第一篇：基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維教學環(huán)境研究論文

摘 要：素描作為藝術(shù)設計專業(yè)的基礎課程，在傳統(tǒng)的課程教學中，學生要想更好的觀察和繪畫，需要控制好燈光、明暗等因素。用虛擬現(xiàn)實方法構(gòu)建的場景能夠更輕松的進行交互控制進而成為學生素描教學中重要的觀察手段。作者在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用的基礎上開發(fā)的的素描學習

關(guān)鍵詞：當代藝術(shù)理論論文,文藝理論論文發(fā)表,文學理論論文投稿

素描作為藝術(shù)設計專業(yè)的基礎課程，在傳統(tǒng)的課程教學中，學生要想更好的觀察和繪畫，需要控制好燈光、明暗等因素。用虛擬現(xiàn)實方法構(gòu)建的場景能夠更輕松的進行交互控制進而成為學生素描教學中重要的觀察手段。作者在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用的基礎上開發(fā)的的素描學習系統(tǒng)，能起到豐富教學手段、改進教學方法和提高教學效率的作用。

介紹

虛擬現(xiàn)實是從英文Virtual Reality一詞翻譯過來的，簡稱VR技術(shù)。Virtual是虛擬的意思，Reality是真實的意思，合并起來就是虛擬現(xiàn)實。這一詞是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾(Jaron Lanier)在20世紀80年代提出的，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，國內(nèi)也有人譯為“靈境”或“幻真”。虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜合了計算機圖形技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學技術(shù)，它在多維信息空間上創(chuàng)建一個虛擬信息環(huán)境，能使用戶具有身歷其境的沉侵感，具有與環(huán)境完善的交互作用能力，并有助于啟發(fā)構(gòu)思。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，做為一種新的管理方法和技術(shù)，虛擬系統(tǒng)在項目管理進程中正發(fā)揮著越來越重要的作用。首先，由于硬件設備投入非常昂貴，虛擬系統(tǒng)通常被用于那些在現(xiàn)實生活中比較危險的教學活動諸如軍事、醫(yī)療、工程等等。隨著技術(shù)的更新和發(fā)展，在基礎教學中，越來越多人使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來講授科學、物理、藝術(shù)等等學科。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)長期以來被用于教育和培訓工作。Hratman進一步的使用虛擬現(xiàn)實環(huán)境來檢測學生的空間認知能力。Park et al發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作的地圖能夠進一步提高學生的空間想象能力。美國芝加哥大學的電子可視化實驗室和交互計算環(huán)境實驗室設計出了一個名為“美妙(NICE)”的兒童教育作品，它是“敘述性、身歷其境感、合作互動環(huán)境”的簡稱，其宗旨是“讓我們在虛擬世界里一起學習和成長”。因此，我們非常有必要開發(fā)一個教育系統(tǒng)，它能夠幫助教師減少教學壓力。同時這個教學系統(tǒng)還能夠提高學生的學習積極性，激發(fā)學生的學習動力，給學生提供一種直觀的交互學習環(huán)境，進而能很好的完成我們的最終教育目標。

研究目的在傳統(tǒng)的素描教學中，有很多相互影響的因素。教師通常需要去發(fā)現(xiàn)并糾正學生的種

種問題，這會增加教師的工作量。同時因為學生經(jīng)常被動的接收建議，這也會降低他們主動發(fā)現(xiàn)問題的能力。為了有效的解決上述問題，我們研究應用3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)了此款交互式素描學習系統(tǒng)。

在本次研究中，我們希望通過開發(fā)素描學習系統(tǒng)最終達到下列研究目標：

(1)通過應用素描學習系統(tǒng)的實時交互技術(shù)，有效減少教師的教學壓力，也能夠在一定程度上彌補中學美術(shù)教師短缺的問題。

(2)通過展現(xiàn)素描學習系統(tǒng)的趣味性和交互教育功能，能夠有效的吸引學生的注意力，提高學生的學習積極性。

(3)素描學習系統(tǒng)的在線學習功能能打破時間和空間的限制，同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)在空間、陰影、材質(zhì)表現(xiàn)等方法具有很大的優(yōu)勢，這些都能有效彌補傳統(tǒng)媒體在互動交流方面的不足。

系統(tǒng)構(gòu)建

本系統(tǒng)由以下三部分組成：

1.第一部分：模型

根據(jù)課程目標和課程內(nèi)容的需求，為了訓練學生基礎的素描造型能力，我們通常將各種各樣的物體細分成一個個基本的單元。這些虛擬模型通常由平面和曲面構(gòu)成。例如圓錐體、球體、圓柱體是由曲面構(gòu)成的三維物體，而正方體、四棱錐、六棱柱是由平面構(gòu)成的三維物體。眾所周知，這兩類物體是最基本的幾何體。使用幾何體的目的在于將復雜的物體分解成簡單基本單元，比如人頭就可以看做是由球體、圓柱體、長方體等基本單元構(gòu)成的復雜對象。

