虚拟现实技术论文合集12篇
虚拟现实技术论文篇1
为了给用户创建一个能使其感到身临其境和沉浸其中的环境，必要的条件就是根据需要能在虚拟现实系统中逼真地显示出客观世界中的一切对象：不仅要求所显示的对象模型在外形上与真实对象酷似，而且要求在形态、光照、质感等方面十分逼真。
目前，相关软件发展迅速、种类较多，其中常用的软件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我国图灵公司的VRMAP、适普公司的IMAGIS等。
1．1模型构建软件
MultiGenCreator是美国MultiGenParadigm公司开发的三维建模软件，广泛用于视景仿真、虚拟城市、模拟设计、交互式游戏等。它在满足实时性的前提下可生成逼真的场景，可进行多边形建模、矢量建模和地形生成。它的层次细节、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级、自由度设置等高级功能使得其数据格式OpenFlight在实时三维领域成为流行的图像生成格式。该软件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的数据与AutoCAD和GIS软件结合方便。
1．2支持视景生成的语言——OpenGL
应该使用已有的商品化或标准化的图形库和程序设计语言来设计与实现虚拟环境，其中OpenGI(服务器)及其支持系统就是这样一种可选用的图形生成环境。OpenGI可按函数库的形式被C语言调用，也可以被窗口系统直接调用。OpenGI是使用专用图形处理软件接口，该接口目前由几百个过程函数组成，用以支持用户对高质量三维对象的图形和图像进行操作。
()penGI指令的模型是客户／服务器模式，即一个程序(客户)提供指令，该指令由OpenGI解释并处理，它直接执行3D及2D图型的基本操作。这些操作包括转换矩阵、光照模型和光线跟踪、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持双缓冲技术，该技术提供了生成动画效果图形所需要的机制，使所生成的图形能够像电影一样平滑运动。
1．3视景漫游软件
Vega是MultiGen--Paradigm公司开发的应用于实时视景、声音仿真和虚拟现实等领域的高性能软件环境和开发平台，由Lynx图形化用户接口和Vega库组成。利用Vega库函数可在Lynx中建立漫游所需要的场景、窗口、通道、运动和碰撞方式，可以定义对象的初始化参数并建立对象之间的相互联系。
2地质构造情况的模拟
对于矿山技术人员来说地质构造情况非常重要，如果对煤层、岩层、含水层、流沙层以及断层和褶曲等情况的推断有偏差，或图形表现不直观易懂，则在建井或生产过程中就可能发生塌方、突水等事故，造成人员伤亡和经济损失。应用虚拟现实软件可以根据地质体的三维分布，使矿井的规划设计更加直观方便。
综合国内外现状，三维地质体的绘制有块段、表面、实体和断面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面数据是ded或。dem格式，使用GIS软件Arolnfo、用插值方法生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式，将其导入Creator就可以生成煤层曲面。然后，通过光照、着色、纹理、渲染等处理三维地质体更加逼真。
3地形地貌及地物的模拟
地形地貌和地物的建立需要相应的三维数据。如果有研究区域的纸质地形图，可以用扫描数字化的方法得到平面数据，按照图上的标注得到高程数据；如果已有该区域的电子地图，则可直接使用或通过数据格式转换得到需要的数据；如果没有上述数据源，则需要由野外测量获得。
地形生成与地质曲面生成过程类似，先用ArcInfo将地形图上的等高线和高程点进行数字化，把图上标注的高程值输入到属性表中，生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式将其导入Creator生成三维地形。
对于建筑物、道路、围墙、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD进行数字化，得到其平面位置。将得到的*．def文件导入Creator，并与地形匹配。如果建筑物比较规则，则直接将其底面按照高度拉伸为立体，如果建筑物造型比较复杂，则需要分成规则的几部分进行构建。
4矿山井下巷道建模
目前，矿山信息主要是通过CAD格式的双线采掘工程平面图来表达。首先根据采掘工程平面图上的高程信息，利用CAD中的三维多线段重新描绘巷道，同时将高程信息赋予每个节点，实现巷道的单线显示，井筒和巷道设计要布置合理，尽量避免穿过断层、褶曲、含水层等不良地质构造，尽量减少矿井建设和生产地面的影响。
使用MultiGenCreator进行设计，用圆柱体表示井简，用半圆型截面的柱体表示岩巷，然后进行模拟生产，以发现生产中可能遇到的问题，对设计方案进行比较和选择。设计方案完成后可模拟不同设备、不同开采方式的生产系统进行生产，从而达到优化矿井设计和生产系统的目的。综合考虑地质和技术条件、经济、环境等各种因素，选择合理的方案。
5虚拟巷道系统的建立
虚拟巷道系统是对矿井真实巷道多分辨率的三维虚拟表示，建立的主要任务之一是实现基于web环境下的可交互的、真实巷道的三维可视化表达，用户可以从各个角度对巷道虚拟环境进行任意的浏览和观察，并可通过网络进行各种交互。
5．1矿井巷道的建模
矿井中各种实体大多是三维实体，其表面为不规则曲面，且内部矿体品位分布不均匀。对于矿体的外形，可用一个不规则的封闭曲面来确定。为确定矿体的范围，要经地表勘查、地下勘探及推估等手段来完成。在浏览器上三维实体模型，可通过将现有的三维矿体模型中存储的信息按照一定的规范转换为系统可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中构建三维矿井巷道模型，首先应进行简单的坐标转换，这是因为MuhiGenCreator中采用的坐标系和地学中实际采用的坐标系的含义有所不同。MultiGenCreator中采用的坐标系为符合右手规则的空间坐标系，是以MuhiGenCreator浏览器中用户区的中作为其坐标系的圆心，基底坐标为XOZ面，y表示高程。其坐标长度以米为单位，标准角度以弧度为单位。因此，为使它与人们通常采用的地学坐标系保持一致，应将原来矿井三维实体的(，Y，：)坐标转换为MuhiGenCreator坐标系中的(，Y，Z)。转换后的三维实体坐标应满足虚拟场景中所采用的局部坐标系显示的需要。由于矿井实体坐标的数值一般相当大，而实际显示坐标值的前几位高位数据对图形形状不产生任何影响，因此可将地理坐标数据各分量同时做一预选。
5．2虚拟巷道场景的绘制
对于规则格网构成的矿山地表模型及矿井实体的顶底板数字表面模型，可用ElevationGrid节点构建。该节点能很容易有效地设计创建一个位于局部坐标系X()Z平面上高低起伏的地域造型。该造型用高度值组成的标量阵列描述，阵列指定了表面每个格网点上的高度。和z方向的栅格点数量可以分别用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了栅格行和列之间的空间。Height域的值指定了每一个栅格点的海拔高度，基底上的每一个栅格点都与height矩阵中的一个海拔值相对应；colorPerVertex域指定为TRUE或FAISE，表示color域中指定的颜色是用到ElevationGrid节点的每个顶点上(TRUE)，还是应用到每个四边形上(FAISE)；此外，通过建立solid域值，所有的海拔栅格都可以当作实体。
对于由不同的三角面构成的复杂地表模型，则需要用MUITIGENCREATO提供的万能几何节点IndexedFaceSet来创建，它有coord与coordlndex两个域，与IndexedFaceSet节点中的两个域类似，前者提供了一个节点，列出了构造面几种所有面的坐标。Coordlndex域的值提供了一张描述一张或多张面周界的列表。其中每一个值都是整型索引，并且每个索引都指定了在coord域内的坐标列表中的一个坐标。在实际的创建过程中，要求建立三角网的各个三角面按照法线方向向外的法则。
6结语
应用虚拟现实技术，生成一个逼真的矿山虚拟环境(VirtualEnvironment)。这样在矿山设计或研究阶段，科研人员可以置身于矿山虚拟环境下直观审视矿山，按照设计给定的工艺方法和参数，选择设备及确定生产模式。从基建到闭坑的全过程实时监控，发现问题进行实时修正。设计结束后，设计单位、矿山企业可向审查者、公众展示一个三维和动态的矿山。总之，虚拟现实技术在矿山设计、技术改造、生产中可广泛应用。
参考文献：
[1]古德生．金属矿山深部开采中的科学问题[A]．香山科学会议第175次学术讨论会[c]．北京：2001．
[2]乔林，费广正等．OpenGI程序设计[M]．北京：科学出版社，2002：130～134．
[3]齐安文等．三维地学模拟述评及其矿山应用关键问题．《中国矿业》．2001(5)：10．
虚拟现实技术论文篇2
一、引言
随着我国经济的稳步增长和基础建设规模的加入，建设项目的规模越来越大、结构形式日益复杂，对土木工程学科管理的科学性、精确性要求越来越高。实现土木工程的信息化、智能化、可视化和集成化成为土木建筑工程项目管理现代化的要求和本领域的研究热点。虚拟现实技术(VirtualReality,VR)是综合性与集成性极强的高新技术，在军事、医学、设计、艺术、娱乐等多个领域都得到了广泛的应用。土木工程中的虚拟现实技术涉及土木工程领域的各个学科，已显示出一定的实用性，技术潜力十分巨大，应用前景非常广阔[1]。
二、虚拟现实技术及其特点
虚拟现实技术，又称灵境技术，是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，大大推进了计算机技术的发展。VR技术是把抽象、复杂的计算机数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物。它的技术实质在于提供一种高级的人机接口。利用VR技术所产生的局部世界是人造和虚构的，并非是真实的，但当用户进入这一局部世界时，在感觉上与现实世界却是基本相同的。因此，虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间。它以模拟方式为使用者创造了一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参与者可直接参与和探索虚拟对象所处环境的作用和变化，仿佛置身于现实世界中。一个身临其境的虚拟环境系统是由包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音像技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所以，虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术。虚拟现实技术具备以下三个方面的特性。
