虛擬現實技術綜述匯總十篇

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篇（1）

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A

1. GPIB技術及GPIB總線虛擬儀器概述

總而言之，GPIB技術是IEEE488標準虛擬儀器較為早期的一個發展階段。隨著它的出現，促使著電子CAN總線控制器測量獨立的單臺手工操作逐步向大規模自動測試系統的方向發展。目前典型的GPIB系統它是由一臺PC機、一個GPIB接口卡和若干臺GPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。

就目前來說，我國的GPIB技術可用計算機實現對儀器的操作和控制，替代傳統的人工操作方式，可以方便地把多臺儀器組合起來，形成一個自動測量系統。GPIB測量系統的結構和命令實際上很簡單，這主要應用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。

而GPIB總線的虛擬儀器系統說白了就是以GPIB總線儀器與計算機為硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統，GHB卡將可編程儀器與計算機聯系起來，通過計算機的控制去執行各項任務操作。它的硬件配置包括PC機，PCI-GPIB接口模塊 EP-H6280，頻譜儀：AV4032，數字多用表：34401A，微波功率計：ML2430A和任意波形發生器：33250A等等。它的測試要求是要有頻譜儀，33250A，微波功率計和微波信號源等。其測試框構圖如下圖1所示。

圖1測試框構圖

2.GPIB總線虛擬儀器工作原理

單就GPIB總線虛擬儀器的工作原理來說，該系統在軟件的大力控制下不僅實現了以往單臺虛擬儀器的測控功能，更重要的是它實現了測控系統的整個組態功能。在實際工作運行中，根據測控對象的實際需要可以進行組態選擇合適的自動測控系統功能。但是需要特別說明的是，在實際中應該對不同物理量應選配相應的傳感器。我們知道，系統的控者它是由PXI-8156零槽控制器和PC機擔任，PXI-8156通過內置PXI總線與PXI-L6071E Multifunction I/O相連，實施對象的模擬量或數字量采集。而實際中PXI-8156通過密封機箱內置的AT-GPIB/TNT接口連接VXI儀器的GPIB VXI/O轉換口，使其間接控制VXI-4101A的多用表、計數器和I/O以及6071E等等儀器，組成高速集成虛擬儀器測控系統環境，能夠對接入對象實施遠程測控。PXI控制器與PC機以及與遠程用戶均通過Internet連接，能夠實現對任意組態系統的遠程操作。

3.基于LABVIEW的GPIB虛擬儀器案例設計

根據筆者的實際工作和工作經驗，結合理論和實際，本文設計一種基于LABVIEW的GPIB虛擬儀器。

3.1設計案例所需組件

3.1.1 GPIB總線虛擬儀器所需要的軟件。用LABVIEW開發基于GPIB總線的虛擬儀器的軟件包括：LABVIEW開發平臺、GPIB接口卡驅動程序和儀器的LABVIEW驅動程序。在這里需要加以說明的是如果有儀器的LABVIEW驅動程序，創建虛擬儀器就更方便了。儀器的LABVIEW驅動程序負責儀器通信和控制的具體過程，系統里包含儀器編程細節。

3.1.2 GPIB總線虛擬儀器所需要的硬件。GPIB接口是由8位數字并行通訊接口而組成，其數據傳輸速度為1mbyte/s。GPIB設備分為三部分，這三部分分別是聽者、說者和控制器。在實際工作中，說者負責發出消息、數據或命令，聽者負責接收消息、數據或命令，而控制器負責管理總線上的消息，并指定通訊連接和發送GPIB命令到指定的設備上。在目前使用時，有些GPIB設備在不同的時候它可以扮演不同角色，有時充當說者，有時充當聽者，有時又可以作為控制器。

使用過的人都知道，GPIB接口它有一個特點，就是可以通過一個接口將多個GPIB設備連接在一起，同時完成多種不同物理量的測量。除此之外，GPIB的基地址一共有31個，在工作中我們為了獲得較高的數據傳輸速度，連接設備一般都會超過15個，對于普通的測量這就已經足夠了。

而開發基于GPIB總線的虛擬儀器，一般需要有計算機、GPIB接口卡、GPIB連接電纜和帶有GPIB接口的測試儀器。測試儀器的類型及數量取決于實際的測試要求，儀器本身還要有與之配套的傳感器。GPIB接口卡主要用于將儀器與計算機相連，各GPIB接口之間用GPIB連接電纜連接。

3.2 實驗軟件編程

當下，一個完整的Labview程序由三部分組成，即前面板、代碼窗口及程序圖標和接口板。其中前面板主要實現程序的輸入輸出功能，由控制件元素和顯示件元素組成；代碼窗口則是用來編輯圖形代碼以實現對控件行為和屬性的控制；圖標和接口板則是用來實現子程序的調用。其中該程序最為基本的部分就是鎖相放大器收發信息VI的程序代碼，程序的其它部分都是建立在這兩個VI的基礎上的，通過編程把適當的GPIB命令通過兩個VI發送給儀器或者接收儀器返回的信息。

而虛擬儀器實驗程序框包括兩大模塊，分別為儀器設置模塊和數據處理模塊，儀器設置模塊主要負責儀器測量時各種參數的設定，同時也具有顯示測量當前值的功能；數據處理模塊主要負責測量數據的實時顯示、測量數據以文本文件形式存儲到指定的文件中。

3.3 得出結論和總結

根據理論和實際，文章設計了一種基于GPIB總線的虛擬儀器的軟硬件及軟件編程。在設計開發過程中，采用了模塊化設計，通過編程把適當的GPIB命令通過兩個VI發送給儀器或者接收儀器返回信息。從這個案例實踐中我們可以看出，GPIB總線的虛擬儀器在使用中比較方便。

參考文獻

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篇（2）

這份報告站在全球市場的角度上詳細分析了虛擬現實市場的趨勢、發展動力和在未來有可能會遇到的挑戰。另外，它還對2015-2020年間虛擬現實技術的市場規模進行了預測。這份報告的選題角度包含了技術、設備、原件、程序和地域等。

篇（3）

③資料來源：；杜江，杜偉庭.“VR+新聞”：虛擬現實報道的嘗試，[J]青年記者，2016.

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篇（4）

關鍵詞 虛擬現實 400米障礙建模 訓練仿真

虛擬現實技術是一種新興的人機交互形式，可以創建虛擬世界，仿造自然世界，用戶可以從各種感官上產生親臨真實情況的體驗。上世紀90年代初期，虛擬現實技術已大量應用于作戰指揮、訓練模擬、武器試驗等。400米障礙訓練是軍人常態化基礎體能訓練的科目，但是訓練過程中往往出現的傷病情況較多?；谔摂M現實技術仿真模擬障礙訓練，可以對訓練進行科學的指導和教學，在系統中實現模擬人類專家的決策，讓參訓學員在虛擬環境中身臨其境的訓練，有效地避免無謂的傷病，提高訓練效果。

一、系統組成

虛擬現實系統，需要滿足用戶與虛擬世界的自然交互，僅靠一臺計算機是無法完成的，對于虛擬世界的身體感覺也不是僅僅靠鍵盤和鼠標就能夠達到的。參訓人員在虛擬訓練場上運動時，需要三維的訓練環境、虛擬的聲音以及抓、拉、爬、攀等動作的觸感和力感的體驗，還需要智能化儀器的支撐，可以說各種硬件設備是實現虛擬現實系統的基礎。

整個仿真模擬系統由兩種生成模式去實現，一種是由參訓人員配備一系列數字化裝備采集數據，計算機建模，經由高性能計算機處理輸出到視覺通道、聽覺通道、力覺通道反饋給訓練人員，體驗如真實般的訓練場景。另一種，則是由建模技術，對訓練環境、個人訓練情況和預演的訓練技術動作建模，生成虛擬的訓練畫面，從而幫助參訓人員全面了解自身訓練情況和需要改進的技術動作，以及改進方案。

二、系統功能

（一）訓練情況再現。動作重現是仿真系統中的重要功能，以其三維式可以讓用戶觀看到模擬人能夠在虛擬訓練場上逼真的、較精確再現自身的訓練動作。是對自身的一種直觀認識，同時也可以形象化地幫助參訓人員掌握動作要領和技術動作，同時減少了訓練傷病。

