虚拟技术的发展现状篇1

一、引言

在信息技术发展的今天,人们的交流越来越多的依靠网络、广播、电视等媒体得到相关的信息资料,但是这些媒体提供的信息往往是经过抽象的,在很大程度上人们不能及时有效的进行理解吸收,解决这一问题人们只能借助于实物模型,但随着计算机技术的迅猛发展,使得人与计算机的交互成为可能,虚拟现实(vr)技术就是借助于这个基础上实现了人机交互,操作者可以通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等工具与计算机间的交互,真正成为虚拟环境中的一员,较真实的感知和操作虚拟世界中的各种对象,达到理解和掌握知识、为生产生活服务的目的。

二、虚拟现实技术简介

虚拟现实(简称vr),又称灵境技术, 是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。它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、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“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,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。

计算机技术的迅速发展为我们提供了许多解决问题的新方法。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,目前虚拟现实系统的研究现状主要涉及到三个研究领域:依靠计算机图形方式建立实时的三维视觉效果、构建对虚拟世界的观察界面和使用虚拟现实技术加强其在现实世界中的应用。

三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术

从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。

（一）多感知性

所谓多感知性就是指导包括视觉感知外, 还包括听觉、力觉、触觉和运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。

（二）存在感

又称临场感,它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。

（三）交互性

它是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。

（四）自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等五个方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据, 并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。而三维图形的生成技术关键是如何实现“实时”生成。立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。

四、当今虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术的应用前景十分广阔。目前在娱乐、教育及艺术领域的应用占据主流,其次是军事与航空、医学领域,机器人和商业领域都占有一定比例,另外在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。

（一）娱乐、艺术与教育领域

丰富的感觉能力与3d显示环境使得vr 成为理想的视频游戏工具。如chicago(芝加哥) 开放了关于3025 年的一场未来战争的世界上第一台大型可供多人使用的vr娱乐系统;1992年的一台称为“legealqust”的系统由于增加了人工智能功能,使计算机具备了自学习功能,大大增强了趣味性及难度,使该系统获该年度vr 产品奖。

作为传输显示信息的媒体,vr所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术,提高了艺术表现能力。

（二）军事与航天工业领域

模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题,这为vr提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局darpa自80年代起一直致力于研究称为sim net的虚拟战场系统,以提供坦克协同训练,该系统可联结200多台模拟器。另外利用vr技术,可模拟零重力环境,以代替现在非标准的水下训练宇航员的方法。

（三） 医学领域

vr在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中,可以建立虚拟的人体模型,借助于跟踪球、hmd、感觉手套,学员们可以很容易了解人体内部各器官结构,这比现有的采用教科书的方式要有效得多。

pieper及satara等研究者在90年代初基于两个sgi工作站建立了一个虚拟外科手术训练器,用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯,虚拟的外科工具(如手术刀、注射器、手术钳等),虚拟的人体模型与器官等。借助于hmd及感觉手套,使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。

另外,在远距离遥控外科手术,复杂手术的计划安排,手术过程的信息指导,手术后果预测及改善残疾人生恬状况,乃至新型药物的研制等方面,vr技术都有十分重要的意义。

（四）管理工程领域

vr 在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如设计一新型建筑物时,可以在建筑物动工之前用vr技术显示一下;当财政发生危机时,可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据以寻找对策等等。

以上仅列出虚拟现实的部分应用前景,可以预见,在不久的将来,虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯, 并将深入到人们的日常工作与生活。

五、虚拟现实技术的进一步展望

虚拟技术的发展现状篇2

中图分类号：F061.3　文献标识码：A　文章编号：1672-3198(2009)02-0279-02

1　虚拟现实

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”(Artifi- cial Reality)、“遥在”(Telepresence)、“虚拟环境”(Virtual Environment)、“赛博空间”(Cyberspace)等等。

2　国外虚拟现实技术研究现状

计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。

2.1　VR技术在美国的研究现状

美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

上世纪80年代，美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局Ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”(VPE)的实验计划。现NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行VR研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在VR领域主要从事利用VRT建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于VR使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。

图形图像处理技术和传感器技术是以上VR项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。

2.2　VR技术在欧洲的研究现状

在欧洲，英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国Bristol公司发现，VR应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国ARRL公司关于远地呈现的研究实验，主要包括VR重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。

欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了VR的研究与应用。

瑞典的DIVE分布式虚拟交互环境，是一个基于Unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。

荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室(TNO- PEL)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。

德国在VR的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。

2008年10月27-29日在法国举行的ACM Symposi- um on Virtual Reality Software and Technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。

2.3　VR技术在日本的研究现状

日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。

在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SpmAR NEC公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理CAD中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、Y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。

3　国内虚拟现实技术研究现状

在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR，建立虚拟环境!虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。

北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及

实现方法。

清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR制；浙江大学CAD＆CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。

4　虚拟现实技术的发展趋势

随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面应用的不断深入，在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面，对虚拟现实技术都提出来更高的需求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实相关技术研究遵循“低成本、高性能”原则取得了快速发展，表现出一些新的特点和发展趋势。主要表现在以下方面：

(1)动态环境建模技术。

虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。

(2)实时三维图形生成和显示技术。

三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。

(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。

虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感，但在实际应用中，它们的效果并不好，并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式，会有效地提高虚拟现实的交互性效果。

(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。

网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象(实体)之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前，分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点，相继推出了相关标准，在国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要额网络平台和软硬件基础环境。

虚拟技术的发展现状篇3

虚拟制造（Virtual Manufacture) 出现于上世纪90年代，是以计算机软硬件技术及网络技术的迅速发展为基础的一种全新的制造体系和模式。作为一种先进的制造模式，虚拟制造的应用范围必然会不断扩大，给更多的企业带来更大的收益。

一、虚拟制造的基本原理

所谓“虚拟”，是相对于实物产品的实际制造系统而言，强调的是制造系统运行过程的计算机化。虚拟制造涉及到多个学科领域，是对制造过程中的各个环节，包括产品的设计、加工、装配，乃至企业的生产组织管理与调度进行统一建模，形成一个可运行的虚拟制造环境。虚拟制造是数字化形式的广义制造系统，不仅包括了产品的设计加工、装配，还包含了对企业生产活动的组织与控制，是对实际制造过程的动态模拟，其企业管理模式基于Intranet或Internet,整个制造活动具有高度的并行性。

虚拟制造可分为三类：以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。以设计为中心的虚拟制造强调以统一的制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真与分析、优化，以获得对产品的设计评估与性能预测结果；以生产为中心的虚拟制造是在企业资源的约束条件下，对不同的加工过程及组合进行优化，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策；以控制为中心的虚拟制造是将仿真技术引入控制模型，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制。

二、虚拟制造技术的发展现状

虚拟制造在工业发达国家，如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用，美国处于国际研究的前沿。1983年美国国家标准局提出了“虚拟制造单元”的报告；1993年爱荷华大学的报告“制造技术的虚拟环境”中提出了建立支持虚拟制造的环境；1995年美国标准与技术研究所的报告“国家先进制造实验台的概念设计计划”，强调了分散的、多节点的分散虚拟制造（DVM），即虚拟企业的概念。美国已经从虚拟制造的环境和虚拟现实技术、信息系统、仿真和控制、虚拟企业等方面进行了系统的研究和开发，多数单元技术已经进入实验和完善的阶段。

我国在虚拟制造技术方面的研究只是刚刚起步，其研究也多数是在原先的CAD／CAE／CAM和仿真技术等基础上进行的，目前主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段，系统的研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和与国内环境的结合上。当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情的产品三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真，主要是研究生成可信度高的虚拟样机，在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性。我国在虚拟现实技术、建模技术、仿真技术、信息技术、应用网络技术等单元技术等方面的研究都很活跃，但研究的进展和研究的深度还属于初期阶段，与国际的研究水平尚有很大的差距，多集中于高等院校和少量的研究院所，没有形成产业化。

三、虚拟制造技术在我国的发展策略

1.制约我国虚拟制造技术发展的因素

在市场竞争的推动下，先进制造技术发展十分迅速，但是虚拟制造技术并非仅限于纯技术范围，它是对传统制造方式的全面变革，会带来企业组织结构、管理方式等多方面的变革。从我国目前的情况看，企业科研经费紧缺、科研力量分散、人才流失严重等都制约着我国虚拟制造业的发展。

2.虚拟制造技术在我国的发展策略

基于当前情况，我国应以企业需求为出发点，大力推广并行工程、敏捷制造等思想和技术，为虚拟制造技术的实现提供坚实的基础。政府方面，应发挥政府的协调职能，组织企业和科研部门进行多方面、多层次的合作，加强科研成果的应用推广，组织多学科、跨地区的科研力量共同攻关，从宏观上加强对虚拟制造技术的指导，尽早制定出符合我国国情的发展计划。企业方面，应根据企业实际需求，解决实际问题，力争尽快创造效益，以形成良性循环，促进研究工作的进一步开展。充分利用信息技术、网络技术、计算机技术对现实研究活动中的人、物、信息及研究过程进行全面的集成，通过协同工作缩短科研周期，增强科技成果的竞争力。

3.虚拟制造技术在我国的应用方法

企业要实现虚拟制造，应分阶段逐步进行，而不能随意超越。首先，要建立企业网和工程数据库，初步实现CAD、CAPP、CAM功能；第二，进行信息集成，推行PDM技术、特征建模技术，形成CAD、CAPP、CAM的集成系统；第三，在设计、工艺、制造部门建立统一的产品模型，初步实现并行工程，进一步将MIS、MRPII与CAD/CAM系统进行集成，实现整个企业内部的信息集成，全面实现并行工程；第四，在上述工作的基础上，对企业内的生产、经营等多方面的活动进行建模、仿真，实现虚拟制造。

