第一篇：淺談對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的理解

淺談對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的理解

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)，又稱靈鏡技術(shù)，是一種逼真地模擬人在自然環(huán)境中視覺、聽覺、運(yùn)動(dòng)等行為的高級(jí)計(jì)算機(jī)人機(jī)界面技術(shù)。它應(yīng)用很廣泛，包括：數(shù)字城市，虛擬在線旅游，大型網(wǎng)絡(luò)游戲，交通事故再現(xiàn)，軍事訓(xùn)練，課堂教育，甚至是醫(yī)學(xué)上的一些模擬真實(shí)手術(shù)等。它是匯集一系列高新技術(shù)的交叉學(xué)科，包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、仿真技術(shù)以及高度并行的實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)，還包括人的行為學(xué)研究等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵字：虛擬現(xiàn)實(shí)，交通仿真，輔助分析，數(shù)字城市，虛擬旅游，網(wǎng)游，醫(yī)學(xué)手術(shù) 正文：

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)技術(shù)是上世紀(jì)80年代末90年代初迅速發(fā)展起來的一種高新技術(shù)，也是近年來十分活躍的技術(shù)研究領(lǐng)域。它利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源生成實(shí)時(shí)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)世界，在這個(gè)世界中，人們視覺、聽覺甚至觸覺等的感受仿佛是在真實(shí)的環(huán)境中一樣，有“身臨其境”的感覺，人們可以沉浸在這個(gè)環(huán)境中與虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。該技術(shù)可以模仿：（1）、真實(shí)世界中的環(huán)境。這種真實(shí)環(huán)境可能是已經(jīng)存在的，也可能是已經(jīng)設(shè)計(jì)好但還沒有建成的，或者是曾經(jīng)存在但現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生變化，消失或受到破壞的。通過逼真地建立幾何模型和物理模型，從而逼真地模仿真實(shí)世界中的環(huán)境。（2）、人類主觀構(gòu)造的環(huán)境。環(huán)境可以是虛構(gòu)的。（3）、模仿真實(shí)世界中的人類不可見的環(huán)境。這種真實(shí)環(huán)境是客觀存在的，但是人類的視覺和聽覺不能感覺得到。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)讓參與者有身臨其境的真實(shí)感覺：計(jì)算機(jī)使用者能融進(jìn)計(jì)算機(jī)所給出的虛擬的世界中。計(jì)算機(jī)使用者還可以通過虛擬交互接口實(shí)現(xiàn)人與虛擬環(huán)境的互動(dòng)。對(duì)虛擬環(huán)境的操縱過程還可能激發(fā)更多的靈感。

1、在交通仿真中的應(yīng)用：

交通仿真是計(jì)算機(jī)技術(shù)在交通工程領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用，是在經(jīng)驗(yàn)研究和數(shù)學(xué)方法的基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)為主要工具，利用系統(tǒng)仿真模型模擬道路交通系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，它可以對(duì)交通流、交通事故等各種交通現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)逼真的仿真，對(duì)交通流的時(shí)空變化進(jìn)行重現(xiàn)，對(duì)車輛、車道、駕駛員、行人及交通特征進(jìn)行深入的分析，對(duì)道路設(shè)計(jì)和規(guī)劃提供技術(shù)支持和依據(jù)，而且可以比較和評(píng)價(jià)各種交通參數(shù)。

交通仿真研究的核心內(nèi)容是交通仿真模型的建立和交通仿真系統(tǒng)的開發(fā)。由于我國的交通現(xiàn)狀是由多車組成的復(fù)雜混合交通，因此構(gòu)造的虛擬交通環(huán)境必須要體現(xiàn)出這種交通狀況的特點(diǎn)，即構(gòu)造的交通仿真模型不僅要模擬目標(biāo)環(huán)境的道路狀況，還要模擬目標(biāo)環(huán)境的交通狀況，這就需要在仿真模型中加入行人、自行車、隨機(jī)車輛等智能物體并在視景系統(tǒng)中對(duì)它們進(jìn)行混合交通行為的控制，智能物體在虛擬駕駛環(huán)境中要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速、減速、超越、等待、變換車道等功能，則必須通過計(jì)算機(jī)復(fù)雜的控制程序來實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)道路交通事故中的常見事故類型，如車輛碰撞事故的迎面正碰、追尾正碰、二維碰撞以及汽車和行人碰撞事故，利用MATLAB的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)道路交通事故進(jìn)行了模擬和再現(xiàn)，用以輔助交通事故的鑒定。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通事故中的應(yīng)用可以輔助事故處理人員快速、高質(zhì)量地進(jìn)行現(xiàn)場勘查、參數(shù)計(jì)算和事故分析，進(jìn)而研究事故發(fā)生的原因，探求避免事故、減少損失的對(duì)策和策略。

2、在虛擬旅游中應(yīng)用 一般概念的旅游是旅游者到達(dá)旅游地，直接與景區(qū)接觸，雖然直觀，但旅途等可能會(huì)麻煩，且易受時(shí)間，經(jīng)濟(jì)，天氣狀況和危險(xiǎn)因子等的影響。因此將景點(diǎn)的旅游業(yè)和虛擬GIS技術(shù)結(jié)合起來，使旅客能感受到全方位的旅游，從而達(dá)到身臨其境的感受，通過場景模型建立、場景驅(qū)動(dòng)過程處理、系統(tǒng)的開發(fā)以實(shí)現(xiàn)整個(gè)景區(qū)虛擬旅游系統(tǒng)的功能。且即便是旅客想深入景區(qū)細(xì)細(xì)觀賞，虛擬旅游系統(tǒng)仍能幫助顧客在出游前更好的了解旅游地以做出實(shí)地旅游決策和合理的旅行安排。

在虛擬漫游系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以通過造型實(shí)體運(yùn)動(dòng)仿真的技術(shù)的嘗試以增強(qiáng)整個(gè)場景的生動(dòng)性和逼真感。其中三維GIS是關(guān)鍵，三維虛擬旅游系統(tǒng)主要是研究旅游景區(qū)三維數(shù)據(jù)管理和可視化的各種技術(shù)，包括景區(qū)三維數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)、表面紋理采集與處理技術(shù)、三維對(duì)象建模技術(shù)、三維空間信息和表面紋理層次細(xì)節(jié)技術(shù)、大數(shù)據(jù)量動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)等。還可以利用OpenGL進(jìn)行三維虛擬園區(qū)漫游的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用OpenGL在VC++環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可視化。

針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)地理信息系統(tǒng)技術(shù)，在包括三維空間數(shù)據(jù)的獲取、三維數(shù)據(jù)模型、數(shù)字地面模型和數(shù)字高程模型以及三維動(dòng)態(tài)模擬和三維數(shù)據(jù)可視化的表達(dá)等理論研究的基礎(chǔ)上，借助專業(yè)的虛擬現(xiàn)實(shí)建模軟件Multigen Creator建造景區(qū)的三維物體和ArcGIS軟件建立研究區(qū)的地形，并結(jié)合高級(jí)開發(fā)語言Delphi語言調(diào)用Arc Engine圖形接口建立虛擬地質(zhì)公園場景，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬、交互漫游和自動(dòng)漫游和GIS分析功能。其具體工作包括以下幾個(gè)部分：

（1）數(shù)據(jù)的采集與整理。通過實(shí)地考察，利用高像素?cái)?shù)碼相機(jī)進(jìn)行地物和地質(zhì)遺跡的紋理采集和控制點(diǎn)的采集，并對(duì)采集的紋理進(jìn)行篩選和處理。

（2）對(duì)景區(qū)虛擬旅游系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，確定景區(qū)虛擬旅游系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和原則，再按照設(shè)計(jì)的目標(biāo)和原則進(jìn)行系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)并設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總體框架。