學生依靠所學到的經(jīng)驗，將真實生活的物體分解成簡單的幾何體并進行重構(gòu)。這種訓練可以增強學生在素描繪畫中的觀察和分析能力。

2.第二部分：構(gòu)建虛擬現(xiàn)實交互操作環(huán)境

為了順應在線學習的新趨勢，我們可以將素描學習系統(tǒng)開發(fā)成網(wǎng)絡學習的平臺，學生可以通過因特網(wǎng)或局域網(wǎng)進行在線學習，它可以彌補傳統(tǒng)學習方法在時間和空間方面的不足。我們希望通過消除學生在自然觀察過程中所遇到的各種相互干擾的因素，同時給學生提供互動的學習環(huán)境，以此提高學生的學習積極性。

我們所開發(fā)的系統(tǒng)屬于桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，這套人機交互系統(tǒng)的硬件設備是屏幕、鼠標、鍵盤。在軟件方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能特供特殊的空間概念，實時三維圖片的燈光/陰影計算功能、紋理貼圖計算功能能夠為素描教學提供一種非常真實的交互學習環(huán)境。

3.第三部分：紙質(zhì)練習

我們的研究采用探究式的學習策略：研

第二篇：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(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)實的硬件設備與軟件技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)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(tǒng)還需要虛擬現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)。

1、虛擬現(xiàn)實的輸入設備

有關(guān)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)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(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，在人機交互設備中也

是如此。基于手的自然交互形式最為常見，相應的數(shù)字化設備很多，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?，F(xiàn)在，數(shù)據(jù)手套已成為一種被廣泛使用的傳感設備。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)行相應的操作。在實際應用中，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?，現(xiàn)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(fā)研究。

3、虛擬現(xiàn)實的生成設備

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(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。

要實現(xiàn)這種目標，除了需要有一些專業(yè)的硬件設備外，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)其應用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應的虛擬環(huán)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(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?；诨ヂ?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?？梢灶A見，隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應用會越來越廣泛。

本論文概述了虛擬現(xiàn)實的定義、硬件、軟件和應用，并對虛擬現(xiàn)實技術(shù)和應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

第三篇：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)的應用 ·················································································································· 12 4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用領(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?！短摂M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的數(shù)據(jù)，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(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、聲音合成設備等外部設備三個主要部分。

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?！短摂M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(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、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。通過各種輸入設備實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)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(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，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?，F(xiàn)在正致力于一個叫“虛擬行星探索”（VPE）的試驗計劃?，F(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，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、設計、娛樂和制造領(lǐng)域。伊利諾斯州立大學研制出在車輛設計中支持遠程協(xié)作的分布式VR系統(tǒng)?！短摂M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、輔助設備(包括觸覺反饋)設計和應用研究方面，在歐洲來說是領(lǐng)先的。英國Bristol公司發(fā)現(xiàn)，VR應用的交點應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?！短摂M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％?！短摂M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)絡設計，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)的應用

4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用領(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用非常廣泛,它可以用于軍事、教育訓練、設計規(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?，F(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?！八玖畈寇娛卵萘暋币惨殉蔀橐环N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?！短摂M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,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,其真正的目的是設想構(gòu)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(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)設計方面顯示出無可比擬的優(yōu)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(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(chǎn)品的設計和制造。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)代城市建設中,設計人員更關(guān)心的是建筑的整體設計效果。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設計階段就可以動態(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(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)的應用。

4.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用案例

數(shù)字城市

數(shù)字城市應用解決方案介紹。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)設計

室內(nèi)設計應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想，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，大大提高了設計和規(guī)劃的質(zhì)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(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?！短摂M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)，將使汽車設計的數(shù)字化模型以更直觀的方式在網(wǎng)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(xiàn)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(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(chǎn)和管理流程優(yōu)化應用模型的基礎上，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備的操作過程和設備運行狀態(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、地震應急救援仿真、地震應急推演仿真、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。

應急預案

應急預案應用解決方案介紹。應急虛擬現(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；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(yè)單位的數(shù)字化應急預案。應急仿真演練系統(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(wǎng)上展館應用解決方案介紹。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計，展現(xiàn)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?？梢詫崿F(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?？偨Y(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?？梢灶A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?？v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)同設計。仿真訓練和教學訓練是DVE的又一個重要的應用領(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(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)絡技術(shù)的迅速崛起與普及，使得信息應用系統(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。

第四篇：虛擬現(xiàn)實技術(shù)期末論文

《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》期末論文

專業(yè)：自動化

學號：20091336069

姓名：李璐

摘要

隨著科技的進步，虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR技術(shù)）越來越體現(xiàn)出它的應用價值，在氣象、軍事、醫(yī)療等各個領(lǐng)域都出現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用場合。本文分成四個部分，按順序分別介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在大氣粉塵擴散中的應用、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電視背景以及散打運動中的應用以及自己本學期學習虛擬現(xiàn)實技術(shù)的心得體會。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

