第一篇：虛擬現(xiàn)實文獻綜述

《VRML虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字校園系統(tǒng)中應(yīng)用研究》文獻綜述

摘要：教育部在一系列相關(guān)的文件中，多次涉及到了數(shù)字校園，闡明了數(shù)字校園的地位和作用。虛擬數(shù)字校園模擬真實世界，提供了一個生動的校園空間。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在數(shù)字校園系統(tǒng)的開發(fā)，有助于大學(xué)自身的宣傳和信息的高度集中、配置和互動。它在數(shù)字校園的應(yīng)用，可以大大提高校園展示效果，也能夠體現(xiàn)校園個性方面的優(yōu)勢，對校園今后的推廣及展示帶來非常大的幫助 關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；數(shù)字校園；基本概況

前言

教育部在一系列相關(guān)的文件中，多次涉及到了虛擬校園，闡明了虛擬校園的地位和作用。建設(shè)虛擬三維數(shù)字校園可以比較直觀的了解校園的各個區(qū)域，在這個三維的校園里，空間次序的視覺理解和感知變得非常容易，使瀏覽者對校園環(huán)境產(chǎn)生身臨其境的感覺[1]，其中的教學(xué)樓、實驗樓、圖書館、宿舍樓、食堂、道路及綠化地帶和種植的植物，都栩栩如生的呈現(xiàn)在我們的眼前，三維虛擬校園模擬真實世界，提供了一個生動的校園空間。三維虛擬校園可直接嵌入到大學(xué)的網(wǎng)站，直接通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器察看，其豐富的、人性化的信息查詢等功能，有效提高大學(xué)的美譽度，有助于大學(xué)自身的宣傳和信息的高度集中、配置和互動。三維虛擬校園的直觀特性，可以優(yōu)化領(lǐng)導(dǎo)管理，對于校園信息管理、校園規(guī)劃、建設(shè)等能夠全局掌控。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r的研究

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術(shù)是20世紀90年代初崛起的一種實用技術(shù)，它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成三維信息的虛擬環(huán)境，可以真實地模擬現(xiàn)實中能實現(xiàn)的物理上的、功能上的事物和環(huán)境[2]。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中可以直接與虛擬現(xiàn)實場景中的事物交互，產(chǎn)生身臨其境的感受，從而使人在虛擬空間中得到與自然世界同樣的感受。該技術(shù)的興起，為科學(xué)及工程領(lǐng)域大規(guī)模的數(shù)據(jù)及信息提供了新的描述方法。虛擬現(xiàn)實技術(shù)大量應(yīng)用于建筑設(shè)計及其相關(guān)領(lǐng)域，該技術(shù)提供了“虛擬建筑”這種新型的設(shè)計、研究及交流的工具手段[3]。

在虛擬現(xiàn)實的發(fā)展過程中總結(jié)出虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)具有以下四個特征：（1）多感知性。指除一般計算機所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、觸覺感知、運動感知、甚至還包括味覺、嗅覺、感知等。理想的虛擬現(xiàn)實應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。（2）存在感。指用戶感動作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達到使用戶難辨真假的程度。（3）交互性。指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。（4）自主性。指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)現(xiàn)實世界物理運動定律動作的程度[4]。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)自誕生以來，其應(yīng)用一直受到科學(xué)界、工程界的重視，并不斷取得進展，虛擬現(xiàn)實蘊藏的技術(shù)內(nèi)涵與藝術(shù)魅力不斷地激發(fā)著人們豐富的想象思維和創(chuàng)造的熱情。從本質(zhì)上講，虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是一種先進的人機交互技術(shù)[5]，其追求的技術(shù)目標(biāo)就是盡量使用戶與電腦虛擬環(huán)境進行自然式的交互。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為我們架起了一座人與數(shù)字世界溝通的橋梁。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字校園系統(tǒng)的應(yīng)用解析

目前，數(shù)字校園存在有2個定義，并分別帶來不同的研究與實踐。一種定義是從信息、網(wǎng)絡(luò)和媒體技術(shù)發(fā)展角度，數(shù)字校園被理解為一個以計算機和網(wǎng)絡(luò)為平臺的、遠程教學(xué)為主的信息主體；另一個事從因特網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬社區(qū)和3S技術(shù)的發(fā)展角度，數(shù)字校園被定義為對現(xiàn)實校園三維景觀和教學(xué)環(huán)境的數(shù)字化和虛擬化，是基于對現(xiàn)實校園的一個三維虛擬環(huán)境，用于支持對現(xiàn)實校園的資源管理、環(huán)境規(guī)劃和學(xué)校發(fā)展[6]。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是集影視廣告，動畫，多媒體，網(wǎng)絡(luò)可以于一身的推廣方式。虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在數(shù)字校園中，使用計算機技術(shù)來生成一個虛擬的三維校園環(huán)境，并賦予其可操作性，讓瀏覽者可以與這一虛擬客體進行交流[7]，是體現(xiàn)校園風(fēng)貌、規(guī)模和實力的象征和標(biāo)志，其主要核心是協(xié)助校園推廣、宣傳，招生等方面的需求，主要通過以下幾個方面體現(xiàn)：