综上所述，发展我国虚拟制造技术应以企业的需求为动力，通过政府协调，积极开展成组技术、准时化生产技术及并行工程的研究与应用，利用工业工程思想和分布式网络化研究，组织各地区的科研力量集中突破与虚拟制造技术密切相关技术，为虚拟制造功能的实现提供有力支撑。

参考文献:

[1]杨卫东:试论中国虚拟制造技术发展战略[J].农业与经济,2004年4月

虚拟技术的发展现状篇4

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0123-01

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）也称灵境技术。虚拟现实是就是利用计算机生成一个关于视觉、听觉、触觉等感官的三维空间的虚拟世界，让参与者身临其境一般，产生沉浸感。

VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它利用计算机模拟产生逼真的三维空间，以人们习惯的能力和方法，对这个虚拟世界进行客观的观察、体验、控制甚至分析，让使用者通感应装置，自然地参与到虚拟环境中，进行逼真体验，与之交互。简单的说，虚拟现实并不是真实的环境，更不是现实世界，而是人们利用计算机把抽象、复杂的计算机数据表现为他们所熟悉的、直观的可以交互的高级人机接口。

1、虚拟现实技术的重要特征

VR 技术最初起源于20 世纪中期的美国，发展到现在仍然处于探索阶段。由于其发展所依托软硬件环境和研究方向及其应用领域的不同，人们对它的理解也不尽相同。

VR 技术始终以其三个重要特征而发展，即沉浸感（Illusion of Immersion）、交互性（Interactivity）和构想（Imagination）。沉浸感，是指利用计算机产生一个虚拟的三维环境，能通过看、听、嗅、触等感知到虚拟环境中的真实状况，入在其中，身临其境。交互性，是指参与者能够自主地与虚拟环境中的对象进行操作、感知和互动。就如同人们在现实中抓取物体的感觉，可以判断出物体的重量、形状甚至运动状态等。构想，是指参与者通过虚拟环境中的运动状态或程度，可以启发人们对事物的学习、认识甚至创新。构想注重思维发散与创新，拓展视野，真实环境再现，甚至可以构想客观上根本不可能存在的环境。

2、虚拟现实的研究内容和关键技术

虚拟现实是多种学科技术的综合，具体涉及计算机图形技术、人工智能、仿真学等领域，是通过计算机软硬件以及传感器，构建一个使参与者获得身临其境的逼真感。其研究内容主要有以下几个方面：

2.1 动态环境建模技术

虚拟环境的建立是VR技术的基础理论，更是核心内容，动态环境建模技术的目的在于获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立与之相适应的虚拟环境模型。

2.2 实时三维图形生成和显示伎术

目前，三维图形的生成技术已经比较成熟，而虚拟现实的关键是“实时生成”。基于实时目的的关键性，计算机图形的刷新频率就显得尤为重要，其刷新频率起码高于30帧/秒。为此，在不影响图形质量和复杂程度的基础上，提高刷新频率将是未来我们主要的研究内容。除此之外，VR 还依赖于立体显示和传感器技术的发展，目前的计算机设备还不能有效满足VR技术的发展需要，因此开发更高技术的三维图形生成、显示技术是关键。

2.3 新型交互设备的研制

虚拟现实能够实现人们与虚拟环境中的对象进行随心所欲的交互，如入其境。所依赖的设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。为此，新型交互设备的研制是未来研究虚拟现实技术的重要方向。

2.4 应用系统开发工具

VR应用的关键是如何发挥想象力和创造性。尤其，选择合适的应用对象，可以有效提高工作效率，优化产品质量，可谓事半功倍。因此，人们研究了VR系统开发平台、分布式VR技术等开发工具。

2.5 系统集成技术

由于VR系统中包含大量的感知信息和数据模型，为此，系统集成技术对虚拟现实的发展起着至关重要的作用。集成技术包括信息同步、模型标定、数据转换、数据管理模型、识别与合成等等技术。

3、VR技术的发展及其应用前景

虚拟现实概念起源于60年代，到80年代逐步兴起，90年代产品问世。目前，虚拟现实技术的应用涉及航天、军事、通信、医疗、教育、娱乐、图形、建筑和商业等各个领域。

VR技术在医学方面的应用具有极其重要的现实意义。该技术可用于虚拟实验室的解剖教学、复杂手术模拟与规划。另外，在远距离遥控就诊，医疗手术的统筹安排以及具体手术中的信息指导和结果预测，甚至新型药物研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。

在航天航空方面，VR技术的作用也非常突出。例如，在航天飞行过程中，失重是最大的障碍和困难，由于物体在失重情况下运动轨迹或状态难以预测，因此解决驾驭失重状态下的物体的运动状态是一个重要课题。为了逼真地模拟太空中的情景，美国航天局NASA在“哈勃太空望远镜的修复和维护”计划中采用了VR仿真训练技术。

在军事领域中，VR技术应用可以模拟军事演习，可用来训练坦克、直升机和进行军事演习，利用无线电通信和声音来加强真实感，以及训练部队之间的协同作战能力等。

在三维游戏中，虚拟现实技术得到了广泛应用，同时，三维游戏的快速发展也为虚拟现实技术的提升起了巨大的支撑和牵引作用。由于BS模式的三维游戏所特有的实时性和交互性，需要在游戏中进一步提高、加强逼真性和沉浸感。 目前，在三维游戏中，尽管虚拟现实技术的应用还有很多技术难题，但是它在三维游戏领域的应用越来越广泛。

4、结语

虚拟现实是一种穿越时空，将难以实体展现在人们面前的事物或对象，通过计算机等高科技手段，让我们可以看、听、嗅、触，并与之互动的技术。其本质是人与计算机的通信技术，涉及领域广泛，是未来社会发展重要学科技术。

虚拟现实技术正逐步向实用方向发展，同时也向世界展示了其广阔的应用前景。随着计算机技术的进一步发展，凭借虚拟现实技术的神奇作用和广阔前景，未来，虚拟现实将会进入千家万户，成为人们生活不可或缺的重要组成部分。

参考文献

[1]曾芬芳.虚拟现实技术.上海交通大学出版社，1997.

虚拟技术的发展现状篇5

中图分类号：TP391.9 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2017）009-0-01

计算机行业的高速发展促使了虚拟现实技术的不断成长。虚拟现实技术作为当前时期较为先进的实现数字化人机交互感受的技术，以其特有的沉浸性、交互性和构想性给予使用者一种身临其境的信息交流方式。

一、虚拟现实技术简介

虚拟现实（virtual reality，简称VR），主要是借助计算机仿真及传感器技术形成一个三维环境，利用传感器和眼球追踪技术及各类算法实现人机交互，它通过试、听、触等感知行为使用户享受沉浸式体验。该技术将计算机图形学、传感技术、仿真及人工智能、多媒体技术以及数字图像处理技术等多项技术融为一体，可以对人的操作及活动作出相对准确、及时的反应，使人们可以参与到虚拟世界中，去深度体验与虚拟世界的互动。

二、“虚拟现实+”的行业应用

虚拟现实技术作为下一代计算平台，商业化空间巨大。它不单单是一个独立的产业，更是能与传统产业相融合并产生社会变革的巨大动力。随着虚拟现实应用场景层出不穷，虚拟现实有望颠覆众多行业，形成“虚拟现实+各行各业”的趋势。

1.“虚拟现实+“游戏

通过虚拟现实技术呈现出来的游戏场景是360度并且三维立体的，并且在声学、触觉和嗅觉上实现一体化带入，使用户有更强的临场感。近年来游戏行业增速逐步放缓，尤其是偏向端游重度娱乐的游戏有逐步淡出市场的趋势，VR虚拟现实的出现，为端游、页游的发展带来新的契机。

2.“虚拟现实+”教育

VR教育突破了传统教育的限制，能够使知识更加形象。教育行业利用信息体验化来推进体验式教学，提高学生的学习效率和积极性，同时以个体差异化教育体验的方式达到了因材施教的目的。另外，VR打破了时空限制，能够更加公平合理地分配教育资源。

3.“虚拟现实+”医学

虚拟现实技术在医学方面的应用有着十分重要的现实意义。我们可以在虚拟环境中，借助于跟踪球、HMD、感觉手套等对人体的内部结构有更清晰的认识。外科医生在动手术前，也可以通过虚拟现实技术的帮助，在显示器上进行模拟手术，在寻求最佳手术方案的同时降低了实际手术的风险。

此外，虚拟现实技术还在军事航天、房地产开发、数字地球、工业仿真、文物保护、应急演练等方面均有所应用。

三、虚拟现实技术的发展现状

虚拟现实技术的概念最早是由美国人提出的，后来美国宇航局利用液晶显示电视和其它设备，开始研制低成本的虚拟现实系统，对虚拟现实技术的硬件发展有一定的推动作用。现在虚拟现实技术虽然获得较大发展，但仍处于初级阶段。

我国虚拟现实技术研究起步较晚，但令人欣慰的是，一批国际人才带着全球最前沿的技术回到国内，推动虚拟现实产业在中国的发展。他们利用自身的优势，再借助国家政策支持，整合并导入了全球优质产业链资源，使中国在虚拟现实产业做出了人骄傲的成绩。我们的产品和技术开始追赶全球的国际巨头，产业发展规模位居世界前列。同时，多元领域的商业模式探索、充满活力的生态系统，让中国率先创建了产业化道路。