天氣預報

軍事應用

醫(yī)學 心得體會

⒈ 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在大氣粉塵擴散中的應用。

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

1.1.粉塵擴散模型

點源粉塵在大氣中的擴散模型是建立虛擬場景的核心，其擴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，情況復雜，模型常以某種假設為前提，在各方向同性物質(zhì)中，符合費克定律，即穿過單位面積的擴散物質(zhì)的遷移速度與該面的濃度遞減成正比【2】：

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（1）

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（2）

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1.2粉塵擴散在虛擬場景中的實現(xiàn)

針對粉塵在大氣中的擴散過程，以數(shù)學模型為基礎，采用桌面VR系統(tǒng)，構(gòu)建了粉塵顆粒在氣流中擴散的三維場景，用戶通過鍵盤、鼠標、顯示器等標準輸入輸出設備與系統(tǒng)進行交互。下圖分別給出了粉塵點源在無風不考慮重力影響與有風考慮重力影響下的圖像。

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

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

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在其他領(lǐng)域的一些應用。

2.1．VR技術(shù)在電視節(jié)目背景中的應用

計算機、多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷改進，在近年來的各個領(lǐng)域影響和改變著人們原先固有的思維。傳統(tǒng)的電視節(jié)目背景需要根據(jù)節(jié)目的不同需求來進行布置，實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，還會因為其使用壽命和使用風格的限制導致現(xiàn)實中節(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，而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立的三維虛擬場景可以解決這些問題。

實現(xiàn)場景虛擬化可以按照如下的步驟來進行：

? ? 還原實際場景中的藍箱，設定虛擬攝像機。

建立藍箱的目的是為了建立一個虛擬場景和現(xiàn)實之間的一個在真實的大小尺寸和距離上可以進行對照的參照物，為場景設計提供尺寸和位置上的依據(jù)，接下來就可以圍繞虛擬藍箱進行模型的搭建了。

2.2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在武術(shù)散打中的應用

散手作為中華武術(shù)的一個分支，以其“遠踢、近打、貼身摔”的獨特技法名揚世界武壇。近年來，隨著各國的挑戰(zhàn)賽，使散打運動不斷發(fā)展，現(xiàn)在結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以很好的訓練散打人員的動作技術(shù)，為研究和提高運動員的技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)訓練水平提供了一定的理論依據(jù)和方法。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在散手運動中的運用研究： ? 散手運動訓練場景的生產(chǎn)：使用Vega生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實場景，Vega是美國Multigen-Paradigm公司生產(chǎn)的用于虛擬現(xiàn)實、實時場景仿真、聲音仿真以及其他可視化領(lǐng)域的應用軟件。該系統(tǒng)制造出虛擬綜合訓練或者比賽的場景，給運動員真實的比賽的環(huán)境，這樣可以減少比賽中的由于緊張而引起的失誤，同時增強運? 動員在比賽中的自信心。

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

【2】 捕捉跟蹤器位置，再經(jīng)過計算機處理后生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，加上視頻資料的采集以及現(xiàn)場拍攝的方式，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)動作特征單元提取出來，將所有的數(shù)據(jù)分類建立多個動作數(shù)據(jù)庫，來調(diào)整控制虛擬人的運動。

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

? 散手對練系統(tǒng)的生成。

2.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中西醫(yī)當中的應用

在中醫(yī)藥院校中，傳統(tǒng)的教學方法是以課堂教學為主，再結(jié)合掛圖、模型、標本、人體等輔助教學工具進行教學，并配以費用較高的動物實驗、尸體解剖來加深學生的理解。由于醫(yī)學領(lǐng)域與人類有著密切的、重要的和特殊 的關(guān)系，在這個領(lǐng)域里，人與人之間或人與現(xiàn)實之間的交互方式受一定的條件限制。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入，能從根本上降低教學成本，減少危險性，激發(fā)學生的學習興趣和主觀能動性、提高教學質(zhì)量、彌補教學條件的不足。

2.3.1中醫(yī)遠程脈診系統(tǒng)

作為傳統(tǒng)醫(yī)學的瑰寶，中醫(yī)的診斷有其 自身特點，診斷時僅需要望、聞、問、切，在這四診中切脈往往是中醫(yī)看病定性時最重要的依據(jù)。盡管中醫(yī)的脈象診斷相對簡單，但由于過多依賴醫(yī)生的經(jīng)驗和感覺，再加上不同的中醫(yī)對于不同脈象的定性都不盡相同，往往給人以玄妙奠測的印象。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”，長期以來影響著脈學的傳授和發(fā)展。應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真技術(shù)的優(yōu)勢，能對客觀系統(tǒng)的本質(zhì)屬性進行抽象和重演，因此可以使醫(yī)生和患者在中醫(yī)遠程脈診時獲得如同身臨其境的感受，這使中醫(yī)遠程醫(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)，可以進一步生成脈診專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，有效地促進中醫(yī)脈診科學化和客觀化。中醫(yī)遠程脈診系統(tǒng)由場景生成子系統(tǒng)、聲音生成子系統(tǒng)脈象探測子系統(tǒng)、脈象處理子系統(tǒng)、實時控制子系統(tǒng)、信號傳輸子系統(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)實技術(shù)的可調(diào)閉環(huán)遠程脈診系統(tǒng)。其中，場景生成子系統(tǒng)合成醫(yī)生和病人的脈診場景環(huán)境；聲音生成子系統(tǒng)實現(xiàn)醫(yī)生和病人的病情問訊功能；脈象探測子系統(tǒng)包括脈診仿真器和脈診探測器兩部分，醫(yī)生和病人分別通過脈診仿真器和脈診探測器進行脈象感應和探測；實時控制子系統(tǒng)實現(xiàn)醫(yī)生和病人的切脈過程實時互動；脈象處理子系統(tǒng)實現(xiàn)脈象信號的處理與分類 ；信號傳輸子系統(tǒng)實現(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)的信號傳輸；專家決策子系統(tǒng)輔助醫(yī)生和病人進行病情決策和評估。