1、直觀的交流方式

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)可通過親身感受，評估展示方案的特點與優(yōu)劣，以便做出最佳展示方案，不但可以避免決策失誤，而且可以大大提高校園展示的價值，從而提高校園風(fēng)貌在學(xué)生心中的形象，而且保護投資。

2、方便的設(shè)計工具

虛擬現(xiàn)實不僅是一個演示媒體，而且還是一個設(shè)計工具。它易視覺形式反映了設(shè)計者的思想，比如當(dāng)在一座大樓前模擬首先要做的事情就是對這座大廈的結(jié)構(gòu)，外形做細致的構(gòu)思，為之定量化，還需要許多設(shè)計圖，虛擬現(xiàn)實可以把這種構(gòu)思變成看得見得虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)的沙盤[8]的設(shè)計模式提升到數(shù)字化的即看即得的完美境界，大大提高了設(shè)計和規(guī)劃的質(zhì)量和效率。

3、最先進的展示手段

在校園風(fēng)貌展示當(dāng)中，傳統(tǒng)的做法就是印刷宣傳彩頁或普通的網(wǎng)頁展示等。由于印刷彩頁是平面，普通的網(wǎng)頁是二維的，讓學(xué)生無法感受到親臨學(xué)校的感覺，而且無法將校園全部展示，只能了解校園標(biāo)志性建筑，無法以正常人的視角去感受校園的規(guī)劃，更無法獲得人在其中的真實感受。近年來效果圖和三維動畫已經(jīng)得到普及應(yīng)用。然而，效果圖只能提供靜態(tài)局部的視覺體驗，動畫雖有較強的動態(tài)三維表現(xiàn)力，但不具備實時交互性，觀察者只能按照事先設(shè)定好的路線和角度來瀏覽，很被動，信息獲取不夠全面。校園個性方面的優(yōu)勢往往無法表現(xiàn)。

綜上所述，與傳統(tǒng)的展示方式相比較，虛擬現(xiàn)實解決方案的各個指標(biāo)具有明顯優(yōu)勢。它在數(shù)字校園的應(yīng)用[9]，可以大大提高校園展示效果，也能夠體現(xiàn)校園個性方面的優(yōu)勢，對校園今后的推廣及展示帶來非常大的幫助。

三、VRML虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字校園系統(tǒng)的應(yīng)用研究

虛擬現(xiàn)實建模語言（VRML）源于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是20世紀末發(fā)展起來的涉及眾多學(xué)科的的高新技術(shù)[10]。它是集計算機、仿真、微電子、傳感與測量技術(shù)于一體的高新科技的融合。而虛擬現(xiàn)實建模語言（VRML）正是利用了虛擬現(xiàn)實，在計算機中創(chuàng)立一種與現(xiàn)實生活相同的感受，有身臨其境的感覺甚至生理感受，從而實現(xiàn)用戶與虛擬現(xiàn)實直接進行交互。

三維場景建模就是構(gòu)建虛擬校園環(huán)境，是漫游系統(tǒng)設(shè)計的核心問題之一．因為VRML是一種三維造型和渲染的圖形描述性語言,它把“虛擬世界”看作一個“場景”，而場景中的一切都看作是“對象”也就是“節(jié)點”，對每一個對象的描述就構(gòu)成了VRL文件[11]。而要把這些枯燥的語言和符號變成動態(tài)的虛擬世界，通過瀏覽器解釋這些語句可以實時生成虛擬的校園場景。且VRML是一個高效，優(yōu)秀的VR模型開發(fā)工具，它的優(yōu)勢在于大場景地理環(huán)境的生成，能高效快速的實現(xiàn)實時場景的繪制，所以，選擇VRML完成三維場景建模。隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，利用VRML虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行復(fù)雜場景的虛擬漫游已成為可能，利用這一技術(shù)我們可以游覽虛擬校園欣賞校園景致，達到使用戶難辨真假的程度。

作為互聯(lián)網(wǎng)時代的寵兒，Web孵化了五花八門的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)語言，如Html、XML、Java、JavaScript、ActiveX等等[12]。相對而言，VRML是其中一支不可忽視的力量。VRML是一種描述交互式三維場景和對象的文件格式，它允許描述三維對象并把它們組合到作者構(gòu)想的虛擬場景中，目前廣泛應(yīng)用于創(chuàng)建充滿動感的三維虛擬空間[13]。與其他網(wǎng)絡(luò)開發(fā)語言相比，VRML具有自身特定的優(yōu)勢：

