虛擬現實技術的實現范文
時間：2023-11-21 18:13:16
導語：如何才能寫好一篇虛擬現實技術的實現，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
中圖分類號： TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（B）-00
虛擬現實技術也被稱為靈境技術。這項技術主要是綜合了計算機圖形學、計算機仿真技術以及人工智能等多種高科技的最新研究成果，使人與計算機能夠很好的融為一體，并且能夠給人予一種身臨其境的感覺。本文從不同方面對虛擬校園相關技術進行了系統的分析。
1.數字校園相關技術分析
數字校園即是指數字信息化的校園，主要以計算機網絡和通訊為核心技術，以信息的獲取與知識的共享為重要手段，是網絡化、數字化、智能化有機結合的新型的、開放式的教育環境。數字化校園主要包括校園的設施數字化、校園的漫游智能化以及可視化等方面的內容，同時也能夠對過去進行反演，從而對現實進行決策以及對以后做出有效的預測。
1.1三維場景的建模原理分析
三維場景建模是虛擬校園漫游系統的主要構成部分，而一個虛擬的環境是否逼真則主要來自其視景生產系統的質量，它將直接影響仿真的效果和相似度，同時也是直接影響虛擬現實系統沉浸感的一個重要因素。
1.2建模工具軟件的分析
Multigen Creator是一個系列軟件，主要為開發的一個實時建模以及圖形數庫的生產工具，具有強大的多邊形建模和矢量建模等功能，提供了多種專業選項及插件，能夠較為方便的進行實體模型的建立以及管理工作。
Vega主要是為應用在實時視景仿真以及聲音仿真等領域的世界上較為先進的軟件環境平臺，對于復雜的應用，能夠提供便捷的創建、編輯和驅動工具。且性能穩定易用，支持多種數據調入，能提供高效的CAD數據轉換。
1.3三維建模相關技術分析
針對三維模型來說，主要是涉及到的數據包括了數字化的地圖數據以及三維模型尺寸數據等，同時也包括了建筑圖紙以及全校航拍圖來獲得數字化的地形圖數據。
三維建模最主要的四個環節是：首先，創建物體的層次結構。這是由于具有層次結構的文件比無層次結構的文件執行效率高。具體可將物體和相關的實體進行組合形成物體組和相關組，在此基礎之上嵌套建立起物體的層次結構。其次，對模型進行優化。盡量減少多邊形的數量是可視化仿真建模的基本原則之一。最理想的效果就是用最少的多邊形來表達視角上很真實的模型。第三，植物建模。根據校園內各種植物在所選取的視野范圍內的地理位置、生長密度等特征，可分別采用十字交叉或多十字交叉模型。第四，合理運用實例。當數字校園的場景中相同的某個實際物體比較多時，可通過引用同一個實例的方法來解決相同幾何體的模型問題從而降低模型數據的存貯空間。
2.視景的漫游分析
2.1人機交互的控制分析
在虛擬三維世界之中，漫游的過程主要是人和計算機的交互過程，因此為了能夠滿足不同漫游方式的需要，系統設計漫游引擎的過程中可以設置成為手動漫游以及自動漫游。
針對于手動漫游來說，能夠隨時隨地的控制漫游過程中的速度以及方向和視角，根據任意的視角來觀察建筑物的內部結構以及設施。相對于手動漫游來說，自動漫游需要為一個預先確定下來的路徑創建關鍵點，之后則是通過觀察者應用一個導航器來穿過路徑進行自動的對運動做出控制。
2.2 視線的碰撞檢測方法分析
漫游人員在進行漫游的過程中將會和地形以及障礙物出現一定的碰撞，Vega雖然能夠對地面碰撞檢測做出相應的定義，但是針對于定義的運動模型根本無法能夠起到實際性的作用，因此，本研究采用技術視線碰撞檢測的方法來進行檢測。
針對這種方法來說，主要是空間直線以及空間多邊形的求交問題，并且核算的方法也能夠得到兩個方面的結果：第一是漫游的過程中地形以及障礙物所進行的碰撞檢測；第二則是虛擬的實體選擇以及虛擬場景環境之中的絕對坐標系如下圖1所表示。
作為起點，并且沿著觀察坐標系Y軸向著正向進行射線，同時也可以給根據空間直線的方程式來對其進行描述。
L：X=Rt+E（t≥0）
在公式之中，X（x，y，z）主要是為視線上任意點，然而R（xr.yr.zr）則是為射線的方向。然而E（xe，ye，ze）所表示的便是視點射線上起點，t主要是為X點距離視線的距離。在空間平面P的防塵以及其法向量主要是為以下公式所述。
Ax+By+Cz+D=0
N（A，B，C）主要是為容易求得出來的攝像以及平面的焦點和視點到點之間的距離。
N1?N2=N1x?N2x+N1y?N2y+N1z?N2z， N?（Rt+E）+D=0，
t0=-（N?E+D）/（N?R），（N?R≠0）。
在公式之中，要是射線L和平面P所平行，那么則不存在著焦點，不然射線L以及平面P則是相交的，焦點主要是為X0=Rt0+E，其視點到交點的距離主要是為t0。
虛擬的實體選擇是可以得出進一步的求解，然而在對實體進行選擇的過程中，通常情況下不知道視線應該和那個多邊形進行交匯，要是每一次都會對整個場景之中所有的表面多邊形全部都是經歷了一遍，那么將會出現比較大的運算量，從而到導致出現一些不必要的浪費。所以，在現實基于視線的碰撞檢測過程中，必須要考慮到球形包圍盒以及長方體包圍盒的快速求交方法能夠實現虛擬體的選擇。
3.系統的設計以及實現分析
漫游引擎主要是一組三維場景漫游的核心程序所在，并且負責實現輸入映射以及試點的控制以及虛擬場景調度管理等系統漫游的功能。在數字校園漫游引擎之中，多數系統能夠在主頁定義一些可選項，能夠給漫游都提供一打開或者關閉的功能設置，從而使“游客”在數字校園之中能夠觀賞到不同時段（不同季節）的校園景色，同時也能夠采用任意的視角和路線在校園之中自由穿行。
基于上述主要系統分析，通過建立起基于多為信息空間的和諧人機環境，被認為是信息技術創新發展過程中的主要目標，并且虛擬現實技術也是支撐多為信息空間的關鍵因素所在，通過應用虛擬現實技術來進行數字城市的虛擬建設以及虛擬裝修等進行展示，能夠更好的為相關領域上面的技術進行創新，從而取得一個良好的效果。
參考文獻
[1]劉航，王積忠，王春水.虛擬校園三維仿真系統關鍵技術研究[J].計算機工程與應用，2007.28（12）：2934-2936
篇2
關鍵詞:虛擬現實(VR);虛擬環境人機交互
一、引言
在信息技術發展的今天,人們的交流越來越多的依靠網絡、廣播、電視等媒體得到相關的信息資料,但是這些媒體提供的信息往往是經過抽象的,在很大程度上人們不能及時有效的進行理解吸收,解決這一問題人們只能借助于實物模型,但隨著計算機技術的迅猛發展,使得人與計算機的交互成為可能,虛擬現實(VR)技術就是借助于這個基礎上實現了人機交互,操作者可以通過鍵盤、鼠標、頭盔、數據手套等工具與計算機間的交互,真正成為虛擬環境中的一員,較真實的感知和操作虛擬世界中的各種對象,達到理解和掌握知識、為生產生活服務的目的。
二、虛擬現實技術簡介
虛擬現實(簡稱VR),又稱靈境技術, 是以浸沒感、交互性和構想為基本特征的計算機高級人機界面,是迅速發展的一項綜合性計算機、圖形交互技術。它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、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術,模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感官功能,使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中,并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互,創建了一種適人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過虛擬現實系統感受到在客觀物理世界中所經歷的“身臨其境”的逼真性,而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制,感受到在真實世界中無法親身經歷的體驗。
計算機技術的迅速發展為我們提供了許多解決問題的新方法。虛擬現實技術的產生與發展也同樣如此,目前虛擬現實系統的研究現狀主要涉及到三個研究領域:依靠計算機圖形方式建立實時的三維視覺效果、構建對虛擬世界的觀察界面和使用虛擬現實技術加強其在現實世界中的應用。
三、虛擬現實技術特征及其系統的關鍵技術
從本質上說,虛擬現實就是一種先進的計算機用戶接口,它通過給用戶同時提供諸如視、聽、觸等各種直觀而又自然的實時感知交互手段、最大限度地方便用戶的操作,從而減輕用戶的負擔、提高整個系統的工作效率。因此虛擬現實技術具有以下四個重要特征。
（一）多感知性
所謂多感知性就是指導包括視覺感知外, 還包括聽覺、力覺、觸覺和運動感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。
（二）存在感
又稱臨場感,它是指用戶感到作為主角存在于模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境應該達到使用戶難以分辨真假的程度。
（三）交互性
它是指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度(包括實時性)。我們借助與我們8的感覺器官,在虛擬的環境中體驗真實的環境。
（四）自主性
是指虛擬環境中物體依據物理定律進行動作的程度。虛擬現實系統的關鍵技術主要由動態環境建模技術、實時三維圖形生成技術、立體顯示和傳感器技術、應用系統開發工具和系統集成技術等五個方面組成。其中動態環境建模技術的目的是根據應用的需要獲取實際環境的三維數據, 并利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。而三維圖形的生成技術關鍵是如何實現“實時”生成。立體顯示和傳感器技術是虛擬現實中實施交互能力的關鍵。
四、當今虛擬現實技術的應用領域
虛擬現實技術的應用前景十分廣闊。目前在娛樂、教育及藝術領域的應用占據主流,其次是軍事與航空、醫學領域,機器人和商業領域都占有一定比例,另外在可視化計算、制造業等領域也有相當的比重。下面簡要介紹其部分應用。
（一）娛樂、藝術與教育領域
豐富的感覺能力與3D顯示環境使得VR 成為理想的視頻游戲工具。如Chicago(芝加哥) 開放了關于3025 年的一場未來戰爭的世界上第一臺大型可供多人使用的VR娛樂系統;1992年的一臺稱為“LegealQust”的系統由于增加了人工智能功能,使計算機具備了自學習功能,大大增強了趣味性及難度,使該系統獲該年度VR 產品獎。
作為傳輸顯示信息的媒體,VR所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態的藝術轉化為動態的,可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術,提高了藝術表現能力。
（二）軍事與航天工業領域
模擬與練一直是軍事與航天工業中的一個重要課題,這為VR提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIM NET的虛擬戰場系統,以提供坦克協同訓練,該系統可聯結200多臺模擬器。另外利用VR技術,可模擬零重力環境,以代替現在非標準的水下訓練宇航員的方法。
（三） 醫學領域
VR在醫學方面的應用具有十分重要的現實意義。在虛擬環境中,可以建立虛擬的人體模型,借助于跟蹤球、HMD、感覺手套,學員們可以很容易了解人體內部各器官結構,這比現有的采用教科書的方式要有效得多。
Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術訓練器,用于腿部及腹部外科手術模擬。這個虛擬的環境包括虛擬的手術臺與手術燈,虛擬的外科工具(如手術刀、注射器、手術鉗等),虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺手套,使用者可以對虛擬的人體模型進行手術。
另外,在遠距離遙控外科手術,復雜手術的計劃安排,手術過程的信息指導,手術后果預測及改善殘疾人生恬狀況,乃至新型藥物的研制等方面,VR技術都有十分重要的意義。
（四）管理工程領域
VR 在管理工程方面也顯示出了無與倫比的優越性。如設計一新型建筑物時,可以在建筑物動工之前用VR技術顯示一下;當財政發生危機時,可以幫助分析大量的股票、債券等方面的數據以尋找對策等等。
以上僅列出虛擬現實的部分應用前景,可以預見,在不久的將來,虛擬現實技術將會影響甚至改變我們的觀念與習慣, 并將深入到人們的日常工作與生活。
五、虛擬現實技術的進一步展望
虛擬現實從其萌芽到今天的日漸成熟已經走過了相當長的一段風雨歷程。目前它的研究內容涉及到多項學科領域。我們同時也認識到,這個領域的技術具有巨大的潛力和廣闊的應用前景。
篇3
關鍵詞： 虛擬現實技術； 虛擬教學系統； 感知； 交互； 沉浸
中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）12-72-03
Research on the design of virtual teaching system based on virtual reality technology
Yang Xuchao
Abstract： The educational characteristics of virtual reality include multi-perception， interactivity， immersion and imagination. To design the virtual reality system， the advanced education idea should be taken as the guidance， a virtual perceptive teaching system should be built by giving full play to the virtual reality technology， to design the virtualized scene， classroom， experiment， roles and situation， and the student should be allowed as a role to experience the virtualized natural phenomena and process of things evolution， so as to support student learning， exploration and discovery.
