第一篇：Internet上的虛擬現(xiàn)實技術

Internet上的虛擬現(xiàn)實技術

隨著Internet的飛速發(fā)展及3D技術的日益成熟，人們已經不滿足Web頁上二維空間的交互特性，而希望將WWW變成一個立體空間。今后主頁上將不再僅僅有圖片文字，而是有類似于《古墓麗影》、《帝國時代II》這類游戲的三維場景，主頁的鏈接也不再是高亮度顯示的圖片和文字，而是在三維空間打開一扇門或者觸摸一個物體，就進入了另一個主頁。甚至你在網上還可以有一個虛擬的自己，就如同操縱萊娜冒險一樣；上網者互相之間都能相互看到，你可以和逛街一樣瀏覽主頁，同時和路上碰到的人打招呼。

WWW上的虛擬現(xiàn)實技術是依靠VRML語言來實現(xiàn)的，VRML是英文Virtual Reality Modeling Language— 虛擬現(xiàn)實建模語言的縮寫。

什么是虛擬現(xiàn)實？

虛擬現(xiàn)實是從英文Virtual Reality 一詞翻譯過來的，Virtual 就是虛假的意思，Reality 就是真實的意思，合并起來就是虛擬現(xiàn)實，也就是說本來沒有的事物和環(huán)境，通過各種技術虛擬出來，讓你感覺到就如真實的一樣。

目前已經開發(fā)出來的虛擬現(xiàn)實再現(xiàn)裝置，在視覺方面有頭盔式立體顯示器等，在聽覺方面有三維音響輸出裝置等，還有力覺、觸覺、運動感方面有數(shù)據手套、數(shù)據衣，以及一些語音識別、眼球運動檢測等裝置，在未來還會開發(fā)出味覺、嗅覺系統(tǒng)，那時，虛擬現(xiàn)實將更加真實了，虛擬現(xiàn)實技術也會更加先進了。

虛擬現(xiàn)實在Internet上的應用

遠程教育：國內外一些高等院校利用VRML2.0語言，成功開發(fā)了基于集成聲音、圖像及其他多媒體技術的三維空間的遠程教育中心，它制造了一個完全立體化的模型，虛擬出真實的校園環(huán)境，用戶進入教育中心如同進入真正的學校一樣，可以進行提問、考試等，進行實時教學和交流。

商業(yè)應用：對于那些期望與客戶建立直接聯(lián)系的公司，尤其是那些在他們的主頁上向客戶發(fā)送電子廣告的公司，VRML具有特別的吸引力。VRML有可能讓顧客購買商品的感覺最好。百事可樂公司在自己的網站上創(chuàng)建一個廣告畫面：火星探測器在火星表面走動且發(fā)現(xiàn)了一瓶百事可樂！整個文件只有12KB，因此能十分方便地配置在一個普通的Web站點上。美國Construct公司最近完成了一個VRML項目，目的是展示VRML作為一個故事片媒介的優(yōu)勢。片長11分鐘，逼真的高分辨率故事畫面占了不到1MB磁盤空間。相似長度和質量的一個MPEG文件要比它大300倍。

娛樂：網絡娛樂領域是VRML的一個重要應用領域。它能提供良好的多人之間的交互功能，提供更加逼真的虛擬環(huán)境，從而使人們能夠享受其中的樂趣，帶來美好的娛樂感覺。VRML目前正朝著實時通信、大規(guī)模用戶交互的方向發(fā)展。

VRML的發(fā)展歷程：

1994年，Mark Pesce和Tony Parisi創(chuàng)建了被稱為Labyrinth(迷宮)的瀏覽器，這是WWW上3D瀏覽器的早期原型。同年，Mark和Brian Behlendorf創(chuàng)立了VRML 郵遞表WWW－VRML。SGI公司的Gavin Bell注意到了Open Inventor方案很適合作為這樣的規(guī)范，并很快組織了一份提案。經過一場激烈的辯論之后，Inventor提案被選定為未來規(guī)范的工作文檔。隨后，Gavin組織制訂了VRML 1.0規(guī)范的草案。此規(guī)范1994年10月在第二屆WWW國際會議上公布。之后，VRML 2.0規(guī)范的第一版于1996年8月與人們見面。

1997年12月，VRML作為國際標準正式發(fā)布，并于1998年1月獲得ISO批準(國際標準號ISO/IEC 14772－1:1997)，通常稱為VRML 97。它是VRML 2.0經編輯修訂和少量功能性調整后的結果。作為ISO/IEC國際標準，VRML的穩(wěn)定性得到了保證，它將推動Internet

上交互式三維應用的迅速擴展。VRML的下一版本將是VRML 99，估計正式版本要到1999年年底發(fā)布。

感受網上VRML

在網上VRML技術倒底是什么樣的呢?帶著這個疑問，我們訪問了一個VRML的圖片庫（http://www.geometrie.tuwien.ac.at/virtual.gallery/vrml/rucube/rucube.wrl），在這里我們找到了一個VRML的模擬魔方，訪問者不需要任何特殊設備就能從這個魔方里了解到VRML技術的特點。需要說明一下，在瀏覽VRML前請檢查一下你的IE是否安裝了VRML的插件，該插件雖然是IE自帶的，卻不一定已安裝上去了。圖形數(shù)據非常快就下載下來，魔方可以實現(xiàn)空間360度旋轉，每個面都可以在鼠標的指揮下展現(xiàn)在你的面前，每個層面還可以旋轉，在你的指揮下完成魔方的全部動作。然而最神奇的還是這個魔方跟著你的視角忽遠忽近、忽左忽右移動，感覺就像在玩Quake2！

VRML技術已經走到我們的面前，我們前面描述的種種美好現(xiàn)實都將在不久的將來實現(xiàn)，VRML技術將使我們的Internet更加精彩。

第二篇：虛擬現(xiàn)實技術論文

虛擬現(xiàn)實技術概述總結

一、虛擬現(xiàn)實的概念內涵及應用領域

虛擬現(xiàn)實技術又稱“靈境技術”、“虛擬環(huán)境”、“賽伯空間”等，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機技術，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，可借助傳感頭盔、數(shù)據手套等專業(yè)設備，讓用戶進入虛擬空間，實時感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而通過視覺、觸覺和聽覺等獲得身臨其境的真實感受。虛擬現(xiàn)實技術是仿真技術的一個重要方向，是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術和網絡技術等多種技術的融合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術。

虛擬現(xiàn)實技術正在廣泛地應用于軍事、建筑、工業(yè)仿真、考古、醫(yī)學、文化教育、農業(yè)和計算機技術等方面，改變了傳統(tǒng)的人機交換模式。

二、虛擬現(xiàn)實的基本特征

虛擬現(xiàn)實技術的基本特征可以簡潔地表征為沉浸性、交互性和構想性。? 沉浸性

沉浸性是指用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。理想的虛擬環(huán)境應該達到使用難以分辨真假的程度例如可視場景應隨著視點的變化而變化甚至超越真實如生成比現(xiàn)實更逼真的照明和音響效果等。? 交互性

交互性是指用戶對虛擬環(huán)境內的物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度包括實時性。例如用戶可以用手直接取虛擬環(huán)境中的物體, 這時手應該有觸摸感, 并可以感覺物體的重量, 場景中被取的物體也立刻能夠隨著手的移動而移動。? 構想性