（二）訓練技術動作預演。創新技術動作和預演未知情況在提高訓練效果上有很大的作用。通過障礙物的技術動作的改進和創新是提高訓練成績的一大重要途徑，但是創新的動作的實際應用可能會導致運動員出現傷病，通過虛擬現實技術仿真模擬可以避免這樣的傷病出現。

（三）訓練教學。教員可以利用模擬仿真訓練對新學員進行教學，錄入教員對于障礙訓練的語音和文字講解，配合虛擬訓練畫面，可以使新學員直觀的印象，掌握技術動作要領，達到了訓練前“熱身”的作用。

（四）訓練效果圖示分析。形象直觀的虛擬畫面可以給參訓人員直觀的映像，分析對比參訓人員的訓練動作和標準的模擬動作，給予相同的視點，同步對比每一個通過障礙物的動作，讓參訓人員更快捷的找出自身痼癖動作和缺陷動作。量化分析速度、位移等數據，并使其與“標準”數據進行對比，找出差異，對于改進參訓人員的技術動作會有較好的指導意義。

三、基于虛擬現實技術的仿真模型建立

（一）虛擬障礙訓練可視化建模。模型是對現實世界或虛擬世界中各種事物或現象的一種抽象化的表現方法。400米障礙訓練環境的建立是虛擬訓練仿真的基礎。障礙訓練環境模型是對障礙訓練環境采用物理、數學等表示方法進行表示的模型，提供訓練環境的基礎數據和動態數據。包括障礙訓練場地貌幾何建模，障礙訓練場地物幾何建模，參訓人員行為建模等。

（二）聽覺建模技術。整個虛擬訓練環境的逼真性，還需要加入三維模擬聲音，這是增強用戶在虛擬環境中沉浸感和交互性的必要手段。聲音的來源可以是計算機合成的聲音信號也可以是采樣的真實聲音信號。目前的研究中，由于觸覺（力覺）反饋實現難度大，迄今為止還沒有能夠令用戶滿意的觸覺（力覺）反饋系統，所以虛擬聲音對于提高虛擬環境的逼真感就有很大的作用，增強臨場效果。

四、訓練分析圖示

（一）數據圖示分析。數據的分析是一個重要的環節，是對于訓練人員訓練效果的直接反饋，可以采用柱狀坐標圖來很好地完成。主要從模擬訓練與模擬標準訓練作對比，讓訓練人員找到差異，改進自身訓練動作。舉出一個簡單例子，通過錄入標準的數據對虛擬訓練數據的對比分析，可以得出誤差，集合虛擬訓練畫面和標準訓練畫面，讓參訓人員直觀找到自己技術動作存在問題，然后解決技術動作缺陷，提高訓練成績。

（二）重心軌跡分析。人體重心對于研究運動起著很重要的作用，尤其是跳躍動作，故在400米障礙中正確分析重心軌跡誤差可以幫助提高訓練成績。400米障礙訓練中起跳點的正確選擇是決定成功通過障礙物的關鍵因素，也是提高成績的重要途徑，重心軌跡的分析可以幫助學員判斷自己的起跳點是否正確。同時重心軌跡分析也可以幫助學員準確發力，在合理支配體能上也起到了很大的作用。身體平衡也是保證訓練成績的一個重要因素，重心軌跡誤差分析可以推斷出學員的平衡能力，從而教員可以根據情況制定出相應的平衡訓練手段方法。

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篇（5）

【摘　要】執行海上測控任務期間，為確保測控通信設備的穩定可靠，海上測控通信系統的訓練模式仍是采取以口頭演練為主，輔以仿真訓練的模式，已不能適應當前高密度海上測控訓練的要求，通過信息化手段引進基于虛擬現實訓練模式，實現海上測控通信系統訓練模式的轉換具有重要意義。

關鍵詞 訓練模式；虛擬現實；測控通信系統

0　引言

高密度海上測控任務要求測控通信系統設備必須穩定可靠，這就給傳統的測控通信訓練模式帶來挑戰，以往測控通信系統訓練模式采取以理論訓練和實操訓練相結合的方式進行，并采取仿真訓練等手段為輔助手段，這些訓練模式取得了良好效果，培養了大量的海上測控通信人才。隨著信息化技術的發展和虛擬現實技術的應用，在越來越多的領域采取虛擬訓練的模式開展訓練，其具有訓練成本低、安全性高、不受時空限制且訓練效果好等特點，通過訓練模式轉變的研究，將有效推動通信系統訓練效益。

1　海上測控通信系統訓練模式綜述

海上測控通信系統訓練模式包括個人自學、承師帶徒、廠所培訓、授課講課、聯調演練及網絡化訓練等模式，為海上測控通信系統人才培養、能力提升作出了重要貢獻。

1.1　個人自學

個人自學是根據個人訓練的實際情況，依據年初制定的個人年度訓練計劃開展專業訓練的方式，其具有針對性強、效果有限的特點，側重于對設備基本信息、基本操作、基本流程、基本原理的掌握。

1.2　承師帶徒

承師帶徒是為崗位人員指定本專業技術骨干開展專業知識培訓，包括理論授課、實操演示等，主要通過“以老帶新、互幫互學”等方式開展訓練，其具有指導性強、重點突出等特點，側重于基本操作、基本原理的學習和掌握。

1.3　廠所培訓

廠所培訓主要結合新設備研制、改造、聯合課題研究、廠所代職等工作進行，廠所培訓能夠使崗位人員對設備的總體知識、設備性能、設備原理等進行深層次的學習和研究，對提升崗位人員執掌設備能力和科研試驗能力具有重要作用。

1.4　授課講課

授課講課可分為新學員匯報講課、外訓人員匯報講課、崗位專家授課、外請專家授課等。通過授課講課既可檢查人員知識掌握情況。又可使崗位人員學習了解當前新技術、新研究、新應用等，為崗位人員提供崗位訓練和科研創新動力。

1.5　聯調演練

聯調演練是為了熟悉任務流程、檢驗參試設備工作狀態和技術性能，驗證軟硬件的可靠性、協調性，確保測控通信設備間的接口正確、可靠，可培養崗位人員嚴謹的試驗作風、熟練掌握操作流程和任務工作流程，鍛煉指揮員的組織指揮和協同能力，是一種綜合性的訓練方式。

1.6　網絡化訓練

網絡化訓練是指利用網絡上的訓練資源或者相關訓練軟件輔助人員進行訓練、考核的訓練方式，主要包括網上模擬系統訓練、遠程培訓、視頻教學和網上考核等。網絡化訓練可以充分利用網絡集成化，數字化，資源共享方便快捷等特點輔助訓練，擴展訓練模式，提高訓練效率，優化考核過程。

1.7　計算機模擬訓練

計算機模擬能夠逼真地顯現現實中相關任務的過程，可激起參訓人員的行為和思維的反應，是一種有效地訓練手段。但目前的計算模擬訓練存在交互性不強、環境不逼真、“身臨其境”感覺不明顯等問題，停留在二維層面，訓練效果與預期的差距較大，不能滿足模擬訓練要求，急需研究新的真實性較高、交互性較強、立體感較好的模擬訓練模式。

2　虛擬現實仿真模擬訓練模式的概念

訓練模擬系統從技術手段上看，主要包括三種類型：一是以硬件設備為主、結合相關軟件、與實際裝備基本一致的“硬”模擬系統，比如，用于駕駛和操縱訓練的各種專項技能訓練模擬器；二是以軟件方式為主、用虛擬界面代替實際裝備界面、與實際裝備視覺效果基本一致的“軟”模擬系統，比如，用于裝備操作流程訓練、戰術指揮訓練的各種訓練模擬系統等；三是在實際平臺或裝備系統中嵌入專用于訓練的信息支持軟件，從而構成了實裝嵌入式訓練模擬系統。無論上述哪一種訓練模擬系統，其所構成的訓練環境與真實環境相比都存在較大的差距，因此，“仿真度”問題一直困擾著模擬領域，對“構造逼真訓練環境”的追求長期存在并一直未能得到很好地解決。虛擬現實技術可對研究對象和環境獲得“身臨其境”的感受，提高人類認知的廣度和深度，拓寬認識空間和方法空間，是仿真技術的發展方向。