VR技术在面临重大发展机遇的同时，也面临着极为严峻的挑战，主要有以下三个方面：

1.行业标准缺失。当前VR创业十分流行，各家VR产品之间没有共同的行业标准，导致产业链协同的边际成本很高，制约着VR产业生态的发展。

2.硬件有待提升。VR技术的硬件设备普遍存在使用不便、效果不佳的情况，难以达到虚拟现实系统的要求。

3.优质内容短缺。随着VR产业的蓬勃发展，简单制作的VR视频已经无法满足使用者的需求。

四、虚拟现实技术的发展趋势

随着各项技术的不断成熟，VR产业正在或即将进入一个大好的发展时期。在未来几年里，在秉着“低成本，高性能”的原则下，VR产业发展预计将呈现以下趋势：一是VR内容制作市场需求大、门槛低，将成为业内新的发力点；二是随着VR硬件设备产量稳步攀升，线下体验、广告宣传和网络传播将助推VR产业加速落地；三是PC端VR是短期主流，随着手机的普及，移动VR 的应用前景好于PC端；四是各国互联网和电商巨头正进行大规模布局，预计马上就可以迎来VR产业的规模化发展。

参考文献：

虚拟技术的发展现状篇6

引言

现阶段,虚拟化技术被广泛应用,其在解决企业发展过程中遇到的IT环境欠佳以及服务器整体投资较大等问题方面作用明显。在虚拟化技术广泛应用的背景条件下,加强虚拟化环境下的网络安全监控被极大程度地重视,而这也是本文讨论与阐述的重点内容。

1虚拟化技术的概述

虚拟化技术属于云计算技术,整体来看该技术占据核心主导地位,先进性明显。虚拟化技术的出现,很好地解决了计算机硬件资源不足的窘况,并且随着技术的不断发展与完善,虚拟化技术安全可靠,利用率高的特点使得服务器的应用水平进一步提升,服务效果得到改善。现阶段,虚拟化技术主要被分为三个方面,即完全虚拟、部分虚拟和操作系统虚拟。而根据抽象层次的差异性,虚拟技术又可以被分为硬件级、指令级、编程语言级、操作系统级和运行库级五个层面。五个层面存在差异性,但是本质上都是对资源进行合理分配,以供上层使用。

2虚拟化环境下的网络安全监控技术应用现状

现阶段,虚拟化环境下网络安全监控技术的应用被广泛接受与重视,随着使用程度的不断深入,网络中的数据信息量不断增大,重要等级不断提升,伴随网络系统功能性与便利性的提高,也出现了一些能够威胁数据信息安全的系统因素。传统的网络安全监控技术更新较慢,自适应能力不足,很难过滤或防御如今的威胁因素,因此使得网络安全监控技术形同虚设,不能起到良好地安全监控作用。虚拟化环境下网络安全监控技术的应用,很好地解决了传统网络安全监控技术的不足,强大的信息数据分析能力,使得虚拟化环境下网络安全监控技术能够自适应用户,从而不断提高对网络威胁的过滤与防御水平,防火墙、入侵检测技术等都是基于虚拟化环境下网络安全监控技术的具体应用形式。在进行虚拟化环境下网络安全监控技术的应用设计时,要遵循安全性与有效性原则,防止虚拟管理器自身出现漏洞或受到外界攻击的基础。具体区分,可以将虚拟化环境下网络安全监控技术的应用分成内部与外部两个方面。其中内部监控主要是针对内核模块的异常情况,对异常事件进行拦截,虚拟管理器在管理多个虚拟机加载内核时,以此保证绝对的网络安全。外部监控更加强调对虚拟机的合理使用,以提高对异常事件的拦截效果与异常事件的检测效率[1]。

3虚拟化环境下的网络安全监控技术应用问题及对策

现阶段,虚拟化环境下的网络安全监控技术应用存在的问题主要来自于两个方面,即内核可加载模块与应用进程。具体来说,当网络入侵发生时,内核可加载模块被默认为存在状态,入侵程序会对内核的数据与信息进行修改,从而达到改变内核控制流的目的。一般情况下,内核可加载模块的隐藏属性,使用户无法及时发现与察觉其的存在,这也就导致入侵发生时网络安全受到的威胁性提高。在应用进程方面,当网络入侵发生时,应用进程会在网络系统中被感染,从而使得网络系统中出现异常情况,正常行为发生变化。由于网络安全监控工具普遍与被监控对象属于同层次水平,甚至有些被监控对象的使用权限层次水平要高于网络安全监控,一旦这部分程序受到入侵,那么网络安全监控工具将被绕开,无法发挥作用,使得网络系统内部遭受破坏,直接导致网络安全监控的瘫痪失效。为了解决上述问题,提高内核安全,改善内核可加载模块数据信息完整度至关重要,这是由内核在计算机操作系统中的核心地位所决定,也是由内核由代码和数据组成有直接关系。在具体进行虚拟化环境下的网络安全监控技术应用时,要注意通过建立并不断优化完善完整的内核可加载模块保护系统以降低内核不稳定性带来的影响,避免出现内核核心数据被篡改导致的网络安全监控系统失效的情况。再者,多数“恶性”内核可加载模块具有隐藏性,使得其入侵的行为极为隐蔽,其隐藏的途径大致可以概括为先将模块加载至内存中,在保存不卸载的状态下,将自身从内核可加载模块列表中删除,由此制造网络安全监控的盲区,造成网络安全监控系统的真空地带[2]。现阶段,解决这一问题的主要技术方法是交叉视图对比法,该技术也被看做解决内核可加载模块隐藏性的最佳对策。具体使用方法是在虚拟机监控器权限下,对网络安全监控系统中的文件进行访问,以获取不可信内核可加载模块信息列表视图,而可信内核可加载模块信息列表视图即为虚拟机监控器层次视图。在内核模块的创建与卸载操作中,系统会经调用实现资源的获取与分配,这也就证明了虚拟机监控器的拦截作用可以构建层次视图。在此操作下,可以将可信与不可信视图进行交叉对比,以此发现隐藏的内核可加载模块,从而及时发现入侵行为,解除安全威胁,确保网络环境安全,使得网络安全监控技术发挥作用。

4虚拟化环境下的网络安全监控技术应用的创新方向

随着科学技术的不断发展,虚拟化环境下的网络安全监控技术应用也出现了新的研究方向,具体可以分为以下两个方面[3]:4.1实现虚拟化环境下的控制与转发分离实现虚拟化环境下的控制与转发分离,其本质是解耦,即对转发分离架构进行有效控制,并将控制所用到的系统逻辑从网络设备中引出。在此基础上实现的虚拟化环境下的控制与转发分离,反映到网络交换设备运行方面即意味着集中控制器将主要参与到网络地址的学习当中,并最终由网络交换设备实现数据信息的下发至相应路由器。

4.2实现网络安全监控的独立服务

虚拟技术的发展现状篇7

一、美术教育引入虚拟现实技术的可行性分析

其一,虚拟现实技术的发展现状良好。科技革命加速了社会变迁,最突出的表现便是信息技术、网络技术、计算机技术等对人们生活方式及社会形态的影响。在此背景下,传统美术教育亟须改革,以更好地适应和服务时代。当下,国内外虚拟现实技术飞速发展,2016年,虚拟现实技术获得了12亿人民币的巨额资本注入,显示出极好的市场前景。并且,虚拟现实技术在国内教育的研发方面也得到了政府和市场的双重支持,多家企业正在或已将虚拟现实技术推向教育领域,清华大学、北京大学、北京航空航天大学、北京师范大学、西南交通大学、山东大学等多所高校已展开虚拟现实技术的应用研究。可以说,现阶段虚拟现实技术良好的发展势头为其在美术教育中的应用奠定了基础。其二,虚拟现实技术可增效美术教育的空间直感。美术教育具有空间直感的教育特性,②通过二维和三维空间形象的感知与体悟来培养和训练受教育者对美术形态的视觉感受与造型感觉能力。美术教育中的美术形态由线条、色彩、空间构图等组成,具有极强的造型性和视觉性,其细节的精准度决定了艺术表达的完整性。因此,各种美术教育资源的有效性与实在性就成为了美术教育优质化开展的重要环节。然而,当下的美术类纸质书籍因版面限制及印刷、储存等原因,图像部分多存在画面失真的问题。例如,张择端的《清明上河图》长5米有余,绘制千余人畜、车辆、船只等,原作疏密有致、气韵一体、栩栩如生,整体感极强,但在版面受限的纸质书籍中,该画风骨难见一二。相比之下,存储于网络的《清明上河图》高清版本虽不及原作逼真,但较之粗劣的纸质书籍版本,视觉效果堪称优良,在一定程度上提高了作品的原真视觉观感。由此可见,借助高分辨率的摄影、摄像工具,有助于实现美术类作品的高保真效果。然而,通过机械技术手段复制的艺术作品缺失了传统艺术体验的全感知和临场感,其视觉体验并非艺术家直接观察和感知的鲜活艺术体验的再现和表现,③根源在于审美距离的消失与艺术实在感的缺失。虚拟现实技术通过对美术作品及其环境的模拟超越时空和地域的限制,经由三维虚拟环境再现真实场景,使受教育者置身于沉浸式学习状态中,从而在一定程度上实现了美术教育空间直感的最大化。其三,虚拟现实技术有助于美术教育的游戏化。美术教育融审美与教育于一体,游戏是审美活动的源头之一,美术教育的游戏化也正契合了当下认知研究的新方向———“具身认知”,其着力于研究身体与认知的关联性,强调认知与身体在场、临场体验、环境嵌入等的密切关系。区别于传统美术教育单一、枯燥的教学情景和学习方式,虚拟现实技术可以将抽象的文字再现为具象的三维虚拟情景,并提供多情境启发、频繁互动、多感官参与的游戏化体验,具有高效的情感诱导和启迪功能。总之,虚拟现实技术身心一体的“具身认知”功能为美术教育的游戏化提供了可能,可实现美术教育中身体与认知的同时在场,极大地提高了认知的深刻性与丰富性,同时还可激励和启发参与者的想象力与创造力。