1、VRML是目前唯一基于萬維網(wǎng)虛擬現(xiàn)實模型語言的國家標(biāo)準，因此能得到眾多軟件開發(fā)商的支持。目前包括3DS MAX、Maya、SketchUp等建筑設(shè)計中常用的3D軟件都支持VRML文件格式的輸入、輸出、而像blaxxun、Bitmanagement Software、Parallet Graphics等眾多VRML瀏覽器開發(fā)商紛紛通過其產(chǎn)品開發(fā)不斷提高VRML虛擬場景的性能[14]。這些支持有力地保障了VRML虛擬建筑開發(fā)中對前期CAD數(shù)據(jù)的高效利用，而且VRML作為一種國際標(biāo)準同時也保證于虛擬建筑開發(fā)成果能得到長期的應(yīng)用和共享。

2、VRML是基于萬維網(wǎng)的開放型的國際標(biāo)準，具有很強的環(huán)境適應(yīng)性和功能的可擴展性。VRML場景可運行在Windows、MAC、Unix等多種機型及操作系統(tǒng)上，適應(yīng)單機、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、萬維網(wǎng)等多種環(huán)境[15]；同時VRML語言允許開發(fā)者將VRML場景與現(xiàn)有萬維網(wǎng)中流行的各種先進的技術(shù)集成起來，從而極大得擴展VRML虛擬建筑場景的性能。

3、VRML場景的大小沒有限制，場景的擴充和維護皆很方便。一個VRML場景的模型即可以使一個獨立的VRML模型文件組成，也可以使由分布在網(wǎng)絡(luò)上不同路徑下的若干個分散的VRML模型文件組成。因此利于協(xié)同方式的建筑和文件管理。

4、VRML虛擬建筑是一個低成本甚至零成本投入的技術(shù)方法，開發(fā)者只需要在現(xiàn)有CAD軟硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)上，添加一個VRML瀏覽器和一個VRML代碼編輯器就可以進行VRML虛擬建筑的開發(fā)工作。VRML瀏覽器和代碼編輯器都非常小型的程序，互聯(lián)網(wǎng)上提供了大量此類工具的免費下載服務(wù)。

總結(jié)

數(shù)字校園是一項非常龐大的系統(tǒng)工程，它是集計算機技術(shù)、仿真、微電子、傳感與測量技術(shù)于一體的高新技術(shù)的融合，是信息技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，若要超越單純從技術(shù)視野中理解數(shù)字校園的概念，應(yīng)將校園內(nèi)的基礎(chǔ)地理、自然資源、社會資源好人文資源等各種信息進行數(shù)字化采集和存儲，分別建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息庫，并建立全視角的可視化數(shù)字校園三維立體平臺[16]，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)其應(yīng)用支撐系統(tǒng)，即實現(xiàn)服務(wù)的開發(fā)、利用、廣告、安全、管理等一體化，實現(xiàn)從信息生產(chǎn)到信息消費的信息流有序化，最終實現(xiàn)信息資源的動態(tài)管理，利用和優(yōu)化配置、開發(fā)和增值。

我相信，作為一門新興的，發(fā)展中的技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，前景是廣闊的，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)理論與方法的逐步建立和日趨完善，數(shù)字校園建設(shè)必將邁上一個新的臺階。在數(shù)字校園里，通過各種現(xiàn)代化手段，實現(xiàn)學(xué)校的教學(xué)、科研、管理、服務(wù)等活動的全部過程，從而達到提高教學(xué)質(zhì)量、科研水平、管理水平的目的。

參考文獻

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第二篇：虛擬現(xiàn)實簡介

虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實（VR-Virtual Reality）,也稱虛擬實境或靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，它利用計算機技術(shù)生成一個逼真的、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，是一種先進的數(shù)字化人機接口技術(shù)。

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

沉浸/臨場感和實時交互性是虛擬現(xiàn)實的實質(zhì)性特征，對時空環(huán)境的現(xiàn)實構(gòu)想（即啟發(fā)思維，獲取信息的過程）是虛擬現(xiàn)實的最終目的。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的先進特性使得該項技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)的模擬仿真研究中，并切實有效地指導(dǎo)了生產(chǎn)實踐。自從虛擬現(xiàn)實技術(shù)誕生以來，它已經(jīng)在軍事模擬、先進制造、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、軍事和社會效益。預(yù)言家們預(yù)言虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不遠的將來虛擬現(xiàn)實技術(shù)就會象當(dāng)年地計算機一樣應(yīng)用于社會生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域，它與網(wǎng)絡(luò)、多媒體將并稱為21世紀最具應(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現(xiàn)身臨其境的效果，因此這是一個系統(tǒng)工程，技術(shù)門檻不高，但實際應(yīng)用難度大。