2.1　虛擬現實系統的基本概念

虛擬現實（Vitual Reality，VR），又稱“靈境技術”，是綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡等技術，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人沉浸在計算機生成的虛擬環境中，通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創建一種適人化的多維信息空間。

2.2　虛擬現實系統的基本特征

虛擬現實系統的最大優勢是能夠充分發揮在由計算機和人構成的系統中人的主觀能動性，即把人的感知能力、認知能力和心理狀態在計算機系統中得到體現，人與系統交互采用完全自然的方式。其基本特征可通過“靈境技術三角形”加以描述，即“3個I（Immersion（沉浸）-Interaction（交互）-Imagination（構想））”。

2.3　虛擬現實系統的基本構成

虛擬現實系統一般分為桌面式、大屏幕式和頭盔式，按照系統構成劃分可分為檢測模塊（檢測用戶的操作命令，并通過傳感器模塊作用于虛擬環境）、反饋模塊（接受來自傳感器模塊的信息，為用戶提供實時反饋）、傳感器模塊（接受來自用戶的操作命令將其作用于虛擬環境，并將操作后產生的結果以相應的反饋形式提供給用戶）、控制模塊（對傳感器進行控制，使其對用戶、虛擬環境和現實世界產生作用）、3D模型庫（現實世界各組成部分的三維表示，并由此構成對應的虛擬環境）及建模模塊（獲取現實世界各組成部分的三維數據，并建立他們的三維模型）。

2.4　虛擬現實訓練模式特點

與傳統的訓練模式相比較，使用虛擬現實的訓練模式主要有以下特點：

（1）提高訓練環境的逼真度。通過虛擬現實的模擬訓練系統，設立與任務實戰、設備故障等相一致的訓練環境，使參訓人員處于逼真的環境下開展訓練，可避免因設備安全隱患而降低訓練難度和標準的情況發生。

（2）大大縮短訓練時間。通過計算機虛擬技術可迅速設置聯調演練和任務實戰場景，且不受人員、環境、天氣等影響縮短了參訓人員的準備時間。

（3）大大減少了裝備的損耗。由于海上環境復雜，設備動用頻繁極易造成設備故障損壞，從而增加海上測控任務風險。在實際施訓中，可通過模擬訓練提高訓練的逼真度，在確保訓練效益的前提下，降低設備損壞。

（4）可復現人員訓練情況。在使用虛擬訓練系統進行訓練時，系統可模擬各種實際情況，并對相關訓練情況進行記錄、回放，以便于進一步掌握、了解訓練中的得失，做好總結，提升能力。

3　測控通信系統虛擬現實訓練模式建設

虛擬現實仿真訓練模式是引領未來測控通信系統訓練的先進訓練模式，對于提高測控通信系統訓練效益具有重要意義，虛擬現實仿真訓練模式主要包括以下軟硬件保障、訓練內容和方式、訓練制度保障等方面內容。

3.1　軟硬件建設

虛擬現實仿真訓練的目標是由計算機生成虛擬世界，用戶可以與之進行視、聽、觸、嗅覺等全方位的交互，并且可實現實時響應。因此除了高性能的計算機外，還需要相關的軟件。

通過專業VR建模軟件如OpenGL、Pro/E、Vega、Creator等建立環境模型，可結合Visual C++構建的平臺營造虛擬環境；運用多種方法來保證三維場景的動態顯示；利用模板匹配、人工神經網絡等技術實現運動的識別來交互；為保證環境的真實性，還需要使用I-Collide、PAPID、V-Clip等算法進行實時的碰撞檢測。

通過軟件和硬件將通信系統設備、接口、環境等通過計算機進行模擬仿真，增強通信環境的“逼真度”，為基于虛擬現實的訓練模式提供場景、環境、反饋等支撐，實現了基于虛擬現實的軟硬件支撐。

3.2　訓練內容方式

（1）單人通信設備模擬訓練。基于VR的模擬訓練系統最初應用于單人操作維護裝備，對于單人通信設備模擬操作訓練具有得天獨厚的優勢，可通過三維圖形生成系統生成逼真的涌浪、船搖、風浪等各種設備操作條件，與合成的三維空間聲音的效果一同，完成單人通信模擬訓練系統的訓練，如天線跟蹤的飛車現象等。通過單人通信設備模擬訓練實現單人在各種氣象條件和環境下，逼真模擬操作設備訓練。

（2）開展指揮人員模擬訓練。根據應急狀態下和常態化任務狀態下，綜合甲板、機房等各種環境下的通信狀態、場景，讓指揮員通過傳感器裝置觀察設備狀態及處置現狀，以便于逼真模擬與真實環境完全相似的環境，生動的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓指揮員“沉浸”在“真實的”試驗任務環境中，開展任務指揮及應急處置指揮，鍛煉指揮員的心理素質和指揮能力。

（3）通過網絡開展異地同環境演練。通信系統最大特點是點多、線長、面廣，一個設備故障可能涉及到多個方向、多個測站，只有通過協同指揮、協同操作才能徹底排除故障，因此運用虛擬現實技術分布式交互仿真并結合現代網絡通信技術，通過模擬訓練中心設置在不同測量站（船站）的指揮員的模擬系統終端，實現不同地域、相同環境的模擬訓練，各測站之間的通信系統可通過局域網和廣域網實現互聯互通，并在此基礎上開展聯合演練，排除設備故障、組織基地間的通信設備應急處置聯合訓練。

3.3　訓練模式發展趨勢

隨著計算機信息技術尤其是網絡技術的迅猛發展，未來基于虛擬現實技術的模擬訓練模式將呈現新的發展。

（1）著眼復雜環境，構建多維虛擬試驗任務環境，提高訓練效益。在實際任務過程中，海上通信環境呈現陸、海、空、天、電等多維發展的趨勢，需要在復雜多變的環境中保持通信信息暢通，應著重加強復雜環境下的多維訓練。

（2）實施超實時模擬訓練。這種訓練是使受訓對象在模擬環境中進行的一種比正常訓練速度更快的訓練。通常采用壓縮時間跨度，加快作業進程，提高訓練強度的方式進行，使受訓者得到超常的反應和訓練，其適用于技能型訓練。

（3）與心理訓練緊密結合。通過將虛擬現實模擬訓練與心理訓練緊密結合后，進一步訓練人員的心理承受能力和恢復能力，對于應急情況下的組織指揮、應急操作均有重要意義。

4　結束語

創新信息化條件下訓練模式，既是深化訓練改革的核心，目前基于虛擬現實的模擬訓練仍然處于蓬勃發展的階段，尚未成規模、成體制，相應的硬件建設、軟件建設、制度建設等仍處于研究和探索階段，但其廣闊的應用前景和巨大的發展潛力引導研究引向深入，為測控通信系統的訓練模式改革創新提供技術支撐。

參考文獻

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［4］洪炳镕,蔡則蘇,唐好選.虛擬現實技術及其應用[M].北京:國防工業出版社,2005.