二、虚拟现实技术应用于美术教育的具体策略

(一)扩容和提质美术教育资源

视觉形象的优劣直接关系美术教育的成效。美术教育资源的传统载体主要为纸质书籍与电子图片,限于篇幅和设备,不具有艺术作品的临场体验感,二维平面的图像很难展示作品的真实内蕴,在课堂教学中,作品的精妙往往只能靠文字来表述,因此教学效果不佳。对此,原真美术作品可通过虚拟现实技术实现数字化,建立虚拟现实技术美术作品资源库。这样一来,作品不仅效果逼真,而且搜索高效,更为关键的是,其极具沉浸感、交互性的体验可以让受教育者真正进入对作品的欣赏中。由于教学思维的固化以及时空、地域、经济等诸多因素的限制,目前,美术作品正面临流通不畅、呈现困难的问题,传统美术教育资源更新滞后,特别是对当下美术作品的引入较少,一些优质的美术类个人展览、公共性展览、高校毕业展、竞赛作品等很难进入美术教学课堂,而这部分作品恰恰代表着当下美术创作的前沿思维,具有较强的指导和借鉴意义。因此,将这些实时的展览虚拟现实化,能够确保美术教育资源的及时更新。此外,一些优质化课程、名师讲座、学术会议等也都可以通过虚拟现实技术及时引入美术教学中。总之,在数字化语境下,针对美术学科高度重视视觉形象的特点,虚拟现实技术的运用可进一步增强其视觉呈现效果,从而实现美术教育资源的高质化扩容。

(二)打造美术创作虚拟现实技术空间

美术创作是美术教育的重要组成部分,对培养学生的艺术感知力和想象力,提高学生的美术技能等都至关重要。当下,虚拟现实技术就为美术创作开辟了新路径。虚拟现实技术美术创作空间是基于现实美术创作素材、工具、技法等的数字化而成的三维立体创作空间,对美术创作具有重要意义。其一,虚拟现实技术可为体验不同种类的美术创作提供便捷。美术的种类很多,其中的每一种类又可再分,如绘画就包括国画、油画、水彩画、素描画、版画等多个种类,涉及各种各样的工具、材料和技法,同时还要考虑学生的学习精力与经济条件等,因此,体验不同种类的美术创作具有许多实际困难。对此,虚拟现实技术美术创作空间的建立可促进不同类型美术创作间融通与借鉴的便捷化。其二,虚拟现实技术美术创作空间可预演美术创作效果,为创作方案的及时调整与修改提供可能,这对大型雕塑的创作尤为重要。对那些需要大量时间、精力和资金投入的创作来说,有必要在虚拟现实技术美术创作空间中进行预演,这样可实现创作方案的及时调整,避免浪费。其三,虚拟现实技术美术创作空间有利于提升美术创作的视觉呈现效果。在当下的视觉文化时代,针对大众的视觉需求,美术创作可在传统创作方式的基础上充分运用数字化手段,在虚拟现实技术三维立体的创作空间中不断提升美术创作的视觉呈现效果。

(三)增效美术教学实践

虚拟技术的发展现状篇8

中图分类号：TP391.09 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）10-05-03

Application research of virtual reality technology in teaching of chemical experiments

Zhu Yahui1， Yan Yaxing2

（1. Mathematics and Computer Science， Xihua University， Chengdu， Sichuan 610039， China；

2. Chongqing Key Laboratory of Computational Intelligence， Chongqing University of Posts and Telecommunications）

Abstract： The application of virtual experiment spreads widely. The related technologies supporting it become hotspot in the research. The future development trends of the virtual chemistry experiments and virtual reality technology are analyzed in this paper. The theoretical foundations of U-nity3D techniques， the enhancing reality technology and the Kinect somatosensory interactive technology are discussed. Application and development trend of virtual chemistry experiments are introduced. Take the virtual technology fusion method as orientation， simulating real-time environment， the virtual experiments become simplistic， intuitive. Application prospects of virtual reality convergence technology in the field of virtual experiment technology have been proved. The virtual fusion technology is conducive to promoting the development of intelligent virtual chemistry experiments， which is a new starting point for reform of virtual experiments.

Key words： virtual reality； Unity3D； Kinect somatosensory interaction； actual situation fusion； VRML

0 引言

近年来，随着虚拟实验逐渐引入校园，其实现/开发技术不断得到更新和完善，这给虚拟实验教学的应用带来了巨大的便利。虚拟现实技术以它的开放性、仿真性、经济性、可重复使用性、共享性等优点在更多的领域得到应用，对其研究的目的在于利用所有可能的信息技术进行虚拟现实技术的开发，提高虚拟的自然性和高效性[1]。目前人与计算机交互的方式只局限于鼠标和键盘，由于这种技术的单一性阻碍了虚拟现实技术的进一步发展，虚拟实验中输入输出效率之间差距变得越来越大。随着计算机科学技术的快速发展，更高层次的虚拟现实技术理念对虚拟实验提出了更多要求，越来越多的科研人员开始对新的虚拟现实技术的多通道界面展开研究，目前的研究内容主要集中在虚拟现实技术、增强现实技术、体感交互技术相结合的研究。

虚拟现实技术的出现为促进虚拟实验的发展具有重要意义，虚拟现实技术作为新一代的虚拟实验开发技术，可以依靠实时模拟使用者的动作、化学器材和药品的识别以及化学反应变化识别来实现虚拟输入功能。这一特性很好地填补了现有人机交互技术的缺陷，并且促使虚拟现实技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点，而体感交互技术也必将成为未来虚拟现实技术中发展的趋势。

同传统计算机技术相比而言，虚拟现实技术可以实现和多种技术相结合来控制终端，特别是未来的体感交互技术，用这种最自然的方式与终端进行交互的特点，贴近了虚拟实验对自然性的需求，虚拟现实技术对虚拟实验理念的实现起到了重要的推动作用。因此虚拟现实技术在虚拟实验领域中的应用对其今后的发展具有很大的必要性。目前虚拟现实技术存在着各种研究上的难点，如：没有完全对实验环境真实虚拟化，不能避免外界环境的干扰；还不能很好解决实验结果中存在的偏差和不能把握好实验操作的精准度；还不能提供较好的相互协作的学习方式，操作实验模式单一，多人操作实验时技术难度比较大等。

1 概述

对虚拟现实技术在虚拟实验领域的研究目前主要体现在基于三维虚拟实验平台、VRML中粒子系统化学实验、Flash3D技术游戏场景模拟等方面，其应用于增强现实技术化学反应特效制作及体感技术人机实验自然交互等很多领域[2]。

1.1 虚拟化学实验研究现状分析

近年来，虚拟现实技术已成为计算机科学与其他技术科学领域中研究和开发的热点。随着此技术的发展，虚拟实验在教育教学中发挥了重大作用，它具有知识综合性、教学创新性、实验应用性的特点[3]，提高了学生分析解决问题的能力。

目前，利用虚拟现实技术开发的虚拟实验呈上升趋势，采用虚拟融合技术开发的虚拟实验逐渐增多。由于体感交互技术近三年来逐渐兴起，采用Kinect体感交互技术进行虚拟实验的研究极少。技术融合为虚拟现实技术在虚拟实验提供了高级的集成性和交互型，给人以愈发逼真的场景体验，特别在化学实验中得到了十分重要的应用。虚实融合与体感交互对虚拟实验的有效支持将成为目前及未来研究的热点。

1.1.1 虚拟化学实验的特点[4]

虚拟现实技术越来越多地与增强现实技术、Unity3D技术、Kinect体感交互技术融合，对虚拟实验环境进行构建，实际应用中为实验教学开启了一种全新的教学模式，使虚拟实验具有了独特的特点。

⑴ 仿真性：虚拟化学实验是对真实实验环境的模拟，学生通过进行实验操作、技能训练和知识探究来学习真实世界的知识。

⑵ 强交互性：用体感交互技术与实验的交互会是完美的结合。

⑶ 开放性：是利用虚拟现实技术，实验内容打破了空间的局限，使学习者可以自由进入虚拟实验系统学习，交流和研究。

⑷ 节约成本，便于及时更新实验设备。

⑸ 多感知性。

⑹ 投入性：虚拟实验是真正的身临其境做实验。

⑺ 自主性。

1.1.2 虚拟化学实验的类型[5]

近年来，由于Unity3D三维引擎技术、Flash3D、VRML+Java、Kinect体感交互技术逐渐发展成熟，不断创造出具有特色的虚拟化学实验系统，随着虚拟现实技术的进步和发展可将虚拟化学实验分为三大类：

⑴ 基于平面简单动画仿真的虚拟化学实验平台；

⑵ 基于三维视觉效果的虚拟化学实验平台；

⑶ 基于三维交互设备的虚拟化学实验平台。

目前随着虚拟现实技术的融合与创新，直接影响着使用者对化学实验教学的喜爱程度。根据使用者参与虚拟实验形式的不同和沉浸程度的不同，把虚拟实验分为以下几种类型：

⑴ 桌面式虚拟化学实验；

⑵ 增强式虚拟化学实验；

⑶ 沉浸式虚拟化学实验。

1.2 虚拟现实技术发展现状分析

虚拟现实技术与仿真技术的发展密不可分，从早期的60年代虚拟现实思想萌芽阶段开始，到80年代虚拟实验概念理论的形成，再到今天虚拟现实理论的完善和全面应用，都在不断提升仿真技术的水平。目前在虚拟现实技术领域的基础研究主要集中在感知、虚拟融合技术和体感交互技术；实时三维图形图像生成技术、多功能的交互技术，高分辨率的动态环境建模技术；实时、现实三维动画技术和场景情感识别技术；立体显示和传感技术；快速、高精度三维跟踪技术以及系统集成技术等。