第三篇：虛擬現(xiàn)實 論文

XXXXXX學(xué)院

虛擬現(xiàn)實

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：計算機科學(xué)與技術(shù)XXX班 完 成 時 間：2009年6月13日

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機專業(yè)教育中的應(yīng)用

姓名：XXX

專業(yè)：XXX

學(xué)號：XXXX

摘要：目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、娛樂游戲，以及建筑設(shè)計等領(lǐng)域。在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也有廣泛的用途。文章介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)及VRML語言，探討了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機教學(xué)和計算機實驗中的應(yīng)用。如果虛擬技術(shù)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教育中，將對遠程教育產(chǎn)生深遠的影響。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；虛擬實驗；VRML；計算機專業(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。尤其是計算機更新速度非?？斓奶攸c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)實技術(shù)特征和VRML語言的角度探討其在計算機專業(yè)教育中的應(yīng)用。1 虛擬現(xiàn)實技術(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)代化帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。隨著計算機技術(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)用模式多樣化和遠程教育普及化的趨勢發(fā)展，特別是基于計算機仿真技術(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)實技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實(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、計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、人機接口技術(shù)、傳感器技術(shù)，以及人體行為學(xué)等多項天技術(shù)．是計算機技術(shù)的綜合應(yīng)用。具體地說，就是采川以計算機技術(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)境中的對象進行交互作用，相互影響，從而產(chǎn)生如同真實環(huán)境的感受和體驗。盡管該環(huán)境并不真實存在，但它作為一個逼真的三維環(huán)境．仿佛就在我們周圍。由于用戶對計算機環(huán)境中的虛擬物體產(chǎn)生了類似于對現(xiàn)實物體的存存意識或幻覺，從而使得用戶在計算機所創(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)實系統(tǒng)的構(gòu)成一個虛擬現(xiàn)實系統(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、動作、聲音等進行轉(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際環(huán)境中的感覺一致。

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

(4)人。虛擬現(xiàn)實實質(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作。并對已產(chǎn)生的虛擬環(huán)境作出相應(yīng)的修改。

1．3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本特征

(1)沉浸性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產(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)境中的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣。當(dāng)使用者移動頭部時。虛擬環(huán)境中的圖像也實時地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動而運動，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)實系統(tǒng)中的人機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)備進行交互。計算機能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，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、身體運動或動作等自然技能．就能對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作。

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

1．4 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的類型

虛擬現(xiàn)實技術(shù)按其功能，可分為以下幾種類型：

(1)沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(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)實系統(tǒng)

桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是運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)實系統(tǒng)

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

(4)增強現(xiàn)實性虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)不僅是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來模擬現(xiàn)實世界、仿真現(xiàn)實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環(huán)境的感受，也就是增強現(xiàn)實中無法感知的感受。

1．5 虛擬現(xiàn)實造型語言VRML

VRML(Virtual Reality Modeling Language1即虛擬現(xiàn)實建

模語言，是一項和多媒體通訊、因特網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等領(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、遠程傳輸和本地計算生成。所謂文本描述，是指VRML并不是用三維坐標(biāo)點的數(shù)據(jù)來描述三維物體的，因為這樣會有很大的數(shù)據(jù)量．在Intemet上傳輸會遇到很多困難．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，規(guī)定了用來描述三維場景的文本描述語言。遠程傳輸是指用戶瀏覽VRML描述的虛擬場景時，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，在瀏覽器請求相應(yīng)頁面時與頁面描述文本一起傳送本地。本地計算生成是指描述虛擬場景的數(shù)據(jù)傳送到本地后，瀏覽器對它進行解釋計算，動態(tài)地生成虛擬場景。比如，描述球形的文本，瀏覽器會在屏幕上繪制一個立體的球形。概括地說，就是

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

VRML文件主要包括四個主要成分：VRML文件頭、原型、造型節(jié)點、腳本和路由。在這四個要素中．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)點定義而產(chǎn)生了虛擬的VRML空間。腳本可以看作是一個節(jié)點的外殼，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身沒有任何動作．然而你可以通過程序腳本來賦予你腳本節(jié)點的動作。程序腳本實際上是一種簡化了的應(yīng)用程序，一個典型的腳本是由Java或JavaScript編程語言寫成的程序。路由是一種文本描述的消息．一旦在兩個節(jié)點之間創(chuàng)建了一個路由．第一個節(jié)點可以順著路由傳遞消息給第二個節(jié)點，這樣的消息被稱為事件。VRML還可以包含下列條目：注釋、節(jié)點和域值、定義的節(jié)點名、使用的節(jié)點名等。

