利用,目前已經有虛擬人體模型可供下載。虛擬現實技術可以遙感外科手術。在偏遠的山區,通過遠程的醫療虛擬現實系統,醫生只需要對虛擬病人模型進行手術,通過網絡將醫生動作傳送到另一端的手術機器人,由機器人對病人實施遠程手術。手術實時進展的情況也可以通過機器人攝像機實時傳給醫生的頭盔立體顯示器,以便醫生實時的掌握手術情況。

4.1.3教育領域

虛擬現實技術應用于教育是教育發展的一個飛躍。它使傳統的“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境的相互作用來得到知識。國內利用虛擬現實技術開發了多媒體教學軟件,如鄒湘軍、周榮安等人開發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的教學中使用。利用虛擬現實技術進行仿真教學和實驗,可以模擬顯現那些在現實中存在的、但在課堂教學環境下不容易做到或要花費很大代價才能顯現的各種事物,供學生學習和探索。美國一個“虛擬物理實驗室”系統的設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工程領域

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

虛擬現實技術在工程領域的應用有很多方面,如城市建設、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計人員進行產品的設計和制造。虛擬現實技術在我國工業產品開發中也有非常廣泛的應用,如嚴雋琪教授開發的“虛擬產品開發技術的理論體系研究”、孫健教授的“虛擬環境下啤酒灌裝生產線”的研究等均取得了一定的成果。在現代城市建設中,設計人員更關心的是建筑的整體設計效果。利用虛擬現實技術在設計階段就可以動態的、可視的、多方位的展現建筑物的外貌、地理環境 和輔助設施,設計人員可以在虛擬建筑物中漫游,來查看自己的設計是否合理得當。利用虛擬現實技術,日本開發了虛擬東京古羅馬時代最宏偉的建筑—— 《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

Trajan廣場再現。我國浙江大學開發了虛擬故宮,武漢大學開發的數碼城市系統,這些都是虛擬現實技術的應用。

4.2虛擬現實技術的應用案例

數字城市

數字城市應用解決方案介紹。虛擬現實技術可以通過三維建模逼真地模擬現在和未來的城市，支持數據分析、方案論證和優化，支持地理信息系統等，通過這些詳實的數據和相關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同工作提供了有效的平臺。

場館仿真

場館仿真應用解決方案介紹。利用虛擬現實技術，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境，以提前展示場館面貌，供市民瀏覽，從而對場館的規劃設計進行現場評估。通過市民虛擬游覽后的反饋意見，及時發現并解決場館存在的問題。

地產漫游

地產漫游應用解決方案介紹地產漫游是集影視廣告、動畫、多媒體、網絡科技于一身的最新型的房地產營銷方式。通過虛擬現實技術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，游觀賞到優美的小區環境設計，甚至能夠在電腦上選戶型，從而幫助地產開發商在逆境中求生存，順境中謀發展。

室內設計

室內設計應用解決方案介紹。虛擬現實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想，把這種構思變成看得見的虛擬物體和環境，使以往只能借助傳統的設計模式提升到數字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設計和規劃的質量與效率。

旅游教學

旅游教學應用解決方案介紹。旅游和導游專業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。虛擬現實技術可以按照旅游專業的教學要求和實施特點，開發出適用于導游實訓、旅游模擬、旅游規劃的功能和模塊，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，改善教學環境、優化教學過程、增強教學效果。《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

文物古跡

文物古跡應用解決方案介紹。虛擬現實技術可以將文物建筑、文物景點、文物物品、古代人像及行為、古代自然現象及天體現象等進行虛擬展示和虛擬復原，從而使文物脫離地域限制，實現資源共享，真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產。

工業仿真

工業仿真應用解決方案介紹。虛擬現實仿真平臺，具有強大的物理實時計算功能，能夠真實模擬場景重力、環境阻尼等環境特性，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。為廣大工業仿真需求用戶輕而易舉將此前許多只能停留于想法的優秀互動仿真創意方案完美的呈現于眼前，為國內廣大工業仿真用戶帶來了仿真手段和技術實現水平的革命性進步。

汽車仿真

汽車仿真應用解決方案介紹。虛擬現實高畫質渲染技術及汽車動力學仿真物理系統，將使汽車設計的數字化模型以更直觀的方式在網絡上展示出來，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，實現人與計算機之間無縫連接。

道路橋梁

道路橋梁應用解決方案介紹。虛擬現實平臺依靠其精美絕倫的三維視覺表現力，照片級的真實效果，使設計中的道路橋梁直觀的呈現在人們面前，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，有效降低設計和施工風險，極大提高設計和施工效率。

油田礦井

油田礦井應用解決方案介紹。在建立油田生產和管理流程優化應用模型的基礎上，利用虛擬現實技術對數據實現可視化和多維表達，并且通過智能化分析模型，為企業的經營管理提供良好的信息支撐環境。