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，通過計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)，在電腦屏幕上 出現(xiàn)一個看似真實的模擬人體，再進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的語言符號，賦加到這個人體形態(tài)框架上。經(jīng)過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交叉融合，通過操作者的調(diào)控，這個 “虛擬人”將能模仿真人做出各種各樣的反應

2.3.3虛擬手術(shù)模擬

虛擬手術(shù)系統(tǒng)是專門用來對手術(shù)全過程進行仿真的虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)，主要包括虛擬建模、醫(yī)學數(shù)據(jù)的可視化、人體組織器官的應力形變仿真、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)的模擬主要應用于復雜手術(shù)過程的規(guī)劃、演練及預測，指導手術(shù)進行。學生可以在計算機產(chǎn)生的三維虛擬手術(shù)環(huán)境中，利用虛擬手術(shù)器械進行相關(guān)的虛擬手術(shù)流程，應對各種突發(fā)情況，具有可避免手術(shù)失誤、縮短培訓時間、節(jié)約實訓費用、降低手術(shù)風險、減少病人損傷、提高手術(shù)成功率等多項傳統(tǒng)實訓教學無法比擬的優(yōu)勢。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用領(lǐng)域十分的廣泛，除了上述的兩個場景之外，在、軍事演習【4】、土木? 工程 【5】等等領(lǐng)域均有廣闊的應用前景。

3.學習虛擬現(xiàn)實技術(shù)之后，我的體會與收獲

本學期在劉佳老師的課程指導下，我學習而來虛擬現(xiàn)實技術(shù)這門很有前途的課程，在學習的過程中，我發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項新起的很有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，現(xiàn)在正式起步發(fā)展階段，在各個領(lǐng)域已經(jīng)有了很好的應用，我覺得以后的社會發(fā)展離不開虛擬現(xiàn)實技術(shù)，正如我們現(xiàn)在的社會離不開因特網(wǎng)一樣。下面我就說一下自己對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的認識以及感想。

隨著網(wǎng)絡通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展．虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢越發(fā)明顯，在某種意義上說它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至會改變?nèi)藗儗κ澜?、自己、空間和時間的看法。它是一項發(fā)展中的、具有深遠的潛在應用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學習、討論、游戲，就像在現(xiàn)實生活中一樣。使用網(wǎng)絡計算機及其相關(guān)的三維設備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。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。

本學期學習內(nèi)容講的是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產(chǎn)生一個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、沒有限制的觀察三度空間內(nèi)的事物。這段對虛擬現(xiàn)實的定義我最有感觸的就是“可以及時、沒有限制的觀察三度空間內(nèi)的事物”在不面對面的教學和相處過程中，大家只能憑借聲音和文字去感受對方，這樣似乎一切都變美好了。而關(guān)于虛擬教學這些優(yōu)點也讓我頗為贊同比如彌補遠程教學條件的不足，避免真實實驗或操作所帶來的各種危險。這些優(yōu)點也讓我更深刻地去思考或許這種教學方式不單單是一種潮流，在更完善的技術(shù)發(fā)展過程中會有更多凸顯 優(yōu)點，我要拭目以待。

作為一名即將畢業(yè)的大四學生，能夠在畢業(yè)前學到一門新的技術(shù)，感到很充實。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一門新的技術(shù)，在未來的發(fā)展中會體現(xiàn)出更大的價值，比如拿游戲來說，應用虛擬的三維場景設計出游戲場景，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?，F(xiàn)實的世界紛繁復雜，對于一個未開發(fā)的產(chǎn)品設計或者一個新的理念，甚至一幢設計中的建筑，我們都可以采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立它的三維場景，當你需要推銷你的樓盤時，你可以給你的樓盤建一個虛擬漫游場景，讓沒有進去過的人同樣可以很好的領(lǐng)略到您的建筑的不同風格，促進購買者的興趣，發(fā)現(xiàn)價值，當公司開會，您有一個好的產(chǎn)品設計理念時候，您可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)作一個您想要設計的產(chǎn)品原型，在公司部門的例行會議上展示新的理念產(chǎn)品?？傊@學期學習的虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門實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)域都會發(fā)生革命性的變化。