（3）場景的建立與優(yōu)化。研究并實(shí)現(xiàn)景區(qū)的地面建筑和自然景區(qū)構(gòu)建工作。在分析常用虛擬建模方法的基礎(chǔ)之上，根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，用Multigen Creator對(duì)建筑物和自然景點(diǎn)進(jìn)行建模，用ArcGIS建立地形，虛擬公園的構(gòu)建主要包括地形模型的構(gòu)建、建筑模型的構(gòu)建、輔助模型的構(gòu)建和模型集成。再運(yùn)用成熟的場景優(yōu)化技術(shù)對(duì)這些模型進(jìn)行整合優(yōu)化處理。

（4）虛擬旅游系統(tǒng)的集成開發(fā)。利用Arc Engine圖形接口實(shí)現(xiàn)對(duì)景區(qū)實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)開發(fā)。對(duì)場景漫游的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，如視點(diǎn)的切換、速度的控制技術(shù)等，開發(fā)實(shí)現(xiàn)漫游系統(tǒng)的交互式漫游和自動(dòng)漫游功能。實(shí)現(xiàn)三維場景的GIS分析功能和一些場景管理操作的輔助功能，以方便旅游者借助這些功能做出較好的旅游決策和場景的管理。

國內(nèi)對(duì)虛擬旅游系統(tǒng)的研究還存在以下問題：（1）展示效果缺乏真實(shí)感。大多網(wǎng)站只是提供景點(diǎn)圖片和文字介紹，少數(shù)提供景點(diǎn)360度全景圖像。（2）沒有對(duì)景點(diǎn)的內(nèi)涵進(jìn)行深入挖掘，缺乏文化背景等方面的信息，景點(diǎn)的潛在價(jià)值沒有得到充分利用和開發(fā)。（3）界面交互性和可操作性不夠完美。（4）旅游者與虛擬景觀以及與其他旅游者之間缺乏交互，使得虛擬旅游系統(tǒng)缺乏趣味性。（5）未能將旅游者與商家需求很好結(jié)合。針對(duì)目前狀況，怎樣建立一個(gè)在外觀、結(jié)構(gòu)、功能和性能等方面都很完美的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高逼真度的虛擬旅游還有待進(jìn)一步的研究。

3、在游戲中的應(yīng)用

三維游戲既是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重要的應(yīng)用方向之一，也為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展起了巨大的需求牽引作用。盡管存在眾多的技術(shù)難題，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在競爭激烈的游戲市場中還是得到了越來越多的重視和應(yīng)用?？梢哉f，電腦游戲自產(chǎn)生以來，一直都在朝著虛擬現(xiàn)實(shí)的方向發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)已經(jīng)成為三維游戲工作者的崇高追求。從最初的文字MUD游戲，到二維游戲、三維游戲，再到網(wǎng)絡(luò)三維游戲，游戲在保持其實(shí)時(shí)性和交互性的同時(shí)，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加強(qiáng)。我們相信，隨著三維技術(shù)的快速發(fā)展和軟硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，在不遠(yuǎn)的將來，真正意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲必將為人類娛樂、教育和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出新的更大的貢獻(xiàn)。

例如：現(xiàn)在的騰訊公司的QQ飛車和QQ炫舞應(yīng)該是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲中的較好應(yīng)用的例子，很有真實(shí)感。

4、在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用

VR在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在虛擬環(huán)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(xué)生可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu)。虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練器，包括虛擬的手術(shù)臺(tái)與手術(shù)燈，虛擬的外科工具（如手術(shù)刀、注射器、手術(shù)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(duì)虛擬的人體模型進(jìn)行手術(shù)。另外，在遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的計(jì)劃安排，手術(shù)過程的信息指導(dǎo)，手術(shù)后果預(yù)測(cè)及改善殘疾人生恬狀況，乃至新型藥物的研制等方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都有十分重要的意義。

在醫(yī)學(xué)院校，學(xué)生可在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，進(jìn)行“尸體”解剖和各種手術(shù)練習(xí)。用這項(xiàng)技術(shù)，由于不受標(biāo)本、場地等的限制，可使培訓(xùn)費(fèi)用大大降低。一些用于醫(yī)學(xué)培訓(xùn)、實(shí)習(xí)和研究的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，仿真程度非常高，其優(yōu)越性和效果是不可估量和不可比擬的。例如：導(dǎo)管插入動(dòng)脈的模擬器，可以使學(xué)生反復(fù)實(shí)踐導(dǎo)管插入動(dòng)脈時(shí)的操作；眼睛手術(shù)模擬器，根據(jù)人眼的前眼結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出三維立體圖像，并帶有實(shí)時(shí)的觸覺反饋，學(xué)生利用它可以觀察模擬移去晶狀體的全過程，并觀察到眼睛前部結(jié)構(gòu)的血管、鞏膜組織及角膜的透明度等。還有麻醉虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、口腔手術(shù)模擬器等。

外科醫(yī)生在真正動(dòng)手術(shù)之前，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助，能在顯示器上重復(fù)地模擬手術(shù)，移動(dòng)人體內(nèi)的器官，尋找最佳手術(shù)方案并提高熟練度。另外，在遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的計(jì)劃安排，手術(shù)過程的信息指導(dǎo)，手術(shù)后果預(yù)測(cè)及改善殘疾人生活狀況，乃至新藥研制等方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都能發(fā)揮十分重要的作用。

5、在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

為充分利用當(dāng)前的3維建模與可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市現(xiàn)狀與規(guī)劃3維場景的快速建立，提供城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理的直觀、可行的可視化輔助手段，3維虛擬場景建設(shè)的基本設(shè)計(jì)思路為：整個(gè)方案能在微機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行；能夠充分利用現(xiàn)有的2維GIS、航空遙感影像等數(shù)據(jù)建立3維場景；能在較短時(shí)間內(nèi)完成；對(duì)軟硬件要求低，成果易于普及應(yīng)用。

城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在城市規(guī)劃的各個(gè)方面，并帶來切實(shí)且可觀的利益：展現(xiàn)規(guī)劃方案虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸感和互動(dòng)性不但能夠給用戶帶來強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)，還可以通過其數(shù)據(jù)接口在實(shí)時(shí)的虛擬環(huán)境中隨時(shí)獲取項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理，有利于設(shè)計(jì)與管理人員對(duì)各種規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)與方案評(píng)審。規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)所建立的虛擬環(huán)境是由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求建立逼真的三維場景，對(duì)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行真實(shí)的“再現(xiàn)”。用戶在三維場景中任意漫游，人機(jī)交互，這樣很多不易察覺的設(shè)計(jì)缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項(xiàng)目的評(píng)估質(zhì)量。加快設(shè)計(jì)速度運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進(jìn)行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質(zhì)、顏色，改變綠化密度，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可。從而大大加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金，提供合作平臺(tái)。最重要的是打破了專業(yè)人士和非專業(yè)人士之間的溝通障礙，使得各部門能通過統(tǒng)一的仿真環(huán)境進(jìn)行交流，能更快地找到問題、達(dá)成共識(shí)和解決一些設(shè)計(jì)中存在的缺陷。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使政府規(guī)劃部門、項(xiàng)目開發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖。有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動(dòng)畫等所不能達(dá)到的。