設(shè)計VRML虛擬場景時。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，這種方法簡單方便．但不是很直觀．對設(shè)計者的空間想象能力要求也較高，設(shè)計的效率不高?，F(xiàn)在有很多的可視化的VRML設(shè)計工具，如CosmoWorld和WebWorld等．這些工具將VRML的標(biāo)準節(jié)點都做成可視的組件，用戶設(shè)計時，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)計的效果在設(shè)計時就可以看到。設(shè)計完畢后，系統(tǒng)自動將這些可視的虛擬場景生成標(biāo)準的VRML描述文本，這樣，這些文本傳送到用戶的瀏覽器后．便會在用戶的屏幕上重現(xiàn)這個虛擬場景。

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)出了強大的應(yīng)用可能性。蘊藏了無限生機。在教育領(lǐng)域的WEB站點中，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并將高于真實，匯編或查閱時書籍只需要鼠標(biāo)輕輕地點擊對應(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)實空間中操作的難度和危險．更為重要的是它可以使訓(xùn)練造價得到大幅度降低，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)具有高度的真實性，所以并不會因為沒有真實系統(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)實技術(shù)在計算機專業(yè)教育中的應(yīng)用

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

眾所周知，計算機課程實踐性很強，在書本上體現(xiàn)難免會給人們的理解帶來困難。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作的課件能夠很好地解決這一問題。例如，在計算機基礎(chǔ)課程中介紹計算機中各個組件的結(jié)構(gòu)和講解計算機組裝的過程時，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)實技術(shù)可以將文字、聲音、圖片、動畫等幾種媒體表現(xiàn)形式有機地結(jié)合，設(shè)計出生動活潑的界面。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，建立虛擬運動空間。實現(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VRML課件來實現(xiàn)網(wǎng)上虛擬計算機組件結(jié)構(gòu)和組裝的輔助教學(xué)。

首先，在介紹計算機組件選擇知識同時?？梢栽诰W(wǎng)上從各個角度來觀察VRML制作的計算機組件的造型．增強感性認識，并使學(xué)習(xí)者對怎樣組裝計算機有個初步的了解。利用VRML的造型設(shè)計和VRML Script的動畫鏈接．虛擬出組裝計算機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)者介紹如何將各計算機組件組裝到一起。接著，通過VRML的動畫節(jié)點控制和VRML Script的結(jié)合。制作出安裝、注釋和視點切換的效果，然后按照六個安裝步驟：第一，機箱、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，組合完成整個在虛擬三維世界中組裝計算機的過程。在學(xué)習(xí)的過程中，只要點擊相應(yīng)的按鈕，就可以按相應(yīng)的步驟進行安裝。拖動鼠標(biāo)或按鈕可以隨意地移動計算機組件到指定的位置進行安裝。在安裝完光驅(qū)和軟驅(qū)后，點擊光驅(qū)的開、關(guān)鍵，光盤托會自動拖出和送入，點擊軟驅(qū)的按鈕，軟盤會自動取出．使學(xué)習(xí)者能動態(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。制作出生動有趣的動畫效果和逼真的聲音效果。例如．當(dāng)你點擊軟驅(qū)上的按鈕，會發(fā)出聲音并彈出一張軟盤；當(dāng)你點擊光驅(qū)按鈕時，盤盒會自動地彈縮并發(fā)出逼真的聲音。為了方便學(xué)習(xí)。還可以實現(xiàn)注釋信息，當(dāng)學(xué)習(xí)者的鼠標(biāo)碰到硬件設(shè)備時。在對象的旁邊會出現(xiàn)一個注釋信息，說明該對象名稱。

又如，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中，對于常用的數(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，因為其算法是靠隱形調(diào)用堆棧來實現(xiàn)，而通過虛擬技術(shù)可以將堆棧內(nèi)部情況的變化動態(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，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、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)中的重點和難點，提高學(xué)習(xí)者的積極性。

2．2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機實驗中的應(yīng)用

由虛擬現(xiàn)實技術(shù)生成的適用于進行虛擬實驗的實驗系統(tǒng)，包括相應(yīng)的實驗室環(huán)境、有關(guān)的實驗儀器設(shè)備、實驗對象。以及實驗信息資源等。虛擬實驗室可以是某一現(xiàn)實實驗室的真實再現(xiàn)。也可以是虛擬構(gòu)想的實驗室。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，猶如進行現(xiàn)場的操作。在數(shù)字電路的課程實驗中，可以通過虛擬的電路器件來達到電路設(shè)計的目的，而沒有購買器件問題所帶來的麻煩。在電子商務(wù)課程實驗中，可以虛擬商務(wù)環(huán)境，讓學(xué)生進入這個虛擬環(huán)境。身臨其境地體驗現(xiàn)場交易的氣氛和參與交易的過程。計算機操作系統(tǒng)的安裝是比較基礎(chǔ)但又是難做好的一個實驗。由于在計算機上安裝新的操作系統(tǒng)不可避免地會對原有的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