Key words： virtual reality technology； virtual teaching system； perception； interaction； immersion
0 引言
虛擬現實（Virtual Reality簡稱VR）是近年來的一個研究熱點。
1965年，有“VR之父”之稱的計算機圖形學創始人Ivan Sutherland，曾在IFIP會議上做了題為“The Ultimate Display”的報告，第一次提出了虛擬現實的概念[1]。這一提法對“虛擬現實技術”來說，具有里程碑的意義。
1989年，美國的VPL公司宣布完成虛擬現實系統RB-2（Reality Built for2），VPL公司的創始人Jaron Lanier正式提出了“虛擬現實”一詞，從此進入虛擬現實階段[7]。
從上世紀90年代至今，“VR”進入全面發展階段，并開始在各領域綻放異彩，從而，逐漸走向實際應用[6]。近年來，VR技術的應用領域十分廣泛。VR應用到教育領域中，既是虛擬現實自身發展的需要，也是教育發展的需要。
虛擬現實教育特性歸納為四重性即：多感知性、交互性、沉浸性以及構想性[4]。
VR的教育應用價值是，可以建立虛擬的學習課堂，把相應知識進行情景化設計，形象直觀地展現在學生面前，允許學生以角色的身份，“身臨其境”地去體驗類真實生活中無法觀察到的自然現象、或事物的變化過程。學生沉浸在這樣的虛擬現實學習環境中，通過多層次的感知，獲得類似真實的體驗效果，全方位地獲取信息，主動自然地對知識進行認知和建構，在沉浸于探索活動之時，跳一跳，摘到果子。
1 虛擬教學系統的設計原則
教育是一個復雜的系統工程，作為一個結構完整的虛擬教學系統設計，教育性是根本屬性、此外還必須兼顧知識性、計算機虛擬技術特性、科學性與藝術性等方面。因此，虛擬教學系統設計必須遵循以下原則。
⑴ 運用先進教育學習理論作指導的設計原則
在教育理論體系中，學習理論經歷了由行為主義到認知主義、認知主義到建構主義、又由建構主義到情境認知與情境學習理論的演變和發展過程。這些學習理論都在不同的時期指導了CAI寫作，并成為CAI發展不可或缺的重要推手。
本研究課題其本質是教育性，核心是教育創新。因此，虛擬教學系統的設計必須要有教育學習理論做指導，否則系統的設計也就成了無源之水，無本之木，系統也就缺少了教育的屬性。
通過對教育學習理論的分析，吸取其中對課件寫作有益的經驗，指導課件寫作實踐，可以使虛擬教學系統的設計更符合教育規律。
⑵ 人機交互界面設計的原則
交互性是VR在教學上最有價值的應用。對于一個好的虛擬教學系統來說，人機交互設計很關鍵，虛擬現實教育的多感知性、沉浸性以及構想性就是要通過人機的有效交互產生效果，學生的參與、學生的“角色”扮演，學生的體驗都必須獲得交互性的支持。
在進行虛擬教學系統設計時，要考慮界面的可視化、一致性、簡潔性、易用性、直觀性、可控性和及時響應等原則，充分考慮到要適應學生的心理與情感需要；要適應學生的生理特征、行為特征等，把系統的交互設計看作是教學設計的最重要內容之一。
⑶ 虛擬現實四重性原則
基于VR建構的教學系統，在于通過感官刺激，使學生沉浸于虛擬教學系統中，體驗逼真的情境教學并主動動腦動手參與交互，以達到高效學習和提高技能。
⑷ 功能模塊化，提高復用性原則
系統的模塊化設計，考慮學生的個性化需求，允許定制學生適合的學習內容。
2 虛擬教學系統的指導思想
在教育的理論體系中，行為主義學習理論、認知主義學習理論、情景認知理論、建構主義學習理論以及遠程學習的交互理論都曾不同程度地指導著CAI寫作。
⑴ 行為主義把學習看做是由刺激與反應（即“S―R”）形成的聯接。曾指導了早期的CAI寫作；另外，程序教學的小步子策略至今仍深刻地影響著CAI寫作。
⑵ 認知主義對CAI的啟示是：要以學生為本，從學生的內外因素兩個方面來創設課件情境，外因提供刺激，驅動內因去認知知識，課件情境的設計就必須考慮學生的認知特點，必須要將知識性與趣味性相結合，以激發其好奇心和發現欲，誘發其質疑、猜想和認知、激發學生的學習興趣。
⑶ 建構主義理論強調學習的主動性、社會性和情境性。因而，“情境”、“協作”、“會話”、“意義建構”構成了建構主義的四大要素。對CAI的啟示是： 學習要在一定的情境中，通過協作活動和會話交流而建構意義。
⑷ 情境認知與學習理論更加強調情境對于學習的重要性。認為知識具有情境性，學習是基于社會情境的一種活動，知識的意義不能脫離具體的情境產生[8]。因而要通過設置真實的實驗環境（基于工作崗位的、基于知識內涵的）、或借助計算機信息技術設計的虛擬情境，來提高學習的有效性，并保證知識向真實情境的遷移。
可見，VR的教育應用與教育學習理念的精華是相一致的；設計適合學生學習的虛擬現實學習場景、創建情境化教學平臺，是虛擬教學系統教學設計的主要形式。教學設計要強調參與者的交互性與沉浸感，以有效提高學生學習的主動性，進行更好的知識建構。
3 系統教學功能的虛擬設計
⑴ 虛擬課堂的設計
對課堂場景的虛擬設計，使教學脫離傳統的學習場所，突破了時空的限制，學生可以自由自在地在虛擬課堂中學習，猶如沉浸在真實課堂一樣，讓教學變得輕松而實效。
⑵ 虛擬實驗的設計
設計和建立虛擬實驗室，是一種高效而且新穎的實驗方式，不僅可以避免實驗自身存在的安全隱患，而且可以節約實驗成本，不用顧慮實驗條件、環境和時空上的限制，學生可以隨時隨地地完成實驗內容。
⑶ 技能訓練功能模塊的設計
VR的沉浸性和交互性，允許學生以角色的身份參與到虛擬的學習環境中，去嘗試和體驗情境學習活動，這非常有利于學生的技能訓練。例如汽車維修的虛擬技能訓練、電器維修技能訓練等職業技能的訓練，學生可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。
⑷ 虛擬情境設計
應該說，最理想的學習是發生在真實情境下的學習，但客觀地說，真實情境的學習條件可遇而不可求。因而，對情境進行虛擬設計就是現實的選擇了。
在虛擬教學系統中，創設與現實情境相類似的高度逼真的虛擬學習情境，代替書本描述或代替抽象語言的描述，使教學的過程與現實的問題解決過程相類似，有利于刺激學生的感知、沉浸與構想，從而使得學習有效發生。
⑸ 虛擬角色的設計
虛擬角色支持學生成為學習活動的“角色扮演者”，學習的過程則是角色參與的活動過程。教學情境的創設應營造一個利于“角色”主動探索的學習共同體和實踐共同體，支撐知識的社會協作性建構。角色扮演者在虛擬的情境中，可以身臨其境的體驗情境化的教學。可以自由地、主動地與虛擬對象進行交互，通過協作活動和會話交流而建構意義，符合建構主義理論的學習理念。
4 虛擬教學系統的教學策略設計
4.1 案例學習策略的設計
案例教學，既是針對一個真實事件的再現與思考，也是對這一典型事例的反思與探討。案例制作的原則有以下。
⑴ 案例設計要突出主題、把握主線，要保持案例真實性、典型性、完整性、趣味性原則，闡明事件發生的時間、地點、背景，注意處理好事件中的一些戲劇性的突變，使得案例直觀明了、富有懸念，能有效地反映出事件發生的特定教育背景，并能給予啟示。
⑵ 感知性、沉浸性原則，可以使學生親身體驗和感悟現實中的真實問題。
⑶ 案例設計應能提出關鍵問題，且能提出有效的解決辦法、及提供對這種解決問題方法的評價，以便為新的決策提供參照點。
案例教學是開啟學生思維大門的鑰匙，也是發展技能的重要渠道。好的案例無疑可促使學生更快地適應工作情景的挑戰。有利于培養學生分析問題解決問題的能力。
4.2 情境學習策略設計
情境化是虛擬現實特性在教學上的最有價值的又一體現。
在逼真情境認知環境下的虛擬教學系統的學習過程，也被稱為情境性教學，通常通過借助“VR”技術進行虛擬學習情境設計來實現。
情境的模擬或基于真實工作崗位、或基于知識的本質內涵要求，是學生獲取知識，理解知識并基于一定的社會文化情境建構意義的最佳環境。
4.3 協作學習策略設計
“協作”是建構主義學習理論的要素之一。“協作學習”可以使得學生在一定的情境中，通過協作活動和會話交流活動中而建構意義。因而對教學具有獨特的應用意義。