城市3維虛擬場景的面積都在上千平方千米以上，要求系統(tǒng)對(duì)大場景的支持，VRMap采用了金字塔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織數(shù)據(jù)，在瀏覽的數(shù)據(jù)都只是其中的一個(gè)很小部分，從這個(gè)意義上來說，無論整體的數(shù)據(jù)量有多么龐大，都不會(huì)影響到在客戶端的瀏覽速度。在細(xì)節(jié)意義上，采用了多種圖形技術(shù)來加速復(fù)雜結(jié)構(gòu)的渲染，其中包括多種LOD技術(shù)，全自動(dòng)遮擋排除技術(shù)，快速模型生成技術(shù)等，系統(tǒng)漫游中自動(dòng)將能看到的3維場景進(jìn)行自動(dòng)加載，以此來保證系統(tǒng)流暢、海量數(shù)據(jù)快速處理和觀看漫游。還可以通過VRMap自定義節(jié)點(diǎn)開發(fā)制作很多特殊效果和功能，如噴泉、爆炸、火焰、水流、霧等，包括特殊的光加強(qiáng)以增強(qiáng)效果。

6、在全站儀中的應(yīng)用（特例）

研究內(nèi)容：

A、三維可視地表的建立：主要利用全野外數(shù)字測(cè)圖、地形圖數(shù)字化、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量以及航空航天遙感影像等方式獲取地面目標(biāo)區(qū)域離散點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，再利用GIS技術(shù)處理這些離散點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，按照一定的法則，生成DEM數(shù)據(jù)，建立三維地表。

B、景觀模型的建立：選用AutoCAD或者3DS MAX繪制模型，保存成3DS文件。通過編程，在計(jì)算機(jī)三維環(huán)境中將這些景觀和全站儀模型的再現(xiàn)。

C、三維模型的控制：這部分內(nèi)容主要針對(duì)全站儀模型。虛擬的全站儀模型要模擬實(shí)際測(cè)圖操作的過程，這就要求全站儀模型可以響應(yīng)使用者的指令，按照使用者的意愿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，來改變自身姿態(tài)，達(dá)到預(yù)期目的。

D、全站儀的功能模擬：模擬全站儀最基本的測(cè)量坐標(biāo)和距離的功能。

E、數(shù)據(jù)記錄：每臺(tái)現(xiàn)代全站儀都內(nèi)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，能對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行保存。這套模擬全站儀系統(tǒng)也需要有存儲(chǔ)模塊，可將測(cè)量后所得到的角度或者坐標(biāo)信息進(jìn)行保存。虛擬測(cè)量結(jié)束后，用戶可以在CASS中導(dǎo)入這些坐標(biāo)文件，進(jìn)行下一步內(nèi)業(yè)數(shù)字成圖操作。

以上功能均用Visual C++結(jié)合OpenGL函數(shù)庫進(jìn)行系統(tǒng)集成開發(fā)，最后得到一套單機(jī)版的全站儀虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

7、在地震災(zāi)害中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在模擬地震災(zāi)害場景、地震應(yīng)急救援虛擬仿真訓(xùn)練等有重要作用，在構(gòu)建虛擬技術(shù)時(shí)：先是對(duì)房屋震害三維立體仿真破壞模型：總結(jié)了多層磚房、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及磚(土)木結(jié)構(gòu)農(nóng)村自建房屋的典型震害特征:提出救援相關(guān)的建筑廢墟的分類方法，依據(jù)廢墟的用途與功能分別給出五類廢墟的涵義;整理大量震害圖片、提取震害特征并進(jìn)行人工處理，從而建立典型震害特征圖形庫，提出應(yīng)用外部建模軟件3DSMax建立基于震害的三維仿真建模方法和技術(shù)流程，并分別建立了多層磚房、框架結(jié)構(gòu)、磚(土)木結(jié)構(gòu)5個(gè)破壞等級(jí)的三維震害仿真模型。

根據(jù)模擬出的虛擬災(zāi)害現(xiàn)場環(huán)境，深入剖析地震救援的業(yè)務(wù)流程，應(yīng)用仿真和多媒體等技術(shù)研發(fā)地震應(yīng)急救援仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，為各級(jí)地震應(yīng)急管理人員、地震災(zāi)害緊急救援隊(duì)員提供一個(gè)相對(duì)逼真的地震應(yīng)急救援處置的虛擬訓(xùn)練平臺(tái)，可進(jìn)行虛擬災(zāi)景下的應(yīng)急與救援指揮決策、模式探討、救援技能等的重復(fù)驗(yàn)證和培訓(xùn)。

8、其他：

除了上述幾點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還在軍事中有較強(qiáng)的應(yīng)用，例如：模擬戰(zhàn)場訓(xùn)練和模擬零重力訓(xùn)練等，1991年海灣戰(zhàn)爭開始前，美軍便把海灣地區(qū)各種自然環(huán)境和伊拉克軍隊(duì)的各種數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，進(jìn)行各種作戰(zhàn)方案模擬后才定下初步作戰(zhàn)方案，后來實(shí)際作戰(zhàn)的發(fā)展和模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)一致；在室內(nèi)設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)可以把這種構(gòu)思變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以完全按照自己的構(gòu)思去構(gòu)建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設(shè)計(jì)的效果；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能在應(yīng)急推演中有較強(qiáng)的應(yīng)用：虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)生為應(yīng)急演練提供了一種全新的開展模式，將事故現(xiàn)場模擬到虛擬場景中去，在這里人為的制造各種事故情況，組織參演人員做出正確響應(yīng)。這樣的推演大大降低了投入成本，提高了推演實(shí)訓(xùn)時(shí)間，從而保證了人們面對(duì)事故災(zāi)難時(shí)的應(yīng)對(duì)技能，并且可以打破空間的限制方便的組織各地人員進(jìn)行推演。在生活?yuàn)蕵分械膽?yīng)用：英國出售的一種滑雪模擬器。使用者身穿滑雪服、腳踩滑雪板、手拄滑雪棍、頭上載著頭盔顯示器，手腳上都裝著傳感器。雖然在斗室里，只要做著各種各樣的滑雪動(dòng)作，便可通過頭盔式顯示器，看到堆滿皚皚白雪的高山、峽谷、懸崖陡壁，一一從身邊掠過，其情景就和在滑雪場里進(jìn)行真的滑雪所感覺的一樣。

小結(jié)：

虛擬現(xiàn)實(shí)是由多種媒體構(gòu)成的三位信息空間，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展為仿真訓(xùn)練系統(tǒng)提供了廣闊的，它的發(fā)展必將對(duì)各領(lǐng)域產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)：

《地質(zhì)公園虛擬旅游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》 張軍 秦奮 徐明全 《道路交通事故計(jì)算機(jī)輔助分析系統(tǒng)研究》 明月 田宏

《地震災(zāi)場模擬及救援虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)研究》 王東明 孫柏濤

《基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的復(fù)雜城市道路交通仿真平臺(tái)研究》 夏萍 尹念東 《3維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用》 陳曉勇 丁松慶

《基于虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的全站儀模擬操作系統(tǒng)的研究》 駱旭佳 高飛 胡小華

第二篇：虛擬現(xiàn)實(shí)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR-Virtual Reality）,也稱虛擬實(shí)境或靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶即可以簡單的通過網(wǎng)頁瀏覽、應(yīng)用程序查看時(shí)鍵盤和鼠標(biāo)的操作甚至通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實(shí)體相互作用，使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。

與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特征是：操作者能夠看到三維實(shí)體、逼近真實(shí)的場景，結(jié)合環(huán)幕等硬件設(shè)備可以使操作者真正進(jìn)入一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的交互式三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，與之產(chǎn)生互動(dòng)，進(jìn)行交流。通過參與者與虛擬仿真環(huán)境中對(duì)象的相互作用，并借助人本身對(duì)所接觸事物的感知和認(rèn)知能力，幫助啟發(fā)參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊(yùn)涵的各種空間信息和邏輯信息。這是符合人類認(rèn)知過程一種計(jì)算機(jī)技術(shù)。