水利電力

水利電力應用解決方案介紹。虛擬現實平臺可以與電力信息系統緊密結合，逼真再現變電站現場場地、變壓器、母線、斷路器、隔離開關、接地刀閘、操作機構、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備的操作過程和設備運行狀態，從而為電力行業提供可視化系統解決方案。

數字展館

數字展館應用解決方案介紹。虛擬現實技術可以與科技館的功能進行完美的結合，充分發揮虛擬科技館的種種優勢，傳統的聲、光、電展覽已經很難吸引觀眾的興趣，《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

而利用虛擬現實技術把枯燥的數據變為鮮活的圖形，使科技館進入公眾可參與交互式的新時代，引發觀眾濃厚的興趣，從而達到科普的目的。

地質災害

地質災害應用解決方案介紹。虛擬現實仿真平臺可以實現水利工程仿真、地震應急救援仿真、地震應急推演仿真、地址災害仿真，實現地質災害虛擬環境功能與展示的完美結合，通過在虛擬的環境中進行預防地質災害的模擬演練，達到提升防災、避災安全意識的目的。

應急預案

應急預案應用解決方案介紹。應急虛擬現實仿真演練系統通過對各類災害數值模擬和人員行為數值模擬的仿真，在虛擬空間中仿真災害發生、發展的過程，以及人們在災害環境中可能做出的各種反應；并在演練平臺上，在最大限度仿真實際災害的條件下，開展應急演練。在此基礎上，制定各類企事業單位的數字化應急預案。應急仿真演練系統可以用來訓練各級決策與指揮人員、事故處置人員，發現應急處置過程中存在的問題，檢驗和評估應急預案的可操作性和實用性，提高應急能力。

虛擬展館

網上展館應用解決方案介紹。虛擬現實網上三維交互功能可以將有形的實物產品三維化并且放在網上進行虛擬展示，還能嵌入相應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沖浪的美妙感覺。

網上看房

網上看房應用解決方案介紹。虛擬現實網上三維交互功能可以虛擬房屋設計，展現獨特的設計風格，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，去觀察設計的效果，了解房屋的精心布局。可以實現房屋三維戶型圖全景展示，使客戶全面了解房屋內部結構，走進虛擬現實樣板房。

網上產品

網上產品應用解決方案介紹。虛擬現實技術能夠虛擬各類產品，以一種全新的方式演繹各類產品，使客戶全方位全角度的了解最新產品。實現產品在互聯網上的全新展示，讓客戶提前體驗產品功能，更清楚的了解產品的特性及結構。將銷售產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對產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。展現出產品外形的方 《虛擬現實技術》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，演示產品的功能和使用操作，充分利用互聯網高速迅捷的傳播優勢來推廣公司的產品。

網上看車

網上看車應用解決方案介紹。隨著虛擬現實技術的發展，對汽車的一種全新演繹方式產生。通過虛擬現實仿真平臺可以實現網上看車及交互功能，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，及時、沒有限制地觀察三度空間內的汽車。總結

隨著虛擬現實技術的發展，虛擬現實技術的應用領域也越來越廣泛，相信在不久的將來，虛擬現實技術能夠給更多的領域帶來革命性的變化。

5.虛擬現實技術的未來展望

VR技術的實質是構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。沉浸式虛擬現實是最理想的追求目標，實現的方式主要是戴上特制的頭盔顯示器、數據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。可以預測短期內游戲玩家可以戴上頭盔身著游戲專用衣服及手套真正體驗身臨其境的“虛擬現實”游戲空間，它的出現將淘汰現有的各種大型游戲，推動科技的發展。縱觀VR的發展歷程，未來VR技術的研究仍將延續“低成本、高性能”原則，從軟件、硬件兩方面展開，發展方向主要歸納如下：

(1)動態環境建模技術。虛擬環境的建立是VR技術的核心內容，動態環境建模技術的目的是獲取實際環境的三維數據，并根據需要建立相應的虛擬環境模型。

(2)實時三維圖形生成和顯示技術。三維圖形的生成技術已比較成熟，而關鍵是怎樣“實時生成”，在不降低圖形的質量和復雜程度的基礎上，如何提高刷新頻率將是今后重要的研究內容。此外，VR還依賴于立體顯示和傳感器技術的發展，現有的虛擬設備還不能滿足系統的需要，有必要開發新的三維圖形生成和顯示技術。

(3)新型交互設備的研制。虛擬現實技術實現人能夠自由與虛擬世界對象進行交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸出設備主要有頭盔顯示器、數據手套、數據衣服、三維位置傳感器和三維聲音產生器等。因此，新型、便宜、魯棒性優良的數據手套和數據服將成為未來研究的重要方向。