參考文獻

【1】柳靜默，陳寶智，王金波.《虛擬現(xiàn)實及其在粉塵擴散中的應用》.中國安全科學學報.Vol.10 No.6 【2】章海晨.《虛擬現(xiàn)實技術(shù)在散打運動中的應用研究》.搏擊武術(shù)科學.2012.8 【3】宋清華，李靜.《虛擬場景在電視節(jié)目背景中的應用》.Media Time 2012.12 【4】鄭童.《淺談土木工程中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)》.工程技術(shù).P175 【5】李湘德，彭斌.《虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展綜述》.創(chuàng)新論壇.2004.V25

一．

第五篇：虛擬現(xiàn)實 論文

XXXXXX學院

虛擬現(xiàn)實

學 生 姓 名：XXX 指 導 教 師：XXXX 系別：信息技術(shù)系 專業(yè)、班級：計算機科學與技術(shù)XXX班 完 成 時 間：2009年6月13日

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機專業(yè)教育中的應用

姓名：XXX

專業(yè)：XXX

學號：XXXX

摘要：目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛應用于航空航天、娛樂游戲，以及建筑設計等領(lǐng)域。在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也有廣泛的用途。文章介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)及VRML語言，探討了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機教學和計算機實驗中的應用。如果虛擬技術(shù)廣泛應用于網(wǎng)絡教育中，將對遠程教育產(chǎn)生深遠的影響。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；虛擬實驗；VRML；計算機專業(yè)

隨著我國教育的不斷改革和科學技術(shù)的飛速發(fā)展，代寫論文 網(wǎng)絡教育的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的教學方式。尤其是計算機更新速度非?？斓奶攸c使得傳統(tǒng)的教學方式難以滿足學習的需要。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一門新的技術(shù)，它在教育領(lǐng)域的發(fā)展將為教育提供新的活力。本文主要從虛擬現(xiàn)實技術(shù)特征和VRML語言的角度探討其在計算機專業(yè)教育中的應用。1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代教育手段的現(xiàn)代化帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代教育技術(shù)的應用已不再是停留在音像技術(shù)課堂中應用的常規(guī)模式層次上．而是朝著多媒體化、網(wǎng)絡化、信息化、教育技術(shù)應用模式多樣化和遠程教育普及化的趨勢發(fā)展，特別是基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學形式，是一種最新出現(xiàn)的教學模式，具有廣闊的發(fā)展前景，代表了教育的未來和發(fā)展的方向。

1．1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)，又稱為靈境技術(shù)，代寫畢業(yè)論文 它匯集了數(shù)字圖象處理、計算機圖形學、多媒體技術(shù)、人工智能、人機接口技術(shù)、傳感器技術(shù)，以及人體行為學等多項天技術(shù)．是計算機技術(shù)的綜合應用。具體地說，就是采川以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用，相互影響，從而產(chǎn)生如同真實環(huán)境的感受和體驗。盡管該環(huán)境并不真實存在，但它作為一個逼真的三維環(huán)境．仿佛就在我們周圍。由于用戶對計算機環(huán)境中的虛擬物體產(chǎn)生了類似于對現(xiàn)實物體的存存意識或幻覺，從而使得用戶在計算機所創(chuàng)建的維虛擬環(huán)境中處于一種全身心投入的狀態(tài)。

1．2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由以下幾部分組成：

(1)虛擬環(huán)境。它由虛擬環(huán)境發(fā)生器所產(chǎn)生，且可讓使用者通過傳感器件和作用器件與之交互，這種交互的結(jié)果是使用者有全身心進入這一環(huán)境的感覺。

(2)傳感器件。它將虛擬環(huán)境中的物體的形、動作、聲音等進行轉(zhuǎn)換，使人能獲得視覺、聽覺、觸覺等多方面的感覺。這些感覺與他以往在實際環(huán)境中的感覺一致。

(3)作用器件。它將人的一些約定動作(如行走、手勢等)變成作用的信息，讓虛擬環(huán)境有所察覺。

(4)人。虛擬現(xiàn)實實質(zhì)上是一內(nèi)含反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，只有人的存在才能使這一反饋環(huán)路有效成立。代寫碩士論文所以人是VR系統(tǒng)中不可缺少的成分。人通過傳感器件感受虛擬環(huán)境的存在．又通過作用器件去影響虛擬環(huán)境，使其作出相應的變化。

(5)虛擬環(huán)境發(fā)生器。它能產(chǎn)生使用者所需要的虛擬環(huán)境，且能通過作用器件傳來的作用信息。了解使用者的位置和動作。并對已產(chǎn)生的虛擬環(huán)境作出相應的修改。

1．3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本特征

(1)沉浸性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像。使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣。當使用者移動頭部時。虛擬環(huán)境中的圖像也實時地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動而運動，而且還可以聽到三維仿真聲音。使用者在虛擬環(huán)境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。