沉浸/臨場感和實(shí)時(shí)交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)性特征，對(duì)時(shí)空環(huán)境的現(xiàn)實(shí)構(gòu)想（即啟發(fā)思維，獲取信息的過程）是虛擬現(xiàn)實(shí)的最終目的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的先進(jìn)特性使得該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)的模擬仿真研究中，并切實(shí)有效地指導(dǎo)了生產(chǎn)實(shí)踐。自從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生以來，它已經(jīng)在軍事模擬、先進(jìn)制造、城市規(guī)劃/地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)生物等領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)效益。預(yù)言家們預(yù)言虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不遠(yuǎn)的將來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就會(huì)象當(dāng)年地計(jì)算機(jī)一樣應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域，它與網(wǎng)絡(luò)、多媒體將并稱為21世紀(jì)最具應(yīng)用前景的三大技術(shù)。

目前已經(jīng)眾多國內(nèi)外的公司退出了自己的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)解決方案，包括軟件的解決方案和硬件的解決方案，更多的是軟硬件結(jié)合的解決方案。好的軟件也需要好的硬件來配合實(shí)現(xiàn)身臨其境的效果，因此這是一個(gè)系統(tǒng)工程，技術(shù)門檻不高，但實(shí)際應(yīng)用難度大。

第三篇：虛擬現(xiàn)實(shí) 論文

XXXXXX學(xué)院

虛擬現(xiàn)實(shí)

學(xué) 生 姓 名：XXX 指 導(dǎo) 教 師：XXXX 系別：信息技術(shù)系 專業(yè)、班級(jí)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)XXX班 完 成 時(shí) 間：2009年6月13日

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)專業(yè)教育中的應(yīng)用

姓名：XXX

專業(yè)：XXX

學(xué)號(hào)：XXXX

摘要：目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、娛樂游戲，以及建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也有廣泛的用途。文章介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及VRML語言，探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)教學(xué)和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。如果虛擬技術(shù)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教育中，將對(duì)遠(yuǎn)程教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；虛擬實(shí)驗(yàn)；VRML；計(jì)算機(jī)專業(yè)

隨著我國教育的不斷改革和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，代寫論文 網(wǎng)絡(luò)教育的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式。尤其是計(jì)算機(jī)更新速度非常快的特點(diǎn)使得傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以滿足學(xué)習(xí)的需要。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門新的技術(shù)，它在教育領(lǐng)域的發(fā)展將為教育提供新的活力。本文主要從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征和VRML語言的角度探討其在計(jì)算機(jī)專業(yè)教育中的應(yīng)用。1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

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

1．1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

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

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

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

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

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

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

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

1．3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本特征

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

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

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

1．4 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類型

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)按其功能，可分為以下幾種類型：

(1)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

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

(2)桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

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

(3)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

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

(4)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無法感知的感受。

1．5 虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言VRML

VRML(Virtual Reality Modeling Language1即虛擬現(xiàn)實(shí)建

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

VRML的基本工作原理可概括為：文本描述、遠(yuǎn)程傳輸和本地計(jì)算生成。所謂文本描述，是指VRML并不是用三維坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)來描述三維物體的，因?yàn)檫@樣會(huì)有很大的數(shù)據(jù)量．在Intemet上傳輸會(huì)遇到很多困難．VRML是用類似HTML的標(biāo)記文本語言來描述三維場景．就像我們的編程語言。比如，一個(gè)立方體的描述文本是：Box(size 3.0 3.0 3.0)。VRML就是一種描述語言標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了用來描述三維場景的文本描述語言。遠(yuǎn)程傳輸是指用戶瀏覽VRML描述的虛擬場景時(shí)，需要通過Intemet將描述場景的文本傳送到本地。一般來說，文本描述是嵌在WEB頁面中，在瀏覽器請(qǐng)求相應(yīng)頁面時(shí)與頁面描述文本一起傳送本地。本地計(jì)算生成是指描述虛擬場景的數(shù)據(jù)傳送到本地后，瀏覽器對(duì)它進(jìn)行解釋計(jì)算，動(dòng)態(tài)地生成虛擬場景。比如，描述球形的文本，瀏覽器會(huì)在屏幕上繪制一個(gè)立體的球形。概括地說，就是

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

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

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

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

2．1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在輔助課堂教學(xué)中的應(yīng)用

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

制作VRML課件的基本思路是：

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

(2)引入VRML的相關(guān)節(jié)點(diǎn)，建立虛擬運(yùn)動(dòng)空間。實(shí)現(xiàn)課件多媒體功能。

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

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

例如，設(shè)計(jì)VRML課件來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上虛擬計(jì)算機(jī)組件結(jié)構(gòu)和組裝的輔助教學(xué)。

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

第六。顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)的安裝，組合完成整個(gè)在虛擬三維世界中組裝計(jì)算機(jī)的過程。在學(xué)習(xí)的過程中，只要點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，就可以按相應(yīng)的步驟進(jìn)行安裝。拖動(dòng)鼠標(biāo)或按鈕可以隨意地移動(dòng)計(jì)算機(jī)組件到指定的位置進(jìn)行安裝。在安裝完光驅(qū)和軟驅(qū)后，點(diǎn)擊光驅(qū)的開、關(guān)鍵，光盤托會(huì)自動(dòng)拖出和送入，點(diǎn)擊軟驅(qū)的按鈕，軟盤會(huì)自動(dòng)取出．使學(xué)習(xí)者能動(dòng)態(tài)地觀看到效果。有一種身臨其境的感覺來完成學(xué)習(xí)的過程。

通過VRML Script語言的鏈接。制作出生動(dòng)有趣的動(dòng)畫效果和逼真的聲音效果。例如．當(dāng)你點(diǎn)擊軟驅(qū)上的按鈕，會(huì)發(fā)出聲音并彈出一張軟盤；當(dāng)你點(diǎn)擊光驅(qū)按鈕時(shí)，盤盒會(huì)自動(dòng)地彈縮并發(fā)出逼真的聲音。為了方便學(xué)習(xí)。還可以實(shí)現(xiàn)注釋信息，當(dāng)學(xué)習(xí)者的鼠標(biāo)碰到硬件設(shè)備時(shí)。在對(duì)象的旁邊會(huì)出現(xiàn)一個(gè)注釋信息，說明該對(duì)象名稱。

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

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

2．2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的適用于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象。以及實(shí)驗(yàn)信息資源等。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)再現(xiàn)。也可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室。例如，在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，不必真正把網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建起來就可以親身體驗(yàn)，猶如進(jìn)行現(xiàn)場的操作。在數(shù)字電路的課程實(shí)驗(yàn)中，可以通過虛擬的電路器件來達(dá)到電路設(shè)計(jì)的目的，而沒有購買器件問題所帶來的麻煩。在電子商務(wù)課程實(shí)驗(yàn)中，可以虛擬商務(wù)環(huán)境，讓學(xué)生進(jìn)入這個(gè)虛擬環(huán)境。身臨其境地體驗(yàn)現(xiàn)場交易的氣氛和參與交易的過程。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的安裝是比較基礎(chǔ)但又是難做好的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。由于在計(jì)算機(jī)上安裝新的操作系統(tǒng)不可避免地會(huì)對(duì)原有的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

使用虛擬計(jì)算機(jī)來進(jìn)行操作系統(tǒng)的安裝試驗(yàn)就十分的方便了。代寫工作總結(jié)使用虛擬機(jī)的軟件VMware可以創(chuàng)建與真實(shí)計(jì)算機(jī)一模一樣的虛擬機(jī)。創(chuàng)建的虛擬機(jī)有自己的CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)，在這個(gè)虛擬機(jī)上，可以安裝Windows、Linux等真實(shí)的操作系統(tǒng)以及各種應(yīng)用程序。通過在虛擬的操作系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行操作，熟悉操作和新技術(shù)，達(dá)到事半功倍的效果。VMware只是一個(gè)軟件。可以幫助你在一個(gè)操作系統(tǒng)的環(huán)境下安裝另一個(gè)操作系統(tǒng)，而不會(huì)對(duì)當(dāng)前的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所提出的各種假設(shè)模型進(jìn)行虛擬．通過虛擬系統(tǒng)便可以直接地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。利用虛擬技術(shù)。學(xué)生還可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)等方面的學(xué)習(xí)探索，設(shè)計(jì)出新型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電子器件．從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。