(4)智能化語音虛擬現實建模。虛擬現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技術與智能技術、語音識別技術結合起來，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轉化成建模所需的數據，然后利用計算機的圖形處理技術和人工智能技術進行設計、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或動態地連接起來，最終形 《虛擬現實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

成系統模型。人工智能一直是業界的難題，人工智能在各個領域十分有用，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)分布式虛擬現實技術的展望。分布式虛擬現實是今后虛擬現實技術發展的重要方向。隨著眾多DVE開發工具及其系統的出現，DVE本身的應用也滲透到各行各業，包括醫療、工程、訓練與教學以及協同設計。仿真訓練和教學訓練是DVE的又一個重要的應用領域，包括虛擬戰場、輔助教學等。另外，研究人員還用DVE系統來支持協同設計工作。近年來，隨著Internet應用的普及，一些面向Internet的DVE應用使得位于世界各地多個用戶可以進行協同工作。將分散的虛擬現實系統或仿真器通過網絡聯結起來，采用協調一致的結構、標準、協議和數據庫，形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬合成環境，參與者可自由地進行交互作用。特別是在航空航天中應用價值極為明顯，因為國際空間站的參與國分布在世界不同區域，分布式VR訓練環境不需要在各國重建仿真系統，這樣不僅減少了研制費和設備費用，減少了人員出差的費用以及異地生活的不適。

6.總結

近幾十年來，通信技術、計算機的同步發展和相互促進成為世界上信息技術與產業飛速發展的主要特征。特別是網絡技術的迅速崛起與普及，使得信息應用系統在深度和廣度上發生了質的變化。虛擬現實主要依靠人機交互的發展，目前技術上已初步解決人腦數據的讀取，在不久的將來，開發者將完全解決通過神經系統自動進入虛擬現實環境的“人腦——計算機接口”問題，通過對人腦提取和反饋神經信號使人完全融入“虛擬現實”世界。當然從技術角度，我們應該對基于多用戶虛擬環境進行必要的技術研究。因為將來的VR技術將越來越重視人在其中的交互。虛擬現實充滿活力、具有無限的應用前景的高新技術領域，但仍然存在許多有待解決與突破的問題。為了提高系統的交互性、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性的問題有待我們進一步解決。

虛擬現實技術是本世紀發展的重要技術之一，作為一門科學和藝術將會不斷走向成熟，在各行各業中將得到廣泛應用，并發揮神奇的作用，二十一世紀將是虛擬現實技術的時代。

第五篇：課程描述格式(虛擬現實技術和C4D)

1.《虛擬現實技術VR》課程描述

課程目標：通過對本課程的學習，使學生了解并掌握虛擬現實技術的基本概念和術語、系統組成及其應用領域，了解虛擬現實的基本計算機結構，了解虛擬現實技術的建模技術，掌握應用系統開發的基本技能。

主要內容：VR系統簡介，虛擬現實技術的發展簡史，VR建模、幾何建模、運動建模、物理建模、行為建模、模型建模，工具包和場景圖，VR在教育、藝術以及娛樂中的應用。

教學建議：本課程教學上使用計算機和VR虛擬現實設備相結合，根據教學內容采取啟發式、引導法等教學方法，開展教學活動。通過在采用藍墨云軟件進行課堂分組、比賽、研討等多種形式，提高學生的學習興趣，增強學生學習能力；按學時要求，大約4學時布置一次課后作業，一般視思考題份量每次布置1—3道題，由授課教師自行掌握；在考試題目的設計上，盡可能靈活新穎，重點檢驗學生應用所學知識解決實際問題的能力。

2.《CINEMA 4D》課程描述

課程目標：通過對本課程的學習，使學生了解并掌握包含建模、動畫、渲染、角色、粒子以及新增的插畫模塊，還包括完整的修補時間線，能夠輸出全播放品質的圖片和動畫，也能夠輸出整批成像。

主要內容：毛發系統、高級渲染模塊、三維紋理繪畫、CINEBENCH、Dynamics:動力學模塊、MOCCA:骨架系統，多用于角色設計、NET Render:網絡渲染模塊、PyroCluster:云霧系統、Sketch & Toon:二維渲染插件，Thinking Particles:粒子系統、Sculpt:雕刻系統，可烘焙法線貼圖,置換貼圖等。

教學建議：本課程教學上使用高配置計算機，根據教學內容采取啟發式、引導法等教學方法，開展教學活動。通過在采用藍墨云軟件進行課堂分組、比賽、研討等多種形式，提高學生的學習興趣，增強學生學習能力；按學時要求，大約4學時布置一次課后作業，一般視思考題份量每次布置1—3道題，由授課教師自行掌握；在考試題目的設計上，盡可能靈活新穎，重點檢驗學生應用所學知識解決實際問題的能力。