合作、交互、角色參與、信息共享和活動共享是實現“協作學習”的重要渠道。因此，在虛擬學習設計中，必須提供以上活動的機制，提供在線的網絡對話、學習論壇、共享白板及電子郵件、留言板等交互方式。
4.4 自主學習策略設計
自主學習（autonomous learning）指學生自主選擇學習內容、學習方法、學習的監控、評價學習結果的過程。自主學習強調學生的主體性和學習能動性，教師則是教學活動的組織者、參與者和指導者。
基于VR的網絡教育創設的是一個開放的學習環境，學生可以在虛擬世界中自由翱翔，最大程度的發揮學習者的自主性，通過自己的探究活動和與其他學習者的協作學習來建構知識。
4.5 探索學習策略設計
利用VR技術可以對各種教學內容的假設對象進行虛擬構建，所呈現的結果應能直觀生動地揭示規律，或給予的啟示。例如，在化學虛擬試驗中，學生可根據假設，進行不同分子的組合，通過對虛擬的結果進行探索式的研究，很有可能得出新的發現，有利于培養學生的創造性思維和能力。
5 結束語
利用VR技術，可以對學習場景、角色、情境等進行虛擬設計，結合各種有效的學習策略，有力地支持學生學習、探索和發現。
虛擬教學系統雖然是教學的輔助工具，但為教育提供了一種全新的思想方法和教育手段，它將促使教育形態、教育環境、教學過程的基本要素及相互關系發生重大變革。
參考文獻（Reference）：
[1] 宗光華.高層建筑擦窗機器人[J].機器人技術與應用，
1998.72（4）：20
[2] 趙沁平教授談虛擬現實技術的應用前景[EB/OL].http：//
/News/Html/News7.Hun
[3] 張翰峰.第二代WWW標準語言VRML PC WORLD
CHINA，1999.7-9期.
[4] 黃鑫.基于VR技術的虛擬教學應用研究[D].華中師范大學，
2005.
[5] 曾芬芳.虛擬現實技術[M].上海交通大學出版社1997.
[6] 張倩葦.虛擬現實技術與教育[J].電化教育研究，1998.2：
29-32
[7] 徐大敏.于兆勤.郭鐘寧.虛擬現實技術及其應用與展望[J].機
床與液壓，2006.7：35-36，79
篇4
【關鍵詞】虛擬現實VRML三維課件虛擬實驗
隨著我國教育模式的不斷改革以及科學技術的飛速發展，傳統的教學形式已無法滿足學習的需要，需亟待改進。如何在已有教學媒體的基礎上，基于計算機仿真技術的虛擬教學形式，用一種最新出現的教學模式，去探索新的教學方式和方向。本文主要從虛擬現實技術和VRML語言的角度探討其在現代教學中的應用。
1 虛擬現實技術及其技術支持
1.1虛擬現實技術概念及特征
虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)技術，是計算機技術的綜合應用。該技術就是利用計算機生成的一種三維模擬環境，通過多種傳感設備使用戶“投入”到該環境中，實現用戶與該環境直接進行自然交互的技術。由于用戶對計算機環境中的虛擬物體產生了類似于對現實物體的存在意識或幻覺，從而使得用戶在計算機所創建的三維虛擬環境中處于一種全身心投入的狀態。其特性主要表現在：
第一，虛擬現實技術強調計算機生成的虛擬環境應該是逼真的，能給人以身臨其境的沉浸感；
第二，人們能夠以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互。
1.2虛擬現實技術的技術支持——VRML語言
1.2.1VRML概述
VRML (Virtual Reality Model Language，虛擬現實建模語言) 是一種用于對三維虛擬場景進行建模的描述性語言，它同HTML語言一樣，是一種ASCII的描述性語言，可以用文本編輯器進行VRML編輯。在描述三維物體及由它們構成的場景時，VRML能使物體在三維空間中運動（動畫），還能夠在場景中播放聲音和電影，并使觀察者能與場景進行交互，從而加強觀察者在虛擬場景中的感受。
1.2.2VRML工作原理和特性
VRML的訪問方式是基于客戶/服務器模式的。其中服務器提供VRML文件及支持資源(圖像、視頻、聲音等)，客戶端通過網絡下載希望訪問的文件，并通過本地平臺上的VRML瀏覽器交互式地訪問該文件描述的虛擬境界。由于瀏覽器是本地平臺提供的，從而實現了與硬件平臺無關性。圖一描述了VRML的工作方式。
轉貼于
2 虛擬現實技術在現代教學中的應用
虛擬現實在教育領域的具體應用，主要體現在虛擬學習環境、虛擬實驗室、虛擬實訓基地、虛擬仿真校園、虛擬遠程教育等方面。
2.1設計交互式三維課件
形象生動的多媒體課件是廣泛采用的計算機輔助教學的重要形式，用傳統的開發工具制作的課件都是二維平面的。使用虛擬現實技術設計和開發的交互式三維課件，可以有效的輔助課堂教學。
眾所周知，《數據結構》是計算機專業課中的一門必修課， 在《數據結構》課程中，對于常用的數據結構的算法思想，其抽象程度高，學生很難理解。我們也可以通過虛擬技術將其制作成課件進行教學，將抽象的算法過程以淺顯易懂、形象直觀的形式展現出來，以方便教師的教學和學生的理解。
不僅如此，在大學生法制教育的教學過程中，枯燥的理論往往是同學們失去興趣，但是如果能夠有效的引入模擬法庭的方式來展示整個審判過程，將收到意想不到的教學效果。有效地把遠方的東西呈現在學生眼前，把復雜的東西變得簡單，把抽象的東西化為具體，更好地理解所學內容。嘗試用VRML進行課件的設計與運用，引入教學，促進教學任務更好地完成。將VRML運用到課件的開發設計中，能使學習者憑借系統提供的視聽設備而置身于一個三維空間的虛擬環境中，使學習者產生沉浸感和臨場感。
2.2在虛擬實驗室系統中的應用
在現代教學中，對學生進行創新素質教育的重要手段之一是實驗教學，它不但能使學生更好地感受、理解知識的產生和發展過程，使知識形象化易理解，而且能激發學生的求知欲，培養創新能力。目前，高等學校學生人數大幅度增加，然而實驗教學經費有限，致使有的器材使用長期處于過飽和狀態，有的儀器無能力購買，大大地影響了實驗教學的質量。為了盡快改善這種狀況，整合教學資源，使學生獲得最好的學習效果，把虛擬現實技術引入實驗教學，是近年來比較創新且有較好實際效果的做法。
通過虛擬的實驗室進行實驗，既可以縮短實驗的時間，又可以獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可見的結構原理進行仿真實訓，避免各種危險。虛擬實驗的引入不但使教學經費降低，使教學內容不斷更新，使實驗實踐及時跟上技術的發展，而且還能為學生創造良好的自學條件，使他們按照自己的水平和能力進行學習，能使學生有更多的練習機會。但是在采用虛擬實驗進行教學的過程中，并不能完全代替真實實驗。在虛擬實驗中的實驗設備型號單一，性能穩定，實驗條件過于理想化，實驗過程中的由個人原因造成異常現象和故障出現次數極少，使學生的實踐動手能力沒有真正的得到鍛煉。因此，這就要求設計和開發虛擬實驗系統的開發人員不僅有相應的計算機知識還應具有專業知識，要對實驗內容綜合分析，設計出內容覆蓋全面的虛擬實驗系統。
2.3虛擬場景與技能訓練
虛擬現實系統可以虛擬的人物形象，創設一個人性化的學習環境，使遠教學生能夠在自然、親切的氣氛中進行學習。例如，在虛擬的課堂學習氣氛中，遠教學生可以與虛擬的教師、學生一起交流、討論，共同探討學習中的各種問題，進行協作化學習。再如，在外語教學中，可以通過計算機虛擬學生到國外旅游的情境，讓學生與人交談，達到訓練學生口語的目的。再如，與虛擬的心理醫生對話，排解心中的煩惱等。同時，利用虛擬現實技術已相應的硬件設備可以進行各種技能訓練，如外科手術技能、教學技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技能、電器維修技能等。學生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。
3 結束語
虛擬現實技術實現了學習媒體的情景化及自然交互性，以其自身強大的教學優勢和潛力，在教學中有著極其巨大的應用前景，將會逐漸受到社會各界，將會逐漸受到教育工作者的重視和青睞，最終在教育領域中廣泛應用并發揮其重要作用。
參考文獻
[1]李欣.虛擬現實及其教育應用.科學出版社，2008，06.