構想是指用戶沉浸在多維信息空間中, 依靠自己的感知和認知能力全方位地獲取知識, 發(fā)揮主觀能動性, 尋求解答方式, 形成新的概念。

三、虛擬現(xiàn)實的硬件設備與軟件技術

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，硬件設備主要由3個部分組成：輸入設備、輸出設備、虛擬世界生成設備。此外系統(tǒng)還需要虛擬現(xiàn)實的相關技術。

1、虛擬現(xiàn)實的輸入設備

有關虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸入設備主要分為兩大類：一類是基于自然的交互設備，用于對虛擬世界信息的輸入；另一類是三維定位跟蹤設備，主要用于對輸入設備在三維空間中的位置進行判定，并送入虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中。

虛擬世界與人進行自然交互的實現(xiàn)形式很多，有基于語音的、基于手的等多種形式，如數(shù)據手套、數(shù)據衣、三維控制器、三維掃描儀等。

手是我們與外界進行物理接觸及意識表達的最主要媒介，在人機交互設備中也

是如此。基于手的自然交互形式最為常見，相應的數(shù)字化設備很多，在這類產品中最為常用的就是數(shù)據手套。

數(shù)據手套是美國VPL公司在1987年推出的一種傳感手套的專有名稱?，F(xiàn)在，數(shù)據手套已成為一種被廣泛使用的傳感設備。數(shù)據手套戴在用戶手上，作為一只虛擬的手用于與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)進行交互，可以在虛擬世界中進行物體抓取、移動、裝配、操縱、控制等操作，并把手指和手掌伸屈時的各種姿勢轉換成數(shù)字信號傳送給計算機，計算機通過應用程序識別出用戶的手在虛擬世界中操作時的姿勢，執(zhí)行相應的操作。在實際應用中，數(shù)據手套還必須配有空間位置跟蹤器，檢測手在空間中的實際方位及其運動方向。

2、虛擬現(xiàn)實的輸出設備

人置身于虛擬世界中，要體會到沉浸的感覺，必須讓虛擬世界能模擬人在現(xiàn)實世界中的多種感受，如視覺、聽覺、觸覺、力覺、痛感、味覺、嗅覺等。

基于目前的技術水平，成熟和相對成熟的感知信息的產生和檢測技術僅有視覺、聽覺和觸覺（力覺）3種。感知設備的作用是將虛擬世界中各種感知信號轉變?yōu)槿怂芙邮艿亩嗤ǖ来碳ば盘?，現(xiàn)在主要應用的有基于視覺、聽覺和力覺感知的設備，基于味覺、嗅覺等的設備有待開發(fā)研究。

3、虛擬現(xiàn)實的生成設備

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，計算機是虛擬世界的主要生成設備，所以有人稱之為“虛擬現(xiàn)實引擎”，它首先創(chuàng)建出虛擬世界的場景，同時還必須實時響應用戶各種方式的輸入。

通常虛擬世界生成設備主要分為基于高性能個人計算機、基于高性能圖形工作站、高度并行的計算機系統(tǒng)和基于分布式計算機的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)四大類。

① 基于高性能個人計算機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要采用普通計算機配置圖形加速卡，通常用于桌面式非沉浸型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)；

② 基于高性能圖形工作站虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一般配備有SUN或SGI公司可視化工作站；

③ 高度并行的計算機系統(tǒng)采用高性能并行體系；

④ 基于分布式計算機的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)則采用網絡連接的分布式結構計算機系統(tǒng)。

4、虛擬現(xiàn)實的相關技術

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的目標是由計算機生成虛擬世界，用戶可以與之進行視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等全方位的交互，并且虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能進行實時響應。

要實現(xiàn)這種目標，除了需要有一些專業(yè)的硬件設備外，還必須有較多的相關技術及軟件加以保證，特別是在現(xiàn)階段計算機的運行速度還達不到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所需要求的情況下，相關技術就顯得更加重要。

虛擬現(xiàn)實的相關技術主要有立體視覺顯示技術，環(huán)境建模技術，真實感實時繪制技術，三維虛擬聲音的實現(xiàn)技術，自然交互與傳感技術等等。? 立體視覺顯示技術

人類從客觀世界獲得的信息的80％以上來自視覺，視覺信息的獲取是人類感知外部世界、獲取信息的最主要的傳感通道，視覺通道成為多感知的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。

在視覺顯示技術中，實現(xiàn)立體顯示技術是較為復雜與關鍵的，立體視覺顯示技術是虛擬現(xiàn)實的重要支撐技術。? 環(huán)境建模技術

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，營造的虛擬環(huán)境是它的核心內容，要建立虛擬環(huán)境，首先要建模，然后在其基礎上再進行實時繪制、立體顯示，形成一個虛擬的世界。

虛擬環(huán)境建模的目的在于獲取實際三維環(huán)境的三維數(shù)據，并根據其應用的需要，利用獲取的三維數(shù)據建立相應的虛擬環(huán)境模型。只有設計出反映研究對象的真實有效的模型，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)才有可信度。

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，環(huán)境建模應該包括有基于視覺、聽覺、觸覺、力覺、味覺等多種感覺通道的建模。

但基于目前的技術水平，常見的是三維視覺建模和三維聽覺建模。而在當前應用中，環(huán)境建模一般主要是三維視覺建模，這方面的理論也較為成熟。

三維視覺建模又可細分為幾何建模、物理建模、行為建模等。

1)幾何建模是基于幾何信息來描述物體模型的建模方法，它處理物體的幾何形狀的表示，研究圖形數(shù)據結構的基本問題； 2)物理建模涉及物體的物理屬性；

3)行為建模反映研究對象的物理本質及其內在的工作機理。? 真實感實時繪制技術

要實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的虛擬世界，僅有立體顯示技術是遠遠不夠的，虛擬現(xiàn)實中還有真實感與實時性的要求，也就是說虛擬世界的產生不僅需要真實的立體感，而且虛擬世界還必須實時生成，這就必須要采用真實感實時繪制技術。

所謂真實感繪制是指在計算機中重現(xiàn)真實世界場景的過程。真實感繪制的主要任務是要模擬真實物體的物理屬性，即物體的形狀、光學性質、表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置、遮擋關系等等。三維虛擬聲音的實現(xiàn)技術

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中加入與視覺并行的三維虛擬聲音，一方面可以在很大程度上增強用戶在虛擬世界中的沉浸感和交互性，另一方面也可以減弱大腦對于視覺的依賴性，降低沉浸感對視覺信息的要求，使用戶能從既有視覺感受又有聽覺感受的環(huán)境中獲得更多的信息。

四、虛擬現(xiàn)實技術展望

虛擬現(xiàn)實技術依賴于計算機的高速運算和傳輸。高速運算和傳輸能解決虛擬現(xiàn)實環(huán)境的復雜逼真的環(huán)境構造和海量數(shù)據處理的問題，從而解決因計算和傳輸滯后引起參與者的心理疾病。

虛擬體的基本屬性是與幾何、物理和生物行為融合的。再好的真實感也離不開虛擬體的仿真行為。虛擬現(xiàn)實技術的真實感主要體現(xiàn)在視覺和聽覺上，“多感知交互”正在成為熱點。對力反饋系統(tǒng)的進一步研究、嗅覺、味覺和體表感受都是未來虛擬現(xiàn)實的內容。基于互聯(lián)網的虛擬現(xiàn)實伴隨互聯(lián)網的發(fā)展而成為熱點。