使用虛擬計算機來進行操作系統(tǒng)的安裝試驗就十分的方便了。代寫工作總結(jié)使用虛擬機的軟件VMware可以創(chuàng)建與真實計算機一模一樣的虛擬機。創(chuàng)建的虛擬機有自己的CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)，在這個虛擬機上，可以安裝Windows、Linux等真實的操作系統(tǒng)以及各種應(yīng)用程序。通過在虛擬的操作系統(tǒng)環(huán)境中進行操作，熟悉操作和新技術(shù)，達到事半功倍的效果。VMware只是一個軟件。可以幫助你在一個操作系統(tǒng)的環(huán)境下安裝另一個操作系統(tǒng)，而不會對當(dāng)前的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所提出的各種假設(shè)模型進行虛擬．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)生還可以進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計、電路設(shè)計等方面的學(xué)習(xí)探索，設(shè)計出新型的網(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(jié)構(gòu)原理和不可重組的精密設(shè)備進行仿真實訓(xùn)，避免真實實驗操作帶來的各種危險。并且，虛擬實驗具有先進性和共享性，易擴充．易于改變教學(xué)項目，減少設(shè)備投入經(jīng)費，使教學(xué)內(nèi)容在虛擬的環(huán)境中不斷更新．使實驗實踐及時跟上技術(shù)的發(fā)展。但是在采用虛擬實驗進行教學(xué)的過程中，并不能完全代替真實實驗。虛擬實驗是虛擬的實驗，缺少“實物感”，正如在網(wǎng)上看書與拿真實的書看時，會覺得真實的書更實在。在網(wǎng)絡(luò)實驗中，用到的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備像路由器、交換機等種類、型號都很多，在虛擬實驗中．學(xué)生很難見到這些設(shè)備，如果在真正的實踐中可能會無從下手。因此，在具體實施中，應(yīng)該虛實進行結(jié)合。有目的地安排一些實驗在真實環(huán)境中操作，這樣，他們會對實驗的設(shè)備有親身的體會，更能加深實驗的印象，提高實驗的效果。結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機教育領(lǐng)域發(fā)展的潛力是巨大的，只有親身去經(jīng)歷、親身去體驗去感受，比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動地觀看有質(zhì)的不同。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能形象、生動、逼真地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，有效地營造一個發(fā)展的教學(xué)環(huán)境。提高學(xué)生掌握知識和技能的效率和積極性，達到優(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。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于WEB的虛擬現(xiàn)實遠程教育具有廣泛的應(yīng)用前景，必將成為21世紀教育的主流。

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第四篇：虛擬現(xiàn)實教學(xué)大綱

《非線性編輯》課程教學(xué)大綱

課程編號：（暫不填寫）

課程名稱：虛擬現(xiàn)實

總學(xué)時數(shù)和學(xué)分：本課程計劃72學(xué)時，4學(xué)分 實驗或上機學(xué)時：36學(xué)時

先修及后續(xù)課程要求：三維動畫設(shè)計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)實是利用計算機圖形學(xué)技術(shù)，在計算機中對真實的客觀世界進行逼真的模擬再現(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，能與虛擬世界的對象進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)、實驗、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)實前期的制作過程，通過學(xué)習(xí)VPR軟件的動畫設(shè)置，完成后期動畫的制作。

2.教學(xué)手段：

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

3.外語的要求：

會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)先修三維動畫設(shè)計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動畫的設(shè)定。主要教學(xué)內(nèi)容有：

第一章3ds Max建模準則

虛擬現(xiàn)實（VR）的建模和做效果圖、動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)致場景的運行速度會很慢、很卡、或無法運行。教學(xué)重點：模型的創(chuàng)建與簡模的制作。

教學(xué)難點：模型的簡化與拓撲結(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項目時，雖然模型的優(yōu)化很重要，但材質(zhì)的編輯也一樣很重要，因為材質(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：材質(zhì)與貼圖的基本設(shè)置。

教學(xué)難點：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)置要求與相機的創(chuàng)建 掌握正確的布光方法及燈光與攝像機參數(shù)的設(shè)置：

1、創(chuàng)建燈光并合理布光。

2、攝像機參數(shù)的調(diào)節(jié)。

教學(xué)重點：布光方案的正確選擇。

教學(xué)難點：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、相機的各項參數(shù)設(shè)置。