虚拟现实技术的发展提供了一种研究和思考的工具，仿真现实世界，化学实验教学中实现了“从计算机为主体”到“人为主体”的转变，实现了“适计算机化的单维信息空间”到“适人化的多维信息空间”的转变，从而产生了许多解决问题的新方法，其研究主要涉及到三个领域：

⑴ 通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果；

⑵ 建立对虚拟世界的观察界面；

⑶ 使用虚拟现实技术加强如虚拟实验领域的应用。

目前，虚拟现实技术的研究内容大体趋于其本身的研究和其应用的研究两大类。主要应用在现实世界的仿真研究、人类认知的研究以及可视化的研究。当前国际上，虚拟现实技术大多研究虚拟人机交互界面、虚拟现实系统的构造技术，着重于研究虚拟现实的应用。而需求自然方式的直接交互，要求更高的连续性，多维性，融合体感交互技术和增强实现技术将会提高三维对象交互的效率。

在未来虚拟现实技术研究追求遵循“低成本，高性能，多维技术融合”为主线，将会从动态环境建模技术方向、实时三维图形生成和现实技术方向、新型交互设备的研制方向、智能化的语言虚拟现实建模方向以及大型网络分布式虚拟现实的应用方向，这些将成为未来发展的趋势。

1.3 增强现实技术发展现状分析

增强现实是在虚拟现实技术的基础上发展起来的一种技术，它通过显示技术，计算机图形，体感技术，计算机多媒体技术将虚拟信息叠加到现实环境或者现实物体上，产生三维信息以增强人对真实世界的感知。增强现实具有实时结合、实时交互、三维标定的特性，依托于显示技术和三维跟踪标定技术来实现。目前，实现增强现实的主流方式：增强现实关键的技术、虚拟物体生成技术、显示技术和跟踪注册技术，实现虚拟和真实对象的配准、排列[6]。

增强现实技术迅速发展的过程中，形成了跟踪定位技术、Marker识别技术、图像识别技术、标定技术，以及界面可视化。增强现实技术逐渐提高虚实结合、实时交互、3D注册的技术水平，弥补了虚拟现实技术完全脱离现实而存在的缺陷。增强现实技术在计算空间、体感交互、感知人脑方面发挥着切实有用的应用，近年来增强现实的应用不断取得进展，在国内各大高校取得了一定进展，目前已经提出了基于视觉的增强现实跟踪注册方法、空间增强现实流水线和基于定位标记的视屏检测等研究，在虚拟化学实验教学中应用突出，但是还存在着技术上的不足，在未来增强现实技术在系统微型化和低能耗的研究方向上将成为趋势。

1.4 VRML技术发展现状分析

虚拟实验是仿真性、强交互型、开放性，便于及时更新实验设备等优点的结合体，我们确立采用虚拟现实建模语言VRML（Virtual Reality Modeling Language）构造三维虚拟实验场景，实现虚拟仪器的三维建模和访问。基于VRML的虚拟化学实验具有自由性、开放性、节约型，实验教学一体化、易于开设新型的实验项目和安全性等优点。

目前，对VRML技术描述三维虚拟场景和设备，优化虚拟实验系统网络结构，以VRML技术和目前广泛应用的Java相结合发展基于Web的虚拟化学实验的网络构架，此设计流程如图1。用3DS max图形化操作，建立了模型直观而便捷，可以结合体感设备，进行人机交互在Web端虚拟实验。采用VRML粒子系统插件在3DS max中建立好模型，可以利用VRML脚本编程接口或基于外部编程接口进行交互，通过传感器节点交互控制。这项技术在化学实验中得到完美的应用，场景模型和化学反应的模拟都是非常的生动逼真。

[建立实验室场景][仿真实验室仪器和药品][模拟反应现象][实现交互性][到Internet][主要是VRML建模，复杂

型可以借助3ds max等建

模软件][VRML中事件，路由，传感器，插补器，检测器等节点，粒子系统][Java程序，结合使用EAI和Script节点]

图1 VRML+Java技术开发虚拟化学实验室的流程图

VRML的出现是将来三维虚拟网络世界不可缺少的重要技术。VRML是一种三维场景的描述性的虚拟现实建模语言，创造了易于网络传输的交互式三维空间，它通过描述物体、网络传输、本地计算机生成。它利用节点构建虚拟实验仪器和场景。

1.5 体感交互技术发展现状分析

体感技术是利用肢体动作、手势、语音等现实生活中已有的知识和技能进行人机交互集多种技术于一体的体感设备，通过自然方式与终端交互[7]。它是随着虚拟现实、混合现实、增强现实等技术的发展，三维人机交互为重要的研究领域之后出现的。随着虚拟实验对教学和研究的支持力度不断加大，虚拟现实不断暴露出一些缺陷，如模拟实验环境的真实度不高，实验交互操作缺乏人性化等，造成虚拟实验难以达到高度沉浸和人性化实验交互的操作效果。在此背景下，虚拟融合环境下体感交虚拟实验凭借真实的实验环境与虚拟仪器相结合，采用体感交互操作方式使实验者直接用手与虚拟仪器接触交互，大大提高了虚拟实验的真实情景感和灵活的人机交互性[8]。

近年来，虚实融合与体感交互对虚拟实验有效支持。Kinect作为新一代的体感设备，抛弃传统的鼠标和键盘的操作方式，直接通过手势动作进行虚拟实验操作，可以有效地进行多人协作实验，很好地弥补了现有人机交互的缺陷，并且促使Kinect体感技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点。Kinect设备体感技术在化学实验教学领域的研究和程虚拟实验将会成为未来研究的重要方向。

2 应用展望

在国内外虚拟现实技术不断同体感交互技术的融合环境下，虚拟实验得到了广泛的应用，特别在虚拟化学实验这一领域在不断深入研究，对国内外科学技术发展产生了非常重大的影响力。目前，随着Unity3D技术，体感技术结合日益紧密，逐渐形成了当今适时代计算技术发展的潮流，增强现实技术的出现为虚拟化学实验开辟了道路。虚拟实验的进步与发展，为学习者提供了一个自适应的获取知识和技能的实验学习环境。

我们相信虚拟现实技术必定会给化学实验教学领域带来崭新的面貌，随着时代的发展，尤其是在计算机技术和计算机图形学技术的进步，增强现实技术也会不断得到完善，体感技术融合的时代里，虚拟现实技术将会不断寻求能够促进化学实验教学质量更优化的新方法，来提升我们的学习能力，创造能力，推进我国教育事业的发展。

3 结束语

虚拟现实技术在化学实验教学中的应用日益广泛，让我们看到了虚拟现实技术的强大功能。通过研究技术融合使得虚拟化学实验简单化，直观化，贴近现实和仿真实时的实验环境，仿真效果更加优越化，在未来学习中给实验教学将会带来巨大的便利，涉及这个领域的技术潜力会更大，应用前景将会非常广阔，但是在情景真实化问题上所存在的很多理论难题和技术障碍还有待研究。

参考文献：

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[7] 廖宏建，杨玉宝.体感交互设计及其在三维虚拟实验中的应用[J].远

虚拟技术的发展现状篇9

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2015）35-0059-01

21世纪随着信息化时代到来，虚拟现实技术得到了较大的发展，其在工业设计中的应用，对于促进工业发展来说，起到了巨大推动作用。现代工业化发展过程中，对工业进行有效设计，将直接影响到工业生产的质量和效率，加强虚拟现实技术在工业设计中的应用和发展，是当下工业发展的必然选择。本文对虚拟现实技术在工业设计中应用的研究，注重于现代工业设计更加趋向于高科技信息技术发展这一方向，就新兴产业应用于虚拟现实技术实现自身发展的相关情况，进行了研究和分析。

一、虚拟现实技术概念

虚拟现实技术产生于上个世纪80年代，是由美国人拉尼尔提出来的，这一技术一经提出，就在工业设计中得到了探索和应用。虚拟现实技术是一种三维环境技术，利用计算机仿真技术、人工智能技术、遥感技术以及虚拟现实技术等现代最新技术，并结合了计算机、统计学等学科知识，让人能够实现一种视觉、听觉以及嗅觉的感官体验。虚拟现实技术是人们利用计算机对复杂数据进行有效处理，实现可视化操作目标。利用虚拟现实技术进行工业设计，可以更好地对工业设计进行仿真处理，有利于解决工业设计中出现的相关难题①。

二、虚拟现实技术在现代工业设计领域中的应用

（一）现代工业设计特点分析

要想弄清虚拟现实技术在现代工业设计领域中的应用问题，就必须对现代工业设计特点进行了解。就当下工业设计发展情况来看，现代工业设计主要表现在以下几方面特征：（1）现代工业设计融合了科学、文化、艺术等学科，注重于产品造型设计;（2）现代工业生产更加注重于绿色化生产，设计的工业产品能够进行有效地回收利用，实现能源、资源的节约，并且设计过程中，还要兼顾地方、国家的文化特色;（3）注重于产品品牌以及产品的功能、性能和质量，确保工业产品在日益激烈的市场竞争中，能够占据有利的地位，获取较大的竞争优势。