篇5
關鍵詞：虛擬現實技術；藝術設計；創新；變革
就在30年以前，設計師們還在用紙和筆進行創作，無論是廣告插畫，還是工業制圖，都離不開尺子、鉛筆和紙張。然而，個人計算機普及后，電腦迅速替代了之前的作畫工具。在短短的幾年內，就已經很少再看到設計師使用傳統的紙和筆繪圖了，這可以說是設計界的一場革命。現在，一場全新的革命風暴正在醞釀，得益于虛擬現實技術所取得的突破性進展，也許在不遠的將來，設計師們就將打破電腦屏幕的限制，進入亦真亦幻的虛擬世界繪圖了。虛擬現實（Virtual…Reality，簡稱VR）是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，通過對視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以實時地觀察虛擬空間內的事物并與之進行一定的交互。廣義的虛擬現實還包括增強現實（Augmented…Reality，簡稱AR）和混合現實（Mix…Reality，簡稱MR）。對虛擬現實的研究和開發源于20世紀60年代，得益于計算機圖形學、人機接口技術、圖像處理與模式識別、多傳感技術、語音處理與音響技術、高性能計算機系統、人工智能等領域的長足發展，為虛擬現實技術的爆發打下了堅實的基礎。現在，虛擬現實技術正逐漸走出實驗室，進入市場，而藝術設計正是和計算機緊密結合的一個領域，因此可以預見，虛擬現實技術必然對設計界產生巨大的、革命性的影響。這是虛擬現實技術為設計界帶來的一次變革，這場變革不同于以往的地方在于，它帶來的不僅僅是技術上的變革，更是設計思想上的全面革新。
1設計工具的智能化
得益于人工智能的發展，設計工具將變得越來越智能化，這是必然的趨勢。而虛擬現實正是基于人工智能的支持才能更好地實現，因此設計師們會發現，設計工具的開發者將會更傾向于將工具轉變為智能助手。設計師手中的創作工具不再僅僅是簡單地將設計師的想法“繪制”出來，而是會模擬出設計師所設計的產品將要應用的環境，并通過人工智能來判斷這些設計應用在真實環境中是否合理，借此向設計師提供更合理的建議。除此之外，客戶也將深度參與到設計的過程中來。不同于以往的設計產品必須交付之后才能進行測試和反饋，在虛擬現實技術的幫助下，客戶可以在設計師設計的過程中實時模擬各種測試環境來檢驗設計，并及時與設計師進行溝通，提出意見。這將會極大地提升設計效率，降低設計的失誤。對于一些需要生產樣品的設計，同樣可以借助虛擬現實的幫助，在設計完成后，“生產”出虛擬的樣品，并邀請用戶在虛擬的環境中進行體驗和使用，如果發現問題，可以馬上調整設計。這將極大地節約設計成本，包括經濟成本和時間成本。
2打破空間對設計師的限制
虛擬現實技術將打破空間對設計師的限制，設計師的視野將從電腦屏幕擴展至整個周圍的空間。我們可以完全虛擬出一個時空，在虛擬的世界構建自己的作品。比如，當我們需要設計一套古代服裝時，設計師可以借助虛擬現實設備在工作場所虛擬一個相對應的古代場景，并讓虛擬的模特“穿”上這套服裝在該場景中進行展示，這種沉浸式的設計體驗將幫助設計師更好地把握設計的時代感，提高設計的準確度。除此之外，我們還可以基于周圍的真實環境，在真實空間中繪制虛擬的作品，比如在設計師的工作臺上使用虛擬現實設計工具創作一輛迷你賽車，工作臺就是它的賽車場，它能和工作臺上真實存在的物品進行互動，并在行駛中繞開這些真實的障礙。這也就意味著，設計師將從二維的平面中解放出來，真正進入三維的空間進行創作。這里需要注意的是，我們目前所謂的“三維”圖像，實際上仍然是顯示在各種設備屏幕上的平面圖像，并非能夠從任意角度觀察的真正的三維圖像。通過維度的提升，將使得設計師的視角更加自由，能夠從以往無法想象的視角去審視自己設計的作品。
3設計思維的改變
傳統的設計要求設計師們憑借自身的經驗去理解設計需求，也就是說，當客戶提出的設計需求涉及設計師陌生的領域時，就會對設計師造成很大的困擾。比如，一名建筑設計師在設計建筑方面非常在行，但當一名電影導演要求他為某部科幻電影設計一座火星基地時，他可能就會感到非常棘手，因為他并沒有到過火星，無法實地觀察火星的地貌環境。此時，借助虛擬現實技術，這名設計師就可以通過相關設備進入虛擬的火星表面，全方位地觀察和體驗。而且，這個虛擬的火星表面是由專業的宇宙空間研究機構提供的數據搭建而成的。從這個角度來看，我們就會發現，通過虛擬現實技術，設計師的整個設計思維將會產生極大的變化，他們將徹底地換位思考，不再完全從設計師的角度出發，而是可以進入客戶的角度，在虛擬的環境中感受客戶的需求。這種變化將引起設計思想的革命——真正從客戶、從需求的角度出發進行設計，而不是憑借自身對客戶需求的有限理解來設計。
4設計師培養方式的變革
篇6
關鍵詞：虛擬現實；教育科普；混合現實；全息投影技術
虛擬現實前沿技術由于具有良好的交互性、沉浸性、概念性、直觀性和形象性，在科普教育中得到廣泛的應用。有人認為它是下一代的計算機平臺，有人認為它是顛覆傳統產業或推動傳統企業轉型升級的不可逆轉的力量；另一些人則認為這是連接傳統產業深刻變革的必由之路，虛擬現實產業已進入世界最先進的智能數字技術的行列。隨著計算機圖形技術的發展以及顯卡GPU算力的逐年提升，更多的虛擬現實設備以及產品被開發出來用于替代老舊的科普設備和技術。三維影像替代了二維的圖片、互動式的虛擬體驗替代了鼠標交互、三維立體電影替代了傳統影片。越來越多的虛擬現實設備被運用在科普場館和科普博物館中，以更加生動地體驗方式和三維交互模式也使科普活動變得生動而具有質感。作為虛擬現實技術中的當家設備，虛擬現實頭盔是目前市面上體驗效果最好的，但在青少年的科普活動中使用頭盔體驗科普活動存在一些問題，比如頭盔太重、頭盔的固定器太大、頭盔的封閉式空間沉浸感很強等，但有一定的幽閉性，會驚嚇到小朋友。為克服這些問題，本文探究混合現實技術和全息投影技術在青少年科普活動中的使用體驗。
1虛擬現實前沿技術
隨著技術的進步和社會的發展，新媒體的發展將進入新的時代，以虛擬現實為核心的藝術表現形式也將隨之發展。虛擬現實（VirtualReality，簡稱VR）是一種使用計算機圖形技術生成虛擬情景，為用戶提供視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感官模擬技術，通過一整套的影像和體感設備，使人們作為參與者，自然地與虛擬世界進行人機交互。總之，虛擬現實是一種實現計算機可視化和交互復雜數據的方法。與傳統的人機界面和平面化的操作系統相比，虛擬現實在技術思想上有質的飛躍，虛擬現實中的“現實”是指在物理意義上或功能意義上真實存在于世界上的任何事物或場景，它可以是現實存在，也可以是虛擬仿真出來的，“虛擬”是指計算機生成的，因此，“虛擬現實”是指虛擬現實前沿技術在青少年科普教育中的創新與實踐查雁南（廣州工程技術職業學院計算機仿真研發中心廣州510999）人們通過使用各種特殊的設備“投射”自己，操作和控制環境以達到特定目的的一種特殊的計算機生成環境。其中，混合現實技術和全息投影技術是虛擬現實技術中的前沿科技。
1.1混合現實技術
混合現實（MixedReality，簡稱MR）技術不僅可讓用戶看到真實世界，還可將虛擬場景或物體和現實世界疊加在一起。它是將真實環境和虛擬情景混合而成的一套系統，由于一部分的情景由現實構成，這樣大大減少了機器的算力開銷。虛擬對象提供的信息往往是用戶無法通過其感官直接感受到的深層次信息，用戶可用虛擬物體提供的信息來提高對現實世界的認識，簡言之混合現實就是將現實環境疊加虛擬場景所形成的復合視覺系統。一個完整的混合現實系統由一套緊密連接的相關硬件和軟件組成。光學透視式是混合現實中常見的一種方式，這種透鏡對設備生成的圖像進行反射，并和眼睛透視進來的現實環境疊加在一起，在現實環境中生成虛擬情境。通常混合現實系統會有一整套靈活的穩定系統，就目前市面上量產的頂級XR設備來說，比如微軟的HoloLens以及Ximmerse的RhinoX都是使用的視覺定位系統，通過攝像頭對現實場景的實時拍攝進行智能算法運算進行空間定位，其中RhinoX還有配套的定位實體設備，能更好地進行虛擬場景的空間定位。在本文研究所使用的就是這款國產的頂級MR設備RhinoX，而其輕量化的一體機設計，開放的虛實混合顯示模式，能讓6-12歲的小朋友輕松佩戴和體驗，既體驗了內容又能看清周圍的環境，不會有驚嚇和摔倒的情況發生。（參見圖1）圖1Ximmerse的RhinoX
1.2全息投影技術
目前全息投影技術在教育和科普行業應用廣泛，全息投影技術又稱虛擬成像技術，它利用干涉和衍射原理清晰地呈現出物體的真實三維圖像。隨著數字全息成像技術和圖形算法的快速發展，最新的全息投影技術能讓全息影像與特定空間產生的三維虛擬圖像交互，形成令人印象深刻的效果。全息投影技術不僅產生了三維浮動虛擬場景，而且能與浮動虛擬場景進行交互；同時，創造出穿越時空的視覺感受，展現出獨特的藝術形式，從視覺效果上講，全息投影技術就是3D裸眼技術的最終表達形式。加拿大南部大學的研究人員成功地開發了全息投影技術。其主要原理是將所需的圖像投射到一個類似鏡子的高速旋轉裝置上，當裝置以某個特定的速度高速旋轉時，就能產生清晰的全息影像，這也稱為全景攝影或虛擬現實。其原理是基于靜態圖像的特殊虛擬現實技術，通俗地說，就是使用全景相機拍攝一幅完整的全景圖像，然后使用專用的播放器進行播發，用戶只需用鼠標控制視角和方向，可以是左、右、近、遠，可以使觀看者身臨其境。也有人將倒置的菱形體鏡面放在平面顯示器上形成簡單的三維圖形，這兩種形式都是比較初級的全息投影影像。目前市面上技術成熟的全息投影產品目前只有位于美國布魯克林的LookingGlassFactory公司，該公司于2018年推出全球首款桌面全息顯示開發套件，2019年開始出貨全球首款8K全息顯示器，并于2020年推出了個人全息顯示器“LookingGlassPortrait”。該顯示器也是目前市面上比較成熟全息顯示系統，有7.9英寸、15.6英寸、32英寸三種尺寸供選擇，顯示器能顯示非常立體的三維場景。三維可視角度58度，缺點就是價格昂貴，顯示屏幕較厚重，不便攜帶。