我國的虛擬軟件還處于起步的階段，希望國內有更多的自主知識產權的開發(fā)平臺。

廣闊的應用領域又向虛擬現(xiàn)實技術提出了新的創(chuàng)意和難題，應進一步推動虛擬現(xiàn)實的發(fā)展，目前虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展僅限于人們的想象力。

五、論文小結

虛擬現(xiàn)實技術是一個極具潛力的前沿研究方向，是面向21世紀的重要技術之一。

它在理論，軟硬件環(huán)境的研究方面依賴于多種技術的綜合，其中有很多技術有待完善?？梢灶A見，隨著技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術及其應用會越來越廣泛。

本論文概述了虛擬現(xiàn)實的定義、硬件、軟件和應用，并對虛擬現(xiàn)實技術和應用的新熱點做了展望，最后對學習“虛擬現(xiàn)實技術”這部分知識進行了總結。

任雨佳 1205170202 計本1202班

第三篇：虛擬現(xiàn)實技術論文

云南師范大學旅游與地理科學學院

虛擬現(xiàn)實技術論文（設計）

題目 虛擬現(xiàn)實技術 學院 旅游與地理科學學院 專業(yè) 測繪工程

學號 1443206000215 班級 14測繪工程 姓名 黃 興 旺

《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：1443206000215

2016-2017年第一學期

1.虛擬現(xiàn)實技術的概念與特征 ········································································································ 3

1.1虛擬現(xiàn)實的概念 ················································································································· 3

1.1.1關于Virtual的釋義 ································································································· 3 1.1.2關于Reality的釋義 ································································································· 3 1.1.3我國對Virtual Reality的翻譯 ················································································· 3 1.2虛擬現(xiàn)實技術的定義 ········································································································· 4

1.2.1狹義虛擬現(xiàn)實技術的定義 ······················································································ 4 1.2.2廣義虛擬現(xiàn)實技術的定義 ······················································································ 4 1.2.3有關虛擬現(xiàn)實技術的其他定義 ·············································································· 5 1.3虛擬現(xiàn)實的特征和類型 ····································································································· 5

1.3.1虛擬現(xiàn)實技術的特征 ······························································································ 5 1.3.2虛擬現(xiàn)實技術的類型 ······························································································ 5

2.虛擬現(xiàn)實技術涉及的關鍵技術與問題 ························································································ 6

2.1虛擬現(xiàn)實技術的關鍵技術 ································································································· 6 2.2虛擬現(xiàn)實技術的幾個瓶頸問題 ························································································· 7 3.虛擬現(xiàn)實技術的國內外研究現(xiàn)狀 ································································································ 8

3.1國外虛擬現(xiàn)實技術研究現(xiàn)狀 ····························································································· 8

3.1.1美國·························································································································· 8 3.1.2歐洲·························································································································· 9 3.1.3亞洲·························································································································· 9 3.2國內虛擬現(xiàn)實技術的研究現(xiàn)狀 ······················································································· 10 4.虛擬現(xiàn)實技術的應用 ·················································································································· 12 4.1虛擬現(xiàn)實技術的應用領域 ······························································································· 12 4.1.1軍事領域 ················································································································ 12 4.1.2醫(yī)學························································································································ 13 4.1.3教育························································································································ 14 4.1.4工程領域 ················································································································ 14 4.2虛擬現(xiàn)實技術的應用案例 ······························································································· 15 5.虛擬現(xiàn)實技術的未來展望 ·········································································································· 18 6.總結 ············································································································································· 19

《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

虛擬現(xiàn)實技術

摘要虛擬現(xiàn)實(VirtualReality, VR)技術是近年來新興的借助計算機及最新傳感器技術創(chuàng)造的一種嶄新的人機交互手段,其核心是建模與仿真。概括介紹了虛擬現(xiàn)實技術的概念、特征及原理,涉及的關鍵技術,研究狀況,應用領域與前景展望.關鍵字虛擬現(xiàn)實技術,VR,研究現(xiàn)狀,相關應用,信息安全

1.虛擬現(xiàn)實技術的概念與特征

1.1虛擬現(xiàn)實的概念

1989年，美國VPA（Virtual Programming Language）公司的創(chuàng)作者之一Lanier首先提出“VirtualReality”這個稱謂，引發(fā)了科學界對這一術語的關注和研究。

1.1.1關于Virtual的釋義

首先從VR這個詞上進行分析，VirtualReality（VR）中的Virtual是形容詞，Reality是名詞，Virtual是修飾Reality的。

雖然不存在，但效果感覺存在；盡管事實并非如此，但就某些效果而言，也可以感覺是這樣的。

1.1.2關于Reality的釋義

VirtualReality中Reality為名詞，Reality它更為復雜。

很多書籍表明，Reality具有實質的狀態(tài)或者性質，是真實的實際存在著，而不是僅具有表象的事物（或衍生物）。Reality表達的是世界上存在的一切事物。

1.1.3我國對VirtualReality的翻譯

我過學者和翻譯家對VirtualReality有很多種不同的認識，譯名也有多種多樣。有翻譯為“虛真實”、“臨境”、“靈境”、“電象”的，也有譯為“虛擬真實”、“虛擬鏡像”和“虛擬現(xiàn)實”的。隨著對VirtualReality的認識不斷加深入，以及VirtualReality研究的拓展和研究事業(yè)的轉換，國內學者根據自己的理解對VirtualReality給予了不同的理解?！短摂M現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

有人認為世界的現(xiàn)象是現(xiàn)實，但不一定實在?！皩嵲凇痹诓煌臈l件和場合下將展開不同的現(xiàn)實，大至虛擬世界，虛擬城市，虛擬企業(yè)，虛擬圖書館等；小到虛擬分子，虛擬細胞等等。

1.2虛擬現(xiàn)實技術的定義

虛擬現(xiàn)實技術是仿真技術的一個重要方向是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網絡技術等多種技術的集合是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現(xiàn)實技術(VR)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設備等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應的數(shù)據，并對用戶的輸入作出實時響應，并分別反饋到用戶的五官。傳感設備是指三維交互設備。

1.2.1狹義虛擬現(xiàn)實技術的定義

1990年在美國達拉斯召開的SIGGRAPH國際會議上，明確了VR的上要技術構成，即三維計算機圖形生成技術、多功能傳感式交互式接口技術及高分辨率的告訴顯示技術。VR技術系統(tǒng)主要包括，（1）輸入輸出設備，如頭盔式顯示器、立體耳機、頭部跟蹤系統(tǒng)以及數(shù)字手套；（2）虛擬環(huán)境及其軟件，用以描述具體的虛擬環(huán)境等動態(tài)特性、結構以及交互式規(guī)則；（3）計算機系統(tǒng)以及圖形、聲音合成設備等外部設備三個主要部分。