现代工业设计注重于当下市场经济发展一般规律进行有机结合，牢牢把握市场发展情况，对产品进行有效设计和规划，确保产品能够符合供需规律，以期获得更好地经济效益。现代工业设计注重结合市场发展规律，产品设计更加专业化、效率化②。

（二）虚拟现实技术在现代工业设计领域中的应用分析

1.虚拟现实技术影响现代工业设计方法。工业制造过程中，前提是必须进行工业设计，一个在市场中占有率较大的工业产品，在其生产前期，必然要经过详细的设计，才能获取人们的认可，扩大市场占有额。传统工业设计过程中，采取了二维设计方法，这种设计方法对工业产品造型把握较为困难，缺乏立体感，工业造型整体的性能也较难把握。利用虚拟现实技术后，解决了二维设计中存在的难题，可以让人们在设计过程中，对工业产品的造型、功能以及性能进行有效把握。

2.虚拟现实技术在当下工业设计领域中的重要性。现代工业设计过程中，应用虚拟现实技术，使设计者在进行工业产品设计过程中，能够更好地对产品的性能进行有效把握，对设计过程中可能存在的问题进行及时更改，提升工业产品设计性能。除此之外，虚拟现实技术在工业设计中的应用，能够缩短产品设计周期，提升产品制造效率，更好地促进现代工业的发展和进步。当工业产品设计完成后，设计者可以利用虚拟现实技术对工业产品进行使用，在很大程度上降低了市场运营风险。

三、我国虚拟现实技术发展现状及未来发展趋势

我国现代工业设计与西方发达国家有着较大的差距，虚拟现实技术在工业设计中的应用，尚处于发展阶段，相关技术手段并不成熟。加强虚拟现实技术在我国工业设计中的应用，改变我国工业发展不平衡、发展过程中污染较为严重的现实问题，是当下虚拟现实技术应用必须要考虑的一个重要议题③。

我国虚拟现实技术在未来发展过程中，将得到较为广泛的应用，加大对这一技术的资金、技术投入，使其能够在工业设计中发挥应有作用，是当下该技术应用必须考虑的一个课题。近年来，我国国内很多企业在进行工业设计中将虚拟现实技术进行应用，并对该技术进行了相应的改进，使之更好地符合于当下工业发展现状。随着经济全球化趋势进一步加强，工业竞争加剧，我国加工制造业更加注重对虚拟现实技术的研发和应用工作，并注重这一技术在工业发展领域的作用，相信不久的将来，这一技术将会得到更大的发展和进步。

四、结语

综上所述，通过对虚拟现实技术概念的分析以及当下我国对虚拟现实技术的应用现状，我们不难看出，虚拟现实技术在现代化工业设计中，发挥着极为重要的作用。因此，为了更好地实现我国工业化发展，必须要加强对这一技术的研究和应用，使之能够更好地服务于我国工业化发展，提升工业设计效率，改善工业设计中的不足。

注释：

虚拟技术的发展现状篇10

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)18-20ppp-0c

The Application of Virtual Reality Technology Status and Future Prospects

SHU Jian-hua

(School of Software Engineering Tongji University, Master, Shanghai,China,200000)

Abstract:The Virtual reality technology as a comprehensive variety of computer science and technology in the field of new technologies, It is the application of domestic and international hot spots, many involving the development and application areas, greatly enrich our lives. In this paper, the history of virtual reality, development and application of a need for an overview at the same time the author on the recent work done on virtual reality and the future direction of giving us some ideas about the future development of virtual reality technology.

Key words: Virtual reality; Interactive technology; virtual environment

1 引言

虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术，又称“灵境技术”、“虚拟环境”、“赛伯空间”、“模拟实境”、“虚拟实境”、“仿真技术”等，是在现代科学技术（如计算机图形学、图像处理与识别、计算机仿真技术、人机接口技术、实时分布处理技术、数据库技术、多媒体技术、多传感器技术和人的行为学研究等）的基础上发展起来的一门交叉科学技术。其特点以计算机技术为主，利用计算机等设备创造一个视听感受逼真的三维虚拟环境，该环境是人工虚构的，在这个虚构的环境中能实现与现实相同的感受，可以利用它观察周围世界，可以与虚拟世界进行人机互动等，大大加速了人机互动技术的发展。VR技术的出现，为人机交互界面的发展开创了新的研究平台，为智能工程提供了新的界面工具，为装置艺术可视化发展提供了新的展示空间。

2 虚拟现实技术的发展概述

VR的发展概括起来大致为三个阶段：20世纪50年代到70年代，是虚拟现实技术的探索阶段；80年代前中期，是虚拟现实技术从实验室走向实用的阶段；80年代末到21世纪初，是虚拟现实技术快速发展时期。

1965年“虚拟现实技术之父” Lvan Sutherland博士在《终极的显示》的论文中首次提出了具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，随后几年又展开了头盔式显示器(HMD)的研制工作，取得了显著的成绩，因此这一理论影响至今。在第一个HMD的样机完成不久，研制者又把能模拟力量和触觉的力反馈装置加入到这个系统中。1970年，出现了第一个功能较齐全的HMD系统。

基于从60年代以来所取得的一系列成就，美国的JaronLanier在上世纪80年代正式提出了“VirtualReality”一词。美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。随后开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器，将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。到了90年代，计算机硬件技术与软件系统极大的推动虚拟现实技术的发展，加速了大型数据集合的声音和图象的实时动画制作的发展。1993年11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作，用VR技术设计出由300万个零件组成的波音777飞机；1996年10月31日，世界第一个虚拟现实技术博览会在伦敦举行；同年12月，世界第一个虚拟现实环球网在英国投入运行；进入21世纪后，虚拟技术得到进一步发展，世界最大的虚拟现实技术软件公司之一的英国“超景”公司总裁深刻地认识到虚拟现实技术的产生，是因特网继文字时代后的又一次飞跃，有着巨大潜力和发展空间，应用前景不可估量；因此组织开发出在电脑屏幕可以游览的“超级城市”立体图像，真实模拟人们生活场景等等。随着因特网传输速度的加快，VR技术也趋于成熟，这种网络将广泛应用于工程设计、教育、医疗、军事、娱乐等领域。

3 虚拟现实技术的应用现状

3.1 军事与航空航天

虚拟现实的技术根源可以追随到军事领域，军事应用是推动虚拟现实技术发展的主要力量，是虚拟现实系统最为重要的应用领域。模拟训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为VR提供了广阔的应用前景。海湾战争的美国士兵对周边的环境不觉得陌生，是由于虚拟现实已把他们带入那漫无边际的风尘黄沙，让他们“身临其境”感受到大漠的荒凉。美国国防部先进研究课题局(DARPA)自80年代初起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统，这个课题结果产生了仿真网络，连到美国和德国200多个坦克仿真器。在航空航天方面，宇航员利用虚拟现实系统进行各种训练，美国航空航天局计划将虚拟现实系统用于国际空间站组装、训练等工作。

3.2 医学方面

虚拟人体在医学方面的应用十分重要。借助于跟踪球、HMD、感觉手套探索工具，可以很容易了解人体内部器官结构，经过3D可视化，可以更好的展示人体各器官和组织且还可以进行功能性的演艺。Pieper和Satara等研究者在90年代基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具，虚拟的人体模型和器官等。借助于HMD及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。另外，对于危急病人，还可以实施远程手术。在远程遥控外科手术、复杂手术的计划安排、手术过程的信息指导、手术后果预测及改善残疾人生恬状况，新型药物的研制等，VR技术都有十分重要的意义。

3.3 工程管理

VR在工程管理方面也显示出无与伦比的优越性。设计新型建筑物时，可以在动工之前用VR技术显示建筑物，为安全生产和管理工程奠定基础；当财政发生危机时，可以帮助其分析股票、债券等方面的数据分析以找到最佳的处理对策等等。

3.4 建筑设计与城市规划设计

德国是运用VR技术在建筑设计最早的行业。自1991年起，德国多家研究所和公司探索和研究交互效果的“虚拟设计”。当时城市规划、工程建筑设计的辅助开发工具就在全力使用虚拟现实技术，把虚拟现实技术作为其规划的视觉依据。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑实时漫游系统，实现了立体视觉，还提供了方便的交互工具，整个系统的实时性和画面的真实感处于全国领先水平。

3.5 娱乐、艺术与教育领域

丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏娱乐工具。英国开发了一款游戏系统――“Virtuality”，配有HMD，大大提高了真实感；Chicago（芝加哥）开放了世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统，其相关主题为3025年的一场未来战争； 1992年开发的称为“Legeal Qust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了学习功能，大大增强了趣味性及难度，因此该系统获得了当年的VR产品奖。

随着数字媒体的发展，虚拟现实技术在艺术方面发挥的作用不可估量。丰富了艺术的表现形式，强化了艺术表现力；手足不便的人可以在居室中去虚拟音乐厅欣赏音乐会，可以足不出户在家观看电子博物馆；另外，数字化的文化遗产也是虚拟现实技术的应用方向之一，对文化遗产的保护与复原发挥很大的意义，可以利用VR技术漫游世界古迹，感受古代战场，还原古迹原貌。

随着虚拟现实技术的普及，在教育方面出现了虚拟校园、虚拟课堂、远程教育等。中国浙江大学研制开发了基于人物的电子学习环境(ELVIS)，用来辅助9-12岁小学生进行故事创作。中国科技大学运用VR技术开发了第一套基于虚拟现实的教学软件，丰富了教学环境。