1．沉浸性
虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。
2．交互性
虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
3．多感知性
由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
三、虚拟现实技术在土木工程中的应用
1．虚拟现实技术在土木工程中的应用前景
在土木工程中，长期以来人们不得不用抽象的概念表示非常丰富的内容，如用平面图、剖面图、立面图等平面图形成一些规定的符号来表示三维的立体建筑，用比较抽象的图形和精练的语言来描述复杂的场景，以传递大量的信息。但这一种信息处理与传递方式受到信息接受者所从事的职业、知识结构及理解能力的影响，交流起来非常困难。
VR技术的发展为我们克服这一困难提供了极其有效的手段。用虚拟现实既能表示真实的世界，也可以表示虚拟的世界。表示真实世界时，可以突破物理空间和时间的约束，做到能“超越现实”；在表示虚拟世界时，又能使其中的虚拟物体表示出三维逼真感，以达到身临其境的感受，最后形成一种“人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用的三维信息空间”。VR技术为用户提供了一种新型的人机接口，它利用计算机生成交互式三维环境，不仅使参与者能够感受到景物或模型的逼真存在，并且对参与者的运动和操作做出实时准确的响应。
2．虚拟现实技术在土木工程中的应用领域
由于具有上述的优势特征，虚拟现实技术在土木工程中得到了广泛的应用，并且具有广阔的应用前景。现阶段，虚拟现实技术在土木工程中的应用主要有以下几个方面[2]。
（1）在虚拟施工过程和施工结构计算中的应用[3]
在实际工程施工中，复杂结构施工方案设计和施工结构计算是一个难度较大的问题，前者难点关键就在于施工现场的结构构件及机械设备间的空间关系的表达；后者在于施工结构在施工状态和荷载下的变形大于就位以后或结构成型以后。
基于虚拟现实的复杂结构施工方案设计是指利用虚拟现实技术，在虚拟的环境中，建立周围场景、结构构件及机械设备等的三维CAD模型（虚拟模型），形成基于计算机的具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配的结果，在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改。复杂结构施工涉及的因素较多，起重机的布置位置、高度，缆风绳着力点的选择，构件堆场的位置，起重机的开行路线，构件起吊路线等，都是施工方案设计必须考虑的问题。若对这些问题考虑得不够，则工程施工的进度、成本等都会受到影响，甚至导致安全事故的发生。
建筑结构施工前往往要对施工方案进行受力状态复核。如在大跨空间结构施工中，不仅要考虑施工过程的安全性、可行性，还要考虑结构本身在施工过程中安全性、可靠性。某展览中心，钢结构屋盖支承在钢桅杆上，桅杆两端为锥形，与下部混凝土结构铰结。为了减小钢桁架的变形，更为了维持结构的稳定，在钢屋盖桅杆和混凝土之间，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、稳定索)和撑杆，形成一个稳定的结构体系。在钢结构的施工中，不同的支撑方案、不同的拼接方案，在结构的不同部位会引起不同的效应，而随着连接杆件的安装，这些施工阶段的应力将残余在结构部位上，并影响到最终的结构受力安全性；并在结构就位过程中，有可能失稳和变形。这就需要进行施工过程的精确分析。用虚拟现实技术可以对不同的方案，在短时间内做大量的分析，从而保证施工方案最优化。
（2）在工程项目招标投标中的应用
建筑业是我国的支柱产业，建筑市场的过度竞争已是长期的事实。现代建筑工程项目的运作，业主处于绝对有利的地位。在有限的时间内，如何使业主和评标的专家很好地了解招投标文件的编制和被认可的程度直接关系到承包商有没有中标的机会。因此，承包商在注重投标文件的技术可行、报价合理的同时，也非常注重投标文件的包装。尤其是大型工程、国家重点工程和国际工程的招标投标，往往在项目企划阶段就已经开始这方面的运作[4]。
借助虚拟仿真系统，把不能预演的施工过程和方法表现出来，不仅节省了时间和建设投资，而且不用项目经理的现场答辩，方案的优劣就一目了然。这无疑大大增加了承包商中标的几率。
（3）在可视化计算领域的应用
可视化计算将是今后一个重要的发展方向。在科研中，人们会遇到大量数据，为从中得出有价值的规律和结论，需要对庞大的数据量进行认真分析。对科学计算取得的数据进行可视化加工或三维图形显示，可通过交互改变参数来观察计算结果的全貌及其变化，实现参数化及可视化计算，虚拟现实技术产生了飞跃式的发展。
在运用有限元法进行结构分析时，利用虚拟现实技术则可以通过颜色的深浅给出三维物体中各点力的大小，用不同颜色表示出不同的等力面；也可以任意变换角度，从任何点去观察。还可以利用VR的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。把可视化计算技术应用于超大型复杂结构的设计、工程控制和结构分析中，将增强计算软件的前后置处理能力。例如，在桥梁工程控制和结构分析的可视化计算中，倒退(拆)分析结构倒拆动态演示、结构理想施工线型显示、施工阶段主梁形心线的设计曲线和实测拟合曲线的显示、前进分桥结构拼装动态演示、施工预告图形显示、主梁内力图显示、危险截面应力分布图显示等等。更重要的是能借助图形或图像来进行实时动态地控制结构的重分析和获取施工控制数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的过程。
四、结语
虚拟现实技术在不断发展，专用于计算机图形和多媒体信息处理的高性能DSP芯片可使处理能力提高上百倍，三维图形算法和参数化建模算法等可使虚拟现实技术更加成熟。目前，虚拟现实技术还有很多不完善的地方，尤其在土木工程的研究方面，我们应努力建设虚拟现实技术实验室，开发有价值的虚拟现实工程系统，使其在工程设计、施工、管理和可视化计算等方面得到更广泛的应用。
参考文献
[1]张跃．土木工程中的虚拟现实技术[N]．科技日报．1997年6月23日．
虚拟现实技术论文篇3
1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(Manufacturingdesign)制造设计。由此可见，产品的概念设计的主导地位和重要性。
1概念设计的内涵
概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”，让学生进行座椅的开发设计。步骤是，首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理，并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事，从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为，在民间曾有这样一个说法，就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上，取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后，就断了药，从此不再吃药，这也意味着孩子走向健康。所以，将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时，用折断了的钥匙做椅架为主题，由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略)，于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。
这是传统的产品概念设计。当然，产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化，设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中，产品概念的构思是丰富的，人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。
2概念设计与产品市场
概念设计只是第一步，能不能进行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市场为开发商或企业带来效益等，这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距，是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中，只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中，如何减少做“分母”的被动，扩大见效益的百分比，仍是最关键的，是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。
3虚拟现实技术促使概念设计的市场化
为了更好地接近产品的市场需求，目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，计算机辅助工业设计的发展，尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品，让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，就大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程，保证产品开发一次性成功，加快开发进程，甚至使设计者和用户融为一体，设计出满足市场需要的产品。
二、虚拟现实技术与虚拟产品
1虚拟现实系统(VirtualReality，VR)
虚拟现实系统又称为虚拟现实环境，是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动，观察周围的景物，还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象，听到的是虚拟环境中的音响，感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)这种方法产生虚拟环境的步骤为:
①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;
②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;
③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。