1.2.2廣義虛擬現(xiàn)實技術的定義

所謂廣義VR技術的定義，認為VR技術是對虛擬想象或真實的、多感官的三維虛擬世界模擬。換而言之，是計算機技術所創(chuàng)建的三維環(huán)境，這個環(huán)境可以是虛擬想象的三維環(huán)境（三維可視化的），也可以是對真實世界的三維模擬，是一個既是物理又是心里的空間，它的本質應該是“人類想象力付諸實施的想象空間”，是對人所處的自然真實環(huán)境的空間特性以及時間特性的一種擴展。VR不僅僅是一種人機接口，更主要的是對虛擬世界內部的模擬。人機交互接口采用VR的方式，對某個特定環(huán)境真實再現(xiàn)后，用戶通過自然的方式接受或響應模擬環(huán)境的各種感官刺激，與虛擬世界中的任何物體進行思想和行為等方面的交流，使用戶產生身臨其境的感覺。《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

1.2.3有關虛擬現(xiàn)實技術的其他定義

有一些書上表明，VR是一種高端人機接口，包括通過聽覺、視覺、觸覺、嗅覺和味覺等多種感覺通道的實時模擬和實時交換。

也有一些我國學者指出，VR技術使體驗者通過傳感器進入虛擬世界，讓體驗者發(fā)生感觸，沉浸其中。這個虛擬世界可以說是純粹虛構空間，也可以是現(xiàn)實世界的虛擬再現(xiàn)。

1.3虛擬現(xiàn)實的特征和類型

1.3.1虛擬現(xiàn)實技術的特征

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)又稱靈境技術是利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據手套等傳感設備，或利用鍵盤、鼠標等輸入設備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。

虛擬現(xiàn)實技術具有以下五個主要特征：

（1）沉浸性使之所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境能使學生產生“身臨其境”感覺，使其相信在虛擬環(huán)境中人也是確實存在的，而且在操作過程中它可以自始至終的發(fā)揮作用，就像真正的客觀世界一樣。

（2）交互性是在虛擬環(huán)境中，學生如同在真實的環(huán)境中一樣與虛擬環(huán)境中的任務、事物發(fā)生交互關系，其中學生是交互的主體，虛擬對象是交互的客體，主體和客體之間的交互是全方位的。

（3）構想性是虛擬現(xiàn)實是要能啟發(fā)人的創(chuàng)造性的活動，不僅要能使沉浸于此環(huán)境中的學生獲取新的指示，提高感性和理性認識，而且要能使學生產生新的構思。

（4）動作性是指學生能以客觀世界的實際動作或以人類實際的方式來操作虛擬系統(tǒng)，讓學生感覺到他面對的是一個真實的環(huán)境。

（5）自主性是虛擬世界中物體可按各自的模型和規(guī)則自主運動。

1.3.2虛擬現(xiàn)實技術的類型

虛擬現(xiàn)實技術按照不同的標準有不同的分類，通常分為以下四類：

1、桌面虛擬現(xiàn)實

桌面虛擬現(xiàn)實利用個人計算機和低級工作站進行仿真，將計算機的屏幕作為用戶 《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

觀察虛擬境界的一個窗口。通過各種輸入設備實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實世界的充分交互，這些外部設備包括鼠標，追蹤球，力矩球等。它要求參與者使用輸入設備，通過計算機屏幕觀察360度范圍內的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時參與者缺少完全的沉浸，因為它仍然會受到周圍現(xiàn)實環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實最大特點是缺乏真實的現(xiàn)實體驗，但是成本也相對較低，因而，應用比較廣泛。常見桌面虛擬現(xiàn)實技術有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實QuickTime VR、虛擬現(xiàn)實造型語言VRML、桌面三維虛擬現(xiàn)實、MUD等。

2、沉浸的虛擬現(xiàn)實

高級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據手套、其它手控輸入設備、聲音等使得參與者產生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠程存在系統(tǒng)。

3、增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實

增強現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實不僅是利用虛擬現(xiàn)實技術來模擬現(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)實中無法感知或不方便的感受。典型的實例是戰(zhàn)機飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準數(shù)據投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據，從而可集中精力盯著敵人的飛機或導航偏差。

4、分布式虛擬現(xiàn)實

如果多個用戶通過計算機網絡連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經歷，那虛擬現(xiàn)實則提升到了一個更高的境界，這就是分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。在分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，多個用戶可通過網絡對同一虛擬世界進行觀察和操作，以達到協(xié)同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過網絡連接而成，用于部隊的聯(lián)合訓練。通過SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器一樣運行在同一個虛擬世界，參與同一場作戰(zhàn)演習。

2.虛擬現(xiàn)實技術涉及的關鍵技術與問題

2.1虛擬現(xiàn)實技術的關鍵技術

虛擬現(xiàn)實技術的關鍵技術主要包括：

1、動態(tài)環(huán)境建模技術，它包括實現(xiàn)環(huán)境三維數(shù)據獲取方法、非接觸式視覺建模技 《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

術等等。

2、實時、現(xiàn)實三維動畫技術，即實時三維動畫生成技術。

3、立體現(xiàn)實和傳感技術，它包括頭盔式三維立體顯示器、數(shù)據手套、力覺和觸覺傳感器技術的研究。

4、快速、高精度的三維跟蹤技術

5、系統(tǒng)集成技術，包括數(shù)據轉換技術、語音識別與合成技術等等。

2.2虛擬現(xiàn)實技術的幾個瓶頸問題

(1)虛擬環(huán)境表示的準確性。為使虛擬環(huán)境與客觀世界相一致，需要對其中種類繁多、構形復雜的信息做出準確、完備的描述。同時，需要研究高效的建模方法，重建其演化規(guī)律以及虛擬對象之間的各種相互關系與相互作用。

(2)虛擬環(huán)境感知信息合成的真實性。抽象的信息模型并不能直接為人類所直接感知，這就需要研究虛擬環(huán)境的視覺、聽覺、力覺和觸覺等感知信息的合成方法，重點解決合成信息的高保真性和實時性問題，以提高沉浸感。

(3)人與虛擬環(huán)境交互的自然性。合成的感知信息實時地通過界面?zhèn)鬟f給用戶，用戶根據感知到的信息對虛擬環(huán)境中事件和態(tài)勢做出分析和判斷，并以自然方式實現(xiàn)與虛擬環(huán)境的交互。這就需要研究基于非精確信息的多通道人機交互模式和個性化的自然交互技術等，以提高人機交互效率。

(4)實時顯示問題。盡管理論上講能夠建立起高度逼真的，實時漫游的VR，但至少現(xiàn)在來講還達不到這樣的水平。這種技術需要強有力的硬件條件的支撐，例如速度極快的圖形工作站和三維圖形加速卡，但目前即使是最快的圖形工作站也不能產生十分逼真，同時又是實時交互的VR。其根本原因是因為引入了用戶交互，需要動態(tài)生成新的圖形時，就不能達到實時要求，從而不得不降低圖形的逼真度以減少處理時間，這就是所謂的景物復雜度問題。

(5)圖形生成。圖形生成是虛擬現(xiàn)實的重要瓶頸，虛擬現(xiàn)實最重要的特性是人可以在隨意變化的交互控制下感受到場景的動態(tài)特性，換句話說，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)要求隨著人的活動(位置、方向的變化)即時生成相應的圖形畫面。

(6)智能技術(Artificial Intelligence，簡稱AI)。在VR中，計算機是從人的各種動作，語言等變化中獲得信息，要正確理解這些信息，需要借助于AI技術來解決，如語音識別、圖像識別、自然語言理解等，這些智能接口領域的研究課題是VR技術的基礎，同時也是VR技術的難點。本質上，上述6個問題的解決使得用戶能夠 《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