篇（6）

前言

伴隨著科學技術的不斷發展， 人類社會步入了嶄新的世紀， 經濟的全球化和社會的信息化， 促使市場競爭日益激烈， 制造企業為了在競爭中求得生存和發展， 必須以最快的上市速度， 最好的質量， 最低的成本和最優的服務， 滿足不同顧客的需求。這就要求企業生產活動必須具有高度的柔性， 對市場需求的變化做出快速反應， 虛擬現實技術由此產生。

1.虛擬現實的內涵和特點

虛擬現實是實際制造過程在計算機上的本質實現， 即采用計算機仿真與虛擬現實技術， 在計算機上群組協同工作， 實現產品的設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢驗以及企業各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程， 以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬現實雖然不是實際的制造， 但卻實現實際制造的本質過程， 是一種通過計算機虛擬現實來模擬和預估產品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題， 提高人們的預測和決策水平， 使得制造技術走出主要依賴于經驗的狹小天地， 發展到了全方位預報的新階段。與實際制造相比較， 虛擬現實的主要特點是：

（1）產品與制造環境是虛擬現實， 在計算機上進行產品設計、制造、測試， 甚至設計人員或用戶可“進入”虛擬的制造環境檢驗其設計、加工、裝配和操作， 而不依賴于傳統的原型樣機的反復修改;還可將已開發的產品（部件）存放在計算機里， 不但大大節省倉儲費用， 更能根據用戶需求或市場變化快速改變設計， 快速投入批量生產， 從而能大幅度壓縮新產品的開發時間， 提高質量、降低成本。

（2）可使分布在不同地點、不同部門的不同專業人員在同一個產品模型上同時工作、相互交流、信息共享， 減少大量的文檔生成及其傳遞的時間和誤差， 從而使產品開發以快捷、優質、低耗響應市場變化。

2.虛擬現實技術在機械設計與制造中應用

（1）虛擬產品概念設計。概念設計（Conceptual Design）是創造性思維的一種體現，概念產品是一種理想化的物質形式。概念設計是指對產品起始的設計構思，目的是為了捕捉產品的基本形態。概念設計是產品設計過程中的重要階段，因為產品成本的60%～70%是概念設計決定的。虛擬概念設計使用虛擬現實技術，為設計者提供基于語言識別和手勢跟蹤的輸入方式，設計者可隨時、方便地在三維虛擬環境中操縱產品及零件并改變或修改產品的各種形態建模，并可以在三維空間中對設計對象進行觀察和操作，其目的是獲得足夠多的有關產品式樣和形狀的信息，從而達到滿意的效果。虛擬現實技術在產品概念設計中的應用，使設計師的設計思路和設計表達更加清晰、形象、逼真，讓人更多了一種直觀的、親切的交互的感受。這樣的開發設計大大減少了投放市場的風險性，保證產品開發一次性成功。設計時可以針對不同用戶及愛好者的需求，在不同的虛擬環境中，讓他們親自體驗修改模型的感受，充分感受了自己所喜愛的產品在虛擬環境中的“真實”情況。

（2）虛擬設計。虛擬設計（Virtual Design）就是設計人員設計一個虛擬的產品，來分析、研究、檢查所設計的產品是否滿足設計要求，有問題及時修改，使產品設計更為完善，或者說虛擬現實技術用于產品的開發設計。虛擬設計涉及到許多的學科和專業技術，屬于多學科交互技術，在工程設計上，目前提出兩種基于虛擬現實的工程設計方法。一種是利用現有的CAD 系統產生模型，再將其轉換成虛擬現實軟件支持的格式，然后將模型輸入到虛擬現實軟件的環境中，完成虛擬產品的設計，用戶充分利用各種增強的效果設備，如頭盔顯示器等產生臨境感。另一種是VR-CAD 系統，將虛擬現實技術引入CAD 環境，這種設計環境中的對象不僅具有外形，而且還有重量、材料特性、表面硬度以及一些內在的物理性能、功能作用等信息。對象之間相互作用時能反映出對象內部結構狀態等隨外部輸入的實時改變。設計者直接在虛擬環境中參與設計，采用虛擬設計可以對產品的外形設計、產品的布局設計、產品的運動和動力仿真設計，避免可能出現的干涉和其它不合理問題;同時可以檢查運動構件工作時的運動協調關系。

（3）虛擬制造。虛擬制造（Virtual Manufacturing）是實際制造過程在計算機上的映射，即采用計算機仿真與虛擬現實技術，在高性能計算機及高速網絡的支持下，在計算機上群組協同工作，將與產品制造相關的各種過程與技術集成在三維的、動態的仿真真實過程的實體數字模型之上，實現產品設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢驗以及企業各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造技術在制造業中得以成功地推廣應用，其中在航空航天、汽車等領域中的應用尤為典型。虛擬制造在汽車領域的應用涉及到汽車的整個生命周期，它可以在汽車生產設備、工裝和模具，甚至校車的設計之前，很容易地生產系統和工藝過程進行建模、修改、分析及優化。比如，通用電動車部（General Motors ElectroMotive Division，EMD）早在1997 年就利用UG II 軟件，建成了第一個完全數字化的機車樣機模型，并圍繞這個數字模型并行地進行產品設計、分析、制造夾模具工裝設計和可維修性設計。此舉顯著降低了研制費用及生產成本，大大增強了全球競爭能力。由此可見，虛擬制造用虛擬樣機代替具體物理模型，對產品的全壽命周期進行展示、分析和測試，對存在問題的地方進行修改，提高產品一次試驗成功率，減少設計制造費用，縮短設計開發周期，降低研發成本，提高研發水平，保證產品質量。

4.結束語

現在，虛擬現實技術在工業領域中獲得較為成熟的運用，但仍是初級階段?？梢灶A見得到，虛擬現實技術將逐漸應用到設計制作的各個環節中，為設計制造業的蓬勃發展提供無限動力。

參考文獻：

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[3]王利華，包文育，張丹丹，侍紅巖，劉麗娜.虛擬現實技術及其在機械設計與制造中的應用[J]. 內蒙古民族大學學報（自然科學版），2007（01）

篇（7）

一、前言

虛擬現實技術是當今的熱門話題，它集合了多種先進技術要素，虛擬現實：是作為一種綜合計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術而發展起來的計算機領域的新技術。它掀起了一場認識世界和體驗世界方式的革命。虛擬現實技術在產品設計中的應用日漸廣泛，涵蓋了產品設計流程中的每一個步驟，包括虛擬樣機、體驗評價、設計方法流程、過程管理和網絡環境下的設計研究等多個方面。

二、虛擬產品設計的研究現狀

1.以虛擬原型為中心的研究

虛擬原型是產品設計的一個重要方面，將產品概念形象化和具象化，是一個或多個維度上對產品的一種近似的和有限的表現形式。一個維度的原型側重于表達產品的某一個屬性，如產品外觀的外觀造型原型等。多個維度上的原型用于表達產品的多個屬性，如材料、內部功能和結構等。

目前虛擬樣機技術在我國剛處于發展期，還不成熟，需要建立一個完備的虛擬樣機評價體系以評估產品全生命周期中的各項指標和綜合管理。既然虛擬樣機用于引導產品從思想到樣機的設計，那么這其中肯定有設計師不斷更新的想法和用戶及時的反饋所造成的各種設計變量因素，如何使這個過程可逆化就成為了好設計的實現和良好互動的關鍵。虛擬樣機的制作將和反求工程完美的結合，創造更靈活的平臺。

2.以虛擬評價體驗、人機交互為中心的研究

用戶體驗與評價是產品設計重要的一環，虛擬現實技術也將視角移向這個新領域。以虛擬評價體驗、人機交互為中心的研究將產品設計與用戶體驗有機的結合起來，兩者之間有效的互動。主要通過人機交互界面實現這一理念。

基于各種評價體系研究發現，缺乏將用戶信息合理量化的內容，這是用戶體驗的重要核心，同時還要兼顧其中感性因素。人機工程仿真系統的人性化合理化是用戶信息提取的重點。

3.以虛擬產品設計方法流程、開發體系為中心的研究

傳統設計方法的各種弊病亟待解決，設計周期長、設計部和工程部缺乏交流、不能滿足消費者真實需求等。基于虛擬技術的產品設計方法流程有效地解決了這些問題，縮短產品全生命周期，減少產品開發時間，提高企業的競爭力。使設計師的設計思路得到了全面解放，是整個數字化設計流程順利進行的關鍵。

整個虛擬產品設計流程還有待智能化，仿真技術的深化成熟也是貫穿始終的一個問題，能讓設計師和用戶更投入地沉浸是關鍵。高額的技術成本也是一個短板。目前的虛擬現實技術仍然是面向某種特定領域，缺乏全面的系統的理論架構。

4.以過程管理為中心的研究

將虛擬現實技術應用于產品設計中的過程管理和展示環節，是一個全新的體系架構，突破了傳統的設計思路。使得設計師和企業管理者更全面更靈活的掌握設計過程。為產品宣傳與營銷提供了逼真的虛擬現實展示方式。