4 我们的工作

在传统的人与计算机系统中，用户是一个外部的观察者，只是通过显示屏有限的小窗口，观察计算机内的合成环境。传统的人机交互最常用的设备是键盘和鼠标，人们通过它们与合成环境中的物体进行交互，这与我们现实世界中的通讯方式相差甚远。互动装置技术主要是通过计算机硬件及软件程序平台、自动化等技术结合计算机输入、输出设备和一些表现性的综合材料来表现艺术，其最大特点就是参与者能与虚拟环境进行自然的交互，能用人类自然的技能与感知能力与虚拟世界中的对象进行交互作用。针对目前整个业界的发展状况，结合我国VR技术发展的现实以及应用需求的实际情况，作者认为我们尚有很大的可研发空间，然而就目前虚拟现实技术的理论及文字性的材料有限，在一些大型展览中，其作品却越来越多，鉴于它的发展及技术研究，作者从互动装置艺术的虚拟性方法入手，结合实践对它进行了规类、划分和技术应用，打破传统的单一的静态装置，为业界对它的研究作一些理论性和实践铺垫。针对大型场合控制系统，其可控性和可观性都存在许多困难，最重要的问题就是虚拟现实计算空间与人的认知空间中的多维信息映射算法的构造和实现，在这方面的研究主要应该在新型材料微型传感器开发设计，新型装置的设计，建立一套科学的触觉力觉设备实验环境和评估标准，包括各项该类装置设计和实用评估指标。互动装置未来市场空间很大，有待于我们继续开发和应用更广阔的领域。

5 展望

VR 技术的实质是构建一种人为的能与之进行自由交互的“世界”，在这个“世界”中参与者可以实时地探索或移动其中的对象。沉浸式虚拟现实是最理想的追求目标， 实现的方式主要是戴上特制的头盔显示器、数据手套以及身体部位跟踪器， 通过听觉、触觉和视觉在虚拟场景中进行体验。可以预测短期内游戏玩家可以戴上头盔身着游戏专用衣服及手套真正体验身临其境的“虚拟现实”游戏空间，它的出现将淘汰现有的各种大型游戏，推动科技的发展。纵观VR的发展历程， 未来VR技术的研究仍将延续“低成本、高性能”原则， 从软件、硬件两方面展开，发展方向主要归纳如下：

（1）动态环境建模技术。虚拟环境的建立是VR 技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。

（2）实时三维图形生成和显示技术。三维图形的生成技术已比较成熟， 而关键是怎样“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的基础上， 如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展， 现有的虚拟设备还不能满足系统的需要， 有必要开发新的三维图形生成和显示技术。

（3）新型交互设备的研制。虚拟现实技术实现人能够自由与虚拟世界对象进行交互， 犹如身临其境，借助的输入输出设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。因此， 新型、便宜、鲁棒性优良的数据手套和数据服将成为未来研究的重要方向。

（4）智能化语音虚拟现实建模。虚拟现实建模是一个比较繁复的过程，需要大量的时间和精力。如果将VR 技术与智能技术、语音识别技术结合起来， 可以很好地解决这个问题。我们对模型的属性、方法和一般特点的描述通过语音识别技术转化成建模所需的数据，然后利用计算机的图形处理技术和人工智能技术进行设计、导航以及评价， 将模型用对象表示出来， 并且将各种基本模型静态或动态地连接起来， 最终形成系统模型。人工智能一直是业界的难题，人工智能在各个领域十分有用，在虚拟世界也大有用武之地，良好的人工智能系统对减少乏味的人工劳动具有非常积极的作用。

（5）分布式虚拟现实技术的展望。分布式虚拟现实是今后虚拟现实技术发展的重要方向。随着众多DVE开发工具及其系统的出现，DVE本身的应用也渗透到各行各业，包括医疗、工程、训练与教学以及协同设计。仿真训练和教学训练是DVE的又一个重要的应用领域，包括虚拟战场、辅助教学等。另外，研究人员还用DVE系统来支持协同设计工作。近年来，随着Internet应用的普及，一些面向Internet的DVE应用使得位于世界各地多个用户可以进行协同工作。将分散的虚拟现实系统或仿真器通过网络联结起来， 采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，形成一个在时间和空间上互相耦合的虚拟合成环境， 参与者可自由地进行交互作用。特别是在航空航天中应用价值极为明显，因为国际空间站的参与国分布在世界不同区域，分布式VR训练环境不需要在各国重建仿真系统， 这样不仅减少了研制费和设备费用，减少了人员出差的费用以及异地生活的不适。

近几十年来，通信技术、计算机的同步发展和相互促进成为世界上信息技术与产业飞速发展的主要特征。特别是网络技术的迅速崛起与普及，使得信息应用系统在深度和广度上发生了质的变化。虚拟现实主要依靠人机交互的发展，目前技术上已初步解决人脑数据的读取，在不久的将来，开发者将完全解决通过神经系统自动进入虚拟现实环境的“人脑――计算机接口”问题，通过对人脑提取和反馈神经信号使人完全融入“虚拟现实”世界。当然从技术角度，我们应该对基于多用户虚拟环境进行必要的技术研究。因为将来的VR技术将越来越重视人在其中的交互。虚拟现实充满活力、具有无限的应用前景的高新技术领域，但仍然存在许多有待解决与突破的问题。为了提高系统的交互性、逼真性和沉侵性，在新型传感和感知肌理、几何与建模新方法、高性能计算，特别是高速图形图像处理，以及人工智能、心理学、社会学等方面都有许多具有挑战性的问题有待我们进一步解决。

参考文献：

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[11] 王志新,张华,黎永明.虚拟技术及其应用[J].上海理工大学学报,1998,20(1).

[13] How Virtual Reality Works[M].Joshua Eddings,1994.

虚拟技术的发展现状篇11

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0126-01

一、展示设计的概述

展示设计是在空间环境中的有效运用，利用特殊的视觉传递方式，通过一定的展览设施，在公众面前将一定的信息和内容进行显示，同时可以给观众的心理和思想上产生巨大的影响及创意设计行为的改变，其目标是怎样有效快速的给观众传达信息。早在约公元前三万年，古人就学会了用彩色的石头和土壤调进行绘画，特别是法国拉斯考克斯岩壁上，刻画着一只美丽的长颈鹿，生动地表明了我们故人的生存环境。奴隶社会出现之前，在原有的交易过程中，卖方为了将商品货物的信息摆放处于比较明显的摊位，直接将所售物品的样式及特点都展现在消费者面前，供买家选择的商品，这是以物体为媒体的商业展示模式[1]。

二、虚拟现实技术的现状

（一）国内虚拟现实技术的现状

到目前为止，通过不完全统计，虚拟现实行业投资案例已达117起，有58起为硬件设备类投资，43起为内容制作类投资，其余16起为分发平台类投资。总投资规模已超过40亿元。具体情况如图2.1和图2.2。

可以看出我国的虚拟现实技术不论是投资案例还是在投资金额上都成上升趋势，特别是2015到2016年尤为突出。

（二）虚拟现实技术的投资分布

2015年到2016年期间，按照案例数量来看，硬件设备方面投资占比较大，内容制作其次，最后为分发平台，其企业及投资方和投资金额如表2.1。

由此可见虚拟现实技术近几年在我国的发展极其迅速，这说明虚拟技术必将会成为社会发展的领头羊。

（三）虚拟技术的概念

虚拟现实本质上就是一种新媒体技术，是一个结合了图像数字处理、计算机图形学、传感器技术、集成技术、显示技术的全方位技术，它通过对人物的大脑及周边环境的描述与自然的本质关系，使人有一种精神寄托或感觉自己出现在虚拟环境中一样，加上与虚拟环境的交互作用，以获得相同或相似的感受，就像在实际的环境中得到感受一样。由于音乐是以声音传播的，小说传达思想、情感是通过文字的，同样虚拟现实系统有3个基本特征：沉浸性、交互性和构想性。沉浸感是让用户感受到由计算机系统产生的虚拟环境与自己以融合在一起，通过观察将参与者转变为用户者角色;交互性是指参与者通过输入设备在虚拟环境中对操作水平和在虚拟环境中的自然水平得到反馈;构想性指的是参与者在获得情感和合理的虚拟环境中产生定性和定量相结合的认识，从而使概念加深，产生新的思想来积极寻求信息[2]。

三、虚拟现实技术在展示设计中的应用

随着虚拟现实技术的逐渐成熟，现代艺术展将在展示中逐步找到新的突破，在虚拟现实技术的使用上，给人一种身临其境的互动和注入新鲜血液的力量。

（一）在产品展示中的应用

在现代艺术的展示中，首先产品展示用的就是虚拟现实技术。在当今信息时代的社会，商业产品的销售和服务正逐步趋于数字化，信息传播的数字媒体的特征，加上经济快速传递的特点提高了商品的竞争力。但按照计算机硬件的逐步发展，计算机的三维运算效率也在不断提高。二维图像的显示模式逐步向三维虚拟现实转变。通过三维产品展示可以全面的展示产品的整体外貌，而且还通过实时交互功能对产品进行有经验的运作，使产品的各项功能得到最大程度的发挥，客户通过观察与操作，可以对产品有一个更全面的了解和认识，有助于加深对产品的印象特征的认识和理解，以吸引消费者的购买欲望。目前，许多知名企业已经开始使用虚拟现实技术来展示他们的产品。