2)基于图像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:
用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像，将获取的景物图像，通过图像处理技术，按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上，用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。
2虚拟现实系统的常用设备及要求
虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外，还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。
3虚拟产品(VirtualProduct，VP)
虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物，是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真，设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。
三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景
在概念设计中，如采用头脑风暴法进行方案创意时，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多地关注产品使用者的感受，而非产品本身。比如，针对不同用户及爱好者的要求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议，邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。
为了适应激烈的市场竞争，设计厂家不能坐等用户找上门订购产品，而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告，再与计算机网络技术结合起来，使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品，并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时，还可以通过Email对产品提出意见和建议，让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力，为设计厂家谋得更多的市场份额。
若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望，通过网上游览，将信息反馈到各商家，商家则会主动争先与厂家联系，网上定货，使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争，各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。
参考文献
1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究，1999，6
虚拟现实技术论文篇4
虚拟现实又称“灵境”，由三维计算机图形学技术、多功能传感器的交互式接口技术以及高清晰度和高更新速度的显示技术构成[1-2]。VR技术就是在计算机中建立一个模拟真实世界效果的特殊环境，通过各种传感器设备，使用户“沉浸”在这个虚拟环境中并进行操作和控制，以达到特殊的目的。VR具有3个特性—3I，即immersion（沉浸性）、interaction（交互性）和imagination（构想性）[3]，它为处在该环境下的用户提供包括视觉、听觉、触觉等多种直观而又自然的实时感知交互。用户在该虚拟环境中能够产生身临其境的感觉，并且可以通过操作来改变或选择可以感受的内容，同时又留给用户可以自由发挥想象的空间进行大胆的尝试，进而扩展其认知的范围，提高用户的探索和创新意识。
2康复医学目前存在的问题
临床经验表明，早期的康复介入，对患者的身心功能恢复、预防二次损伤和废用综合征都起到关键性的作用，因而康复治疗和手术药物等的治疗同等重要。我国幅员辽阔，地形复杂，近年来自然灾害时有发生，给灾区人民的身体和心理都带来巨大的创伤，加之老龄化问题的日益严峻及其带来的疾病谱的变化，康复医学工程正面临着前所未有的挑战。传统的康复治疗通常是医师与患者一对一形式的训练，存在诸多局限性：（1）现有资源不够充足。无论是专业的康复医师还是康复器械都无法满足当前康复人群的需要。（2）训练过程单调而乏味。传统的训练过程通常是对一组训练动作的不断重复，导致整个过程十分枯燥，难以有效调动患者主动参与的积极性，甚至使患者产生厌烦情绪，降低了康复效率。（3）功能定量化测评难以实现。随着康复治疗的不断进行，患者的身体状况发生变化，其承受的活动量强度也在改变，而目前无法对患者在训练中的具体数据进行记录和保存，不利于康复训练计划的制订和调整，也在一定程度上影响了康复进程。
3康复医学结合虚拟现实技术的必要性
VR康复系统可以打破传统训练方式的局限性,它可以针对不同类型功能障碍的患者提供不同的虚拟训练平台，使患者以做游戏或完成趣味性任务的方式进行康复训练，以此调动患者的积极性。系统还能够详细地记录患者的训练数据，康复医生可以远程监控患者的训练情况，进而根据需要实时地调整训练计划和训练强度，推荐康复治疗方案。通过这种方式，一个医生可以同时指导多名患者，提高了医疗人员的工作效率，减轻了其工作强度。VR技术可提供重复练习、效果反馈和动机维持3种关键环节，这正是患者习得某种功能的必要条件。另外，VR康复系统能将心理引导与生理治疗结合起来，在患者进行“游戏式”康复训练的过程中，通过音乐、画面、文字和语音提示等形式给患者以正面的激励反馈，提高患者的信心和主动性[4]。因此，将康复训练与VR技术相结合具有重要的应用价值。
4VR技术在康复医学中的应用与进展
4.1VR在运动康复中的应用
运动障碍是指以运动异常为特征的各种障碍，包括运动不能、震颤、舞蹈症、扭转痉挛、斜颈、张力障碍、颤搐、抽动和肌阵挛等症状[5]。当前，在运动障碍康复领域，对患者受损的运动功能进行康复性训练是VR技术最重要的用途。
4.1.1平衡和协调训练
许多中风患者存在姿态和平衡方面的问题，例如身体摇摆和不对称的质量分布降低了其灵动性，影响了他们的日常生活。DINGQi-cheng等[7]结合CIMT原理对NintendoWiiFit游戏系统进行改造，构建了一款基于VR的下肢平衡康复训练系统。该系统使患者的双脚分别站立在2块平衡板上，通过双脚用力动态地控制压力中心，进而操控虚拟人的运动状态。通过这种方法能成功地迫使患者增加患侧肢体的使用，使其体质量分布更加均匀，对称性能力得到大幅改善。RLloréns等[8]开发的BioTrakVR系统涵盖一系列的平衡康复活动，包括端坐时头部和躯干姿势控制的恢复和站立时的动态平衡练习等多个管理项目，同时允许用户通过选择不同的练习和规划自己的持续时间、休息时间和重复次数进行个性化训练。然而，我国对平衡功能障碍的研究起步较晚，应用VR技术的研究成果尚鲜见报道，有待于进一步探索。
4.1.2行走及步态训练
与正常人相比，脑卒中偏瘫患者往往具有运动发起难、步速慢、步态周期延长、患侧支撑时间短等特点[9]。集中的特定任务式的训练可以提高脚踝的推力、髋部的拉力和行走的速度。AnatMirelman等[10]用Rutgers踝关节康复系统对18名中风后的轻偏瘫患者进行试验，受试者只能使用踝背屈、跖屈、反转、外翻以及这些动作的组合来驾驶虚拟环境中的飞机或船。实验结果表明，患者脚踝的推力、踝关节活动度（rangeofmotion，ROM）均有明显改善，膝关节ROM及站立和摆动情况也有大幅提高。可见，VR技术对患者步态康复有一定作用。目前，国内对步态康复的研究主要以简单重复性训练的康复机器人为主，对结合VR技术的研究较少。张磊杰等[11]提出了一种基于VR的步态康复机器人系统，可以快速提取患者的步态速度、心跳等生理信息并恰当地体现在游戏中，使枯燥的训练变得有趣，也提高了患者的注意力集中程度。因此，结合VR技术的步态康复机器人系统将逐渐引起众多学者和医疗器械产业的关注。
4.1.3上下肢康复训练
由于力量减弱和利用反馈能力的下降，脑卒中偏瘫患者难以进行精确的运动控制，SangwooCho等[12]基于VR技术开发出一种新型上肢康复系统，用本体感觉反馈取代视觉反馈来提高患者的运动控制能力。系统采用模拟起居室的虚拟环境，患者需要依靠自己本体感受的反馈信息，将患侧手握的虚拟半透明柱体移动到不透明柱体所在的目标位置，用这种方法亦能提高患者的日常生活能力。Burdea等[13]开发了康复训练系统“RutgerArmII”，系统由运动跟踪、重力和虚拟现实游戏3个模块组成，利用红外技术跟踪到患者的运动数据，使其能在虚拟场景中进行游戏式训练，并能得到相关的触觉反馈。国内众多学者对上下肢康复也作了很多研究。王瑞利等[14]设计了结合主动、被动和助力训练的踝关节康复系统，并添加了功能评价机制，为患者制订治疗方案提供可靠的证据。柯福全等[15]借助Kinect设备开发了一款基于视频运动跟踪的虚拟现实系统用来辅助患者的上肢康复。张金龙[16]设计了一款手指康复系统，包含了手势变换、坦克射击和赛车竞速3种游戏，非常具有趣味性。华南理工、中南大学附属第三医院与广州一康医疗设备有限公司三方联合研发的虚拟厨房训练系统[17]，患者通过在其中漫游并完成烧开水、摆餐具、盛水果等一系列的厨房操作来训练偏瘫上肢的运动功能，将该系统应用到33例上肢功能障碍患者身上，结果显示比传统训练方式的康复效果更为显著。
4.2VR在认知康复中的应用
认知是指人脑接受外界信息，经过加工处理转换成内在的心理活动，从而获取知识或应用知识的过程，它包括记忆、语言、视空间、执行、计算和理解判断等方面。认知功能障碍对患者日常生活的影响有时甚至超过了躯体功能障碍，因此也成为医学界面临的重要课题之一。将VR技术应用于认知康复，可以在虚拟环境中为患者提供安全可控的刺激进行治疗，并能监测多种重要指标，表现出传统方法无法比拟的优势。Godehard等[18]利用VR系统治疗有空间认知和记忆缺陷的轻度认知功能障碍患者，让他们在虚拟的公园和迷宫里根据地标（房子、汽车、高山等）寻找宝藏，加强患者以自我和非自我为中心记忆的能力。Caglio等[19]利用3D电子游戏进行记忆康复的研究，发现虚拟航行训练可以激活记忆区域，改善成人脑损伤患者的记忆功能。王文春等[20]设计的虚拟认知康复训练系统，包括注意力、记忆力、思维操作能力等七大训练模块，每个模块又设计了高、中、低3种级别的题目。将该系统应用到38例有认知功能障碍的患者身上，结果表明，虚拟认知康复系统在注意力和空间知觉的改善方面优于传统的康复训练模式，且更具趣味性，适用于临床推广。戚淮兵等[21]设计了基于Agent的虚拟认知康复系统，能为患者提供感官上的刺激，纠正认知偏差，具有开放、自主、可移植的特点。尽管如此，在我国内陆地区，VR技术辅助认知康复治疗的研究仍处于初级阶段，能够真正进行临床应用的系统较少，还需要不断的探索和研究。