綜合過程管理體系的研究發現，此類系統缺乏針對設計師的設計思路的方面，由于管理功能的全新虛擬化，就造成與其他方面的脫節。因此需要將其與產品設計流程更好的銜接。目前的建模和虛擬展示軟件之間存在一定差異，一般虛擬軟件不具有復雜建模的功能，數據轉化也面臨一些問題，兩者之間不能快速有效地同步。要想實現復雜產品的完整真實的展示，必須有一個系統平臺，可以包括建模和展示兩種功能的集成，使資源共享。

5.以基于網絡環境為中心的設計研究

建立基于網絡的數字化虛擬平臺有利于提高企業在產品開發中的競爭力，幫助企業節約時間。在當代，網絡協同化已是產品設計的大趨勢，也是解決傳統設計流程弊病的關鍵所在。它實現了設計師，用戶和企業管理者的異地協同操作。使用網絡虛擬技術平臺可以更系統地支配整個設計過程。

同樣，對于以基于網絡環境為中心的虛擬設計缺乏完整系統的理論依據指導。需要更規范地完善此類平臺，使異構數據傳輸無障礙化、異地設計師溝通靈活化、企業管理系統化。

三、虛擬產品設計的發展新趨勢

1.產品設計方法的轉變與改善

通過對虛擬產品設計相關的文獻研究發現，虛擬現實及其相關技術對產品設計的最大的改變就是使其設計方法與流程更加合理、有效及節約成本。針對設計師和開發方的角度所提出的一些設計方法流程系統與框架以便其能夠發揮最大的能力，使其在更有利的環境下操作。

2.設計成本與開發周期的節約

通過研究表明，基于虛擬現實技術的新產品開發與設計有效地節約了成本縮短了周期，為企業的新產品推廣和市場擴張策略等提供了可靠地保障。直接或間接的促進了工業產品的淘汰更新速度，適應了工業社會的發展趨勢。

3.用戶體驗與銷售模式的轉變

虛擬現實技術的研究還將用戶作為一個重要的元素融入設計流程中，基于此項技術，設計師可以與使用者達到前所未有的互動，為用戶提供多方位的使用感受。也同時將銷售模式帶入了一個嶄新的時代。

4.展望與總結

由于我國虛擬現實技術與同時期發達國家相比還有一定差距，不免存在以下問題，也是今后開展研究需要努力解決的：首先是虛擬現實技術的成本過高，其在產品設計中的應用受到質疑與限制；其次是如何能夠在新技術引入的前期做到傳統模式與新模式之間的溝通與磨合；最后，當虛擬現實技術成熟到一定程度之后，我們將面臨怎樣一個高效、虛擬的設計模式，從設計師的設計方式到用戶的體驗方式甚至人們的生活方式都會發生顛覆性的改變，到時會出現新的一系列問題，比如已經露出端倪的，人們之間的溝通日漸冷漠，過于迅速的產品換代等。

參考文獻

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[2]李世國，體驗與挑戰――產品交互設計[M].江蘇：江蘇美術出版社，2008.56

[3]楊萍，基于虛擬現實技術的產品設計評價系統研究[D].湖南：中南大學，2008

篇（8）

虛擬現實技術（VR）是一種以計算機技術為核心，借助傳感頭盔、數據手套等設備，讓用戶在虛擬生成的三維動態環境中發生實體行為的仿真性技術。這種技術的誕生突破了原來以視覺、聽覺為主的感知系統，用戶可以產生觸覺、味覺等感覺通道。它所涉及的核心技術，主要包括人工智能、計算機傳感技術、人機接口技術、計算機圖形學、實時計算機模擬技術等。自20世紀90年代此項技術成型以來，已廣泛的應用于醫學、考古、工業、軍事、建筑、教育、農業等方面，是各國家高新技術研究水平的體現。

21世紀以來，隨著影視藝術不斷在制作技術層面的提升，虛擬現實技術在電影產業的應用日益寬泛。就目前影業的發展趨勢來看，西方電影的發展已至瓶頸，模式的成型與好劇本的稀缺導致了好萊塢等電影集團難以找到出口。20世紀80年代佳片涌出的時代已經久遠，因此虛擬技術的應用被認為是西方電影產業又一個時期轉變核心因素。很多人也認為，虛擬現實技術的應用給電影帶來了新的觀影體驗，新的電影時代即將到來。

1 虛擬現實技術在電影藝術中的應用

虛擬現實技術在電影藝術中的技術應用方式是利用多臺攝影機，包括虛擬攝影機在擁有360°全景畫面和漫游不同場景的新媒介下來講述故事。近年，隨著VR技術的成熟與影視人的呼吁，多部VR短片成功制作，如《Henry》《Lost》《二重奏》等?！禠ost》短片擁有很強烈的游戲感，通過一些明顯的視覺元素將觀眾指引到故事的動作中心，而且觀影的方式也十分新奇，不僅可以站著看，還可以坐著、趴著看，當你固定了你的視角以后，隨著你凝視的視角，影片動作的進行仿佛真的迷失了一般?！抖刈唷肥怯傻纤鼓嵬瞥龅囊徊繕藴实?60°全景電影，影片講述的是一對青梅竹馬的伙伴一起成長、經歷、陪伴的故事，影片中有一只小狗，而小狗是兩人交匯在一起的關鍵元素。觀眾可以在觀影過程中選擇男孩、女孩不同的成長視角，最后通過小狗的牽引完成故事的結局。而故事的導演格蘭?基恩說：“通過擁抱新的技術，我發現自己又重新燃起了對動畫的熱愛”。確實，虛擬現實技術在電影短片的制作應用已經成型。

在電影長片中，虛擬現實技術也作為影片的重要元素出現在多部影片當中，如《黑客帝國》《阿凡達》《鋼鐵俠》《夏日大作戰》等?！栋⒎策_》中很多場景突出了“連接”技術，而這項技術就是虛擬現實技術。而在最新的《鋼鐵俠3》中，制作方花費大量資金對虛擬現實技術進行應用，影片有一個橋段是托尼和佩珀在托尼的實驗室觀看能量云，觀眾在影院觀影時可以通過佩戴專業設備跟隨主角視角進入到能量云里，欣賞這新世界的美妙。由此看來，虛擬現實技術在長片電影中的應用可以是其他游樂項目及主客觀視角的展現，帶來獨特的交互式觀影效果。

2 虛擬現實技術在電影藝術中的缺陷

虛擬現實的出現也帶來了新的問題，你要怎樣來觀看故事？導演需要怎樣來講故事？那又要如何將表達的故事展現出來？這是VR技術必須要解決的核心難題。雖然很多公司都渴望利用VR新技術，但很多公司從捕捉素材開始，要如何在現有的三維的顯示世界里表現360°的世界就是一個致命的難點，更何況要讓此項技術來講述一個精彩的故事，并把人們的情感聯系帶入其中，更是難上加難。

想要制作一部精良的VR電影不僅僅需要藝術才華，首先需要解決的是技術問題。雖然這種全新故事帶來了前所未有的沉浸式觀影體驗，但是長時間的觀影容易讓觀眾感到惡心反胃。有觀者經過體驗VR電影后表示：“剛開始確實對這種新的電影技術帶來的全新視覺歡心不已，但隨著故事的進行，全景的視角讓人感到暈眩，開闊的視角容易導致對劇情的忽視”。VR影片的觀影研究也表明20分鐘左右的VR電影是極限，而必須借助裝備與數字化環境中的對象也是導致VR電影難以普及的重要原因，除去極度熱衷新興技術的人群愿意購買、攜帶傳感設備外，甚少有人愿意購買這樣技術產品。而影院也表示，單場或少量影場可以專門配置VR設備，但是由于添置設備帶來的資金投入務必會導致票價的提升。根據國內現在的電影環境普及與配置VR裝備還需要時間，除非傳感頭盔能普及如同人類愿意便攜的日常用品一般，那么VR電影將故步自封。并且創造VR內容是一個耗時、復雜又昂貴的過程，不管是拍攝現實世界還是創建虛擬世界，都需要嚴格的掃描和編輯能力，而且專業的設備的耗材也帶來了極大的資金增項。