身臨其境地感知虛擬環(huán)境，從而達到探索、認識客觀事物的目的。概括地說，圍繞著虛擬現(xiàn)實展開的研究都是圍繞著這6個基本問題的。

3.虛擬現(xiàn)實技術的國內外研究現(xiàn)狀

3.1國外虛擬現(xiàn)實技術研究現(xiàn)狀

3.1.1美國

美國是VR技術的發(fā)源地。美國VR研究技術的水平基本上就代表國際VR發(fā)展的水平。目前美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。

美國宇航局的Ames實驗室：將數(shù)據手套工程化，使其成為可用性較高的產品。在約翰遜空間中心完成空間站操縱的實時仿真。大量運用了面向座艙的飛行模擬技術。對哈勃太空望遠鏡的仿真?，F(xiàn)在正致力于一個叫“虛擬行星探索”（VPE）的試驗計劃?，F(xiàn)在NASA己經建立了航空、衛(wèi)星維護VR訓練系統(tǒng)，空間站VR訓練系統(tǒng)，并且已經建立了可供全國使用的VR教育系統(tǒng)。

北卡羅來納大學（UNC）的計算機系是進行VR研究最早最著名的大學。他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等。

Loma Linda大學醫(yī)學中心的David Warner博士和他的研究小組成功地將計算機圖形及VR的設備用于探討與神經疾病相關的問題，首創(chuàng)了VR兒科治療法。

麻省理工學院（MIT）是研究人工智能、機器人和計算機圖形學及動畫的先鋒，這些技術都是VR技術的基礎，1985年MIT成立了媒體實驗室，進行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。

SRI研究中心建立了“視覺感知計劃”，研究現(xiàn)有VR技術的進一步發(fā)展。1991年后，SRI進行了利用VR技術對軍用飛機或車輛駕駛的訓練研究，試圖通過仿真來減少飛行事故。

華盛頓大學華盛頓技術中心的人機界面技術實驗室（HIT Lab）將VR研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。伊利諾斯州立大學研制出在車輛設計中支持遠程協(xié)作的分布式VR系統(tǒng)?！短摂M現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

喬治梅森大學研制出一套在動態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實時仿真系統(tǒng)。從90年代初起，美國率先將虛擬現(xiàn)實技術用于軍事領域，主要用于以下四個方面：一是虛擬戰(zhàn)場環(huán)境。二是進行單兵模擬訓練。三是實施諸軍兵種聯(lián)合演習。四是進行指揮員訓練。

3.1.2歐洲

在歐洲，英國在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備(包括觸覺反饋)設計和應用研究方面，在歐洲來說是領先的。英國Bristol公司發(fā)現(xiàn)，VR應用的交點應集中在整體綜合技術上，他們在軟件和硬件的某些領域處于領先地位。英國ARRL公司關于遠地呈現(xiàn)的研究實驗，主要包括VR重構問題。他們的產品還包括建筑和科學可視化計算。

歐洲其它一些較發(fā)達的國家如：荷蘭、德國、瑞典等也積極進行了VR的研究與應用。

瑞典的DIVE分布式虛擬交互環(huán)境，是一個基于Unix的，不同節(jié)點上的多個進程可以在同一世界中工作的異質分布式系統(tǒng)。

荷蘭海牙TNO研究所的物理電子實驗室(TNO-PEL)開發(fā)的訓練和模擬系統(tǒng)，通過改進人機界面來改善現(xiàn)有模擬系統(tǒng)，以使用戶完全介入模擬環(huán)境。

德國在VR的應用方面取得了出乎意料的成果。在改造傳統(tǒng)產業(yè)方面，一是用于產品設計、降低成本，避免新產品開發(fā)的風險；二是產品演示，吸引客戶爭取定單；三是用于培訓，在新生產設備投入使用前用虛擬工廠來提高工人的操作水平。

2008年10月27-29日在法國舉行的ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology大會，整體上促進了虛擬現(xiàn)實技術的深入發(fā)展。

3.1.3亞洲

在亞洲，日本虛擬現(xiàn)實技術研究發(fā)展十分迅速，同時韓國、新加坡等國家也在積極開展虛擬現(xiàn)實技術方面的研究工作。

在當前實用虛擬現(xiàn)實技術的研究與開發(fā)中日本是居于領先地位的國家之一，主要致力于建立大規(guī)模VR知識庫的研究。另外在虛擬現(xiàn)實的游戲方面的研究也做了很多工作。

東京技術學院精密和智能實驗室研究了一個用于建立三維模型的人性化界面。《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

NEC公司開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它能讓操作者都使用“代用手”去處理三維CAD中的形體模型，該系統(tǒng)通過數(shù)據手套把對模型的處理與操作者手的運動聯(lián)系起來。

京都的先進電子通信研究所（ATR）正在開發(fā)一套系統(tǒng)，它能用圖像處理來識別手勢和面部表情，并把它們作為系統(tǒng)輸入。

日本國際工業(yè)和商業(yè)部產品科學研究院開發(fā)了一種采用X、Y記錄器的受力反饋裝置。

東京大學的高級科學研究中心將他們的研究重點放在遠程控制方面，最近的研究項目是主從系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使用戶控制遠程攝像系統(tǒng)和一個模擬人手的隨動機械人手臂。

東京大學原島研究室開展了3項研究：人類面都表情特征的提取、三維結構的判定和三維形狀的表示、動態(tài)圖像的提取。

東京大學廣瀨研究室重點研究虛擬現(xiàn)實的可視化問題。為了克服當前顯示和交互作用技術的局限性，他們正在開發(fā)一種虛擬全息系統(tǒng)。

筑波大學研究一些力反饋顯示方法，開發(fā)了九自由度的觸覺輸入器，虛擬行走原型系統(tǒng)。

富士通實驗室有限公司正在研究虛擬生物與VR環(huán)境的相互作用。他們還在研究虛擬現(xiàn)實中的手勢識別，已經開發(fā)了一套神經網絡姿勢識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以識別姿勢，也可以識別表示詞的信號語言。

3.2國內虛擬現(xiàn)實技術的研究現(xiàn)狀

和一些發(fā)達國家相比，我國VR技術還有一定的差距，但已引起政府有關部門和科學家們的高度重視。根據我國的國情，制定了開展VR技術的研究。九五規(guī)劃、國家自然科學基金委、國家高技術研究發(fā)展計劃等都把VR列入了研究項目。在緊跟國際新技術的同時，國內一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。國內最早開展此項技術試驗的是掛靠在西北工業(yè)大學電子工程系的西安虛擬現(xiàn)實工程技術研究中心。該中心的成立，對發(fā)揮學校電子信息工程學院等其他院系和研究所在虛擬現(xiàn)實、虛擬仿真與虛擬制造等方面的研究優(yōu)勢將具有積極作用。

北京科技大學虛擬現(xiàn)實實驗室成功開發(fā)出了純交互式汽車模擬駕駛培訓系統(tǒng)。由于開發(fā)出的三維圖形非常逼真,虛擬環(huán)境與真實的駕駛環(huán)境幾乎沒有什么差別,因此投入使用后效果良好。到目前為止,已經有150余人通過這個系統(tǒng)的學習取得駕駛執(zhí)照,路考通過率達到98％?！短摂M現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