第四章3ds Max前期渲染器基本參數(shù) 教學(xué)重點：

1、默認渲染器的參數(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：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：貼圖烘焙的命令和參數(shù)設(shè)置。

教學(xué)難點：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 前期常用動畫的簡單制作

教學(xué)重點：常用父子動畫，路徑動畫，動力學(xué)動畫的制作

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

第七章 3ds Max的模型與動畫導(dǎo)出技巧

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

五、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

實訓(xùn)要求：

使學(xué)生掌握3ds Max與VPR的使用方法，完成虛擬現(xiàn)實動畫的制作。實訓(xùn)內(nèi)容：

實訓(xùn)一 簡模的創(chuàng)建與布線的調(diào)整。

實訓(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。

實訓(xùn)三

燈光的參數(shù)設(shè)置與布光方案的正確解決。

實訓(xùn)四 渲染參數(shù)面板的設(shè)置。

實訓(xùn)五

貼圖烘焙的命令與參數(shù)設(shè)置。

實訓(xùn)六

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

實訓(xùn)七

導(dǎo)入VPR后動畫的制作。

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以上計算機或兼容機40臺。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、考試與成績評定

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

八、制定教材與教學(xué)參考書

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

九、補充說明

１．本課程須以理論與實踐結(jié)合進行教學(xué)。

２．本教學(xué)大綱適用于三年制動漫設(shè)計與制作專業(yè)。

開課單位及課程所屬教研室（加蓋單位公章）：

大綱制（修）訂負責(zé)人簽名：

開課單位教學(xué)主任簽名：

大綱制（修）訂時間： 年 月

第五篇：虛擬現(xiàn)實設(shè)計畢業(yè)論文

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

摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機模擬產(chǎn)生一個逼真的虛擬世界，讓使用者如同身臨其境一般，及時、無限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。被公認為是21世紀重要的發(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)實技術(shù)的一個重要應(yīng)用，它能向觀眾展現(xiàn)一個有著真實感覺的產(chǎn)品。本設(shè)計利用Solidworks來為輸送輥道建模，并將其導(dǎo)入到3ds max中進行渲染，最后在Virtools中進行虛擬演示系統(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)實初學(xué)者的使用手冊，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；Virtools；建模；人機交互

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、多電機組合驅(qū)動輸送輥道?????????????????? 2．1 概念????????????????????????? 2．2 特點?????????????????????????

3、Virtools?????????????????????????? 3．1 簡介?????????????????????????? 3．2 基本知識??????????????????????

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????????????????????

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

緒論

1.1 前言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個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、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、科研等多個領(lǐng)域，被公認為是21世紀重要的發(fā)展學(xué)科及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

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

虛擬演示是一個集虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“展館”，一個運用了三維動畫和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“展示器”，生動地展示了產(chǎn)品外觀與產(chǎn)品內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)的有機構(gòu)建?；谔摂M現(xiàn)實技術(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、多角度地對產(chǎn)品進行參觀。但是也同時要求開發(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、報紙、海報、展覽會等形式，它們都會受到時間和空間的限制，它們只能在一定的時間和空間內(nèi)進行，而且同時間所能獲得的信息量是有限制的，如展覽會一般都是在某個地點和某個時間段對有限的產(chǎn)品進行展示。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、隨地的對產(chǎn)品進行了解，甚至可以對產(chǎn)品的各個部件進行分析。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品展示是單向的，即產(chǎn)品是通過電視、海報、展覽會等固定的形式向人們展示，人們沒有辦法與所展示的產(chǎn)品進行交互，即使是實物展示，也只能對有限的人進行，遠遠達不到效果。虛擬演示可以讓很多人同時對某一個產(chǎn)品進行操作，還可以對產(chǎn)品的各個部件進行單獨分析。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影響他人。這符合當(dāng)今時代人們所追求的個性化和差異化。

對虛擬演示系統(tǒng)的研究符合當(dāng)今時代的發(fā)展方向，可以預(yù)見，它將產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。而且隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，這種趨勢將變得越來越明顯，并隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展而變得豐富多彩，最終改變社會，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)實技術(shù)演變發(fā)展史大體上可以分為四個階段：1963年以前：蘊涵虛擬現(xiàn)實技術(shù)思想的第一階段；1963年～1972年：虛擬現(xiàn)實技術(shù)的萌芽階段；1973年～1989年：虛擬現(xiàn)實技術(shù)概念和理論產(chǎn)生的初步階段；1990年至今：虛擬現(xiàn)實技術(shù)理論的完善和應(yīng)用階段。