通過虛擬的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，既可以縮短實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，又可以獲得直觀、真實(shí)的效果，還能對(duì)那些不可見的結(jié)構(gòu)原理和不可重組的精密設(shè)備進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)，避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作帶來的各種危險(xiǎn)。并且，虛擬實(shí)驗(yàn)具有先進(jìn)性和共享性，易擴(kuò)充．易于改變教學(xué)項(xiàng)目，減少設(shè)備投入經(jīng)費(fèi)，使教學(xué)內(nèi)容在虛擬的環(huán)境中不斷更新．使實(shí)驗(yàn)實(shí)踐及時(shí)跟上技術(shù)的發(fā)展。但是在采用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)的過程中，并不能完全代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)是虛擬的實(shí)驗(yàn)，缺少“實(shí)物感”，正如在網(wǎng)上看書與拿真實(shí)的書看時(shí)，會(huì)覺得真實(shí)的書更實(shí)在。在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中，用到的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備像路由器、交換機(jī)等種類、型號(hào)都很多，在虛擬實(shí)驗(yàn)中．學(xué)生很難見到這些設(shè)備，如果在真正的實(shí)踐中可能會(huì)無從下手。因此，在具體實(shí)施中，應(yīng)該虛實(shí)進(jìn)行結(jié)合。有目的地安排一些實(shí)驗(yàn)在真實(shí)環(huán)境中操作，這樣，他們會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備有親身的體會(huì)，更能加深實(shí)驗(yàn)的印象，提高實(shí)驗(yàn)的效果。結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域發(fā)展的潛力是巨大的，只有親身去經(jīng)歷、親身去體驗(yàn)去感受，比空洞抽象的說教更具說服力，主動(dòng)地去交互與被動(dòng)地觀看有質(zhì)的不同。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能形象、生動(dòng)、逼真地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，有效地營造一個(gè)發(fā)展的教學(xué)環(huán)境。提高學(xué)生掌握知識(shí)和技能的效率和積極性，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)過程、提高教學(xué)質(zhì)量的目的，從而解決傳統(tǒng)教學(xué)方式無法解決的問題。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于WEB的虛擬現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)程教育具有廣泛的應(yīng)用前景，必將成為21世紀(jì)教育的主流。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鳳田，劉玉蘭．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J]．河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，(1)．

[2]余勝泉，車皓陽，姚顧波．教育中的虛擬現(xiàn)實(shí)[J]．現(xiàn)代教育技術(shù)研究所．2O00．

[3]李玲，湯小紅．虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言及其在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J]．微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2004，(3)．

[4]郭鳳英．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用[J]．北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，(3)．

[5]何來坤，徐淵．虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML及其應(yīng)用[J]．杭州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，(2)．

[6]祝智庭．現(xiàn)代教育技術(shù)[M]．北京：教育科學(xué)出版社，2004．

[7]陳曉春．虛擬現(xiàn)實(shí)在現(xiàn)代教育技術(shù)中的應(yīng)用[J]．銅陵學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，(3)．

[8]宣翠仙．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在教育中的應(yīng)用[J]．浙江樹人學(xué)報(bào)，2004，(2)．

[9]楊宗凱，吳砥，劉清堂．網(wǎng)絡(luò)教育標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社。2003．

[10]陽化冰，劉忠麗．虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)造語言VRML[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2O00．

[11]金杰．遠(yuǎn)程教育中虛擬實(shí)驗(yàn)與虛擬儀器及技術(shù)的運(yùn)用與前景[J]．電腦與技術(shù)，2005．

[12]李法春，高俊文虛擬現(xiàn)實(shí)在“網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]．中國職業(yè)教育技術(shù)。2005．

[13]萬壽紅，徐紅．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程教育的教學(xué)方法探討[J]．理工高教研究，2005，(2)．

第四篇：虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)大綱

《非線性編輯》課程教學(xué)大綱

課程編號(hào)：（暫不填寫）

課程名稱：虛擬現(xiàn)實(shí)

總學(xué)時(shí)數(shù)和學(xué)分：本課程計(jì)劃72學(xué)時(shí)，4學(xué)分 實(shí)驗(yàn)或上機(jī)學(xué)時(shí)：36學(xué)時(shí)

先修及后續(xù)課程要求：三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)3D、圖形圖像處理PS

一、課程的性質(zhì)和任務(wù)

課程性質(zhì)：

虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中對(duì)真實(shí)的客觀世界進(jìn)行逼真的模擬再現(xiàn)。通過利用傳感器技術(shù)等輔助技術(shù)手段，讓用戶在虛擬空間中有身臨其境之感，能與虛擬世界的對(duì)象進(jìn)行相互作用且得到自然的反饋，并讓人產(chǎn)生構(gòu)想。

主要任務(wù)：

使學(xué)生掌握3ds max及VPR軟件的使用方法，掌握利用3ds max軟件進(jìn)行前期的模型、材質(zhì)、燈光以及渲染器的設(shè)置技巧，熟練使用VRP完成動(dòng)畫的設(shè)置。

二、基本要求

教學(xué)環(huán)節(jié)包括：課堂講授及習(xí)題課、課外作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、考試考查等

（一）、課堂講授

1.教學(xué)方法：

通過講授演示3ds max的使用方法讓學(xué)生掌握虛擬現(xiàn)實(shí)前期的制作過程，通過學(xué)習(xí)VPR軟件的動(dòng)畫設(shè)置，完成后期動(dòng)畫的制作。

2.教學(xué)手段：

通過多媒體設(shè)備進(jìn)行教學(xué)，并采用電子教案、CAI課件、案例分析等先進(jìn)教學(xué)手段。

3.外語的要求：

會(huì)看懂英文版的多媒體創(chuàng)作工具

（二）、教學(xué)輔助資料

拍攝的視頻素材

（三）、習(xí)題課安排

給出樣例讓學(xué)生自己完成。

三、與其它課程的關(guān)系

在本課程開設(shè)之前，應(yīng)先修三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)3D，圖形圖像處理PS等課程，并為以后學(xué)習(xí)視頻特效等課程打下基礎(chǔ)。

四、教學(xué)內(nèi)容

本課程共分七大模塊，通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握3ds max軟件的使用和VPR動(dòng)畫的設(shè)定。主要教學(xué)內(nèi)容有：

第一章3ds Max建模準(zhǔn)則

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的建模和做效果圖、動(dòng)畫的建模方法有很大的區(qū)別，主要體現(xiàn)在模型的精簡程度上。VR的建模方式和游戲的建模是相通的，做VR最好做簡模，不然可能導(dǎo)致場景的運(yùn)行速度會(huì)很慢、很卡、或無法運(yùn)行。教學(xué)重點(diǎn)：模型的創(chuàng)建與簡模的制作。

教學(xué)難點(diǎn)：模型的簡化與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分布。目的要求：制作布線合理的簡模。

第二章3ds Max前期材質(zhì)類型的應(yīng)用與基本設(shè)置。

在制作VR項(xiàng)目時(shí)，雖然模型的優(yōu)化很重要，但材質(zhì)的編輯也一樣很重要，因?yàn)椴馁|(zhì)的使用需要跟烘焙操作結(jié)合在一起，不同類型的材質(zhì)需要采取不同的烘焙方式。