VR電影的產生是一種全新的影視藝術形式，它是電影與游戲的混合體，并且影片的生產制作從場景、拍攝開始，到演員的表演和剪輯方式都需要重新設計。VR科技公司盡最大的努力吸引電影制作者進入到VR電影的開發中來，而現實是由于現有的虛擬現實技術硬件的短板。就現有的影片反饋來看，視覺效果的提升舉步維艱，多數影片利用的是配合視覺特效工具與CG技術來達到VR的程度，很多電影制作專業人士則期待VR技術進步以后再投入到新電影產業當中。

3 對于虛擬現實技術的發展與展望

就現有的VR技術手段，在長片電影中的應用還只局限于某個情景或元素的展現，完整的VR長片的制作并不現實。電影屬于創作藝術，觀者完整的觀影需要有節奏、劇情與未知的結局，這都需要創作者主觀的牽引，如果影片完全由觀眾自主掌控，各種新的問題將隨之而來。

電影藝術的發展歷程是二維影像――三維立體――四維立體――全景沉浸式觀影。全景沉浸式的觀影方式必然如同任何科學技術的發展規律一樣，由于自身的短板缺陷，注定其只是一個過渡性模式。2015年，美國的Magic Leap公司表示“直接利用Magic Leap技術”實現拜托虛擬現實，必須借助設備而達到增強現實的功能，并且不使用任何的合成技術。這種技術是利用特殊的透鏡――光子廣場芯片，把數字內容投射在觀者的透鏡上，徹底解決傳感設備帶來的有限視角與延時問題，如果研發成功，將如同人平時佩戴的眼鏡一般輕便。筆者認為，這項技術將是VR技術的出口，而這項技術的突破也將改變全景沉浸式觀影的方式。

電影對VR技術的應用確能抓住觀影者的眼球，因為熱點能帶動關注。目前就VR技術在游戲產業的應用來看，游戲迷們對于此項技術對游戲帶來的新玩法表現出了十分的熱誠，同時也帶來了價值數十億美元的經濟效應。由此看來，每一個喜歡觀影的人都是潛在的受眾群體，如果VR在電影產業取得成功，將帶來極大的經濟效應。

參考文獻：

[1] 趙沁平.虛擬現實綜述[J].中國科學，2008（08）.

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中圖分類號：G726 文獻標識碼：A

一、引言

教育技術的發展緊緊伴隨著技術進步的步伐發展，隨著信息技術的飛速發展現代教育技術也呈現出日新月異的局面。有研究表明，隨著通信技術和信息技術的不斷發展，有關教育技術特別是遠程教育技術的研究呈現出由電視技術到計算機技術再到網絡技術的發展路徑。例如美國早期的教育技術研究集中在視聽教育方面，對電視媒體比較關注。90年代以后，計算機逐漸普及應用，教育技術相關的新詞語，如“Courseware”“Hypermedia”和“ComputerSoftware”等大幅度出現。今天，隨著新教育理念和教育技術的發展，特別是虛擬現實和數字媒體技術的發展，“遠程網絡教育平臺”“MOOC課程”“虛擬教室”“虛擬實驗”等新術語又不斷出現在現代教育技術研究的舞臺上，呈現出新的發展局面。我國是教育大國，發展現代遠程教育已成為我國教育發展的一項戰略措施。近年來，在我國教育技術主要的研究刊物中，包括《電化教育研究》《中國電化教育》《中國遠程教育》《開放教育研究》《現代教育技術》《現代遠距離教育》，對包括虛擬現實技術在內的新的信息技術應用做了大量研究。本文在綜合分析相關文獻的基礎上，分別論述虛擬現實技術主要的應用特點、虛擬現實在教育技術中的應用模式和關鍵技術。

二、虛擬現實技術應用于遠程教育的主要優勢

我國的遠程教育經歷了三個發展階段： 一是主要依靠郵政通訊手段進行函授教育；二是利用廣播和電視開展廣播電視教育；三是以信息為基礎開展的現代遠程教育。特別是20世紀90年代以來，隨著計算機網絡為代表的遠程傳輸技術和移動計算技術的發展，隨著多媒體、虛擬現實等新型媒體技術的發展和應用，現代遠程教育成功突破了傳統面授教育的局限，提供了一種突破時空界限、資源共享、交互沉浸式的學習環境。其中，虛擬現實技術發揮著重要的作用。

“虛擬現實技術”是一種利用計算機為用戶生成模擬人物和場景的技術，該模擬的人物和場景非常相似于所對應的現實世界人物和場景，使用戶能夠得到一種類似真實世界所能給與的感受和體驗。所以又稱為虛擬現實技術可以虛擬出“一個真實的世界”。虛擬現實技術同時還具有鮮明的特色―3I特性：“沉浸（Immersion）”“交互（Interaction）”和“想象（Imagination）”。虛擬現實技術首先追求的是能夠達到沉浸的“真實”體驗，能夠提供有效的人機“交互”，能夠為用戶提供一種甚至超越現實意境的“想象”空間。

虛擬現實技術是一門綜合性的技術，不僅包括圖形學、圖像處理、模式識別、網絡技術、并行計算技術、人工智能等特殊的信息技術，而且涉及數學、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學、心理學和社會學等相關知識。如果真的能夠方便地生成各種虛擬的現實世界，同時又具有3I特性，必將在遠程教育中發揮重要的作用。

三、虛擬現實技術在遠程教育領域的主要應用模式

前一個時期，我國遠程教育技術大多還是基于網頁的遠程教育平臺，依靠文字和平面動畫提供在線的教育服務。由于教育者和學習者的時空相對分離而無法提供身臨其境的學習環境，也由于教育內容更多屬于單向的線性播放模式而無法提供人機交互環境，還由于只是通過視頻進行演示教學而無法提供真實的實驗教學環境，大大降低了學習的主動性，已無法激起學生的學習興趣和積極性。現代遠程教育的發展趨勢是網絡化、智能化、虛擬化。虛擬現實技術因其特有的多感知性、浸沒感、交互性和想象性等特點，在遠程教育中具有強大優勢和潛力。

虛擬現實技術本身也在發展之中，基于虛擬現實技術的應用也在實踐探索之中。從目前情況看，虛擬現實技術在遠程教育中的主要應用可以分為兩個層面：一是簡單應用，基本上是在教室教學資料中運用虛擬現實技術制作課件，將抽象問題和復雜問題直觀化、可視化。例如醫學教育中的人體結構和各類生命循環系統功能演示等。二是高級應用，所謂高級是用虛擬現實技術專門制作特殊功能的系統，并在遠程教育平臺上使用。這類高級的虛擬現實應用主要包括三個方面：

一是虛擬訓練場和虛擬實驗室。專門提供規模較大的分布式專業訓練和實驗環境。例如軍事訓練環境，運用軍事仿真技術、虛擬現實技術和分布計算技術，構建真實的軍事對抗訓練環境，這已經是成功的應用模式了。同樣，在一般的學科專業教學中，可以通過建構虛擬實驗室，使得許多現實的實驗室功能可以虛擬化。

二是虛擬教室和學習環境。這類應用主要是提供虛擬的數字校園，在網絡化的數字校園里有著許多不同授課內容的“教室”，有著虛擬化的校園、圖書館和學科專業網站，甚至有著同類學員的學習“社區”。

三是虛擬創新設計環境?，F代教育提倡的創新學習，隨著虛擬現實技術的運用也逐漸成為了可能。利用虛擬現實技術可以建立實際動手設計環境，學生可以開展近乎真實的創新設計。如服裝設計、藝術設計和科技產品設計。如果再能夠利用產學研結合的機制，這樣的設計環境將會是非常有意義的。

總之，運用虛擬現實技術人們可以虛擬出一個真實的校園環境或者構建一個虛擬的學習環境，經過實時渲染的分布式虛擬現實環境將會讓學生在虛擬現實空間中學習的感受就如同在3D游戲中一樣，他們可以實時地進行三維交互、實時地參與教學活動、與教師進行溝通。