國防科技大學研制的虛擬空間會議系統(tǒng)1999年12月在長沙通過專家鑒定。虛擬空間會議系統(tǒng)隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展而被提出，是國際上公認的前沿性高難度課題，具有“終極會議系統(tǒng)” 之稱。國防科技大學于1995年開始進行前期研究，1997年正式立項，研究人員經過5年的艱苦探索，大膽創(chuàng)新，終于解決了對象提取、三維虛擬對象、會場合成、場景感知、視音頻壓縮與傳輸及高分辨率顯示等一系列關鍵技術，使中國虛擬現(xiàn)實技術獲得突破性進展。虛擬會議空間通過多個大屏幕投影機無縫組成虛擬會場顯示環(huán)境，采用視頻合成技術構造一個超高分辨率、寬視角、一體化的虛擬會議空間，實現(xiàn)了與會者之間相互關注及對會場虛擬場景的感知等普通多媒體會議系統(tǒng)無法實現(xiàn)的功能。在虛擬會議空間系統(tǒng)中，所有與會者仿佛在同一個會議室開會，每個與會者所處的空間位置、行為動作及面部表情都能相互感知，并能通過多種形式進行信息交流。發(fā)言人也可通過對每個與會者的反應和提出的問題，調整講話內容、回答有關問題。

北京航空航天大學計算機系也是國內最早進行VR研究、最有權威的單位之一，他們首先進行了一些基礎知識方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口方面開發(fā)出部分硬件，并提出有關算法及實現(xiàn)方法；實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網絡設計，建立了網上虛擬現(xiàn)實研究論壇，可以提供實時三維動態(tài)數(shù)據庫，提供虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境，提供用于飛行員訓練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并將要實現(xiàn)與有關單位的遠程連接。

浙江大學CAD&CG國家重點實驗室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，采用了層面迭加繪制技術和預消隱技術，實現(xiàn)了立體視覺，同時還提供了方便的交互工具，使整個系統(tǒng)的實時性和畫面的真實感都達到了較高的水平。另外，他們還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學已經成功地虛擬出了人的高級行為中特定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動的合成等技術問題，并正在研究人說話時頭勢和手勢動作，話音和語調的同步等。

清華大學計算機科學和技術系對虛擬現(xiàn)實和臨場感的方面進行了研究，例如球面屏幕顯示和圖像隨動、克服立體圖閃爍的措施和深度感實驗等方面都具有不少獨特的方法。他們還針對室內環(huán)境水平特征豐富的特點，提出借助圖像變換，使立體視覺圖像中對應水平特征呈現(xiàn)形狀一致性，以利于實現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三堆結構的新穎算法。

西安交通大學信息工程研究所對虛擬現(xiàn)實中的關鍵技術——立體顯示技術進行了研究。他們在借鑒人類視覺特性的基礎上提出了一種基于JPEG標準壓縮編碼新方 《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

案，并獲得了較高的壓縮比、信噪比以及解壓速度，并且己經通過實驗結果證明了這種方案的優(yōu)越性。

中國科技開發(fā)院威海分院主要研究虛擬現(xiàn)實中視覺接口技術，完成了虛擬現(xiàn)實中的體視圖像對算法回顯及軟件接口。他們在硬件的開發(fā)上己經完成了LCD紅外立體眼鏡，并且已經實現(xiàn)商品化。

北方工業(yè)大學CAD研究中心是我國最早開展計算機動畫研究的單位之一，中國第一部完全用計算機動畫技術制作的科教片《相似》就出自該中心。關于虛擬現(xiàn)實的研究已經完成了2個“863”項目，完成了體視動畫的自動生成部分算法與合成軟件處理，完成了VR圖像處理與演示系統(tǒng)的多媒體平臺及相關的音頻資料庫，制作了一些相關的體視動畫光盤。

另外，北京郵電大學自動化學院、西北工業(yè)大學CAD/CAM研究中心、上海交通大學圖像處理模式識別研究所，長沙國防科技大學計算機研究所、華東船舶工業(yè)學院計算機系、安徽大學電子工程與住處科學系等單位也進行了一些研究工作和嘗試。

4.虛擬現(xiàn)實技術的應用

4.1虛擬現(xiàn)實技術的應用領域

虛擬現(xiàn)實技術應用非常廣泛,它可以用于軍事、教育訓練、設計規(guī)劃、產品建模、心理學治療及藝術與娛樂等多方面。

4.1.1軍事領域

虛擬現(xiàn)實技術已成為軍事和航天領域的先鋒技術虛擬技術最初是美國航空航天局與軍事部門為了模擬訓練而開發(fā)的?，F(xiàn)在廣泛用于各兵種部隊的戰(zhàn)術研究、演習、模擬訓練和培訓等,戰(zhàn)斗實驗室已成為數(shù)控戰(zhàn)士的戰(zhàn)場。“司令部軍事演習”也已成為一種軍事演習的重要形式,這類演習可用于為未來戰(zhàn)爭組織裝備、主導原則和綜合訓練等決策提供參考數(shù)據。美國航空航天局埃姆斯研究中心還建立了一座虛擬實驗室,它所擁有的飛機模型器無論從規(guī)模上還是從逼真程度來看都處于世界之最,主要用于研究現(xiàn)在的或擬議中的飛機飛行控制、制導、座艙顯示、自動化和操縱的品質,它能夠獲得有關飛機性能的實時數(shù)據和視圖,并且航空研究人員和設計師坐在家里就可以“進入”該實驗室進行操作,其靈敏度遠遠高于現(xiàn)在的任何其他此類研究手段?！短摂M現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

虛擬現(xiàn)實技術在軍事領域中發(fā)揮著重要的作用,被廣泛的應用于軍事訓練、武裝裝備的研究和生產以及軍事教育等各個方面。目前的軍事模擬訓練大多是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。在海灣戰(zhàn)爭中,美國士兵原本對周邊環(huán)境非常陌生,是虛擬

現(xiàn)實技術把他們帶到那漫無邊際的風塵黃沙中,讓他們“身臨其境”感受到大漠的荒涼。英國國防部向外界公開了全世界最大和最精確地模擬作戰(zhàn)訓練系統(tǒng)“合成兵戰(zhàn)術訓練師”,由170輛全面聯(lián)網的高技術戰(zhàn)車模擬器組成,全面革新了裝甲戰(zhàn)斗集群的戰(zhàn)術仿真訓練。NASA虛擬工作站是美國航空航天局與軍事部門為了模擬訓練而開發(fā)的。美國陸軍的自動虛擬實驗室CAVE是一個典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。至2000年,美國陸軍已擁有一個包括綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)環(huán)境所用作戰(zhàn)單元CCTT的模擬仿真器。目前美國正在開發(fā)空軍的任務支援系統(tǒng)(AFMSS)和海軍的特種作戰(zhàn)部隊計劃和演習系統(tǒng)(SOFPARS)。我國趙沁平教授從1996年開始研究“分布式虛擬環(huán)境”,在863計劃的資助下,以北京航空航天大學計算機系為系統(tǒng)集成單位,中科院軟件所、國防科技大學等單位為關鍵技術單位,包括合成環(huán)境、虛擬士兵、武器等研究,目前已達到美國同類產品的水平。