教學(xué)重點(diǎn)：材質(zhì)與貼圖的基本設(shè)置。

教學(xué)難點(diǎn)：材質(zhì)的調(diào)節(jié)，UV的劃分與貼圖的繪制。

目的要求：掌握3ds max材質(zhì)的調(diào)節(jié)與貼圖的正確繪制。

第三章3ds Max前期燈光設(shè)置要求與相機(jī)的創(chuàng)建 掌握正確的布光方法及燈光與攝像機(jī)參數(shù)的設(shè)置：

1、創(chuàng)建燈光并合理布光。

2、攝像機(jī)參數(shù)的調(diào)節(jié)。

教學(xué)重點(diǎn)：布光方案的正確選擇。

教學(xué)難點(diǎn)：燈光的參數(shù)調(diào)節(jié)與燈光之間的關(guān)系。

目的要求：掌握燈光布光的基本方法、并熟練使用燈光、相機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置。

第四章3ds Max前期渲染器基本參數(shù) 教學(xué)重點(diǎn)：

1、默認(rèn)渲染器的參數(shù)設(shè)定。

2、Vray渲染器的參數(shù)設(shè)置與調(diào)節(jié)。

教學(xué)難點(diǎn)：Vray渲染器的參數(shù)面板設(shè)置與材質(zhì)燈光的調(diào)節(jié)。目的要求：熟練掌握渲染面板參數(shù)設(shè)置。

第五章3ds Max前期烘焙基本參數(shù)設(shè)置 教學(xué)重點(diǎn)：貼圖烘焙的命令和參數(shù)設(shè)置。

教學(xué)難點(diǎn)：烘焙的參數(shù)設(shè)置與烘焙前的渲染結(jié)果檢查。

目的要求：掌握貼圖烘焙與檢查的方法。

第六章 前期常用動(dòng)畫的簡單制作

教學(xué)重點(diǎn)：常用父子動(dòng)畫，路徑動(dòng)畫，動(dòng)力學(xué)動(dòng)畫的制作

教學(xué)難點(diǎn)：父子關(guān)系的設(shè)定，路徑動(dòng)畫的參數(shù)調(diào)節(jié)與動(dòng)力學(xué)動(dòng)畫的參數(shù)設(shè)定。目的要求：掌握常用動(dòng)畫的制作。

第七章 3ds Max的模型與動(dòng)畫導(dǎo)出技巧

教學(xué)重點(diǎn)：掌握部分靜態(tài)模型與全部靜態(tài)模型的導(dǎo)出與動(dòng)畫模型的導(dǎo)出方法。教學(xué)難點(diǎn)：將烘焙模型正確導(dǎo)入到VPR軟件中制作動(dòng)畫。目的要求：掌握烘焙完成模型的導(dǎo)出技巧。

五、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)訓(xùn)要求：

使學(xué)生掌握3ds Max與VPR的使用方法，完成虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫的制作。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：

實(shí)訓(xùn)一 簡模的創(chuàng)建與布線的調(diào)整。

實(shí)訓(xùn)二

常用材質(zhì)的參數(shù)調(diào)節(jié)，UV的劃分與貼圖的正確繪制。

實(shí)訓(xùn)三

燈光的參數(shù)設(shè)置與布光方案的正確解決。

實(shí)訓(xùn)四 渲染參數(shù)面板的設(shè)置。

實(shí)訓(xùn)五

貼圖烘焙的命令與參數(shù)設(shè)置。

實(shí)訓(xùn)六

動(dòng)畫的制作，能完成父子關(guān)系、路徑與簡單動(dòng)力學(xué)動(dòng)畫的制作。

實(shí)訓(xùn)七

導(dǎo)入VPR后動(dòng)畫的制作。

六、教學(xué)建議

1、師資要求：

要求主講教師具有一定的行業(yè)從業(yè)經(jīng)歷或有相關(guān)成熟作品。

2、教學(xué)條件：

酷睿i5以上計(jì)算機(jī)或兼容機(jī)40臺(tái)。注：四核CPU主頻須2.6GMHz以上，內(nèi)存須4G以上，硬盤須500G左右自由空間，WindowsXP系統(tǒng)或更高版本，3ds max 2009或以上版本，VPR軟件。

七、考試與成績?cè)u(píng)定

該課程根據(jù)平時(shí)（作業(yè)和出勤）、期中、期末等成績按學(xué)院要求比例進(jìn)行考核。

八、制定教材與教學(xué)參考書

[1]《3ds max與虛擬現(xiàn)實(shí)》.九州星火傳媒.電子工業(yè)出版社.2006.5

九、補(bǔ)充說明

１．本課程須以理論與實(shí)踐結(jié)合進(jìn)行教學(xué)。

２．本教學(xué)大綱適用于三年制動(dòng)漫設(shè)計(jì)與制作專業(yè)。

開課單位及課程所屬教研室（加蓋單位公章）：

大綱制（修）訂負(fù)責(zé)人簽名：

開課單位教學(xué)主任簽名：

大綱制（修）訂時(shí)間： 年 月

第五篇：虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

基于Virtools的多電機(jī)組合驅(qū)動(dòng)輸送輥道的虛擬演示系統(tǒng)

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生一個(gè)逼真的虛擬世界，讓使用者如同身臨其境一般，及時(shí)、無限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。被公認(rèn)為是21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科及影響人們生活的重要技術(shù)之一。虛擬演示系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用，它能向觀眾展現(xiàn)一個(gè)有著真實(shí)感覺的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)利用Solidworks來為輸送輥道建模，并將其導(dǎo)入到3ds max中進(jìn)行渲染，最后在Virtools中進(jìn)行虛擬演示系統(tǒng)的制作。本文著重介紹了Virtools的使用方法以及虛擬演示系統(tǒng)的制作流程，可以作為虛擬現(xiàn)實(shí)初學(xué)者的使用手冊(cè)，具有一定的學(xué)術(shù)意義和教學(xué)意義。

關(guān)鍵字：虛擬現(xiàn)實(shí)；Virtools；建模；人機(jī)交互

Based on Virtools combination of multi-motor-driven roller conveyor virtual demonstration system

Abstract: The virtual reality technology is the use of computer simulation to produce a realistic virtual world, allowing users just like being in general, timely, unrestricted observation of three-dimensional space things.Is recognized as one of the important development disciplines and affect people's lives in the 21st century.Virtual Presentation System is an important application of virtual reality technology, can show a product has a real feeling to the audience.This design uses SolidWorks to model the conveyor roller, and import it into 3ds max rendering, and finally in Virtools virtual demonstration system produced.This paper introduces the Virtools use and virtual demonstration system of the production process, can be used as virtual reality beginner user manual, and has a certain academic significance and teaching significance.Key Words: Virtual Reality;Virtools;Modeling;Interaction

目錄

1、緒論??????????????????????????? 1．1 前言????????????????????????? 1．2 研究背景及意義???????????????????? 1．3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀???????????????????? 1．4 本文研究內(nèi)容?????????????????????

2、多電機(jī)組合驅(qū)動(dòng)輸送輥道?????????????????? 2．1 概念????????????????????????? 2．2 特點(diǎn)?????????????????????????

3、Virtools?????????????????????????? 3．1 簡介?????????????????????????? 3．2 基本知識(shí)??????????????????????

4、模型導(dǎo)入?????????????????????????? 4．1 說明???????????????????????? 4．1 導(dǎo)入到3ds max中???????????????????? 4．2 導(dǎo)入到Virtools中????????????????????

5、虛擬演示系統(tǒng)制作流程????????????????????

結(jié)論????????????????????????????? 致謝?????????????????????????????? 主要參考文獻(xiàn)????????????????????