四、虛擬現實技術應用于遠程教育應該重點關注的問題

虛擬現實技術具有非常理想的發展前景，但是仍處于快速發展的階段。虛擬現實技術運用于遠程教育，應該分別從技術和應用兩個方面關注以下問題。

從技術的角度，要重點關注虛擬現實關鍵技術發展的動態。要想理想地用計算機生成真實感很強的虛擬世界，并且能夠在廣域網范圍內交互使用，技術難度是很大的。目前大多數人認為有五項關鍵技術正在積極突破。

（一）動態環境建模技術

一般說環境建模比對象個體建模復雜，而動態的環境建模更具有挑戰。動態環境建模目的是獲取實際環境的三維數據，并根據應用的需要，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。

（二）實時三維圖形生成技術

目前三維圖形技術盡管已經較為成熟，但是如何實現“實時”生成仍然是挑戰。

（三）立體顯示技術

目前虛擬現實的交互能力主要依賴于立體顯示和傳感器技術。但現有的虛擬現實還遠遠不能滿足需要，虛擬現實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

（四）系統開發工具和運行平臺

虛擬現實應用的開發比較復雜，效率和質量保證也很困難，網絡化的運行平臺也很難滿足廣域網環境。目前還必須重點研究虛擬現實的有效開發工具和高效分布式運行平臺。

（五）系統集成技術

集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數據轉換技術、數據管理模型、識別和合成技術等等。由于虛擬現實中包括大量的感知信息和模型，因此系統的集成也非常復雜。

從應用角度，要更新教育觀念并能夠有效運用建模技術構建學習環境。包括如何運用建模技術構建與教學相關的對象和場景，如何構建以學生為主體的自主學習過程，如何設計人機交互環節等等。當然熟練掌握虛擬現實技術和數字媒體技術是重要的應用基礎。正像高質量的動漫游戲制作非常不易一樣，好的虛擬現實教育作品的研發也是具有挑戰性的。

五、Y語

現代教育技術的應用逐漸呈現出網絡化、智能化和虛擬化的重要趨勢。虛擬現實技術在現代遠程教育領域的主要應用模式包括：虛擬訓練場和虛擬實驗室、虛擬教室和學習環境、虛擬創新設計環境。當前相關的關鍵技術和新的應用模式都還在積極的發展之中，有著良好的前景。

參考文獻

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虛擬現實技術是多種技術的共同運用，借助了網絡技術、多媒體技術、模擬現實、多感知和自然技能；使用計算機圖形學與仿真技術結合模擬真實的環境；使用傳感器技術將模擬的環境與人的感知相連接，實現包括視覺感知還有觸覺、聽覺、力覺、味覺和嗅覺等感知的模擬。使用戶能夠使用自然技能包括用戶自身的眼睛轉動、手部動作或者其他的行為動作，通過計算機識別這些動作并實時地反饋到人的五官，完成用戶與虛擬空間的互動。[1]虛擬現實技術中所需要研究的是利用計算機圖形學技術來建立實時的三維視覺效果，運用虛擬現實來增強科學技術領域的研究和開發，建立對虛擬世界的觀察界面。

一虛擬現實技術

1什么是虛擬現實技術

虛擬現實（VirtualReality，VR）1989年由美國的JarnLanier正式提出。最初運用在20世紀60年代的美國，主要集中在美國軍方對宇航員和飛機駕駛員的模擬訓練。后來美國軍隊費用減少，這個技術逐漸在民間傳開。虛擬現實發展到現在為人熟知，受很多體驗者的喜愛，很大一部分原因是由于它可以運用計算機技術創造出一個與現實環境相仿的模擬環境，并且用戶可以親身體驗。比如美國開發了一個虛擬現實的游戲系統，這個游戲系統利用了人工智能技術，有效地增加了娛樂性、挑戰性和真實性。VR技術運用非常廣泛，其發揮的作用也不容忽視。比如虛擬現實技術在醫療方面的教學上可以建立虛擬的人體模型，這有利于學生了解學習人體的結構，從而提高今后的實踐能力。虛擬現實在娛樂方面的運用也很廣泛，芝加哥開放了世界上第一臺大型的，可以供多人使用的VR娛樂系統。虛擬現實技術在室內設計領域的作用也很大，虛擬現實有利于提高設計和規劃的效率和質量，因為利用虛擬現實技術，設計師可以把自己的設計變成看得見的虛擬物體和環境，設計師還可以任意變換自己在房間的位置來全方位觀察設計的效果，這不僅為設計師節約了時間還節省了做模型的費用。

2虛擬現實技術的特征

虛擬現實技術按其特點可以概括地分為多感知性、沉浸性、交互性和構想性。虛擬現實模擬了人的聽覺、視覺、觸覺等感官器官，用戶沉浸在虛擬環境中，并且運用這些感官在虛擬的環境中進行溝通和交流。虛擬現實技術創造了一個虛擬的、真實的環境。（1）虛擬現實的首要特性是多感知性，虛擬現實技術的成長最終應到達一切人類所擁有的感知功能；這種多感知性包含了計算機自己的視覺感覺屬性之外，還有人在現實生活中所具有的聽覺、味覺和嗅覺等。（2）虛擬現實的主要特征是沉浸性。是指用戶存在于計算機生成的虛擬環境中的真實程度，它致力于在三維的虛擬環境中創造出一種身臨其境的感覺，使人難以分辨真假。這可以通過逼真的照明、變換場景中的視點以及虛擬環境中的音響效果來達到。使用戶在虛擬環境中觸摸到的、看到的、聽到的、感覺到的與真實環境感知到的完全一樣。（3）虛擬現實所具有的特征其次是交互性。是指用戶能與虛擬環境中的物體相互作用，用戶可以操作這些物體。比如當用戶操作環境中的任何物體時，用戶會直接感受到觸摸感，能夠感受到物體的大小、重量、體積，這種“互動”與真實世界的交戶一模一樣。（4）虛擬現實技術還具有構想性。構想性是指用戶融入到虛擬環境并依靠自己的認知和感知能力來獲取新的知識，虛擬技術具有廣闊的想象空間，可以構想不存在的環境，能夠提高感性和理性的思維。用戶在虛擬環境中可以根據自己的認知發揮人本身的想象力和創造力，學會新的理論和知識。所以說虛擬現實具有啟示和再創造的作用，是一個學習——創造——再學習——再創造的過程。

3虛擬技術的分類

由于VR所傾向的特征的存在差別，虛擬現實技術又細分為桌面虛擬現實系統、沉浸的虛擬現實、增強現實性的虛擬現實和分布式虛擬現實系統。(1)桌面虛擬現實系統成本相對較低，但是也有其缺點，因受到身邊真實環境的影響，它的沉浸性比較差，但是在這幾個系統中是普及最廣的。它需要一個虛擬環境產生器，用戶通過計算機的屏幕或者投影器來觀察。我們常見的桌面虛擬現實有：桌面游戲、虛擬現實造型語言VRML等。(2)沉浸式虛擬現實需要用到高技術的設備，包括數據手套、跟蹤器、頭盔等。這些設備有利于用戶完全沉浸在虛擬的世界。沉浸式虛擬現實系統所運用的軟件、硬件體系結構也比桌面級虛擬現實系統更加靈活。我們常見的沉浸式虛擬現實有：遠程存在系統、基于頭盔顯示器的系統。(3)增強現實性的虛擬現實系統還有另外一個稱呼，叫作混合虛擬現實系統，用戶體驗的時候呈現在眼前的是現實中的物體與虛擬環境中的物體的疊加和重合，在技術上為了達到精準的重疊需要利用虛擬現實位置跟蹤技術。(4)分布式虛擬現實系統提升到了一個更高的境界，它是由以上幾種類型結合而成的大型網絡系統，用于更復雜任務的研究。它的基礎是分布交互模擬。由坦克仿真器通過網絡連接而成的SIMNET系統是目前最典型的例子。