(2)交互性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互．使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備進行交互。計算機能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能．就能對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作。

(3)多感知性。由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。

1．4 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的類型

虛擬現(xiàn)實技術(shù)按其功能，可分為以下幾種類型：

(1)沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利用頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標等傳感跟蹤裝置與虛擬世界進行交互。由于這種系統(tǒng)把人的視覺、聽覺和其它感覺封閉在虛擬的感覺空間，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之處在于專用設備復雜而且昂貴，難以在教育行業(yè)普及推廣。

(2)桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是運用軟件編程的方法在顯示器上顯示三維場景．用戶通過鍵盤、鼠標等簡單的設備與虛擬場景進行交互。這種系統(tǒng)由于用戶坐在顯示器前，通過屏幕觀察虛擬世界并與之交互，往往會受到周圍環(huán)境的影響，難以做到完全投入．但是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，易于普及推廣。

(3)分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

分布式虛擬系統(tǒng)是多個用戶通過網(wǎng)絡共享一個虛擬空間，共同參與虛擬活動。

(4)增強現(xiàn)實性虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)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)實中無法感知的感受。

1．5 虛擬現(xiàn)實造型語言VRML

VRML(Virtual Reality Modeling Language1即虛擬現(xiàn)實建

模語言，是一項和多媒體通訊、因特網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域相關(guān)的，在Intemet上營造虛擬環(huán)境的技術(shù)。它用來在網(wǎng)絡上創(chuàng)建可導航的、超鏈接的三維虛擬場景。

VRML的基本工作原理可概括為：文本描述、遠程傳輸和本地計算生成。所謂文本描述，是指VRML并不是用三維坐標點的數(shù)據(jù)來描述三維物體的，因為這樣會有很大的數(shù)據(jù)量．在Intemet上傳輸會遇到很多困難．VRML是用類似HTML的標記文本語言來描述三維場景．就像我們的編程語言。比如，一個立方體的描述文本是：Box(size 3.0 3.0 3.0)。VRML就是一種描述語言標準，規(guī)定了用來描述三維場景的文本描述語言。遠程傳輸是指用戶瀏覽VRML描述的虛擬場景時，需要通過Intemet將描述場景的文本傳送到本地。一般來說，文本描述是嵌在WEB頁面中，在瀏覽器請求相應頁面時與頁面描述文本一起傳送本地。本地計算生成是指描述虛擬場景的數(shù)據(jù)傳送到本地后，瀏覽器對它進行解釋計算，動態(tài)地生成虛擬場景。比如，描述球形的文本，瀏覽器會在屏幕上繪制一個立體的球形。概括地說，就是

用文本信息描述三維場景．在Intemet網(wǎng)上傳輸，在本地機上由VRML的瀏覽器解釋生成三維場景．解釋生成的標準規(guī)范即是VRML規(guī)范。

VRML文件主要包括四個主要成分：VRML文件頭、原型、造型節(jié)點、腳本和路由。在這四個要素中．代寫醫(yī)學論文只有文件頭部分是必須的，它用來告訴瀏覽器該文件符合的規(guī)范標準以及使用的字符集等信息。原型定義了創(chuàng)建帶有指定名稱、接口和整體的新節(jié)點類型。一旦成功地定義了原型，它就可以在VRML文件的其他地方隨意使用。造型節(jié)點是VRML中的基本建造模塊．它構(gòu)成了VRML文件的主體部分，正是由于造型節(jié)點定義而產(chǎn)生了虛擬的VRML空間。腳本可以看作是一個節(jié)點的外殼，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身沒有任何動作．然而你可以通過程序腳本來賦予你腳本節(jié)點的動作。程序腳本實際上是一種簡化了的應用程序，一個典型的腳本是由Java或JavaScript編程語言寫成的程序。路由是一種文本描述的消息．一旦在兩個節(jié)點之間創(chuàng)建了一個路由．第一個節(jié)點可以順著路由傳遞消息給第二個節(jié)點，這樣的消息被稱為事件。VRML還可以包含下列條目：注釋、節(jié)點和域值、定義的節(jié)點名、使用的節(jié)點名等。

設計VRML虛擬場景時。最簡單的方法是直接使用文本編輯器來編輯描述文本，它類似于程序設計，這種方法簡單方便．但不是很直觀．對設計者的空間想象能力要求也較高，設計的效率不高?，F(xiàn)在有很多的可視化的VRML設計工具，如CosmoWorld和WebWorld等．這些工具將VRML的標準節(jié)點都做成可視的組件，用戶設計時，只需要將這些組件組全自己需要的虛擬場景就可以了．而且設計的效果在設計時就可以看到。設計完畢后，系統(tǒng)自動將這些可視的虛擬場景生成標準的VRML描述文本，這樣，這些文本傳送到用戶的瀏覽器后．便會在用戶的屏幕上重現(xiàn)這個虛擬場景。