4.3VR在远程康复中的应用
目前，我国经济发展均衡度还较低，各地的医疗设施建设也存在很大差异，康复医疗机构集中在大中城市，许多地区缺乏必要的康复服务，给广大群众带来不便。虚拟现实技术结合网络通讯技术可以将一流的医疗资源传送到较落后的地区，为康复医学带来革命性的变化。MJJohnson等[22]利用网络通讯技术使中风的患者可以在家中进行康复训练。李军强等[23]设计了一套远程监控系统，用虚拟人的运动再现患者手臂的运动，实现监控功能，从而使医生掌握患者手臂的运动情况。王月姣等[24]设计了基于力反馈的远程康复训练虚拟驾驶系统，治疗师端的计算机能实时显示患者训练视频、相关训练数据及当前训练方案，并能据此实时修改训练方案。可见，VR技术有利于提高落后地区的医疗水平，优化医学资源分配，推动我国社区康复的建设进程。
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2VR技术对产品工业设计的影响
典型的工业设计过程通常都是基于物理样机，在设计和试制过程中难以避免地会陷入反复试错的设计循环之中，这就将直接导致人力、物力的浪费和开发周期的延长。如果利用虚拟现实技术则可以减少设计过程中物理模型的数量，通过应用虚拟现实技术使产品设计的各个阶段实现可视化，可以对产品的造型、材料、人机工程、装配、检修过程、模拟仿真、加工工艺性能等进行预测及交互式的评价和优化。由于它灵活的特性，则可对其进行实时修改和评估，使设计师、工程师、市场营销人员、业主或其他参与者之间的交流更顺畅，从而简化设计流程，提高设计效率，给产品设计带来全新的理念和方式。
2.1工业设计方案展示与评估
在传统的工业设计中，设计师主要用平面的手绘图或者不同角度的三维效果图来表达设计思想、展示设计成果。而基于虚拟现实技术的工业设计则打破了传统的设计模式，在沉浸式的虚拟现实环境下，交互展示设计方案，更关注用户的体验感，而非产品本身。在进行设计评估时，在虚拟环境中利用专业设备（3D眼镜、头盔显示器、交互式手柄、数据手套等）进行交互，从而获得逼真的体验感。全尺寸的车辆外观、内装及司机室的三维立体影像能实时地显示，甚至还可以邀请专家和业主一起参与到设计中来，通过手持控制终端激发预设的参数命令对车辆的造型、色彩、装饰风格等进行直观的选择与搭配，亲自体验产品的最终效果，并对模型提出修改意见，实时观察设计和修改过程。
2.2人机工程分析
产品的舒适性、可操作性是评价设计的重要指标。以往，对于产品的人机工程分析往往是参照相关标准来进行，再结合物理样机进行评估。而在虚拟人机工程系统中，通过产品的三维数据和内置的人体模型数据集成，可以实时进行司乘人员的可视性、可达性、空间适应性、特定姿态的舒适性分析等。同时也可针对人体动作疲劳度的分析来校核并优化设计方案，及时发现设计方案中人机工效方面的不足，避免了设计方案在人机工效方面的“硬伤”。降低返工所带来的时间上和成本上增加的风险，缩短设计周期，使交付评审的设计方案更为准确，更具说服力，并给予设计方案理论以及数据方面的支撑，各种评估参数也可以输出成分析报告，并可以根据模型的修改实时更新。
2.3虚拟装配
在虚拟装配系统中，工作人员可以在虚拟环境下通过专用设备（立体显示系统、头盔显示器、跟踪定位器、三维鼠标、数据服、反馈数据手套）直观地实现人与虚拟产品的交互操作，对设计的机构进行装配检验，实现产品的虚拟装配和调试，并检查可能存在的干涉问题和其他不合理问题。
2.4虚拟试验及制造
车辆交付使用之前，都要进行试验，传统的产品开发模式下，产品的各种性能实验是通过样机和物理模型来实现的。随着VR技术在轨道交通行业的应用，物理试验模型已逐步被数字模型代替，基于数字模型，不仅可以对车辆的造型、结构关系等进行验证和评价，还可以在虚拟场景中，结合分析软件对数字样机进行分析计算，并实时将验证结果展现出来。设计人员即可及时进行调整，而不必等到列车在行驶试验进程中出现问题时再进行设计修改。虚拟现实技术还能模拟产品的制造过程，即产品虚拟制造。就是利用计算机仿真技术、信息处理技术对产品制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，过程是虚拟过程，生产的产品也是虚拟产品。虚拟制造过程包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。它是应用软件或虚拟数控技术对加工工艺及模具成型过程进行仿真，按照设计精度等的要求，通过模拟加工，选择最佳的刀具路径和加工参数。通过产品的虚拟制造，对产品性能和可制造性进行预测和评价，可以在生产之前发现潜在的工艺问题，进而采取相应的措施，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本。
3基于VR技术的工业设计流程
相比现有的工业设计流程，引入虚拟现实技术后，带来的改善主要在以下三个方面：
1）在产品方案设计阶段，应用虚拟现实技术可以实现逼真的、交互式的设计界面，用户可以直接绘制可视化的产品数据模型。
2）在方案评估及验证时，虚拟数字样机让用户可以交互、协同地评审、分析和测试产品数据模型。
3）可以实现虚拟装配与虚拟制造。VR技术的应用实现了新产品开发技术的一个巨大飞跃，三维交互的设计方式给设计师提供一个更直观、更自由的工作环境。虚拟现实技术可以极大地弥补现有的CAD—RP产品开发流程的不足。基于VR技术的设计流程可以由现有的串行向并行的设计方式转变。
4应用VR技术的优势
1）增强工业设计手段：利用VR技术向产品开发决策者、市场营销人员、工程师及客户逼真地进行工业设计方案展示，将未来产品三维立体真实地呈现出来，让参与者身临其境的在车内外漫游，还能实时改变造型、颜色、材质，满足不同业主的个性化需求。
2）提高产品设计质量：在产品设计阶段，利用VR技术模拟产品开发全过程，预测产品性能，产品的可制造性、可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。
3）降低样车试制成本：利用VR技术的逼真展示、人机交互、虚拟装配、事故模拟及虚拟实验等技术进行设计评估，减少物理样机的试制成本。利于有效组织生产制造，缩短产品开发周期、降低成本，提升设计质量与生产效率。
4）利于售后检修维护：利用VR技术真实展现设备的维修过程，制作虚拟样机电子检修维护手册，包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等，以一种新型的方式让操作员工更直观地学习了解针对具体装配维修的检测维修方式。
虚拟现实技术论文篇6
2应用中的特点
2.1设计空间展示的全面性
传统的表现形式只可以传输一种空间信息，而且无法做到完整性。虚拟现实技术利用三维立体的表现形式，可以完整地把每一个细节予以呈现，让人有一种身临其境的真实感，不再只是看着图纸来想象，而是身临其境进行感受。
2.2浏览的快捷性
利用发达的计算机网络，设计者和施工单位可以联系的更为快捷。设计者的“想法”不必亲手送到施工单位，立体的设计样品利用远程浏览便可商榷，不但节省了时间，而且提高了工作效率。另外，浏览的快捷性还可以让大部分群众参与到决策中来，让群众在享受虚拟的园林设计活动中，可以提出自己的建议，有助于施工单位和设计者的工作。
2.3设计趋于完美性
虚拟现实技术具有很强的可操作性，设计者在整个风景园林的设计过程中能够随意进入任何一个设计阶段进行切身的体验，从而客观地审查自己的作品，如果发现不足，可及时进行修改。此外，在虚拟的现实环境中审视自己的作品，有利于提高设计者的水平。
2.4决策的准确性
风景园林设计的实施过程中受到的影响因素较多，因为风景园林设计与周遭环境氛围以及和大众审美趣味是息息相关的。人们利用虚拟现实技术对园林设计的整体过程知晓的越来越多，越来越具体，就越能提出建设性的建议及意见。简而言之，虚拟现实技术是连接大众和设计者的纽带。只有前期人们对园林设计进行了整体的了解，施工方的后期施工过程才能得到人们的宽容和见谅，此种人性化、大众化的园林设计才能获得双赢。
3应用的展望
3.1不断进行创新
首先要加快计算机技术的创新和革新，不断发展现代虚拟技术系统，制造出高性能、低成本的计算机设备，要在技术层面为虚拟现实技术的发展提供有力的支持。此外，在运用过程中，要根据风景园林设置的理念进行再创新，使其具备风景园林设计的特色。技术的创新是风景园林设计的内核动力，是虚拟现实技术进步发展的源泉。
3.2加强参与的大众化程度
要充分利用虚拟现实技术的自身优越性，让更多的人们参与到风景园林设计中来。利用虚拟现实技术可以通过网络传播，利用各种网络、电视等新媒体进行更大、更广范围内的网络虚拟活动，使园林设计有更多的大众参与，这样将有助于决策者的科学准确决策，最终得出既科学准确而又人性化的风景园林设计方案。
3.3充分利用其他科学技术发展自身
例如，与环境和空间技术的结合，便能够应用到城市的规划、修复与重建、城市的绿化等各个方面，这不但可以使虚拟现实技术的应用更加科学化，而且更加人性化、更加环保。
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（1）环境模拟
利用计算机模型产生实时三维图形，根据使用者所需工作环境或实验场所的空间方位及时间参数等数据模型，可以设计出很逼真的模拟图像，同时结合立体显示技术呈现给使用者完美的模拟系统，需要注意的是空间或环境变化时显示刷新频率对于使用者感观的影响。
（2）感观反馈
可以通过立体声效果实现声音方位和远近的改变，通过带有震动触点的道具模拟触觉感应，以此来实现虚拟系统中听觉触觉的反馈效果。
（3）人机互动
通过语音识别系统或者计算机进行语音或命令输入。虚拟现实技术的以上特点完全适用于煤矿安全生产培训系统，通过计算机3D技术模拟出煤矿生产环境，用户以第一视角进入，可以熟悉工作环境、训练各种工作技能，应对突况等。
（4）三维动画效果
场景制作完成后需要使用AdobePremierePro将音效和动画进行合成和剪辑，还需要使用转场效果及特效来达到逼真效果。
2煤矿安全培训系统总体架构
矿井作业模拟系统由计算机控制系统来操控整个系统，用户登陆后通过计算机控制系统连接运动控制接口，可以通过启用采掘模块进行采掘模拟训练；通过启用风险识别模块训练工人判断、识别和处理危险的能力；通过互救、逃生训练锻炼工人自救和相互救助的意识。同时用户还可以通过传感器控制感受第一视觉漫游矿井，熟悉矿井生产环境和生产设备，这对于新员工来说非常必要，可以通过模拟系统尽快熟悉工作环境。
3模型构建