4關鍵技術

虛擬現實技術是由多領域多方面技術綜合而成的一項高科技領域技術，其關鍵技術主要分為以下幾個：(1)系統開發工具應用技術，技術的開發和利用需要發揮人的主觀能動性；如：分布式虛擬現實技術、VR開發平臺。(2)動態環境建模技術，是利用軟件建立模型來建造虛擬環境，并對實際環境獲取三維的數據。需要研究在真實的環境中獲取三維數據的方法和虛擬的視覺建模技術等。(3)系統集成技術是由語音識別、數據轉換技術與合成技術組合而成。它在虛擬現實系統里面發揮著不可替代的作用。(4)快速、高精度的三維跟蹤技術，其主要是在不影響圖形的質量和復雜的前提下實現實時的三維效果。(5)立體顯示和傳感技術，致力于提供給用戶沉浸感、真實感和清晰感，如精確的跟蹤技術、數據手套、頭盔式三維立體顯示器、力覺以及觸覺傳感器技術。[2]5虛擬現實技術的運用有什么作用與意義虛擬現實技術為人類的文明與發展帶來了一個新的時代，VR通過一種先進的技術實現逼真的遙控現場效果，利用用戶的身體感知進行實時交互，便于用戶操作和感受。虛擬現實的具體意義和作用表現在教育領域、醫學領域、娛樂領域、軍事領域。虛擬現實在教育上為增強人的認識本領和學習能力提供了新的工具，虛擬現實可以建立一個大型的模擬圖書館，這個模擬的圖書館可以對之前消失的知識進行復原，可以提供更加豐富的教學資源。醫學上的運用包括解剖教學、模擬復雜的手術，VR在手術過程中提供了預測結果和相關信息；VR在遠程醫療上也很有潛力，比如在偏遠山區，醫生可以對患者進行遠程治療。娛樂方面虛擬現實提供了顯示環境和多感知功能，是理想的視頻游戲工具；軍事上提供了模擬訓練，模擬戰場；模擬真實的作戰環境對軍隊進行訓練，有利于提高士兵的戰斗能力。正如其他的新興技術一樣，虛擬現實也是許多相關領域的綜合運用和相互交叉的產物。虛擬現實技術運用的對象不一，它所發揮的作用也不一樣。比如將概念或者構思變得可以操作和直視，或者在各種復雜的虛擬環境中用戶可以自我感受各種各樣的環境和效果；所以我們可以了解到虛擬現實的運用能夠為人們的生活帶來便利，它的作用是不可替代的。

二虛擬現實在室內設計的運用

（1）虛擬現實技術和室內設計的關系隨著近年來虛擬現實技術的快速發展，這項技術已經逐漸運用在各個領域，包括室內虛擬設計的運用。室內設計以創造功能合理、舒適優美、滿足人們物質精神的室內環境為目的，能反映項目所承載的歷史文脈、建筑風格、環境氣氛。室內設計的過程包括前期的設計制圖、設計效果圖、設計模型、電腦三維設計，[3]主要是為了給委托方展現設計師的設計方案。虛擬現實技術在室內設計中的運用集中體現在其浸入感和交互性的特點，有利于將室內設計的潛能充分發揮出來。現在，很多設計師嘗試將虛擬現實技術作為一種表現手法納入室內設計，這一趨勢反過來也有利于促進虛擬現實技術的發展。（2）在室內設計中運用虛擬現實技術是有其必要性的A傳統的室內設計有其不足和弊端傳統的室內設計中，設計師按照委托方的意愿設計出個人喜愛的風格特點，室內設計的過程中設計師通過在紙上展示自己的構思和設計風格和詳細的裝飾風格，再根據委托方的要求進行改進和修改設計，最終是在紙上實現的設計方案。這種方式也有其優勢的，可以培養和提高設計師的思維邏輯性、手繪能力。但是也是有其局限性的，由于空間的限制，設計師并不能全面的細微的對每個地方進行創意設計，紙上表現的意圖和風格也不能完全地傳達給委托方，這就形成了委托方對設計師設計能力的落差，設計師不能全面直觀的向委托方傳達自己的想法和創新。這種修改再修改的循環也增長了設計的成本和周期時長。B虛擬現實技術在室內設計中的運用有很大的優勢虛擬現實技術通過展示一個三維的、互動的、沉浸的、虛擬的室內空間，傳達自己的創意設計。設計師在這個虛擬的空間里面可以和委托方全面的介紹所有的設計意圖和設計構思，委托方通過設計師展現的這個虛擬室內空間，可以跟設計師交流，進行各方面的修改。這有利于提高設計師的設計本領，有利于委托方直觀的了解設計師的想法和設計，能更好地與設計師進行設計上的交流和溝通。虛擬現實技術在室內設計中的運用已經成為時代的趨勢，如今三維立體互動的室內虛擬空間和傳統的室內設計圖紙相比較，其主要優勢在于虛擬室內是實際設計空間的全尺寸三維模型，它可以運用鼠標和其他交互設備進行室內的漫游，通過直觀的視覺力對設計提出修改建議。這個室內虛擬空間具有人性化，有直觀視覺效果，能提高設計的效率，降低成本。設計師通過虛擬現實技術能更好地展示一個直觀的、逼真的、美觀的室內空間。（3）虛擬現實技術在室內設計中的作用室內設計的設計要素主要包括空間要素、色彩要求、光影要求、千變萬化要素、綠化要素，室內設計還需要考慮裝修的風格設計、室內裝飾設計、室內家具的擺放和搭配。室內裝飾設計是設計師按照委托方的要求對室內的各種裝飾進行前期的設計，再通過把二維的裝飾設計用三維立體的模型展示出來。室內家具的擺放和搭配主要考慮人性化、空間感、色彩感。底特律的設計師Ignatius就嘗試將虛擬現實技術融入到他的設計流程中。他表示，在設計前期，使用Google公司開發的產品，在虛擬現實中進行創作，除了更易于修改和嘗試自己的創意以外，還能借助虛擬現實無法比擬的臨場感，調動自己的創作靈感。并且，在向客戶展示他創作構想以及進行溝通時，虛擬現實技術使客戶能夠更直觀地感受到設計師的創作想法，溝通的難度大大降低了。虛擬現實技術在室內設計的運用可以很直觀地向委托方反映這些要素，虛擬現實技術的作用主要有以下幾點：a虛擬現實技術的運用彌補了室內設計中的不足，有利于增強設計雙方的互動，能與客戶全方位地進行交流有利于促進方案的實施。b打破了時間和空間的限制，能夠使客戶直觀地貼近設計方案，相對于平面的設計方案來說有很大的優勢，同時設計師身臨其境，極大地提高了設計師的創新能力，能夠完整的表達設計的意圖。c提高了項目成本預算的精確度，避免了在設計過程中的不必要損失。由于虛擬現實系統具有真實性，和實施后的真實效果幾乎沒有偏差，因此幾乎能保證客戶的滿意，從而解決傳統設計中出現的不全面不準確的問題。在一個地中海風格的室內設計案例中，設計師向客戶介紹了經典地中海風格的配色特點?？蛻敉ㄟ^效果圖大致了解了藍白色調的配色方案，但是還是無法想象施工后的居住感受。此時，虛擬現實技術的介入就很好的填補了這個缺口。Ignatius使用虛擬現實技術，讓客戶在項目尚未動工前，就在虛擬三維空間中體驗了他的設計意圖。最后項目施工一步到位，客戶沒有提出任何修改（圖1－5）。

三總結

綜上所述，虛擬現實技術各個方面的研究還有很大的空間。比如我們提到的室內設計上的運用，有其顯著的優勢。虛擬現實所具有的特征決定了它本身獨特的作用，它在技術上的運用包括醫學技術、房產開發項目、娛樂游戲、軍事航天演習、建筑規劃等。但是虛擬現實技術還是一項新興產業，它對軟件、硬件的要求比較高，需要專業的技術人員對其開發和開拓。[4]堅信虛擬現實技術在未來的很多領域上都會有技術上的重大突破。并在我們的生活和學習中能發揮重要的作用。

作者:蔣小汀 吳美玲 單位:沈陽建筑大學

參考文獻:

[1]李敏.韓豐.虛擬現實技術綜述[TP].軟件導刊；2010.(6):142-144