4.1.2醫(yī)學領域

2003年年初,我國第一軍醫(yī)大學宣布完成了國內首例女虛擬人的數(shù)據采集,獲得了8556個切片,切片間距為0.2 mm,而美國人公布的切片間距為男性1 mm、女性0.33 mm。切片精度對于獲取數(shù)據的整體質量至關重要,因為切片建模是數(shù)字化虛擬人研究的基礎,但又不是全部。國家863計劃“數(shù)字化虛擬人體若干關鍵技術”課題組組長李華博士解釋說“目前我們所完成的還不是真正意義上的虛擬人,準確的提法是可視人,而且現(xiàn)階段還是在探索數(shù)字化虛擬人的關鍵技術,還不可能完成虛擬人”。從1989年美國國立醫(yī)院圖書館發(fā)起的可視人計劃,到1996年美國橡樹林國家實驗室牽頭醞釀的虛擬人創(chuàng)新計劃,1999年美國橡樹林國家實驗室向國會提出的虛擬人計劃,再到我國的數(shù)字化虛擬人計劃,其真正的目的是設想構建能對外界有反應的“物理人”,即會像真人一樣對外界有反應;骨頭會斷、血管會出血。比如說,在作汽車碰撞試驗時,“虛擬人”可以提供人體意外創(chuàng)傷的數(shù)據,幫助改進汽車的安全防護體系等。虛擬技術在醫(yī)學教學、臨床診斷和手術等方面的應用前景極為廣闊。對于第一次走上手術臺的醫(yī)生來說,難免會感到緊張和恐慌,而在虛擬技術的幫助下,他們就可以非常輕松地在顯示器上一遍又一遍地作模擬手術,移動人體器官等,以尋找最佳手術方案。醫(yī)生們憑借虛擬技術所產生的圖像可以“步行”到人體內部去查看腫瘤,以便制定有效的治療方案并檢查治療效果。利用這一技術手段還可以確保放射治療的輻射只聚集到腫瘤部位,而不致傷害周

虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學領域可以用于教學及復雜手術的規(guī)劃。并且可以提供操作和對手術結果進行預測,進行人體解剖仿真、外科手術仿真等,利用虛擬的醫(yī)療手術治療 《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

系統(tǒng),對患者進行遠程的救治。2003年,我國第一軍醫(yī)大學宣布完成了首例女虛擬人的數(shù)據采集。首都醫(yī)科大學對虛擬中國女性數(shù)據集的高分辨率可視化和上海交通大學對虛擬人體運動建模的研究各有特色。1985年美國國立醫(yī)學圖書館(NLM)就開始人體解剖圖像數(shù)字化研究和利用,目前已經有虛擬人體模型可供下載。虛擬現(xiàn)實技術可以遙感外科手術。在偏遠的山區(qū),通過遠程的醫(yī)療虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),醫(yī)生只需要對虛擬病人模型進行手術,通過網絡將醫(yī)生動作傳送到另一端的手術機器人,由機器人對病人實施遠程手術。手術實時進展的情況也可以通過機器人攝像機實時傳給醫(yī)生的頭盔立體顯示器,以便醫(yī)生實時的掌握手術情況。

4.1.3教育領域

虛擬現(xiàn)實技術應用于教育是教育發(fā)展的一個飛躍。它使傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式被取而代之為學習者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識。國內利用虛擬現(xiàn)實技術開發(fā)了多媒體教學軟件,如鄒湘軍、周榮安等人開發(fā)的機械制造工程學多媒體教學軟件,效果逼真。該軟件已在南華大學和國防科技大學指揮專業(yè)的教學中使用。利用虛擬現(xiàn)實技術進行仿真教學和實驗,可以模擬顯現(xiàn)那些在現(xiàn)實中存在的、但在課堂教學環(huán)境下不容易做到或要花費很大代價才能顯現(xiàn)的各種事物,供學生學習和探索。美國一個“虛擬物理實驗室”系統(tǒng)的設計就使得學生可以通過親身的做、看、聽來學習的方式成為可能。

4.1.4工程領域

“身臨其境”和“可視化”是虛擬現(xiàn)實技術的兩個最基本特征。他借助于計算機圖形學等技術手段,被譽為科學技術之眼,因而在工程技術設計方面顯示出無可比擬的優(yōu)越性。設計人員可以在交互式虛擬空間中精心設計,并對所涉及的產品加以觀察、操作和反復試驗。

虛擬現(xiàn)實技術在工程領域的應用有很多方面,如城市建設、機械制造等。在機械制造中,利用它的直觀性和交互性可以幫助設計人員進行產品的設計和制造。虛擬現(xiàn)實技術在我國工業(yè)產品開發(fā)中也有非常廣泛的應用,如嚴雋琪教授開發(fā)的“虛擬產品開發(fā)技術的理論體系研究”、孫健教授的“虛擬環(huán)境下啤酒灌裝生產線”的研究等均取得了一定的成果。在現(xiàn)代城市建設中,設計人員更關心的是建筑的整體設計效果。利用虛擬現(xiàn)實技術在設計階段就可以動態(tài)的、可視的、多方位的展現(xiàn)建筑物的外貌、地理環(huán)境 和輔助設施,設計人員可以在虛擬建筑物中漫游,來查看自己的設計是否合理得當。利用虛擬現(xiàn)實技術,日本開發(fā)了虛擬東京古羅馬時代最宏偉的建筑—— 《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

Trajan廣場再現(xiàn)。我國浙江大學開發(fā)了虛擬故宮,武漢大學開發(fā)的數(shù)碼城市系統(tǒng),這些都是虛擬現(xiàn)實技術的應用。

4.2虛擬現(xiàn)實技術的應用案例

數(shù)字城市

數(shù)字城市應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實技術可以通過三維建模逼真地模擬現(xiàn)在和未來的城市，支持數(shù)據分析、方案論證和優(yōu)化，支持地理信息系統(tǒng)等，通過這些詳實的數(shù)據和相關資料可以是直觀真實固化方案評估、審核以及管理等日常工作，更為重要的是它可以為多部門參與和協(xié)同工作提供了有效的平臺。

場館仿真

場館仿真應用解決方案介紹。利用虛擬現(xiàn)實技術，通過計算機將在建或已建的場館虛擬出來，達到一個觸手可及的真實三維環(huán)境，以提前展示場館面貌，供市民瀏覽，從而對場館的規(guī)劃設計進行現(xiàn)場評估。通過市民虛擬游覽后的反饋意見，及時發(fā)現(xiàn)并解決場館存在的問題。

地產漫游

地產漫游應用解決方案介紹地產漫游是集影視廣告、動畫、多媒體、網絡科技于一身的最新型的房地產營銷方式。通過虛擬現(xiàn)實技術可以讓購房者看到直觀的樣板房形象，讓購房者在電腦上親眼看到幾年后才建成的小區(qū)，游觀賞到優(yōu)美的小區(qū)環(huán)境設計，甚至能夠在電腦上選戶型，從而幫助地產開發(fā)商在逆境中求生存，順境中謀發(fā)展。

室內設計

室內設計應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想，把這種構思變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)的設計模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設計和規(guī)劃的質量與效率。