VRML使得Intemet的平面世界出現(xiàn)了三維場景。它的問世在世界上引起了極大的反響．得到眾多的軟硬件廠商的支持，成為了Intemet上最有發(fā)展前景的新興技術(shù)。VRML在各方面都展現(xiàn)出了強大的應用可能性。蘊藏了無限生機。在教育領(lǐng)域的WEB站點中，它可廣泛用于學習情景創(chuàng)設上，以增加學習內(nèi)容的形象性和趣味性。例如：創(chuàng)建網(wǎng)上三維圖書館，它的好處就在于書籍歸類整理更接近真實并將高于真實，匯編或查閱時書籍只需要鼠標輕輕地點擊對應的虛擬圖書。另外，使用VRML做模擬訓練是一種可行性極高的措施，它不僅可以減少某些情況下現(xiàn)實空間中操作的難度和危險．更為重要的是它可以使訓練造價得到大幅度降低，這樣就使得在教育方面的應用成為可能。由于這種模擬系統(tǒng)具有高度的真實性，所以并不會因為沒有真實系統(tǒng)介入而造成較差的訓練效果?，F(xiàn)在虛擬校園、虛擬考場也已經(jīng)陸續(xù)地出現(xiàn)在網(wǎng)絡中，這些新興的教育形式必將因其優(yōu)越的一面而在未來教育領(lǐng)域中占有一席之地。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機專業(yè)教育中的應用

2．1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在輔助課堂教學中的應用

眾所周知，計算機課程實踐性很強，在書本上體現(xiàn)難免會給人們的理解帶來困難。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作的課件能夠很好地解決這一問題。例如，在計算機基礎課程中介紹計算機中各個組件的結(jié)構(gòu)和講解計算機組裝的過程時，書本的文字難以讓學習者了解組件結(jié)構(gòu)和組裝的過程。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將文字、聲音、圖片、動畫等幾種媒體表現(xiàn)形式有機地結(jié)合，設計出生動活潑的界面。制作出一些三維的、交式的、具有沉浸感的內(nèi)容，滿足學習者從各個角度觀察和學習，仿佛身臨其境，更好地理解學習的內(nèi)容。

制作VRML課件的基本思路是：

(1)制作一系列空間形體的三維造型和動畫．并且為這些造型指定所需要的顏色、大小等。

(2)引入VRML的相關(guān)節(jié)點，建立虛擬運動空間。實現(xiàn)課件多媒體功能。

(3)優(yōu)化VRML場景，即在構(gòu)建場景的過程中，利用VRML提供的高級造型技術(shù)適當優(yōu)化程序。

(4)VRML文件的輸出，將已創(chuàng)建的空間場景輸出為．wrl形式的文件。

例如，設計VRML課件來實現(xiàn)網(wǎng)上虛擬計算機組件結(jié)構(gòu)和組裝的輔助教學。

首先，在介紹計算機組件選擇知識同時。可以在網(wǎng)上從各個角度來觀察VRML制作的計算機組件的造型．增強感性認識，并使學習者對怎樣組裝計算機有個初步的了解。利用VRML的造型設計和VRML Script的動畫鏈接．虛擬出組裝計算機過程中所需的主要硬件，再通過把VRML文件嵌入到網(wǎng)頁的方法，使學習者既能在網(wǎng)頁中看到二維不同型號硬件的圖片和一些描述硬件的文字．又能看到三維的虛擬制作出來的硬件模型。這樣使學習者能真切地、直觀地感受到二維和三維的不同．感受到虛擬世界的美妙。然后，通過文字和圖片向?qū)W習者介紹如何將各計算機組件組裝到一起。接著，通過VRML的動畫節(jié)點控制和VRML Script的結(jié)合。制作出安裝、注釋和視點切換的效果，然后按照六個安裝步驟：第一，機箱、主板的安裝；第二，風扇、內(nèi)存的安裝；第三，光驅(qū)、軟驅(qū)、硬盤的安裝；第四，聲卡、顯卡的安裝；第五，電源的安裝；

第六。顯示器、鍵盤、鼠標的安裝，組合完成整個在虛擬三維世界中組裝計算機的過程。在學習的過程中，只要點擊相應的按鈕，就可以按相應的步驟進行安裝。拖動鼠標或按鈕可以隨意地移動計算機組件到指定的位置進行安裝。在安裝完光驅(qū)和軟驅(qū)后，點擊光驅(qū)的開、關(guān)鍵，光盤托會自動拖出和送入，點擊軟驅(qū)的按鈕，軟盤會自動取出．使學習者能動態(tài)地觀看到效果。有一種身臨其境的感覺來完成學習的過程。

通過VRML Script語言的鏈接。制作出生動有趣的動畫效果和逼真的聲音效果。例如．當你點擊軟驅(qū)上的按鈕，會發(fā)出聲音并彈出一張軟盤；當你點擊光驅(qū)按鈕時，盤盒會自動地彈縮并發(fā)出逼真的聲音。為了方便學習。還可以實現(xiàn)注釋信息，當學習者的鼠標碰到硬件設備時。在對象的旁邊會出現(xiàn)一個注釋信息，說明該對象名稱。