附錄?????????????????????????????? 外文資料翻譯及原文??????????????????????

緒論

1.1 前言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，為使用者提供關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，及時(shí)、無限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。它被應(yīng)用到軍事、醫(yī)學(xué)、教育、科研等多個(gè)領(lǐng)域，被公認(rèn)為是21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有三個(gè)主要特征：(1)沉浸感，是指當(dāng)實(shí)驗(yàn)者處于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生的三維環(huán)境中，有著在真實(shí)世界一樣的身臨其境的感覺。(2)交互性，是指實(shí)驗(yàn)者即使處在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所產(chǎn)生的虛擬環(huán)境中，也能像在真實(shí)客觀世界中一樣，進(jìn)行多感知的交互。(3)想象性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使實(shí)驗(yàn)者通過沉浸在虛擬環(huán)境中進(jìn)行的交互活動(dòng)，獲取新的知識(shí)，并且通過深化概念和產(chǎn)生聯(lián)想，使實(shí)驗(yàn)者得到感性和理性認(rèn)識(shí)，從而得到啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維。

虛擬演示是一個(gè)集虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“展館”，一個(gè)運(yùn)用了三維動(dòng)畫和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“展示器”，生動(dòng)地展示了產(chǎn)品外觀與產(chǎn)品內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)的有機(jī)構(gòu)建?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬演示系統(tǒng)的開發(fā)能夠獲得更好的沉浸感和交互性，讓用戶全方位、多角度地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行參觀。但是也同時(shí)要求開發(fā)人員具有一定的邏輯思維能力和編程能力，開發(fā)難度有所增加。1.2 研究背景及意義

傳統(tǒng)的產(chǎn)品展示一般是通過電視、報(bào)紙、海報(bào)、展覽會(huì)等形式，它們都會(huì)受到時(shí)間和空間的限制，它們只能在一定的時(shí)間和空間內(nèi)進(jìn)行，而且同時(shí)間所能獲得的信息量是有限制的，如展覽會(huì)一般都是在某個(gè)地點(diǎn)和某個(gè)時(shí)間段對(duì)有限的產(chǎn)品進(jìn)行展示。虛擬演示則不受以上條件的限制，人們可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)、隨地的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了解，甚至可以對(duì)產(chǎn)品的各個(gè)部件進(jìn)行分析。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品展示是單向的，即產(chǎn)品是通過電視、海報(bào)、展覽會(huì)等固定的形式向人們展示，人們沒有辦法與所展示的產(chǎn)品進(jìn)行交互，即使是實(shí)物展示，也只能對(duì)有限的人進(jìn)行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到效果。虛擬演示可以讓很多人同時(shí)對(duì)某一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行操作，還可以對(duì)產(chǎn)品的各個(gè)部件進(jìn)行單獨(dú)分析。在虛擬的環(huán)境中，人們可以充分發(fā)揮自身的想象力，根據(jù)自身的意愿行事而不會(huì)影響他人。這符合當(dāng)今時(shí)代人們所追求的個(gè)性化和差異化。

對(duì)虛擬演示系統(tǒng)的研究符合當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展方向，可以預(yù)見，它將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。而且隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，這種趨勢(shì)將變得越來越明顯，并隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展而變得豐富多彩，最終改變社會(huì)，改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演變發(fā)展史大體上可以分為四個(gè)階段：1963年以前：蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)思想的第一階段；1963年～1972年：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的萌芽階段；1973年～1989年：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念和理論產(chǎn)生的初步階段；1990年至今：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)理論的完善和應(yīng)用階段。

美國是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的發(fā)源地，第一個(gè)虛擬設(shè)備是在1962年由Morton Heiling設(shè)計(jì)的“全傳感仿真器”，該仿真器仿真騎車穿越紐約市的過程，用戶如同真實(shí)的車穿越紐約市，他們能感受到風(fēng)、路面的顛簸、甚至是當(dāng)經(jīng)過飯店時(shí)聞到的食品香味。我國虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究起步較晚，與國外發(fā)達(dá)國家還存在很大的差距。我國有關(guān)部門已經(jīng)高度重視虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，并將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列入到九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金委、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等研究項(xiàng)目中。國內(nèi)許多知名高校也積極投入到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究領(lǐng)域中去。如北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國內(nèi)最早引進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究、最有權(quán)威的單位之一，并在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺接口方面開發(fā)出部分硬件，并提出有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，而且隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，VR應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更加廣泛和深入。近年來，為了滿足應(yīng)用領(lǐng)域的新需求，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究遵循“低成本、高性能”的原則，表現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢(shì)。如：動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)；實(shí)時(shí)三維圖形生成和顯示技術(shù)；適人化、智能化人機(jī)交互設(shè)備的研制；大型網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的研究與應(yīng)用等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門新興的科學(xué)技術(shù)，它與許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，應(yīng)用前景也非常廣闊。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將更為廣泛地為人類的生產(chǎn)生活帶來全新的面貌。1.4 本文研究內(nèi)容

本設(shè)計(jì)是與他人合作的項(xiàng)目，其中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與Solidworks建模是由他人完成的，本人負(fù)責(zé)參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)以及完成產(chǎn)品的虛擬演示系統(tǒng)。因此本文著重研究了虛擬演示系統(tǒng)的開發(fā)流程，綜合了常見幾種的開發(fā)方法，希望能找到一種簡單易行的虛擬演示系統(tǒng)開發(fā)方法。多電機(jī)組合驅(qū)動(dòng)輸送輥道

2.1 概念

多電機(jī)組合驅(qū)動(dòng)輸送輥道裝置是可以n臺(tái)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行時(shí)可以調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行負(fù)載，能夠環(huán)形輸送物體的輥道。隨著近年來工業(yè)的發(fā)展,對(duì)各種機(jī)械性能和產(chǎn)品質(zhì)量要求的逐漸提高,輥道輸送裝置已經(jīng)越來越得到了人們的認(rèn)可。多電機(jī)組合驅(qū)動(dòng)輸送輥道可廣泛用于各種工業(yè)，工廠等場所，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于加工，制造，服務(wù)等各種行業(yè)。輥道主要由導(dǎo)板、衛(wèi)板和若干個(gè)輥?zhàn)?，以及多個(gè)電動(dòng)機(jī)及其傳動(dòng)軸和減速器組成。2.2 特點(diǎn)

本輥道設(shè)計(jì)為多電機(jī)組合驅(qū)動(dòng)，可以根據(jù)負(fù)載的大小來改變電機(jī)的數(shù)量，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。Virtools 3.1 簡介

Virtools是法國達(dá)索公司發(fā)布的一款虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)軟件，它可以將現(xiàn)有的常用格式的文件整合在一起，如三維模型、二維圖形或者音效、視頻等?？梢灾谱鞒鲈S多不同用途的3D產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)游戲、多媒體、建筑設(shè)計(jì)、交互式電視、教育訓(xùn)練、仿真與產(chǎn)品展示等。它為各類使用者提供了從產(chǎn)品的初期設(shè)計(jì)、虛擬環(huán)境的仿真到3D互動(dòng)操作的完整體驗(yàn)，從而使實(shí)時(shí)3D技術(shù)的應(yīng)用變得更多元、更廣泛。

目前全世界有超過270所大學(xué)使用Virtools, Virtools已經(jīng)獲得許多媒體技術(shù)學(xué)系學(xué)生的肯定和支持，越來越多的多媒體技術(shù)公司開始應(yīng)用Virtools開發(fā)其產(chǎn)品。3.2 基本知識(shí)