2虛擬現實前沿技術在青少年科普教育中的創新與實踐
2.1混合現實技術在青少年科普教育中的創新與實踐
MR全息技術有別于虛擬現實VR技術，MR與VR相比的主要優勢是：存在感、靈活性、安全性。與VR技術無法與現實互動的是，MR是融合在現實環境中，可輕松實現人與人以及周邊環境的交互和溝通，而VR則是將使用者割裂在一個獨立空間當中，無法實現與環境和他人的聯動。因此，區別于VR游藝設備，MR全息博物館在互動體驗上天然適合于科普教育。既有觀賞又能互動，通過設置內容互動環節，讓體驗者在自身的體驗和發現中學會認知，寓教于樂意義重大。博物館作為人類認知文明的重要場所，其展示模式多種、多樣。傳統的博物館展示模式大多是物品陳列式，所有的展品都靜態的擺放在展臺中，多年都不會移動，再輔以有限的文字說明，這樣的展示方式往往會令參觀者感覺索然無味，也很難看清楚展品的各種細節特征。而借助混合現實（MR）的實體虛擬化技術的交互式展示能更好地進行展品展示。“MR全息博物館”將成為科普教育的一個新方式和發展方向，為大眾帶來前所未有的交互式體驗，大大提高虛擬現實在智慧教育領域的成熟度，其創新的三維立體空間體感操作手柄，可幫助青少年沉浸在虛擬3D世界中進行有空間深度的情景學習探究及實驗。研究表明，這種立體視覺所呈現的內容能更好地幫助青少年提高學習興趣。2.1.1MR博物館-海洋遨游通過MR全息技術，體驗者能夠全方位、多角度地感受到立體、逼真的場景，充分呈現出大自然的神奇，混合現實事物本身的表現力和感染力，激發體驗者接受新事物的積極性。在MR全息技術打造的世界里，通過一個小小的頭顯就能夠瞬間穿越到海底世界、恐龍時代、熱帶叢林……海豚、魚群、還有稀奇的水母、恐龍等，這些生活中無法靠近的生物統統盡在眼前、觸手可得。與此同時，體驗者也同樣可在現實場景中進行互動交流，突破時間和空間的壁壘；（參見圖3）2.1.2MR博物館-侏羅紀全息投影讓小朋友們零距離的接觸恐龍，在叢林中穿梭回到侏羅紀時代，通過手柄交互讓他們親自孵出各種恐龍蛋，和孵化出來的小恐龍們進行親切的肢體互動，通過多感官、多通道感受、體驗和操作，體驗多姿、多彩的侏羅紀時代。（參見圖4）
2.2全息投影技術在青少年科普教育中的創新與實踐
全息顯示系統是三維裸眼顯示系統的高級呈現方式，該設備不需佩戴任何外置的視覺設備，比如三維立體眼鏡、透鏡、多通道幕布等就可直接肉眼觀看到立體的三維效果（參見圖5），無任何視覺眩暈、圖像模糊、圖像重疊等問題，并支持多人、多視角觀看，不同視角觀看的視覺效果跟真實觀看該物體的視覺效果一致。該設備還支持搭配微軟的Kinect體感系統一起使用，通過手勢和虛擬的三維物體進行三維深度交互，這種具有三維深度的體驗模式會比傳統的二維顯示器的體驗更加真實、生動，具有更多的趣味性。在實際的青少年科普體驗活動中該設備特別受小朋友們的喜愛，并一次性可由多個小朋友一起觀看，互動效果非常好。
3結語
虛擬現實技術是當今信息科技飛速發展的產物，其前沿技術的發展解決傳統VR技術在青少年科普中使用的各種問題，漸漸在青少年科普教育中占更加重要的地位，虛擬現實前沿技術不僅可幫助青少年激發學習興趣、拓展創新思維，虛擬現實技術還架起了傳統教育向現代教育發展的橋梁，多樣化的教學方式，充分發揮虛擬現實前沿技術的實用性，促進青少年全面的接觸、認識虛擬現實技術，能更好地對青少年進行科普教育。
參考文獻
[1]魯麗彬.高職院校虛擬現實（VR）科普基地建設探索與實踐[J].電腦編程技巧與維護，2020（11）：140-141+170.
[2]唐春蘭，華燦星.STS視角下科技館虛擬現實技術運用的場景及隱患探析[J].科技智囊，2020（11）：60-63.
[3]陳晨，王錦秀，陳翀，等.全息投影技術在醫學領域及醫學教育中的應用[J].中華醫學教育探索雜志，2020，19（11）：1255-1257.
[4]薛翔.基于混合現實技術的文物展示設計研究[D].四川美術學院，2019.
[5]陶澍.全息混合現實在景觀設計的應用[J].現代園藝，2013（24）：79-80.
[6]熊玓.全息投影技術與動畫藝術的融合應用[J].參花（下），2021（09）：120-121.
篇7
關鍵詞：虛擬現實技術；虛擬校園；可視化；MultiGen Creator；Vega
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）11-0203-03
Abstract： The principle and application status of virtual reality technology were introduced. A brief introduction of the virtual reality developing tools―MultiGen Creator and Vega is given. The methods and several key techniques to develop virtual campus were particularly discussed. And the research tasks based on the virtual campus were put forward.
Key words： virtual reality technology；virtual campus；visualization；multigen creator；vega
1 概述
虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）技術又稱靈境或臨境技術，它依托于計算機科學、數學、力學、聲學、光學、機械學、生物學乃至美學和社會科學等多種學科，是在計算機圖形學、圖像處理與模式識別、智能接口技術、人工智能技術、并行處理技術和高性能計算機系統等技術基礎上的交叉學科。
虛擬現實系統按不同的依據可分為不同的類型，但究其本質，它是一種先進的計算機用戶接口技術。它利用計算機生成一種模擬環境，通過多種傳感設備使用戶投入到該環境中，實現用戶與該環境直接進行自然交互，從而最大限度的方便用戶的操作，減輕用戶的負擔，提高整個系統的工作效率[1]。
虛擬現實技術在近幾年由于技術上的進步與成熟而迅速發展，其應用領域已由過去的娛樂與模擬訓練發展到包含航空航天、鐵道、建筑、土木、科學計算可視化、醫療、軍事、教育、通信、藝術、體育等廣泛領域[2]。本文簡要介紹了虛擬現實開發工具MultiGen Creator和Vega，在此基礎上著重探討了虛擬現實技術在虛擬校園三維仿真中的應用。
2 虛擬現實系統的軟件開發工具MultiGen Creator和Vega
目前，虛擬現實開發工具發展迅速，比較著名的有WorldToolKit、Vega、MR、dVS等。這些軟件都支持從更高層次上開發虛擬現實應用，而且為用戶屏蔽掉底層硬件上的差異，用戶只要分析與實現虛擬現實應用本身，不需考慮不同機型、不同操作系統、不同接口的硬件差異[2]。下面就筆者所使用的美國MultiGen-Paradigm公司推出的MultiGen Creator和Vega做一簡要介紹。
MultiGen Creator是一套高逼真度、最佳優化的實時3維建模工具，它能夠滿足視景仿真、交互式游戲開發、城市仿真等應用領域。Creator是將多邊形建模、矢量建模和地形生成集成在一個軟件包中的手動建模工具，包括多邊形和紋理建模、矢量編輯和建模以及地形地表生成等功能子模塊。它主要考慮如何生成逼真的大面積地形、地貌等地理環境模型，以及如何提高模型的實時性。
Vega是最核心的渲染工具，用于實時視景模擬的定義和場景的描述，是虛擬現實和普通視覺應用的開發和運行工具。Vega將先進的模擬功能和易用工具相結合，對于復雜的應用，能夠提供快速、方便的建模、編輯和驅動工具。
3虛擬校園的可視化開發與研究
目前，虛擬大學有兩種定義，并分別帶來不同的研究和實踐。一種定義是從信息、網絡和多媒體技術的角度出發，虛擬大學被理解為一個以計算機和網絡為平臺的、遠程教學為主的信息載體；另一個定義是從因特網、虛擬現實技術、網上虛擬社區和3S技術的角度出發，虛擬大學被定義為對現實大學三維景觀和教學環境的數字化和虛擬化，是基于現實大學的一個三維虛擬環境，用于對現實大學的資源管理、環境規劃和學校發展等方面的研究。本文探討真實表達和模擬江蘇師范大學校園景觀的虛擬校園環境的設計、開發和初步試驗。江蘇師范大學位于江蘇省徐州市，校園總占地2200畝，由泉山校區、云龍校區、奎園校區和賈汪校區四部分組成。
3.1 3維虛擬地理景觀的總體設計