又如，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中，對于常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法思想．由于其抽象程度高。使得學生很難理解。我們也可以通過虛擬技術(shù)將其制作成課件進行教學。將抽象的算法過程以淺顯易懂、形象直觀的形式展現(xiàn)出來。例如，遞歸算法是學生比較難理解的，因為其算法是靠隱形調(diào)用堆棧來實現(xiàn)，而通過虛擬技術(shù)可以將堆棧內(nèi)部情況的變化動態(tài)、直觀、形象地表現(xiàn)出來，這樣學生就很容易理解。同樣在講解樹和圖的遍歷時，可以從可視化的角度觀察遍歷的順序。二叉樹與樹的概念的區(qū)別、Hanoi塔等問題都可以直觀地表現(xiàn)。方便教師的教學和學生的理解。

總之，通過制作課件來輔助課堂的教學，能為學習者提供生動、逼真的感性學習材料，使抽象的學習直觀化、形象化，幫助學習者解決學習中的重點和難點，提高學習者的積極性。

2．2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機實驗中的應用

由虛擬現(xiàn)實技術(shù)生成的適用于進行虛擬實驗的實驗系統(tǒng)，包括相應的實驗室環(huán)境、有關(guān)的實驗儀器設備、實驗對象。以及實驗信息資源等。虛擬實驗室可以是某一現(xiàn)實實驗室的真實再現(xiàn)。也可以是虛擬構(gòu)想的實驗室。例如，在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡建設過程中，不必真正把網(wǎng)絡構(gòu)建起來就可以親身體驗，猶如進行現(xiàn)場的操作。在數(shù)字電路的課程實驗中，可以通過虛擬的電路器件來達到電路設計的目的，而沒有購買器件問題所帶來的麻煩。在電子商務課程實驗中，可以虛擬商務環(huán)境，讓學生進入這個虛擬環(huán)境。身臨其境地體驗現(xiàn)場交易的氣氛和參與交易的過程。計算機操作系統(tǒng)的安裝是比較基礎但又是難做好的一個實驗。由于在計算機上安裝新的操作系統(tǒng)不可避免地會對原有的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

使用虛擬計算機來進行操作系統(tǒng)的安裝試驗就十分的方便了。代寫工作總結(jié)使用虛擬機的軟件VMware可以創(chuàng)建與真實計算機一模一樣的虛擬機。創(chuàng)建的虛擬機有自己的CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)，在這個虛擬機上，可以安裝Windows、Linux等真實的操作系統(tǒng)以及各種應用程序。通過在虛擬的操作系統(tǒng)環(huán)境中進行操作，熟悉操作和新技術(shù)，達到事半功倍的效果。VMware只是一個軟件?？梢詭椭阍谝粋€操作系統(tǒng)的環(huán)境下安裝另一個操作系統(tǒng)，而不會對當前的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬．通過虛擬系統(tǒng)便可以直接地觀察到這一假設所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。利用虛擬技術(shù)。學生還可以進行網(wǎng)絡設備設計、電路設計等方面的學習探索，設計出新型的網(wǎng)絡設備和電子器件．從而激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。

通過虛擬的實驗室進行實驗，既可以縮短實驗的時間，又可以獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可見的結(jié)構(gòu)原理和不可重組的精密設備進行仿真實訓，避免真實實驗操作帶來的各種危險。并且，虛擬實驗具有先進性和共享性，易擴充．易于改變教學項目，減少設備投入經(jīng)費，使教學內(nèi)容在虛擬的環(huán)境中不斷更新．使實驗實踐及時跟上技術(shù)的發(fā)展。但是在采用虛擬實驗進行教學的過程中，并不能完全代替真實實驗。虛擬實驗是虛擬的實驗，缺少“實物感”，正如在網(wǎng)上看書與拿真實的書看時，會覺得真實的書更實在。在網(wǎng)絡實驗中，用到的網(wǎng)絡設備像路由器、交換機等種類、型號都很多，在虛擬實驗中．學生很難見到這些設備，如果在真正的實踐中可能會無從下手。因此，在具體實施中，應該虛實進行結(jié)合。有目的地安排一些實驗在真實環(huán)境中操作，這樣，他們會對實驗的設備有親身的體會，更能加深實驗的印象，提高實驗的效果。結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機教育領(lǐng)域發(fā)展的潛力是巨大的，只有親身去經(jīng)歷、親身去體驗去感受，比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動地觀看有質(zhì)的不同。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能形象、生動、逼真地表現(xiàn)教學內(nèi)容，有效地營造一個發(fā)展的教學環(huán)境。提高學生掌握知識和技能的效率和積極性，達到優(yōu)化教學過程、提高教學質(zhì)量的目的，從而解決傳統(tǒng)教學方式無法解決的問題。隨著計算機網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，基于WEB的虛擬現(xiàn)實遠程教育具有廣泛的應用前景，必將成為21世紀教育的主流。

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