模型构建主要以创建不规范生产操作、重大生产事故示例和安全事故应急预案演练模型为主，使用户可以通过模拟系统达到亲身体验的目的，培训系统主要采用3DSMAX建模和渲染。其中大型设备采用多边形建模技术，以先精模后简模为原则，建模前需要根据设备的实际尺寸确定模型的比例，根据设备运行参数设置模型运动轨迹和参数；小型设备则使用图片处理软件和贴图技术进行处理，多采用纹理贴图以提高仿真度。井下巷道模型应该按照实际巷道的尺寸、复杂程度和矿井生产图纸来构建三维模型，力求模型比例与实际生产环境相符合，为了保证安全培训系统的可扩展性，按照由简单到复杂递进的顺序依次创建，形成系统的巷道模型库，应对生产环境随时扩展的可能性。场景建模主要是根据实际巷道环境创建包括电缆、机电设备、管道和支架等辅助设备，主要采用贴图技术，使场景模型更加逼真。利用特效编辑器生成烟雾，利用灯光设置达到瓦斯爆炸效果，后续连锁反应会涉及到物理模块及反应堆力学技术。人物模型的建立极为关键，人物造型是否逼真直接反映了模拟系统的仿真质量。在进行人物建模时首先进行外形创建，以实际生产的不同工种为原型进行分角色设计，人物运动效果要注重细节，如对安全事故发生时人物的反应和动作要进行动作采集并进行数据分析，作为突发事故时人物反应的分析资料。人机交互则利用VIrtools实现。
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有学者认为,虚拟技术是指以网络技术、多媒体技术等具有物理实体特征的信息技术为物质基础,建构虚拟技术场域的技术中介手段。这种分析比较明确地表述了虚拟技术实体不是虚拟的,作为存在于现实空间的技术表现形态,它是具有物理特征的技术,虚拟技术的“虚拟”性在于是建构虚拟技术场域,即网络虚拟空间的技术中介手段。虚拟技术实现了波普尔所描述的世界1、世界2和世界3的高度契合与统一,在理论上具有同构性,从这个意义上说虚拟技术是具有革命性的技术形态。也有学者认为,所谓虚拟现实技术,是指在计算机软硬件及各种传感器(如高性能计算机、图形图像生成系统,以及特制服装、特制手套、特制眼镜等)的支持下,生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境,使用户在这些软硬件设备的支持下,能以简捷、自然的方法与这一由计算机所生成的“虚拟”世界中的对象进行交互作用。
从词源看,“虚拟”一词是由英文virtual reality(虚拟现实,又译虚拟实在)派生出来的。在英文中,表示“虚拟的”词语并非unreal(不真实的)、visional(虚幻的)、pretended(虚假的)或fictitious(编造的),而是virtualiter,意为“具有可产生某种效果的内在力的”,源于拉丁语“virtus”、“virtualis”。中世纪神学家兼逻辑学家邓?司各脱曾赋予这个词最初的哲学含义。他从唯史论的基本观点出发,认为事物的概念不是以形式的方式,而是以产生某种效果的内在力量或者能力的方式涵盖其经验性的内容,从而构成形式上统一的现实。因此,事物的概念就是一种虚拟的现实。他试图用“虚拟的”这个词来沟通形式上统一的实在与人们杂乱无章的经验之间的鸿沟,他把虚拟实在赋予事物或过程经验的某些方面,把经验等同于实在。从这个意义上来说,人类思维、意识的发展过程,人类运用概念、符号进行抽象思维来认识自然的过程,就是一个不断虚拟化的过程。人的历史和经验,要依靠文字虚拟过程来传递、保存。印刷文字和图像的物理持性中,包含了虚拟化了的人类经验,使得人不必亲身经历,便可以继承祖先的历史和经验。显然,这种借助意识、概念和符号的虚拟是现实在人脑中的表现形式,同时也是人认识现实世界的方式。
牛津大学出版社出版的《牛律辞典》(1989)对目前计算机及通信等科技领域里经常使用的“virtual”解释是:“not physically exiting as such but made by software to appear to do so from the point view of the program or the user。”可以翻译为:一种由软件生成的非物理存在,但从程序和用户角度来看像真的一样。虚拟特指用0、1数字方式去表达和构成事物及其关系。商务印书馆出版的《牛津高级英语学习词典》(oald)中对“虚拟的”(virtual)一词的解释是:实质上的,但尚未在名义上或正式获得承认。《美国传统辞典》对virtual的解释是:“existing or resulting in essence or effect though not in actual fact,form,or name”,意为“虽然没有实际的事实、形式或名义,但在实际上或效果上存在和产生的”。
“虚拟”一词的当代用法,来自计算机技术和软件工程。在计算机技术中的虚拟存储器、虚拟服务器和企业管理中的虚拟组织等语汇中,“虚拟的”意味着“虽然是无形或非正式的,但在功能上相当于……”。因此具体地说,虚拟就是用数字方式去构成这一事物,或者用数字方式去表达这种关系,从而形成一个与现实不同但又具有现实特点的数字空间。
计算机科学家用“虚拟内存”来代表计算机以这种方式设置的ram(随机存取存贮器)。虚拟内存技术不添加硬件即可扩展计算机的数据存储,例如,在个人计算机上,虚拟内存可以是ram的一部分,仿佛它就是硬盘存储空间。这种虚拟磁盘可以像硬盘那样来用,但却不用受实际的机械磁盘的物理限制。随着计算机和信息技术等的发展,虚拟的意义有了扩展。正如美国学者迈克尔?海姆(michael heim)所指认:“‘虚拟’一词的涵义后来变成了任何一种计算机现象,从计算机网络上的虚拟邮件到虚拟工作组,到虚拟图书馆甚至虚拟大学,可谓应有尽有。在每种情况下,这个形容词所指的是一种不是正式的、真正的实在。当我们把网络空间称为虚拟空间时,我们的意思是说这不是一种十分真实的空间,而是某种与真实的硬件空间相对比而存在的东西,但其动作则好像是真实空间似的。”从数字化虚拟技术的实践应用来看,虚拟技术在电子计算机领域已经获得了非常广泛的应用。“虚拟内存”(virtual memory)、”虚拟存储器”(virtual storage),“虚拟主机”(virtual host/virtual server)、“虚拟光驱”、“虚拟终端”(vpc)、“虚拟专用网”(vpn)成为经常被使用的电子计算机术语。
这些计算机专用术语基本上可以解释为:以电子计算机硬件技术为技术基础,以软件技术为技术解决方案,在计算机或网络上建构出来的具有真实硬件功能的虚拟的技术存在方式。这些技术存在方式是建构虚拟世界的技术基础。我们可以发现,虚拟技术既包括硬件技术也包括软件技术,是硬件技术与软件技术高度契合的数字化关系表达方式。今天软件工程师们一般是在一种不是正式的、不是真实的但又是实际的意义上来使用这个术语,也就是说相对于自然的、物理的存在来说,虚拟实在让主体在感觉层面上产生具有效果上的等同性。同时软件工程师们也没有把虚拟实在所构成的空间环境简单地称为可能世界,因为在现实世界中许多不可能发生的现象在计算机系统中能够发生,虚拟蕴含着比可能更宽泛的哲学内容。
从认识论的角度来理解,“虚”是一种主观存在,特指大脑对“实”的感知、认知和加工以及在此基础上形成的意象和意境。意识是大脑的本能,意识运动的机制形成人类大脑的思维。人类通过思维形成对“实”的意象和意境。从本质上来看,“虚”是存在于大脑之中的东西。“虚”的主体或精髓——意识或思维——不能以外在的形式精确再现。但却可以通过语言、动作、表情、文学艺术等形式对其进行描述,我们可以广义地称其为“虚拟”。 正如尼葛洛庞帝(nicholas negroponte)在《数字化生存》中所说:“虚拟现实能使人造事物像真实事物一样逼真,甚至比真实事物还要逼真。”
参考文献:
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中图分类号：N04 文献标识码：A 文章编号：1673-8578(2012)03-0033-05
作者简介：刘为龙（1985—），男，山东青岛人，北京化工大学北方学院艺术院教师，研究方向为新媒体艺术设计。通信方式：liuweilong1985@163com。 虚拟现实，也称作“虚拟实在”，是20世纪基于计算机技术发展的人类科学的巨大进步。对于什么是“虚拟现实”这个问题，目前的研究从不同的角度有着不同的看法。
一 从语义角度的研究 从语义的角度来解释虚拟现实，目前被专家学者普遍认可并广泛引用的是以美国网络文化专家迈克尔·海姆对虚拟实在的语义解释为代表，通过词典中对“虚拟”（virtual）和“现实”（reality）的解释而得到“虚拟现实”（virtual reality，VR）的解释：“虚拟实在是实际上而不是事实上为真实的事件或实体。”［1］
国内也有一些学者从语义的角度对虚拟现实进行分析。郭贵春、成素梅认为，从语义上看，“virtual reality”这一术语在计算机和电子技术领域内被翻译为“虚拟现实”，而在哲学领域内被翻译为“虚拟实在”，它是指“在功效方面是真实的，但是，事实上却并非如此的事件或实体”［2］。这一观点与迈克尔·海姆的观点非常相似。我国审定公布名词的权威机构全国科学技术名词审定委员会将“virtual reality”在资源科技、地理信息系统、计算机科学技术、自然辩证法、通信科技、地理学等领域中的中文术语统一定为“虚拟现实”，为这一术语的规范使用提供了依据。
另外，张怡则通过对可能与虚拟的区分，认为在人类的经验世界中应该存在着两类不同性质的实在，它以两种不同的基本形式存在：一种是受必然性支配的实在世界(可能会演变成现实)；另一种是受创造性支配的实在世界(虚拟会过渡到实际)，后者就是虚拟实在，它是一种实际上而不是事实上的真实的事件或实体［3］。这一观点考察了虚拟现实的两种存在形式，而对于虚拟现实到底是什么，仍然同迈克尔·海姆的观点保持了一致。
单美贤、李艺通过查阅韦氏大词典、BBC英语词典和牛津辞典，将虚拟世界(virtual world)理解为一种在效果上而不是事实上真实存在的世界，它通过人的感知、想象，在行为空间中得以展现和存在［4］。这一观点则更多的从存在形态上来分析虚拟现实。
虚拟与现实在语义上是一对相互矛盾的词。也就是说，虚拟现实，是现实，但又不是现实，它是对现实的模拟与反映，却并非真正事实意义上的现实。
二 从技术角度的研究 由于虚拟现实是建立在技术的基础之上而实现的一种环境事件或实体，因此从技术的角度来分析虚拟现实的含义无可厚非。迈克尔·海姆曾总结了广义的虚拟现实的七个方面：模拟性、交互作用(互动)、人工性、沉浸性(身临其境)、遥在(远程显现)、全身沉浸以及网络通信(网络化交往或交流)［1］。后来由于计算机和网络的飞速发展对虚拟现实技术的影响，他又提出了狭义的虚拟现实，认为虚拟现实作为一种主体认识的新技术，至少表现出三个“I”的特征，即身临其境的沉浸感(immersive)、人机界面的互动性(interactivity)，以及实现远程显现的信息强度(information intensity)［1］。