在地理景觀系統中，地理對象根據空間分布特性，可分為2類：一類稱為地形景觀對象，這類對象以場為基礎，在空間上連續分布，如地形等；另一類稱為地物對象，這類對象以離散實體為特性，以獨立的個體而存在，如虛擬校園中的建筑物、樹木、路燈等對象。地理對象的3維幾何空間數據是三維地理世界建模的基礎數據，其大數據量是三維地理對象實時圖形處理的瓶頸。所以地理景觀對象的建模是虛擬校園開發的一個關鍵部分。
數據庫的層次視圖結構對運行系統的實時性影響很大。一般來講，層次視圖的空間結構比線性結構和邏輯結構更有利于圖像生成器快速剔除不在視錐體內的幾何體。所以按空間結構形式組織的數據庫具有最快的剔除速度。空間層次結構效率最高，適合于大中型數據庫，故在虛擬校園中采用了這種結構，以減少剔除時間，提高系統運行的實時性。
3.2 利用LOD技術建立復雜對象的多層次細節模型
虛擬校園中有很多空間結構非常復雜的地形地物對象，如典型風格建筑物、復雜的地形對象等。對于這類對象，為了實現快速的圖形計算與顯示，提高系統的實時性，采用不同層次的幾何和屬性數據來表達。LOD（Levels of Detail）是細節層次模型的英文簡稱，其主要思想是用不同多邊形個數的多邊形網表達地理景觀對象的不同層次的幾何分辨率，用不同大小的紋理圖象表達屬性分辨率。對于某一地理對象，根據其在虛擬場景中與視點之間的距離、實時系統所能處理的多邊形數、視覺特性等規則，構造一組該對象的不同復雜程度的三維表達。在模型驅動時根據所制定的規則，自動選擇相應的顯示層次，從而達到實時簡化模型，又不影響視覺效果的目的。但當兩個細節層次模型切換時，視覺上會有明顯的突變。Morphing技術通過在相鄰的兩個LOD之間生成一個過度區，大大加強了層次模型過渡的平滑性[3]，減小了視覺動量的損失。
LOD的層次視圖結構應有助于實時系統快速選中需顯示的LOD節點。在模型系統開發階段，為了工作效率和便利，LOD節點采用獨立結構或添加式結構。但在這兩種結構下，運行系統必須逐個檢查每個節點以決定其是否被顯示，這樣增加了剔除時間。虛擬校園環境中有很多需要詳細表達的復雜模型，為提高顯示效率和實時性，必須將LOD節點優化成嵌套結構。采用這種結構使實時系統很快選中當前需顯示的LOD節點和剔除與當前LOD節點不相關聯的LOD節點，因而可以得到良好的剔除和繪制性能。
3.3 3維動態景觀的初步實現
在本文的初步試驗中，選擇江蘇師范大學工學院大樓及其周圍的場景作為試驗區，建立虛擬校園環境模型。
3.3.1 地形對象模型庫的生成
江蘇師范大學依山建造，整體地勢有明顯起伏，故校園地形的建模可分為兩部分進行。對較平坦部分，將其簡化為平面，用紋理映射來增加生動性；對地勢起伏較大的部分，以校園地形幾何數據為基礎，根據實際地形和地貌的情況，利用MultiGen的地形工具進行建模。首先將高程源數據文件（USGS DEM、NIMA DTED等格式）轉換成MultiGen所特有的DED（Digital Elevation Data）格式，然后將.ded文件輸入到Creator中，選取生成地形的區域，設置影響地形生成方式的參數，之后生成地形的多邊形表示。
3.3.2 地物對象模型庫的生成
虛擬校園環境中的地物對象有建筑物、路燈、樹、廣告牌等。對于箱體式建筑物，可將其看作由頂面和各個鉛垂墻面組成，為增加模擬的真實性，在各個面上映射從現實世界中采集到的紋理；而對于樹木等從任何角度看都大致相同的物體，可采用兩個相互垂直的平面，映射相同的紋理來實現。樹木、路燈等對象具有這樣的特點，即在虛擬場景中大量存在并且形狀大致相同（僅位置和大小存在差異）。若對每一個這樣的對象都建立其幾何模型，將占用大量的系統資源，使運行系統的實時性降低。對這類對象，可以只建立一個幾何模型，然后對其進行實例化處理。如圖1所示，左邊4棵樹是最右那棵樹的實例，只有最右那棵樹的模型占存儲空間。
對于離散的地物對象，應先進行三維處理與表達，然后根據其在現實校園中的地理位置坐標、實際大小、地物朝向和紋理結構等，將其匹配到虛擬地形對象上，建立可構成虛擬校園環境的三維地物對象數據庫。
三維虛擬模型數據庫建立以后，為提高實時系統的運行性能，還必須對三維模型結構、層次視圖結構、紋理數據格式、LODs結構以及光源、自由度 （DOFs）等進行優化處理。通過優化能有效提高運行系統的實時性和繪制速度，保證虛擬現實系統的沉浸、交互等特性得到充分體現。
3.3.3 維動態景觀的初步實現
MultiGen CreatorPro中創建的地理對象模型數據在實時系統Vega中驅動，實現三維動態景觀。Vega提供了2種方式實現虛擬場景的實時驅動：可視化編程方式和VegaAPI函數編程方式。需設定的參數主要有虛擬場景中要加入的3D模型文件（Object）、虛擬場景中要顯示的目標、在虛擬場景中的觀察方式、觀察者在虛擬場景中的運動方式以及環境效果、光源和聲音效果等。如圖2所示是工學院大樓及其周圍景觀的場景圖，可以看到仿真效果很好。
4 結論及進一步的工作
三維虛擬校園環境是分布式虛擬環境在教育和學習方面的應用。本文從地理對象建模、虛擬環境可視化方面，討論了虛擬校園系統的環境設計，并以江蘇師范大學工學院大樓及其周圍的場景作為試驗區，進行了初步試驗。虛擬校園環境是最終建立可用于虛擬教育和學習的虛擬江蘇師范大學的第一步，所以下一步的工作除了繼續完善三維虛擬校園環境外，還應開展與虛擬學生社區、遠程教學，以及虛擬環境系統服務于學生管理等相關課題的研究。
參考文獻：
[1] 曾建超，俞志和.虛擬現實的技術及其應用[M].北京：清華大學出版社，1996：2-8.
[2] 張茂軍.虛擬現實系統[M].北京：科學出版社，2001：6-9.
篇8
虛擬現實技術在教學上的應用開創了“虛擬教學”模式。虛擬現實技術教學的創造性和實踐性為學生提供了一個自主、交互和直觀的學習環境,為教學的創新提供了新的平臺和可能性,豐富了教學的實踐形式和多樣性。從而培養了學生的發散思維、形象思維、直覺思維。隨著網絡技術、多媒體技術的不斷發展和完善,虛擬現實技術必將具有更加廣闊的應用和發展前景。隨著VR、Java3D、3DStudioMAX等計算機設計軟件在產品設計開發教育領域的應用,虛擬現實技術作為一個全新的教學手段方式,將會在產品設計教學過程中廣泛應用并發揮非常重要的作用。其自身強大的教學優勢和潛力必將更好地服務于產品設計教學當中。
教學改革的目標是實現教學現代化，提高教學效益和質量，全面提高學生學習能力。在產品設計教學課程中虛擬技術的應用起到了實現教學方式現代化的手段之一。教學內容的現代化、教學手段的現代化、教學觀念的現代化、教學組織的現代化是教學現代化核心內容。虛擬現實教學有利于創造性創造這樣的環境。虛擬現實技術逼真的虛擬設計環境為學生提供了很好的人機交換的過程，產品設計教學本身就是一個全面、整合、多學科知識交叉的專業課程，虛擬現實技術針對這些問題提供了文本、圖像、圖形、音頻、視頻、和動畫等多媒體的教學模式，是產品設計教學改革實現的重要手段之一。在這種全新的環境中極大地促進了學生的學習觀念和學生的學習主動性，同時也對教師教學方法的多樣性提供了幫助。
虛擬產品設計開發在教學應用中存在的問題
虛擬產品設計教學主要是應用現代計算機技術，通過計算機技術對產品設計教學帶來全新的改變，彌補了教學中的不足。這就不得不面臨計算機軟件本身的技術、研發、應用等問題。圖形生成技術是虛擬現實的重要瓶頸。圖形生成的速度取決于設計軟件的運算能力，除此之外還要求計算機軟件設計人員在開發、研發、材料、運算方法等方面都要有較高的水平。等等這些都制約著虛擬技術在產品設計開發教學中的應用。
虛擬現實技術本身是一項走在時代科技前列的科學技術，吸收和應用的普及化難度較高，從而影響到虛擬現實技術的應用。同時鑒于教師本身的素質,使用這些教育軟件也存在困難。在學生的角度來看，由于自身在這種虛擬環境中的學習,沒有了傳統的教學方法，他們的學習方式需要改變。現在很多學生自制能力較差、學習依賴性較大，對教學中教師的主導作用依賴比較高，而且每個學習個體對計算機知識的了解情況不同，對軟件的操作能力水平也不相同等等，這些都造成了部分學生跟不上教師講解的問題。
產品設計教學過程中虛擬技術的應用本身只是教學手段的一種擴展。產品設計教學方式應采用多種手段的教學方式。虛擬現實技術與傳統教學模式在教育觀念、教學方式、教師的素質、教學手段等都有著較大的差異。產品設計本身是多學科相互交叉、相互融合的一種設計方法。怎樣才能更好的在產品設計教學中應用多種教學方式、教學手段，擴大學生學習的知識點，引用不同的教學技術等，都是我們在教學中應該注意的問題。所以雖然虛擬技術是能夠對產品設計教學創新模式提供一定的幫助，但是不能把虛擬現實技術教學手段看成是萬能的教學方法。還應該從產品設計教學本身的特點、要求、實現方法等方面，找出可以適合不同教學重點、適合不同學生、適合不同的地域文化、適合不同的教學技術的教學方法。
如何促進虛擬現實技術為產品設計教學更好的服務
現在大多數虛擬現實技術軟件普遍存在語言專業性較強、通用性較差、易用性較差等問題。同時，軟件的開發費用支出十分巨大，這都是因為硬件設備的局限性，而軟件所能實現的效果受到空間和時間的影響較大。很多的設計軟件開發不成熟，同時也缺少高性能、高速度、高配置的計算機來處理相關的圖像、圖片、計算等。這些都制約著虛擬技術的在教學中的應用水平和教學效果。所以加大虛擬技術的技術更新換代，提高計算機運算能力，開發適合在產品設計教學中應用的軟件是非常重要的。