Virtools采用的是模塊化編程方法，因此，使用者無需記住繁瑣的命令，只需根據(jù)自己的需求將不同的BB程序模塊拖入流程圖即完成編程過程。下面對(duì)這一過程進(jìn)行詳細(xì)的介紹。如圖3.1所示，Virtools軟件包含三個(gè)主要的窗口，它們分別具有不同的功能：a區(qū)域?yàn)?D Layout窗口，它能在實(shí)時(shí)3D的環(huán)境下展示正在進(jìn)行的項(xiàng)目作品，并提供所有用來創(chuàng)造、圈選或操作3D組件所必須的工具及導(dǎo)覽工具等；b區(qū)域?yàn)锽uilding Block窗口，負(fù)責(zé)Virtools“行為模塊（即BB模塊）”的調(diào)整與編輯；c區(qū)域?yàn)長evel View窗口和Schematic窗口，可以清楚的以樹狀圖的形式來檢視與編輯正在進(jìn)行的項(xiàng)目作品，流程圖也是在這里進(jìn)行編輯的，可以說是Virtools軟件中最重要的窗口了。

圖3.1 Virtools窗口介紹

運(yùn)用Virtools進(jìn)行虛擬創(chuàng)作的基本流程如圖3.2所示，其中制作流程圖部分是整個(gè)創(chuàng)作過程中最重要也最復(fù)雜的部分，只有經(jīng)常實(shí)踐才能熟練掌握。

圖3.2 虛擬創(chuàng)作流程

在下面的內(nèi)容里將會(huì)有非常詳細(xì)的制作步驟，因此在這里就不對(duì)具體步驟進(jìn)行展開講解了。模型導(dǎo)入方法

4.1 說明

在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，使用非常廣泛的三維建模軟件是Solidworks，它具有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用、技術(shù)創(chuàng)新三個(gè)特點(diǎn)，使用它來進(jìn)行機(jī)械建模，模型尺寸精確，裝配效率高，因此本設(shè)計(jì)中采用Solidworks來進(jìn)行模型創(chuàng)建。

但是，到目前為止，還沒有一種簡單的方法可以將Solidworks中的模型直接導(dǎo)入到Virtools中，因此在本設(shè)計(jì)中采用了一種比較常用的方法，即先將Solidworks中建好的模型導(dǎo)入到3ds max中，再將其導(dǎo)入到Virtools中，下面就這兩個(gè)步驟分別進(jìn)行說明。4.2 模型導(dǎo)入3ds max 將模型由Solidworks導(dǎo)入到3ds max中一般有以下幾種方法： a.將SolidWorks文件轉(zhuǎn)換成.stl文件，這也是最常用的方法，此方法導(dǎo)入單個(gè)零件比較好，但如果導(dǎo)入裝配體，則需將裝配體保存為.stl文件后，把每個(gè)零件一一導(dǎo)入，比較繁瑣。

b.將SolidWorks文件轉(zhuǎn)換成.igs文件，.igs文件較小，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)個(gè)別面無法轉(zhuǎn)換，或者是導(dǎo)入3ds max中出現(xiàn)多面和少面現(xiàn)象，特別是針對(duì)一些復(fù)雜曲面造型，轉(zhuǎn)換誤差更大。

c.將SolidWorks文件轉(zhuǎn)換成.wrl文件，這種格式適用很多軟件，而且可以將裝配體中的多個(gè)零件同時(shí)導(dǎo)入3ds max中，方便快捷。

d.使用犀牛軟件作為中介來將Solidworks生成的模型轉(zhuǎn)成3ds max支持的格式，這種方法需要增加一個(gè)步驟來轉(zhuǎn)換，加大了轉(zhuǎn)換失敗的概率，但是由于犀牛軟件支持的三維格式非常多，因此可以將其作為一種備選方案。

本人比較推薦的方法是第一種和第三種，第一種適合于裝配體中的零件比較少的情況，由于在導(dǎo)入過程中Solidworks會(huì)將所有的零件都轉(zhuǎn)換為.stl格式，因此如果零件較多，那么生成的新文件會(huì)非常多，以本設(shè)計(jì)為例，單獨(dú)一個(gè)輥道的裝配模型就生成了400個(gè)左右的.stl文件，如果將這么多的零件都一一導(dǎo)入到3ds max中，不僅僅耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且比較容易出錯(cuò)，效率很低，但是這種導(dǎo)入方法是最穩(wěn)妥的方法，生成的模型不容易出錯(cuò)；第三種方法適用于任何情況，無論零件多少，Solidworks都會(huì)將所有的零件都組合在一個(gè).wrl格式的文件中，只要將這一個(gè)文件導(dǎo)入3ds max就可以了，但是需要注意的是，在導(dǎo)入的過程中，由于占用了大量的資源，電腦可能會(huì)出現(xiàn)假死的現(xiàn)象，這時(shí)候最好不要強(qiáng)行關(guān)閉軟件，而是要耐心等待轉(zhuǎn)換完成，根據(jù)零件的數(shù)量，轉(zhuǎn)換過程所用的時(shí)間會(huì)不盡相同。4.3 模型導(dǎo)入Virtools 將模型由3ds max導(dǎo)入到Virtools中需要安裝一個(gè)轉(zhuǎn)換插件，這個(gè)插件的名稱是“virtools max exporter”，在網(wǎng)上直接搜索就能找到，這個(gè)插件會(huì)安裝在3ds max中，安裝成功后可以在3ds max的導(dǎo)出命令窗口處發(fā)現(xiàn)支持Virtools的格式，如圖4.1所示。

圖4.1 3ds max導(dǎo)出窗口

在執(zhí)行完導(dǎo)出命令后，會(huì)彈出圖4.2所示的對(duì)話框，根據(jù)自己的需要勾選即可。需要注意的是：3ds max的版本最好是2009或者以前的版本，因?yàn)榇瞬寮]有說明支持2009以后的版本，而且在使用過程中，本人也分別使用了2010版和2009版來進(jìn)行導(dǎo)入操作，發(fā)現(xiàn)2009版本的3ds max不容易出錯(cuò)，而2010版本中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)出失敗或內(nèi)存不足的錯(cuò)誤情況，希望引起各位讀者的注意。

圖4.2 導(dǎo)出參數(shù)的設(shè)置窗口 虛擬演示系統(tǒng)制作流程

5.1 模型的導(dǎo)入

5.1.1 從Solidworks導(dǎo)入到3ds max 按照上文中所述的幾種方法來進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，由于本設(shè)計(jì)中的模型零件較多，生成.stl格式并不適用，因此在本設(shè)計(jì)中采用的是第三種方法，即將模型保存為.wrl格式的文件，如下圖5.1所示。

圖5.1 在Solidworks中另存為,wrl格式

5.1.2 從3ds max導(dǎo)入到Virtools 按照上文中所述的方法進(jìn)行導(dǎo)出操作，首先在3ds max中導(dǎo)入上一步中生成的“總裝配體.wrl”文件，如圖5.2所示；然后將其導(dǎo)出為.nmo格式文件。然而在此處出現(xiàn)了錯(cuò)誤，如圖5.3所示，根據(jù)錯(cuò)誤提示以及與導(dǎo)師進(jìn)行溝通后，決定將模型分成幾個(gè)部分后分別進(jìn)行導(dǎo)出導(dǎo)入操作，具體步驟與上文類似，在此不在進(jìn)行贅述，最終導(dǎo)出的文件如圖5.4所示，將這幾個(gè)文件導(dǎo)入到Virtools中即完成了模型的導(dǎo)入操作，最終的效果圖如圖5.5所示。

圖5.2 在3ds max中導(dǎo)入.wrl格式文件

圖5.3 導(dǎo)出過程中的錯(cuò)誤提示

圖5.4 最后生成的.nmo格式文件

總結(jié) 致謝

主要參考文獻(xiàn)

附錄