（二）在建筑展示中的应用

传统的建筑展，如展览的商业房地产领域，显示历史建筑文化领域一般都是采用以一定比例的模型进行显示的方式，这种方式虽然也可以显示多角度的建筑概况，但因为展现的效果是缩放模型呈现的，观察者一般无法感受到建设规模的宏伟壮观，也不能感受到建设变成现实后真切的感觉。采用虚拟现实技术来展现建筑的整体状况，可以让参观者像现实一样走在建筑的环境中，给人一种形象逼真的真实感。就一部分地区而言，现场和社区规划这一虚拟现实展示的形式，在我国的住房特别是北京、上海、广州等大城市正逐步流行。另外，虚拟现实技术在文化遗产领域的景观设计中也得到了广泛的应用，同时凭借通信与网络，可以使千里以外旅游的客人呆在家里就可以进行对名胜古迹参观，从而加快了文化的传播速度。

（三）在环境模拟中的应用

虚拟现实技术不但可以模拟具体的对象，也可虚拟仿真多维的环境，可以进行视觉、听觉、触觉等感官模拟。像3D立体眼镜、头盔，实现全方位的多通道投影的三维视觉多角度模拟;磁头记录技术展示了一个更现实的3D音效;数据手套可以通过心灵感应。环境的虚拟现实仿真已经在上海科技馆的许多画廊中得到应用。全息音响是虚拟现实的三维声音听觉体验，游客在一个封闭的空间，周围的气氛被古代装饰渲染，游客带上耳机，熄灭房间里的灯，耳机带着强烈的声音位置立体感，使人们只听到的声音就如身临其境一样。

结语：虚拟现实技术的应用在一定程度上扩大了展示设计的空间，为观察者提供关于视觉、听觉、触觉等群方位的真实感受，使用户身临其境般的感受环境，不仅可以及时的观察物体，还可以无限制地观察三度空间内情景，让人更全方位的了解产品。虚拟现实技术的快速发展，势必会推动社会的进一步发展。

虚拟技术的发展现状篇12

1.虚拟现实技术的概念

VR技术就是虚拟现实技术，它是一种能够让现实中的人在计算机所创造的虚拟信息世界中体验与现实世界同样的事和物。它所具有多感知性、沉浸性、交互性和构想性的基本特征。这种虚拟技术集合了计算机图形图像技术、现实仿真技术、多媒体技术等等的多种科学技术。它能够模拟出人的视觉，听觉，触觉等的感官功能。使人在计算机所创造的虚拟世界中通过语言、动作等等的方式进行实时交流，可以说这种技术的发展前景是非常的广阔的。

2.虚拟现实技术的特征介绍

①多感知性的特征，是指视、力、触、运动、味、嗅等感知系统，从人类理想的虚拟现实技术的发展来说，是希望能够给完全的模拟出现实中所有的感知，但因目前的技术掌握和传感技术的限制，仅仅只能模拟出以上视、力、触、运动、味、嗅等感知系统的。

②沉浸性又称浸没感或临场感，存在感等，具体是指人以第一人称存在在虚拟世界中的真实体验。当然，以目前技术还没有达到最理想的程度。

③交互性就是指人在虚拟世界中，能够像在现实当中一样，可以通过对一些物体的抓取、使用等动作，感觉到所触碰的物体的重量，形状，色泽等一些人与物体之间的互动信息。

④构想性，即在虚拟的世界里面，将所想的物件所做的事情在虚拟世界呈现出来，这样做能达到什么样的效果，那样做又能达到什么样的效果，甚至还可以把在现实世界不可能存在的事和物都可以在虚拟世界中构想出来。

3. VR技术的应用范围

VR技术由诞生到现今已经历了几个年代，其应用范围也越来越广，如医学方面，可以提供给医生进行模拟手术，这样大大提供了现实中手术的成功几率，还有军事，科技，商业，建筑，娱乐，生活等等。

4. VR技术中涉及的相关技术

①立体视觉现实技术：人通过视觉所获取到的信息是人本身所有感觉中最多的一种感官，所以虚拟现实技术中立体显示技术占有不可或缺的重要地位。

②环境构建技术：在虚拟世界中，构件环境是一个重要的环节，要营造一个区域的环境，首先就要创造环境或建筑模块，然后在这个基础上再进行实时描绘、立体显示，从而形成一个虚拟的区域环境。

③真实感实时描绘技术：要在虚拟世界中实现与现实世界相同的事物，仅靠立体显示技术还是远远不够的，虚拟世界中必须存在真实感和实时感，简单来说就是实现一个物体的重量，质量，色泽，相对位置，遮挡关系等的技术。

④虚拟世界声音的实现技术：在虚拟世界中虽然视觉是获取信息的重要途径之一，除了视觉还有很多感官系统可以获取到周围的信息。如听觉，这种技术就是在虚拟世界中实现声音，这样人在虚拟世界里不仅能够看得到也能听得到。

5. VR技术中所涉及的硬件设备

①输入设备

与虚拟现实技术相关的硬件输入设备分成两大类：一是基于自然的交互设备，用于虚拟世界的信息输入；另一种是三维定位跟踪设备，主要用于输入设备在虚拟世界中的位置进行判定，并输送到虚拟世界当中。

虚拟世界与人实现自然交互的形式有很多，例如有数据手套，数据衣服，三维控制器，三维扫描仪等。

数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测手指的弯曲，并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为“真实手套”，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。

数据衣是为了让VR系统识别全身运动而设计的输入装置。数据衣对人体大约50多个不同的关节进行测量，包括膝盖、手臂、躯干和脚。通过光电转换，身体的运动信息被计算机识别。通过BOOM显示器和数据手套与虚拟现实交互数据衣。

②输出设备

人在虚拟世界中要体现沉浸的感觉，就必须实现现实世界中的多种感受，如是视、听、触、力、嗅、味等感官感觉，只不过以目前的虚拟技术只实现了视觉，听觉和触觉罢了。

③VR构成设备

虚拟现实世界的构成，主要的设备就是计算机本身了，虚拟世界的所有景象都是靠一个个模型造成的，而这些模型则是由计算机制作出来的。一般计算机被划分成四个部分，第一：高配置的个人计算机，专门用于普通的图形配置加速卡，实现于VR技术中的桌面式特征；第二：高性能图形工作站，就是一台高配置的图形处理计算机；第三：高度并行系统计算机；第四：分布式虚拟实现计算机等四个分类。

6. VR技术上的难点探讨

随着计算机的不断发展，人与计算机的互动性得到了非常好的提现。而这种技术则成为了VR技术建立的主要手段。但是实时现实始终一直阻挡这VR技术前进的一大难点之一，即时在理论上能够分析得到高度逼真、实时漫游的虚拟世界，但至少以目前的状况来说还达不到理论上的要求。这种理论性的技术是需要强大的硬件配置要求支撑的，比如说速度极快的图形工作计算机和三维图形加速卡等等设备，但以目前的设备来看即时最快的图形处理计算机也不能达到十分逼真的同事又是实时互动的虚拟世界。根本的原因就在于，因为引入了人与虚拟世界的互动，需要即时生成新的动态模型时，就不能达到实时的效果了，所以就不得不降低图形模块的清晰度来减少处理的时间，这样直接导致了虚拟世界的逼真在某程度上的减少，这就是所谓的景物复杂度的问题了。

图形模块的生成是虚拟世界中的重要瓶颈，虚拟世界的重要特性随着人的位置、方向的不断变更状态下感受虚拟世界的动态特性，简单来说，就是你移动一下位置和方向后所看到的即时生成的图形模块景象。有两种指标可以衡量用户沉浸在虚拟世界中的效果和程度。其一就是之前所说的动态特性；其二就是互动的延迟特性。自然动态图形的形成的帧数是30帧，至少也不能低于10帧，否则整体画面就会出现严重的不连续和调动的感觉。互动延迟是影响用户的另一个重要指标，如人在飞机上飞行时，位置的变换和方向的控制，这时系统应当即时产生相对的图形画面，期间的时间延迟应不大于0.1秒，最多也不能大于1/4秒。否则在长期的工作中，人会容易产生疲劳、烦躁或者恶心的感觉，严重地影响了“真实”的感觉。以上两种指标都以来计算机图形处理的速度。对于动态的模块图形生成而言，每帧的图形生成时间在30～50毫秒之间为较好；而对于互动性的延迟，除互动式输入及其处理时间外，其图形的生成速度也是重要的因素。而以上所叙述的因素都与图形处理的硬件组成有直接的相互关系，除此之外还有赖于应用技术的因素，如虚拟场景的复杂程度和图形模块生成所需的真实感等等。

7. VR技术在各国的研究情况

①VR技术在美国的研究现状

美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术的诞生可以追溯到上世纪40年代。最初研究的虚拟现实技术只是用于美国军方对飞行驾驶员和宇航员的模拟训练。然而，随着冷战结束后美国军费大大的削减，虚拟现实技术就逐渐转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

上个世纪80年代，美国宇航局及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局Ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”的实验计划。现在美国宇航局已经建立了航空、卫星维护的模拟训练系统，空间站的模拟训练系统，并且已经建立了可供全国使用的模拟教育系统。北卡罗来纳大学的计算机专业就是进行虚拟显示技术研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在模拟现实技术领域中主要从事利用VRT建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于模拟现实技术使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。

图形图像处理技术和传感器技术是以上VR项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。

②VR技术在欧洲的研究现状

在欧洲，英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国Bristol公司发现，VR应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国ARRL公司关于远地呈现的研究实验，主要包括VR重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。

欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了VR的研究与应用。

瑞典的DIVE分布式虚拟交互环境，是一个基于Unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。

荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室（TNO- PEL）开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。

德国在VR的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。2008年10月27-29日在法国举行的ACM Symposi- um on Virtual Reality Software and Technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。

③VR技术在日本的研究现状

日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。

在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SpmAR NEC公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理CAD中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、Y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。

④国内虚拟现实技术研究现状

在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR，建立虚拟环境、虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。

北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法。

清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR制；浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。