布尔代亚（Grigore CBurdea）和夸费（Philippe Coiffet）在《虚拟现实技术》［5］一书中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，即 “3I”特性：交互性(Interactivity)、沉浸感(Illusion of Immersion)和构想性(Imagination)。这个观点也是广大哲学学者探讨虚拟实在的基础，金吾伦就在此基础上认为，从技术上看，VR是一种以动态形式创造一种可选择的数据表达的系统［6］。英国学者戴维·多伊奇将虚拟现实通俗地表达为这样的一类情景：人感觉自己好像正在经历某个环境，它不仅覆盖了广泛的用户感觉，而且用户和被模拟实体间有相互作用［7］。
从技术实现的角度来讲，翟振明认为虚拟现实是一个由电脑作为中央协调处理器，把人工产生出来的对各感官的刺激综合起来从而使人进入浸蕴体验的系统（浸蕴体验即一种与自然空间绝缘，在人造三维视场里被各种人造物体影像包围，从而把自己的身体也看作这个人造视场中的存在物的体验）［8］。郭贵春、成素梅认为，在技术实践的意义上，“虚拟现实”是合成“实在”的一种手段，其根本前提是为人与计算机的共同工作创造更直接的交互方式，使参与者在虚拟世界中可以做类似于真实世界中可能实现与不可能实现的事情［2］。
三 虚拟现实概念在相关
领域研究的述评 （一） 在传播学领域的研究评述
在传播学领域对于虚拟现实的广泛讨论是近几年才出现的，虚拟现实技术由于其本身的技术优势和对传播活动所带来的巨大影响，使人们不得不对此做出反应，进而展开热烈的讨论。
网络传播作为新兴的传播形态，是一个采用新的传播技术和新媒介形态的传播典范。同一般的社会行为和传播活动相比，网络行为本身就带有虚拟的特征。何明升、李一军在《网络生活中的虚拟认同问题》一文中明确表示：“网络生活的虚拟性，是建之于20世纪90年代兴起的虚拟现实技术之上的。通过虚拟现实技术，人与人之间的互动关系转换成了人-机互动或人-机-人互动，从而使网络生活具有了明显的虚拟性。” ［9］杨富斌在《虚拟实在与客观实在》一文中也开门见山地说：“虚拟实在技术导致产生了一个崭新的世界——虚拟世界。就目前已经实现或部分实现的方面而言，已有虚拟驾驶、虚拟企业、虚拟银行、虚拟办公、虚拟旅游、虚拟情感、虚拟友谊、虚拟医疗、虚拟购物、虚拟游戏、虚拟图书馆、虚拟团体、虚拟社区，甚至虚拟国家等。” ［10］网络传播本身带有虚拟性，但网络传播并非就是虚拟的，只是说这种传播活动借助互联网这个实时通信平台而发生，受众的传播活动带有一定的虚拟性，但仍然是一种现实的社会活动。虚拟现实要依附于一定的数字化空间，互联网是一个最好的传播平台。但是虚拟现实并非仅止于此，人们的行为对象还可以是现实中不存在的“构想”。因此，互联网可以给虚拟现实提供一个信息交流的数字化传播平台，但虚拟现实更加注重的是传播内容的创造。
（二） 在哲学领域的研究评述
从哲学的角度来对虚拟现实进行的分析研究，是目前该领域中讨论及分歧意见最多的课题之一。大致可以归纳为以下几种不同观点：认为虚拟现实是一种客观实在、意识系统、第三世界、第四世界、信息等。
1 认为虚拟现实是一种客观实在
这种观点认为，虚拟现实无论从词源意义上说，还是从实际意义上说，都是一种实实在在的现实［11］。它与现实实在一样能给人以真实的感觉和经验，因而二者在本体论上是等同的［8］。虚拟实在一旦生成就是一种客观实在，是一种新的物质形态，是物质运动的一种特殊形态［12］。
这种观点主要是认为虚拟现实无论是从技术手段、物理和表现载体、描述对象、存在空间而言，都是客观实在的，是对现实的复制与再现，现实世界是客观实在的，因而虚拟现实也是一种客观实在。这种观点忽视了虚拟现实对人的意识形态的作用和对现实世界的超越以及其本身的创造性。虚拟现实虽然是对现实的模拟，但绝不等同于现实，因而也就不能以此推断虚拟现实也是一种客观实在。
2 认为虚拟现实是意识活动的表现形式
这种观点认为人在虚拟现实系统中所感知到的一切都只不过是自己脑海中的意识活动。从物质和意识相区分的角度，虚拟实在本质上是意识活动的表现形式，或VR技术操作的精神表象［13］。胡心智提出，虚拟实在是人的意识的外化［14］。
这种观点与第一种观点刚好相反，却走向了另一个极端，即不承认虚拟现实的客观实在性。
3 认为虚拟现实属于第三世界
波普尔的“世界3”理论把世界区分为三个：“第一，物理客体或物理状态的世界；第二，意识状态或精神状态的世界，或关于活动的行为意向的世界；第三，思想的客观内容的世界，尤其是科学思想、诗的思想以及艺术作品的世界。”也就是说，存在着的东西除了物质和精神之外，还存在一个中间的过渡形态，即第三世界。
因此有学者认为，虚拟实在与物质和精神都有关联，但又不能简单地归于哪一类，它是信息存在的一种基于高技术的人工集合，可以称为“世界3”的当代形式。虚拟实在本质上是不同于现实实在的信息实在、数字实在和数字化实在，在本体论归属上有双重性，物质和人的意识是虚拟实在的共同本体论承托［15］。
这种观点相对中立，也就是说虚拟现实与精神和物质都有联系，是对现实世界的客观反映，同时又是人的精神产物，因而不应将其武断地界定为物质或是精神的，而是属于中间的过渡形态。
4 认为虚拟现实属于第四世界
孙慕天从符码与其指称物分离并相对独立地演化和发展的角度出发，提出外在物理世界、主观精神世界、客观知识世界和符码世界即世界4。认为世界4是虚拟自然，是原生自然、人工自然之后的第三自然；是在世界1、世界2和世界3的基础上产生、存在和发展的，它支撑着世界1、世界2和世界3，并因此获得意义和价值［16］。张之沧也提出第四世界的观点，认为第四世界就是信息世界，就是人类借助信息、数字、理念和丰富的想象力构造的虚拟现实。第四世界借助于电脑而不同于主观世界，虚拟世界离开电脑立刻就化为乌有。在这个意义上，第四世界不同于波普尔的第三世界。因为世界3是一个可以看得见、摸得着的世界。世界4与世界3相比，具有虚拟性、非真实性、变动性、开放性、简单性、普通性、高效性、迅速性、经济性、集中性、凝缩性、自解调节性、可操作性等诸多世界3所没有的特征［17］。
5 认为虚拟现实是一种信息
更多的学者同意将虚拟现实的本质看作是一种信息。也就是说在这个虚拟现实系统中所提供给人的无非是数字化的、符号化的信息。关于这些信息，沈骊天认为，这些信息是实实在在的物质载体系统上承载的实实在在的信息，具有客观存在的客体的基本属性［18］。而邬焜则提出，“虚拟实在”所虚拟的并不是什么实在，而仅仅是信息，这一虚拟的信息本身不可能是实在的。“虚拟实在”实际上是“虚拟信息”，它与实在对象直接对应显现的信息相区别［19］。
在哲学领域对虚拟现实的本质的讨论是争议最多的，这也从侧面反映了虚拟现实的复杂性。正因为这样一个由技术所营造的环境，对人的感官、心理和精神产生了巨大的影响，作用于人的社会生活和意识形态，使人一时之间很难分清楚这样一个虚拟环境与真实环境之间的区别与界定，才致使人们无法对其本质做出一个统一的判断，只能从不同视角、不同领域、不同研究方向得出不同的观点。
（三） 在社会学领域的研究评述
在社会学范畴研究虚拟现实，主要是由于虚拟现实技术的发展带来社会活动的虚拟化所产生的各种社会问题。随着计算机和网络技术的发展，普及程度越来越高、低龄化程度越来越高，在人们的现实生活中，还将出现越来越多的虚拟而实在的东西，人们将在很大程度上生存、生活在一个“虚拟世界”中，人的社会化过程很大程度上都要受到这个虚拟环境的影响。
与虚拟现实相关的内容已经扩大到了与人和社会相关的许多方面，像“人工现实”(artificial reality) 、“虚拟环境”(virtual environment)、“赛伯空间”(cyberspace)、“虚拟社区”（virtual community）等。
虚拟社区是借助计算机科学而形成的网络社区，这种社区内容复杂多样，影响到人类社会的方方面面，在社会的持续发展中，虚拟社区所起的作用有时是空间社区和精神社区所起不到的。因此，可以这样认为：“虚拟”并不是作为客观存在的客观，而是作为主观存在的客观［20］。
相对于传统社区，虚拟社区扩展了社区的可达范围、深度以及成员之间的交互方式，成员使用虚拟身份与人交流，还可以实现虚拟角色互换，体验不同于真实社会的角色实践活动。但是虚拟社区也有一些负面的作用，例如网络成瘾、网络犯罪、网络无政府主义、网络暴力等社会问题，影响到人的真实社会生活，这也是从社会学的角度探讨虚拟现实技术所带来影响的重点内容。
（四） 在艺术领域的研究评述
在艺术领域对虚拟性的研究由来已久，从18世纪的古典主义和新古典主义艺术的经验到今天的互联网再到未来的虚拟现实，都可以纳入这段历史。然而，以前对虚拟的陈旧体验都是对不很逼真之物的被动注视。而电脑生成的环境所能提供的却是一种互动性的虚拟景观，这是前所未有的。许多有乌托邦色彩的主张因为虚拟而被炮制出来［21］。
在艺术领域对虚拟现实的研究主要是从视觉文化的角度来探讨虚拟现实技术的发展所形成的一种新的艺术形式。
（五） 在认知心理学领域的研究评述
在这一领域对虚拟现实的研究主要是从认识论的角度出发，认为虚拟现实在本质上是对现实世界的反映，是一种新的认识形式。
虚拟现实对现实的反映并不是在人脑中完成的，而是以人脑为基础，借助于机器语言，通过人机结合，在电脑中实现的。由于虚拟现实技术的运用，使得这种反映以逼真的形象（其实是三维立体数据图形）呈现在人的面前，使人产生接近真实的三维视觉、立体听觉、质感的触觉和嗅觉……因此，从本质上说，虚拟现实是对现实的反映，是数字化、网络化技术背景下人的认识的第三种形式或形态，即虚拟形态或虚拟认识［22］。
从认识论的角度来看，虚拟现实用符号化、数字化的表现形式来反映外部客观世界，兼具感性思维的具象性和理性思维的抽象性，它将改变我们的感觉和知觉模式，提供一种新的认识世界的方法。
四 总 结 总的来说，虚拟现实作为一种新生事物，并非局限于单一的计算机领域，而是扩展渗透到政治、军事、经济、科技、教育、文化等各个领域，给社会生活的方方面面和个人的生存与生活模式都提供了新的可能性，因而各个学科领域都从不同的视角对其进行了不同程度的研究。对于未来的发展前景而言，虚拟现实也不可能仅作为一个简单的技术而存在，必然会从思维、认知和社会等层面改变人们的生活与社会存在模式。这样一来，从最根本的概念出发，深入理解什么是虚拟现实，就显得尤为重要，这为我们未来在不同领域理解和应用虚拟现实提供了最坚实的认知基础。
参 考 文 献
［1］迈克尔·海姆从界面到网络空间——虚拟实在的形而上学［M］金吾伦，刘刚，译上海科技教育出版社，2000：111112，113-119
［2］郭贵春，成素梅虚拟实在真的会导致实在论的崩溃吗?——与翟振明商榷［J］哲学动态，2005（4）：15-19
［3］张怡虚拟实在论［J］哲学研究，2001（6）：7278
［4］单美贤，李艺论经验的完整性：现实与虚拟的结合［J］南京师大学报：社会科学版，2003（2）：27-32
［5］CBurdea Grigore，Coiffet Philippe虚拟现实技术［M］北京：电子工业出版社，2005
［6］金吾伦关于Virtual Reality翻译种种［N］光明日报，1996-10-28