虛擬現實技術在教學中的應用，是教師有了更多的有效的教學方法。但是教師要想利用好這種新的教學手段，尤其是產品設計開發課程中所涉及到的相關計算機技術、軟件多是一些在行業中比較領先的技術，這就對教師提出了挑戰。教師要想繼續的在教學中發揮主導作用就必須提高自己的綜合素質，學習、掌握、應用新的技術知識，要想做到這些就要求教師利用更多的時間去學習新的科學知識、相關技術知識和相應計算機軟件，積極地進行教學研究，以適應現代化產品設計課程的教學需要。教育機構在購置或者開發應用虛擬現實技術教育軟件后，還應該加大對使用者的技術能力培訓，這樣他們能正確、獨立、完整地操作這些設計軟件，并且要向開發者尋求幫助，得以對軟件使用過程中出現的新的需求和問題得到有效的解決。對設計軟件在使用時產生的效果還應建立長期有效的評價機制。現代我國的工業設計專業教師在教學手段和教學能力上還有待遇提高。由于虛擬技術本身產生的時間較短，在有些關鍵技術又是以信息技術為技術創新，對于有些教師來說掌握和學習起來比較吃力。如何使這些老師能更好、更快的適應新的教學技術、教學手段，這就需要社會和學校應該加大這方面的教育投入。從而使虛擬產品設計在產品教學中的應用更廣泛、更適合、更靈活的應用到教學中來。
虛擬現實技術是一項投資大、見效慢、高難度的科學領域。和一些發達國家相比，我國的虛擬技術研究起步較晚，技術上有一定的差距。但是這些引起了我國政府相關部門的高度重視，根據我國國情及時的制定出了開展虛擬技術的研究計劃。于我國的上世紀90年代在國家“九五”規劃、“十五”規劃、863計劃、國家自然科學基金會、國防科工委等部門的重視下，把虛擬現實技術列入了重點資助范圍。這些都對我國的虛擬現實技術未來發展起到關鍵作用。在國內其他民營企業及組織對虛擬現實技術的研究中，產生了一大批的技術網站，如“”。為國內眾多的虛擬現實愛好者創建了良好的學習環境。同時也提供有益的虛擬現實引導，他們在積極推動虛擬現實技術本土化、大眾化、普遍化的同時，也在建筑仿真、房地產交互、教育虛擬技術教學的應用系統開發方面取得了良好的效果。使虛擬現實在商業應用、教學應用、科學應用、工業應用等方面得到了廣泛的應用。這些技術不斷的成熟，同時也為虛擬技術在教學中的應用帶來發展的空間。所以說虛擬現實技術產業的提升對教學使用虛擬技術的成果起到至關重要的作用。
結語
篇9
虛擬現實技術(Virtual Reality，簡稱VR)是利用計算機技術產生的一種人為虛擬的環境，這種環境可以通過視覺甚至聽覺、觸覺來感知，用戶通過自己的視點直接地、多角度地對環境進行觀察、發生“交互” 作用，使人和計算機很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺。這種技術運用在園林景觀設計上，能使我們更加直觀地面對設計對象，并且形成交互式的交流。
1 虛擬現實技術簡介
虛擬現實技術這一名詞是由美國VPL公司創建人拉尼爾（Jargon Lanier）在20世紀80年代初提出的，也稱靈境技術或人工環境。作為一項尖端科技，虛擬現實集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機生成的高技術模擬系統，它最早源于美國軍方的作戰模擬系統，90年代初逐漸為各界所關注，并且在商業領域得到了進一步的發展。
但是在近20年的發展過程中，VR技術由于受到計算機軟硬件性能、成本和技術難度等方面的制約，在實際應用上還不夠廣泛。
近幾年，信息產業的急速發展使一般民用計算機的性能突飛猛進、價格不斷下降，VR技術在各行業的廣泛應用成為可能。
2 虛擬現實技術在園林造景上的應用
2.1 園林造景中運用虛擬現實技術的意義
園林造景對于環境變化的前瞻性和周圍景物的關聯性要求很高，因此在動工之前就必須對完工之后的環境有一個明確的、清晰的概念。通常情況下，設計者會通過沙盤、三維效果圖、漫游動畫等方式來展示設計效果，供決策者、設計者、工程人員以及公眾來理解和感受。以上的傳統展示方式都各有其不同的優缺點，但有一個缺點是共同的，即不能以人的視點深入其中，得到全方位的觀察設計效果，而運用VR技術則可以很好地做到這一點。使用VR技術后，決策者、設計者、工程人員以及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到設計效果，身臨其境地掌握周圍環境和理解設計師的設計意圖。這是傳統手段所不能達到的。
2.2 園林造景中運用虛擬現實技術存在的瓶頸
計算機創建的三維模型（Model）是由面（Face）組成的，模型的形體越復雜，所用的面也會越多，對計算機的運算速度要求也就越高。就目前相關設計領域來說，VR技術在城市規劃及建筑設計方面的應用相對較成熟，這主要是因為建筑多由規則的形體構成，在計算機的模型中所用的面相對較少，實現VR較為容易。而園林景觀中常用的設計要素，如植物、變化的地形、水體等都是不規則的形體，用計算機的模型表示會非常復雜，像一棵樹本身就有成千上萬片樹葉，做成模型后所用到的面能達到百萬的數量級，這對于現階段的一般民用計算機來說，實現流暢的VR效果是不可能的。因此VR技術在園林造景中的應用研究仍處于起步階段。
2.3 目前所能采取的應對方法
目前計算機的速度不能滿足完全建模情況下園林景觀的虛擬現實，所以只能使用貼圖(MAP)的方式來模擬其中的植物。使用一張處理好的樹木照片，就能在VR中用1個面來表現一棵樹，雖然在真實度方面會有一定的損失，但相對于完全建模所需的上百萬個面來說，這種損失是值得的。
3 園林造景中虛擬現實技術的實現方法
3.1 虛擬現實技術的選擇
經過多年的發展，虛擬現實技術的實現也派生出多種不同的方法，現在較為流行的有JAVA3D、CUTE3D、VRML等多種實現方法，它們也各有其不同的優缺點。而對于大型場景的模擬，VRML較為適合。
VRML（Virtual Reality Modeling Language）是一個用于三維造型和渲染的圖形描述語言。用VRML我們可以創造一個能進入、能參與的虛擬世界。VRML2.0的新標準被廣泛地用于Internet上創建虛擬三維空間，可以隨意創建任何虛擬的物體，像建筑物、城市、山脈、飛船、星體等對象，也可以在虛擬空間中添加聲音、動畫，使之更加生動，更接近真實[1]。同時，VRML程序所占的磁盤空間非常小，便于網絡間的相互傳輸。
VRML本質上是一個網絡語言，像HTML一樣，需要通過編寫程序代碼來實現，這一點也是虛擬現實技術難以普及的一個門檻。但目前一些常用的三維圖形制作軟件，如3DSMAX、MAYA等都對VRML提供了一定的支持。
對于園林設計師來說，3DSMAX是較為常用的建模軟件，而3DSMAX對VRML又有較好的支持，它不僅支持VRML程序的輸出，同時還可以在VRML程序中通過選擇攝像機在三維場景中進行導航設置，在場景中指定活動控件和感應器，豐富了實時瀏覽的內容。因此對于熟悉3DSMAX的園林設計師來說，VRML是一個很好的選擇。
3.2 軟硬件要求
3.2.1 硬件要求
基于INTEL P4或AMD ATHLON系列的CPU、256M以上內存、具備32M以上顯存的顯卡是現在設計師普遍使用的計算機配置，能滿足VRML運行的需求。
3.2.2 軟件要求
建模軟件使用3DSMAX，貼圖處理使用Photoshop，瀏覽虛擬場景使用IE瀏覽器+VRML的IE插件。
3.3 基本流程
3.3.1在3DSMAX中建立三維場景
首先按照設計方案制作出場景中各要素的模型，并賦上相應的材質貼圖，然后加上能照亮整個場景的燈光，最后根據設定的視域和視高來確定自由攝像機（Free camera）的鏡頭類型和位置。
可見，建立虛擬現實環境的場景與制作電腦渲染圖場景的過程基本一致，但側重點有所不同，后者需要的是靜態圖像的渲染效果，而前者則更關注實時瀏覽的流暢感和空間感，因此在創建虛擬現實場景時應做到下面幾點：
(1)在滿足視覺要求的前提下，盡量減少模型的面數。模型創建完后使用3DSMAX中的優化修改器（Optimize）進行優化，能最大限度的減少模型面數。
(2)使用關聯復制（InstancesCopy）。Instance是對象的關聯復制，當改變任何一個關聯復制品的時候，所有其他的復制品都會改變。在建立虛擬場景時，關聯復制是非常有用的，當使用關聯復制的時候，組成關聯復制的對象的面的設置只在VRML中定義一次。這樣可以使用多次同樣的幾何圖形，但不增加文件的下載時間。
(3)對于一些非主要物體，不要過于苛求細節，盡可能使用“模擬的”幾何體。比如周圍的建筑可直接采用“幾何體+貼圖”（box+maps）的方式制作（圖1）。
(4)場景中所使用的貼圖不需要很精細，最好全用jpg格式壓縮，并縮小尺寸，這樣能節省大量的下載時間。
(5)所有使用到的貼圖必須全部放在一個目錄中，因為VRML只能搜索一個指定的貼圖目錄。
(6)使用燈光。光線是場景視覺信息與視覺造型的基礎，沒有光線便無法體現物體的形狀、質感和透視關系，這一點和做電腦渲染圖是一樣的。但在VRML中不能使用諸如全
局光、反射光、折射光、陰影等光線效果，只能通過普通燈光的布光技巧來彌補。另外，要保證場景中任何一個角落都能被燈光照亮，因為最終瀏覽虛擬現實場景時，任何一個角落都有可能被瀏覽到。