美國是虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究的發(fā)源地，第一個虛擬設(shè)備是在1962年由Morton Heiling設(shè)計的“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)過飯店時聞到的食品香味。我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究起步較晚，與國外發(fā)達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)實技術(shù)的研究，并將虛擬現(xiàn)實技術(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)展計劃等研究項目中。國內(nèi)許多知名高校也積極投入到虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究領(lǐng)域中去。如北京航空航天大學(xué)計算機系是國內(nèi)最早引進虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究、最有權(quán)威的單位之一，并在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口方面開發(fā)出部分硬件，并提出有關(guān)算法及實現(xiàn)方法。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，而且隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，VR應(yīng)用領(lǐng)域?qū)訌V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。如：動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)；實時三維圖形生成和顯示技術(shù)；適人化、智能化人機交互設(shè)備的研制；大型網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實的研究與應(yīng)用等。虛擬現(xiàn)實技術(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。隨著計算機技術(shù)飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(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)計是與他人合作的項目，其中的產(chǎn)品設(shè)計與Solidworks建模是由他人完成的，本人負責(zé)參與產(chǎn)品設(shè)計環(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。多電機組合驅(qū)動輸送輥道

2.1 概念

多電機組合驅(qū)動輸送輥道裝置是可以n臺電機同時驅(qū)動，運行時可以調(diào)節(jié)電機的運行負載，能夠環(huán)形輸送物體的輥道。隨著近年來工業(yè)的發(fā)展,對各種機械性能和產(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可。多電機組合驅(qū)動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)板和若干個輥子，以及多個電動機及其傳動軸和減速器組成。2.2 特點

本輥道設(shè)計為多電機組合驅(qū)動，可以根據(jù)負載的大小來改變電機的數(shù)量，以達到節(jié)約能源的目的。Virtools 3.1 簡介

Virtools是法國達索公司發(fā)布的一款虛擬現(xiàn)實開發(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，如計算機游戲、多媒體、建筑設(shè)計、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、虛擬環(huán)境的仿真到3D互動操作的完整體驗，從而使實時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

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。下面對這一過程進行詳細的介紹。如圖3.1所示，Virtools軟件包含三個主要的窗口，它們分別具有不同的功能：a區(qū)域為3D Layout窗口，它能在實時3D的環(huán)境下展示正在進行的項目作品，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)域為Building Block窗口，負責(zé)Virtools“行為模塊（即BB模塊）”的調(diào)整與編輯；c區(qū)域為Level 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行的項目作品，流程圖也是在這里進行編輯的，可以說是Virtools軟件中最重要的窗口了。

圖3.1 Virtools窗口介紹

運用Virtools進行虛擬創(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創(chuàng)作過程中最重要也最復(fù)雜的部分，只有經(jīng)常實踐才能熟練掌握。

圖3.2 虛擬創(chuàng)作流程

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

4.1 說明

在機械設(shè)計領(lǐng)域，使用非常廣泛的三維建模軟件是Solidworks，它具有功能強大、易學(xué)易用、技術(shù)創(chuàng)新三個特點，使用它來進行機械建模，模型尺寸精確，裝配效率高，因此本設(shè)計中采用Solidworks來進行模型創(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，下面就這兩個步驟分別進行說明。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，但有時會出現(xiàn)個別面無法轉(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零件同時導(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非常多，以本設(shè)計為例，單獨一個輥道的裝配模型就生成了400個左右的.stl文件，如果將這么多的零件都一一導(dǎo)入到3ds max中，不僅僅耗費大量的時間和精力，而且比較容易出錯，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；第三種方法適用于任何情況，無論零件多少，Solidworks都會將所有的零件都組合在一個.wrl格式的文件中，只要將這一個文件導(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，電腦可能會出現(xiàn)假死的現(xiàn)象，這時候最好不要強行關(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)換過程所用的時間會不盡相同。4.3 模型導(dǎo)入Virtools 將模型由3ds max導(dǎo)入到Virtools中需要安裝一個轉(zhuǎn)換插件，這個插件的名稱是“virtools max exporter”，在網(wǎng)上直接搜索就能找到，這個插件會安裝在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，會彈出圖4.2所示的對話框，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，因為此插件沒有說明支持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版來進行導(dǎo)入操作，發(fā)現(xiàn)2009版本的3ds max不容易出錯，而2010版本中經(jīng)常會出現(xiàn)導(dǎo)出失敗或內(nèi)存不足的錯誤情況，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行格式轉(zhuǎn)換，由于本設(shè)計中的模型零件較多，生成.stl格式并不適用，因此在本設(shè)計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)了錯誤，如圖5.3所示，根據(jù)錯誤提示以及與導(dǎo)師進行溝通后，決定將模型分成幾個部分后分別進行導(dǎo)出導(dǎo)入操作，具體步驟與上文類似，在此不在進行贅述，最終導(dǎo)出的文件如圖5.4所示，將這幾個文件導(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

附錄