［7］戴维·多伊奇真实世界的脉络［M］梁焰，黄雄，译桂林：广西师范大学出版社，2002：84-85
［8］翟振明虚拟实在与自然实在的本体论对等性［J］哲学研究，2001（6）：62-71
［9］何明升，李一军网络生活中的虚拟认同问题［J］自然辩证法研究，2001（4）：14-17
［10］杨富斌虚拟实在与客观实在［J］社会科学论坛，2001（6）：21-23
［11］康敏关于“Virtual Reality”概念问题的研究综述［J］自然辩证法研究，2002（2）：77-80
［12］窦爱兰对虚拟实在的本体论思考［J］理论学刊，2004（2）：83-84
［13］吴志坚，章铸虚拟现实：网络时代的技术福音?——兼与李湘德、钱振勤二同志商榷［J］自然辩证法研究，2000（4）：27-31
［14］胡心智虚拟技术与马克思的实践观［J］皖西学院学报，2005（1）：5-7
［15］肖峰虚拟实在的本体论问题［J］中国社会科学，2003（2）：117-125
［16］孙慕天论世界4［J］自然辩证法通讯，2000（2）：88-91
［17］张之沧从世界1到世界4［J］自然辩证法研究，2001（12）：17-18
［18］沈骊天虚拟技术的载体形式与虚拟世界的信息本质［J］江海学刊，2002（4）：50-55
［19］邬焜虚拟与实在和信息——与《实在论的最后崩溃》一文的作者讨论几个问题［DB/OL］中山大学哲学系在线论文：http：//philosophyzsueducn/NewPaper/targetpapers/REVIEWS2/wudoc
［20］吴敏飞虚拟社区的社会学范式重建与发展［J］中国科技信息，2010（2）：32-34
［21］尼古拉斯·米尔佐夫.视觉文化导论［M］倪伟，译江苏人民出版社，2006：113
［22］彭列汉虚拟现实：认识的第三种形式［J］理论月刊，2003（2）：63-65动 态
海峡两岸植物学名词对照稿大陆专家讨论会在京召开
虚拟现实技术论文篇10
一、概述
利用虚拟现实技术实现机械类学科的网络教学，大大提升了机械类学科教学的效率和质量。通过虚拟现实技术，将机械相关的理论知识、各种设计图、装配图、零件、机械动作设计等内容通过虚拟现实技术展现出来，突破了传统口述和二维图画展示的教学方式，突出了现代教学理念中对机械理论知识的分析及对创新能力的培养，从而完成机械结构的设计与分析、机械运动方案的设计等内容，真正提升了学生的学习能力。虚拟现实技术在机械类网络教学中的应用研究，对整合机械类学科教学资源，提升教学效果和质量具有非常重要的现实意义。
二、机械类网络教学中的虚拟现实技术
拟现实技术是一个非常广泛的概念，一般指采用穿戴式数码设备来实现的虚拟场景技术，即能够通过虚拟现实，让人们体验真实场景的相关技术和方法。
在机械类网络教学中使用的关键虚拟现实技术包括桌面式、沉浸式、叠加式、分布式。桌面式虚拟现实技术是以计算机为基础，通过显示器，采用虚拟现实技术展示物体模型，通过输入设备对物体模型进行360°的操作和浏览，从而实现虚拟世界与现实世界交互和体验的一种技术。沉浸式虚拟现实技术是通过穿戴式设备，为体验者从视觉、听觉、触觉等多感官角度创造一个全新的虚拟环境，从而使其融入虚拟环境中体验逼真的模拟效果。叠加式虚拟现实技术是在沉浸式虚拟现实系统的基础上，通过将显示实际环境的相关数据输入到计算机中，而后以穿透型的头盔显示器为基础，叠加计算机在实际环境的数据基础上虚拟的图像，从而带给体验者虚拟环境的逼真感受。叠加式虚拟显示技术增强了体验者的虚拟感受，其可以真实地按照实际工作需求对虚拟环境中的虚拟物体进行操作，从而完成相关的虚拟体验。在叠加虚拟现实技术上，增强实际的数据传输，将体验者的动作真实地同步到生产环境中，可以借助虚拟现实技术实现生产环境的操作。分布式虚拟现实技术是在其他虚拟现实技术的基础上，借助互联网打造一个丰富、共享的虚拟空间，从而突破上述虚拟现实技术的空间限制，实现世界各地体验者的零距离体验，进行机械类学科的学习与交流。分布式虚拟现实技术将计算机处理、数据存储借助云计算、大数据技术实现分布处理，通过不同地理位置的分布计算机共同协调，从而实现远程协作的教学目的。
三、虚拟现实技术在机械类网络教学中的应用
1.构建机械类网络教学平台的虚拟资源
通过虚拟现实技术，教师可以构建完善、可视化、形象直观的机械类网络虚拟平台资源。学生在课前预习或课后复习时，能够通过该虚拟平台中直观形象的网络虚拟模型，实现对相关机械类理论知识的学习和思考，进而提升自己的空间思考意识和创新能力。首先，通过虚拟现实技术，能够为机械类学科构建虚拟网络教学平台。结合微课的形式，学生在教师的讲解下，对教学模型进行全方位的学习，对机械结构和动作原理进行分析和理解。其次，通过虚拟网络教学平台，可以丰富学习环境。通过各种全新、直观的教学模型，教师可以让学生对新型教学方式产生好奇心，进而对机械类学科的学习呈现浓厚的兴趣，从而在教学平台上与教师和其他学生进行沟通和交流，最终提升教学质量。最后，基于虚拟现实技术的教学平台增强了机械类学科教学的交互性和可视性。学生学习机械理论知识、分析机械结构和动作原理将更加轻松，真正掌握机械类学习的理论知识和内容。
2.构建虚拟现实化的实训网站
基于虚拟现实技术，可以轻松实现DW可视化的网页编辑器，从而让学生轻松地对网络预订的教学模型进行查看、编辑、增强等操作。学生登录到该教学网站，通过自己掌握的理论知识，可以对机械类教学模型进行设计、同步设置、还原等操作，将理论知识应用在虚拟现实中，从而提高学生的交互性学习和实际应用技能。
四、总结
虚拟现实技术论文篇11
一、虚拟现实技术的概述
虚拟现实（VirtualReality，简称VR技术），又称灵境技术，是以浸没感、交互性和感知性为基本特征的计算机高级人机界面[1]。虚拟现实系统的核心设备仍然是计算机，即通过计算机图形构成的三维数字模型，以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，并通过头盔显示器(HMD)、数据手套等辅助传感设备，给用户提供一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，使用者可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。
作为尖端科技，虚拟现实综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和传感技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统。虚拟现实技术的应用前景十分广阔，已广泛应用于工业、模拟军事演习、工程、教育、医学、字化酒店、商品展示、娱乐等领域，也同样适用于网络会展。
二、虚拟现实技术在会展业中的应用现状
随着迅速发展的虚拟现实技术与计算机多媒体展示技术的结合，在展览方面也不断涌现出一些结合虚拟现实技术的网络会展。如今国外的虚拟会展业已经十分成熟，如著名的德国汉诺威展，在网络上运用虚拟现实技术建立三维立体的展示系统；国外一些城市宣传也开始采用虚拟现实技术，如网上新加坡、虚拟庞贝古城、虚拟巴黎圣母院等，运用三维虚拟现实技术展示一些有价值的文物、展品和三维场景，使用户能够通过Internet远程连接去体验。
国内的虚拟会展目前还基本属于界面包装，主要通过二维平面静态地网页展示，如中国茶叶博览会，采用虚拟现实技术对茶具和茶文化进行网上浏览，还有虚拟现实环球网站（www．vwww．com）利用虚拟现实技术进行网上展销；再如武汉国际机电博览会，采用网上虚拟武博会和武博会同期开幕，未到展会现场的客户通过点击该网站，就可像亲赴现场一样，可在场馆内每一个展位前流连，任意观看各种产品，了解它们的性能和用途，甚至突破实际参观过程中的限制，深入了解展品的内部结构，浏览武博会的即时信息。
虚拟展览系统按其表现形式可分为三类：①运用图文声像以及环视图展示物品和场景。这类系统因表现形式的局限，不能更生动、更全面的展示。②单纯的三维场景展示，用户可以随意漫游，但只提供展览会的表面形式，不提供展览内容与展览场景的关联。③既提供三维场景，也提供实际展览内容，并与三维场景结合在一起[3]。
三、基于虚拟现实技术的网络会展发展的展望
在综合考虑现有技术条件及未来虚拟现实技术发展前景的情况下，网络会展的发展将会呈现出两种模式，即现阶段的实物会展+网络会展+电子商务模式和未来的实物会展+网络会展模式，具体理念如下：
（一）实物会展+网络会展+电子商务模式
网络会展作为会展业一种新的发展形势，有着广阔的发展前景。但目前网络会展还只是实物会展的补充和配角，网络会展只有作为实体展览的辅助，才能逐渐地被人们认识而发展起来。免费论文，虚拟现实技术。就目前情况而言，线上展会和线下展会二者可相互补充，二者有机融合会相得益彰的。当然双方会有部分重叠，但不可轻言取代，否则就是昏了头了，若干年后或许会的，但至少目前不会。因此，我们不能夸大网络技术的作用，基于传统会展的传统优势，传统会展仍然起着主导作用。免费论文，虚拟现实技术。同时，随着会展业的蓬勃发展，促进了电子商务技术向会展业的渗透，在某种程度上弥补了网络会展技术的不足，促进着网络会展的发展。
总之，在目前甚至今后相当长的一段时间内，我国会展将遵循实物会展+网络会展+电子商务模式，即充分利用电子商务技术大力发展网络会展，实物会展和网络会展并举，实物会展结束后，网络会展作为实物会展的延伸和补充，继续实行“永不落幕的会展”，并不断更新、丰富和完善，使实物会展和网络会展相互促进，共同发展壮大。
（二）实物会展+网络会展模式
由于网络展会的模式模糊和传统展会的主导地位，中国会展业进入网络时代还有很长的一段路要走。但从长远来看，网上会展前景不可限量，随着虚拟现实技术的进一步发展，必将成为现代展览业的重要组成部分，必将代替部分实物会展，从而实现实物会展和网络会展并存的局面，这是一种必然的趋势。免费论文，虚拟现实技术。免费论文，虚拟现实技术。因为网上会展有不受时空限制、节省展览交易成本等优势，很多商品和服务都适合在网上进行展览和销售。如网络图书展就有绝对优势，因为图书没有过多的质地的要求、尺寸的要求，在网上看到的这本书和书店买到的书几乎没有差别。另外，从目前网络交易的商品清单看，网络交易的对象正从数码产品迅速扩展到服装、电器、日用品、玩具、个人护理品等众多产品，而这些产品正是我国制造的优势所在，也是目前办展频率最高的产品。免费论文，虚拟现实技术。这些产品将来都可以作为网络会展展示的对象，市场前景好。免费论文，虚拟现实技术。
此外，会展业的发展与土地资源供给瓶颈的矛盾已见端倪。政府不可能无止境的耗费大量土地进行场馆建设，同时场馆建设投入大、周期长、风险大，而在互联网上建立虚拟展馆，举办网络展览却可以节省大量时间和金钱，大大提高展会的效益。可见，我们既要看到目前实物会展的优势，也要前瞻性的看到网络会展的优势，尤其是网络会展的后发优势和趋势，为大力发展网络会展，共创低碳会展经济做好一切准备。
参考文献
[1]刘伟.基于虚拟现实技术的企业展项的设计[J].现代电子技术，2009（24）：49.