(7)使用攝像機。VR場景的瀏覽是通過攝像機來進行的，在3DSMAX中創建自由攝像機（Free camera）來確定視域和視高，不同的視域和視高在實時瀏覽時能給人以不同的感受。在3DSMAX場景中建立的不同攝像機將會由VRML瀏覽器列出，可以供用戶在VR場景中進行選擇性的導航。即使是在瀏覽器中導航非常緩慢的大環境，也可以通過對一系列的攝像機視圖進行切換來快速選擇性的瀏覽。使用建立的攝像機，展示最佳場景，也就是展示具有不尋常的透視效果，或是展示場景中花費了大量功夫才創建的精細部分的特寫，如果把它留給客戶去自由導航場景，就無法控制客戶能看到什么效果了。當然，也可以只通過一個攝像機導航，讓客戶可以自由在VRML場景中游覽而且無拘無束。 3.3.2 虛擬場景中植物、地形等不規則要素的制作
（1）植物：3DSMAX的透明貼圖（Opacity）是VRML所不支持的，所以不能使用常規的方法制作植物。應該先用圖形處理軟件（如PHOTOSHOP）將樹木照片處理成無背景的GIF格式（可支持網絡上的透明背景），然后直接作為貼圖賦予一個平面（Plan）。盡管看起來不是很真實，但與給植物建造模型細節所付出的代價相比要小得多。（圖1）
VRML場景的瀏覽是實時互動的，所以僅使用一個面的樹木是不能滿足多角度觀察的。提供兩種方法來解決這個問題：一是用關聯復制將樹木平面復制一份，然后互相十字交叉，這樣不管在什么角度都能看到完整的樹，但這種情況僅適用于左右對稱的植物；第二個方法是使用攝像機對齊技術，使樹木的正面始終面對攝像機，但這種方法通過3DSMAX不能直接實現，必須手動修改VRML代碼來實現，這就需要一定的編程基礎。
（2）地形：使用3DSMAX中的位移（displace）修改器制作。位移修改器通過對三維物體施加一個灰度圖，使三維物體對應圖上亮的地方產生凸起，而亮度的不同會導致凸起的程度不同。因此我們可以將設計的地形用Photoshop處理成一張灰度圖（圖2），然后在3DSMAX中作為位移修改器的貼圖施加到一個平面上，就可以得到我們想要的地形了（圖3）。
3.3.3 為場景創建互動效果
VR技術中最令人激動的就是場景的互動性，用3DSMAX可以方便地創建出互動效果，在“創建/幫助物體（Creat/Helpers）”面板下的下拉列表框中選“VRML2.0”，出現一個工具面板，面板上列出了12個VRML輔助工具。其中可用于場景互動的有“錨（Anchor）” 、“觸動感應器（TouchSensor）”和“范圍感應器（ProxSensor）”3個感應器工具。Anchor是錨觸發器，當點擊設置了此觸發器的物體時，可以使場景切換到另一個預先指定的URL鏈接（類似網頁文檔的超級鏈接），或是與場景中的指定的另一個攝像機鏈接，類似電影中的鏡頭切換；TouchSensor是一個觸動感應器，當在場景中用鼠標點擊一個指定物體時就會引發一個預定義的動作；ProxSensor則是一個范圍感應器，只要接近一個指定物體時也會引發一個預定義的動作。使用它們就能創建出互動的場景。比如走到一扇門前，門會自動打開；按動按鈕，噴泉就會噴出水花，等等。
3.3.4 輸出VRML文件
在3DSMAX中使用“file”菜單下的“export…”，將導出的格式選為“VRML2.0(＊.WRL)”，文件存放的路徑應和貼圖一致，然后注意在彈出的對話框中設置“Bitmap URL Prefix”，將圖片路徑設置正確。
3.3.5 虛擬現實的瀏覽
瀏覽虛擬現實的最佳方式是通過頭盔式顯示器或三維眼鏡來感受，但成本較高，故不在本文討論范圍。一種廉價的實現方法就是直接通過WINDOWS操作系統中的IE瀏覽器來瀏覽，首先需要安裝專用的VRML瀏覽器插件，如CORTVRML、CosmoWorlds等都是較為常用的。安裝完成后，直接運行做好的VRML文件就能在瀏覽器中瀏覽了。在瀏覽器中通過鼠標或鍵盤控制漫游的方向，如同身臨其境。
篇10
關鍵詞：VR；AR；應用前景
1 虛擬現實VR概述
虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）是20世紀90年代初崛起的一種實用技術。VR技術指借助計算機以及最新傳感器技術創造的一種嶄新的人機交互手段，其核心是建模與仿真。它是一種能夠讓現實中的人在計算機所創造的虛擬信息世界中體驗與現實世界同樣的事和物。它具有多感知性、沉浸性、交互性和構想性的基本特征。這種虛擬技術集合了計算機圖形圖像技術、現實仿真技術、多媒體技術等的多種科學技術。它能夠模擬出人的視覺、聽覺、觸覺等的感官功能。使人們在計算機所創造的虛擬世界中通過語言、動作等方式進行實時交流，可以說這種技術的發展前景是非常廣闊的，無論是生活上還是軍事上都有非常廣泛的發展前景。
2 虛擬現實技術的特征以及涉及的相關技術
2.1 虛擬現實技術的特征
（1）多感知性的特征，是指視、力、觸、運動、味、嗅等感知系統，從人類理想的虛擬現實技術的發展來說，是希望能夠完全的模擬出現實中所有的感知，如在VR營造的環境中聞到各種味道、能夠有觸碰里面事物的感覺等，如同人在現實中一樣，但因目前的技術掌握和傳感技g的限制，僅僅只能模擬出一部分。
（2）沉浸性又稱浸沒感或臨場感、存在感等，具體是指人以第一人稱存在于虛擬世界中的真實體驗。當然，以目前技術還沒有達到最理想的程度。
（3）交互性就是指人在虛擬世界中，能夠像在現實世界中一樣，可以通過對一些物體的抓取、使用等動作，感覺到所觸碰的物體的重量、形狀、色澤等一些人與物體之間的互動信息。
（4）構想性，即將所想的物件、所做的事情在虛擬世界里面呈現出來，這樣做能達到什么樣的效果，那樣做又能達到什么樣的效果，甚至還可以把在現實世界不可能存在的事和物都可以在虛擬世界中構想出來。
2.2 VR技術中涉及的相關技術-軟件
（1）立體視覺現實技術：人通過視覺所獲取到的信息是人本身所有感覺中最多的一種感官，所以虛擬現實技術中立體顯示技術占有不可或缺的重要地位。
（2）環境構建技術：在虛擬世界中，構件環境是一個重要的環節，要營造一個區域的環境，首先就要創造環境或建筑模塊，然后在這個基礎上再進行實時描繪、立體顯示，從而形成一個虛擬的區域環境。
（3）真實感實時描繪技術：要在虛擬世界中實現與現實世界相同的事物，僅靠立體顯示技術還是遠遠不夠的，虛擬世界中必須存在真實感和實時感，簡單來說就是實現一個物體的重量、質量、色澤、相對位置、遮擋關系等的技術。
（4）虛擬世界聲音的實現技術：在虛擬世界中雖然視覺是獲取信息的重要途徑之一，除了視覺還有很多感官系統可以獲取到周圍的信息。如聽覺，這種技術就是在虛擬世界中實現聲音，這樣人在虛擬世界里不僅能夠看得到也能聽得到。
2.3 VR技術涉及的相關技術-硬件
（1）輸入設備。與虛擬現實技術相關的硬件輸入設備分成兩大類：一是基于自然的交互設備，用于虛擬世界的信息輸入；另一種是三維定位跟蹤設備，主要用于輸入設備在虛擬世界中的位置進行判定，并輸送到虛擬世界當中。
虛擬世界與人實現自然交互的形式有很多，比如有數據手套、數據衣服、三維控制器、三維掃描儀等。
數據手套是一種多模式的虛擬現實硬件，通過軟件編程，可進行虛擬場景中物體的抓取、移動、旋轉等動作，也可以利用它的多模式性，用作一種控制場景漫游的工具。數據手套的出現，為虛擬現實系統提供了一種全新的交互手段，目前的產品已經能夠檢測出手指的彎曲度，并利用磁定位傳感器來精確地定位出手在三維空間中的位置。這種結合手指彎曲度測試和空間定位測試的數據手套被稱為“真實手套”，可以為用戶提供一種非常真實自然的三維交互手段。
數據衣是為了讓VR系統識別全身運動而設計的輸入裝置。數據衣對人體大約50多個不同的關節進行測量，包括膝蓋、手臂、軀干和腳。通過光電轉換、身體的運動信息被計算機識別。通過BOOM顯示器和數據手套與虛擬現實交互數據衣。
（2）輸出設備。人在虛擬世界中要體現沉浸的感覺，就必須實現現實世界中的多種感受，如視、聽、觸、力、嗅、味等感官感覺，只不過以目前的虛擬技術只實現了視覺、聽覺和觸覺罷了。
（3）VR構成設備。虛擬現實世界的構成，主要的設備就是計算機本身了，虛擬世界的所有景象都是靠一個個模型造成的，而這些模型則是由計算機制作出來的。一般計算機被劃分成四個部分：第一，高配置的個人計算機，專門用于普通的圖形配置加速卡，實現于VR技術中的桌面式特征；第二，高性能圖形工作站，就是一臺高配置的圖形處理計算機；第三，高度并行系統計算機；第四，分布式虛擬實現計算機。
3 VR技術的應用范圍
VR技術從誕生到現今已經歷了幾個年代，其應用范圍也越來越廣，如醫學方面，可以提供給醫生進行模擬手術，這樣大大提高了現實中手術成功的概率。如游戲方面，近年來游戲中的VR如朝陽一樣如火如荼的發展，游戲者在游戲中體驗著VR技術帶來的身臨其境與敵人面對面進行廝殺的。如建筑方面，運用虛擬現實技術可以將建筑的形式以真實的角度展現在投資方、設計方、施工方以及后期的物業管理和更高層次的政府，這把之前的二維平面表達方式或者動畫表現方式進行了升級，使用者可以全方位的感受建筑的空間、尺度和材質，這對非設計人員參與到設計當中很有幫助，這使得我們未來的建筑將綜合更多因素，更加合理化，還有軍事、科技、商業、建筑、生活等。
4 結語
虛擬現實技術是一個極具潛力的研究項目，是未來的重要技術之一。它在理論、軟件或者硬件的領域上都依賴著很多技術，當然其中也有較多的技術只實現了理論，硬件方面還是有待完善的。不過可以遇見，在未來，虛擬現實技術絕對會被廣泛的應用。
參考文獻：
[1] 李袁.虛擬現實技術在數字圖書館中的應用[J].科技情報開發與經濟，2009，19（36）：3-5.