[2]许亚丹，王野.网络会展的传播与经济比较[J].当代传播，2006（5）：66.
虚拟现实技术论文篇12
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)31-
Explore the Training System Development Model Based on Virtual Reality Technology
GAO Ben-cai, LIU Guang-ran
(Tianjin University of Technology and Education, School of Information Technology and Engineering, Tianjin 300222, China)
Abstract: Compared to formerly any time,Nowadays,China all needs the high quality technical worker who grasps each skill. Compared with the developed country The Chinese mechanic population as well as the intermediate and senior mechanic's proportion has already a very big disparity, this does not tally extremely with the Chinese high speed development financial circumstance, The traditional mechanic education has not been able to complete the such huge education project. This article will discusses the new training pattern based on the virtual reality technology --- Virtual Training, Analyzes the sole superiority which the virtual reality technology has and pour it into the mechanic development as formidable propelling force, elaborated the virtual training system performance history and attempts to summarize the development pattern. Hoping this article can provide the model for the correlation personnel, provide the powerful talented person safeguard to maintains the high speed development for the Chinese economy.
Key words: virtual Reality; skills training; virtual training; mechanic
在当今中国,技工教育受到全社会的高度重视,知识、技能和创造得到了充分的尊重和发挥,一个有利于技工教育发展的良好氛围正在形成。
随着经济全球化进程的加快,21世纪的中国已经成为全世界的制造中心,我国要想扮演好这个世界制造中心的角色,一大批高素质技术工人必不可少。现代产品的更新换代的周期已经完全的颠覆了一些人所能够承受时间概念高科技产品更是源源不断的推陈出新。传统的技工培训模式已经不能挑起这么艰巨的任务,亟待开发新的培训模式。
诸多难题阻碍着现代技工教育的发展,至今技工学校还没有走出一条适合中国国情的发展道路。我想基于虚拟现实技术的虚拟培训或许可以解决难题实现破冰,推动技工教育的良好的发展。
1 虚拟现实概念及特征
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是1989年美国的J.Lanier(后来曾是专做VR产品的VPL公司董事长)提出的,国内也有人译为“灵境”,国外与虚拟现实同类的术语,还有虚拟环境、人工现实及电脑空间等。
虚拟现实有三个突出的特征:沉浸性、交互性、构想性。
2 桌面虚拟现实与虚拟培训
桌面虚拟现实(Desktop Virtual Reality,DVR)主要是在个人计算机和低级别的工作站上进行环境仿真,依靠计算机的屏幕提供给用户一个虚拟的平台,运用虚拟现实的输入设备实现与虚拟世界场景之间的交互。
虚拟现实技术是利用计算机生成极为逼真的环境,通过生动的视觉、听觉、触觉等效果以及随参与者的动作而变化的场景使人获得身临其境的感觉。现阶段由于完全的虚拟现实系统价格昂贵目前只用于科学研究,其中基于虚拟现实技术的培训(简称虚拟培训)采用增强现实的虚拟现实系统(也称桌面虚拟现实)改变了原有的培训方式,为用户提供一个直观、友好的图形化培训环境,适应社会需求。使得用户在计算机提供的逼真的三维虚拟环境中熟练掌握某一装置或某一系统的操作使用方法。大大减少了技工培训中的各种资源的消耗提高了培训质量和培训效率,有助于实现对于危险作业或不具备试验条件的高级培训。
3 职业技能培训
职业技能培训是现代经济增长的不竭动力。著名经济学家舒尔茨在考察经济增长的主要原因时指出:对人力资本的投资是最重要的生产性投资,也是经济增长不竭的动力。根据人力资本理论,人力资本比物质、货币等资本要素具有更大的增值空间,因为作为“活资本”的人力资本,具有创新性、创造性,具有有效配置资源、调整企业发展战略等市场应变能力。因此,职业技能培训是人力资本投资的一个组成部分,而且职业技能培训是实现终身教育,建设学习型组织的主要教育形式,其良性发展能满足社会经济发展对高素质、技能型人才的需要,必然对GDP增长带来更高的贡献率。
4 虚拟培训系统的开发过程模式探究与设计实例
虚拟培训系统是利用虚拟现实技术生成的一类适于进行教育培训的虚拟环境,它可以是某一现实世界培训基地或设施的真实再现,也可以是虚拟构想的世界。受训人员通过与虚拟环境进行交互获得经验达到学习和培训的目的。
4.1 虚拟培训系统的开发模式
在中国知网上以虚拟培训系统开发模式为检索词分别以题名和全文项进行精确查找,查找结果都是没有相关的文献资料,通过阅读虚拟培训系统的相关论文资料后也没有发现关于虚拟培训系统开发模式的有关论述。通过阅读虚拟培训系统的相关文献,比较各种虚拟培训系统的开发过程,结合本人实际的设计经验总结归纳出虚拟培训系统开发模式。如图1所示。
虚拟培训系统的开发过程大致分为四个阶段:首先,对将要开发的课程进行系统分析,其中包括对学习内容的分析判断虚拟培训系统是不是内容表现的最佳选择。如果可行就要继续将学习内容进行必要的分解分成若干的模块和单元,这样有利于将复杂的任务简单化使整个任务比较容易的得以实现;另外要对学习任务进行分析即通过培训要求学习者掌握的知识经验的总和并为接下来的教学策略的选择提供支持,在这项工作中还需要明确学习者要掌握预期的知识经验需要学习的各种理论知识、动作要领、技能流程以及必须完成的操作练习。其次,同时进行3D图像建模与交互的设计与实现两个阶段的工作。这两个阶段也是系统开发的两条主线,在3D图像建模阶段依据前期的素材的准备运用3D建模工具开发虚拟学习环境。这个阶段是整个开发过程中工作量最繁重的一个阶段,需要开发人员熟练掌握3D建模工具,通过反复细致的设计修改才能开发出逼真的虚拟环境。要根据学习者的特征(不同群体适应不同的交互方式)依据相关的交互理论运用恰当的交互工具科学合理的进行设计与实现。交互的设计与实现阶段要特别的引起重视,因为大部分学习任务的完成都有赖于系统的交互功能,交互设计的好坏与最终的学习效果有着直接的联系。最后,是系统的合成与调试,这一阶段能够保证系统顺利的得以实现并应用在教学中。在该阶段中包括了将必要的教学策略、理论知识以及一些必要的文字说明嵌入到系统中使它真正成为一个用于教学的工具。在调试是比较繁杂的工作,需要我们有足够的耐心和精益求精的精神通过不断的发现问题解决问题使系统不断的得到完善保证系统发挥最大的作用。
4.2 虚拟现实系统的设计实例
4.2.1 案例简介
数控机床是技工培训中的重要课程,由于数控技术较为复杂所以学习难度比较大,学员往往要用很长的时间来了解数控机床的工作原理之后才能够进入现场实际操练或是根本找不到相应的设备操练。我们设想开发这样一个虚拟训练系统使学员能够利用电脑实现理论与实践相结合,通过使用这么一个系统学员能够掌握数控技术的基本理论知识、数控机床的组成及工作原理、基本的操作练习。让学员在进入实训现场之前形成必要的知识经验的准备,增强训练的针对性提高培训效率。
4.2.2 设计构想
该虚拟训练系统首先呈现出的是数控技术的基础知识和数控机床的工作原理,此处用带有碰撞的行走动画来表现。围绕数控机床的工作程序来设计活动和交互,在给出零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后学员被要求编制出零件加工的数控程序单。对于形状复杂的零件,学员可以在计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计;编好的数控程序学员会被要求输入到数控装置的一种存储载体上,用动画形式抽象表现数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理,输出各种控制信息和指令给驱动装置,经功率放大后按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件;再用动画显示位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动;学员在呈现的辅助控制操纵界面中按下按钮后随之会发生相应的变化比如刀具的转换、指令交换工件和机床部件的松开、夹紧等动作。在以上几个步骤中适时现实必要的文字补充材料以便于学员理解。
4.2.3 技术实现
本系统的开发工作主要集中在虚拟场景建模、虚拟动画的制作以及交互的设计与实现三个环节。
在建模方面,3DSMAX的建模功能是非常强大的完全能够满足桌面虚拟现实系统的建模需求。在虚拟动画的制作方面,可以用普通的动画制作软件如flash等。但是这样就存在一个不同格式文件相融合的问题,如果直接用3DSMAX制作的话相对来说会比较容易。在交互方面,较为简单的交互可以将MAX格式转换成VRML格式通过VRML内部的交互传感器来实现。在一些较为复杂的交互实现上编程语言更具优势,但是难度也是很大的。有很多交互我们根据学习任务要进行设计的但是实现起来难度很大,我们就要灵活掌握通过对能够实现的交互功能进行有限的组合达到预期的效果。在交互的设计实现过程中还要重点关注的一个问题就是有效的教学设计的使用。
5 结束语
全文主要探讨了虚拟现实技术应用于技工技能培训的新模式,介绍了虚拟培训系统的开发过程,至于具体的应用于技工教育的虚拟培训系统(软件)的设计和开发我们正在进行进一步的研究。
参考文献:
[1] 宋达.虚拟现实技术在教育领域中的应用与设计[硕士学位论文].长春:东北师范大学,2005.
[2] 薛瑞华.腹腔镜手术虚拟现实训练软件开发研究[硕士学位论文].济南:山东大学,,2005.
[3] 历俊丰.数控切割机虚拟训练系统研究[硕士学位论文].哈尔滨:东北林业大学,2007.
[4] 徐颖.新公共管理背景下的职业技能培训体系改进的研究:[硕士学位论文].上海:上海交通大学,2007.6
[5] Andies van Dam,Andrew S.forsberg et.al. Immersive VR for Scientific Visualization:A Progress Peport[R].IEEE Computer Graphics and Applications 2000.11.27
[6] 尹晓.虚拟培训技术在石油工业中的应用研究:[硕士学位论文].大庆:大庆石油学院,2006.
[7] 段新昱.虚拟现实基础与VRML编程[M].高等教育出版社,2004:1-2,53-59.