旅游教學

旅游教學應用解決方案介紹。旅游和導游專業(yè)教學過程中存在實習資源匱乏而實地參觀成本又高的難題。虛擬現(xiàn)實技術可以按照旅游專業(yè)的教學要求和實施特點，開發(fā)出適用于導游實訓、旅游模擬、旅游規(guī)劃的功能和模塊，讓師生足不出戶，就能在三維立體的虛擬環(huán)境中遍覽遙在萬里之外的風光美景。形象逼真，細致生動。從而，通過情景化的學習界面、人機交互式的模擬旅游體驗，改善教學環(huán)境、優(yōu)化教學過程、增強教學效果?！短摂M現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

文物古跡

文物古跡應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實技術可以將文物建筑、文物景點、文物物品、古代人像及行為、古代自然現(xiàn)象及天體現(xiàn)象等進行虛擬展示和虛擬復原，從而使文物脫離地域限制，實現(xiàn)資源共享，真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產。

工業(yè)仿真

工業(yè)仿真應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實仿真平臺，具有強大的物理實時計算功能，能夠真實模擬場景重力、環(huán)境阻尼等環(huán)境特性，真實的模擬剛體動力學特性，提供了多種動力學交互手段，并能支持多種高速運算的碰撞替代體。為廣大工業(yè)仿真需求用戶輕而易舉將此前許多只能停留于想法的優(yōu)秀互動仿真創(chuàng)意方案完美的呈現(xiàn)于眼前，為國內廣大工業(yè)仿真用戶帶來了仿真手段和技術實現(xiàn)水平的革命性進步。

汽車仿真

汽車仿真應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實高畫質渲染技術及汽車動力學仿真物理系統(tǒng)，將使汽車設計的數(shù)字化模型以更直觀的方式在網絡上展示出來，使世界各地的用戶都可以更快捷得到豐富準確的汽車信息，實現(xiàn)人與計算機之間無縫連接。

道路橋梁

道路橋梁應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實平臺依靠其精美絕倫的三維視覺表現(xiàn)力，照片級的真實效果，使設計中的道路橋梁直觀的呈現(xiàn)在人們面前，使得我們可以提前對其視覺效果和使用效率進行評估和預演，有效降低設計和施工風險，極大提高設計和施工效率。

油田礦井

油田礦井應用解決方案介紹。在建立油田生產和管理流程優(yōu)化應用模型的基礎上，利用虛擬現(xiàn)實技術對數(shù)據實現(xiàn)可視化和多維表達，并且通過智能化分析模型，為企業(yè)的經營管理提供良好的信息支撐環(huán)境。

水利電力

水利電力應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實平臺可以與電力信息系統(tǒng)緊密結合，逼真再現(xiàn)變電站現(xiàn)場場地、變壓器、母線、斷路器、隔離開關、接地刀閘、操作機構、電壓互感器、電流互感器、電抗器、電容器、高壓熔斷器、站用變壓器等一次設備的操作過程和設備運行狀態(tài)，從而為電力行業(yè)提供可視化系統(tǒng)解決方案。

數(shù)字展館

數(shù)字展館應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實技術可以與科技館的功能進行完美的結合，充分發(fā)揮虛擬科技館的種種優(yōu)勢，傳統(tǒng)的聲、光、電展覽已經很難吸引觀眾的興趣，《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

而利用虛擬現(xiàn)實技術把枯燥的數(shù)據變?yōu)轷r活的圖形，使科技館進入公眾可參與交互式的新時代，引發(fā)觀眾濃厚的興趣，從而達到科普的目的。

地質災害

地質災害應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實仿真平臺可以實現(xiàn)水利工程仿真、地震應急救援仿真、地震應急推演仿真、地址災害仿真，實現(xiàn)地質災害虛擬環(huán)境功能與展示的完美結合，通過在虛擬的環(huán)境中進行預防地質災害的模擬演練，達到提升防災、避災安全意識的目的。

應急預案

應急預案應用解決方案介紹。應急虛擬現(xiàn)實仿真演練系統(tǒng)通過對各類災害數(shù)值模擬和人員行為數(shù)值模擬的仿真，在虛擬空間中仿真災害發(fā)生、發(fā)展的過程，以及人們在災害環(huán)境中可能做出的各種反應；并在演練平臺上，在最大限度仿真實際災害的條件下，開展應急演練。在此基礎上，制定各類企事業(yè)單位的數(shù)字化應急預案。應急仿真演練系統(tǒng)可以用來訓練各級決策與指揮人員、事故處置人員，發(fā)現(xiàn)應急處置過程中存在的問題，檢驗和評估應急預案的可操作性和實用性，提高應急能力。

虛擬展館

網上展館應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實網上三維交互功能可以將有形的實物產品三維化并且放在網上進行虛擬展示，還能嵌入相應音頻和視頻等多媒體元素，用戶可以對虛擬場景中的物品進行實時的交互操作，例如開門、打開電視和播放音樂等等。相比目前網上主流的以圖片、Flash、視頻等展示方式來說，vrpie讓用戶有了瀏覽的自主感，可以以自己想看的角度去觀察，還可以添加許多特效和互動操作，讓用戶體驗身臨其境上網沖浪的美妙感覺。

網上看房

網上看房應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實網上三維交互功能可以虛擬房屋設計，展現(xiàn)獨特的設計風格，使客戶足不出戶就可對房屋的全貌了如指掌，互動瀏覽，可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設計的效果，了解房屋的精心布局?？梢詫崿F(xiàn)房屋三維戶型圖全景展示，使客戶全面了解房屋內部結構，走進虛擬現(xiàn)實樣板房。

網上產品

網上產品應用解決方案介紹。虛擬現(xiàn)實技術能夠虛擬各類產品，以一種全新的方式演繹各類產品，使客戶全方位全角度的了解最新產品。實現(xiàn)產品在互聯(lián)網上的全新展示，讓客戶提前體驗產品功能，更清楚的了解產品的特性及結構。將銷售產品展示做成在線三維的形式，顧客通過對之進行觀察和操作能夠對產品有更加全面的認識了解，決定購買的幾率必將大幅增加，為銷售者帶來更多的利潤。展現(xiàn)出產品外形的方 《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

方面面，加上互動操作，演示產品的功能和使用操作，充分利用互聯(lián)網高速迅捷的傳播優(yōu)勢來推廣公司的產品。

網上看車

網上看車應用解決方案介紹。隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，對汽車的一種全新演繹方式產生。通過虛擬現(xiàn)實仿真平臺可以實現(xiàn)網上看車及交互功能，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，及時、沒有限制地觀察三度空間內的汽車?？偨Y

隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術的應用領域也越來越廣泛，相信在不久的將來，虛擬現(xiàn)實技術能夠給更多的領域帶來革命性的變化。

5.虛擬現(xiàn)實技術的未來展望

VR技術的實質是構建一種人為的能與之進行自由交互的“世界”，在這個“世界”中參與者可以實時地探索或移動其中的對象。沉浸式虛擬現(xiàn)實是最理想的追求目標，實現(xiàn)的方式主要是戴上特制的頭盔顯示器、數(shù)據手套以及身體部位跟器，通過聽覺、觸覺和視覺在虛擬場景中進行體驗?？梢灶A測短期內游戲玩家可以戴上頭盔身著游戲專用衣服及手套真正體驗身臨其境的“虛擬現(xiàn)實”游戲空間，它的出現(xiàn)將淘汰現(xiàn)有的各種大型游戲，推動科技的發(fā)展?？v觀VR的發(fā)展歷程，未來VR技術的研究仍將延續(xù)“低成本、高性能”原則，從軟件、硬件兩方面展開，發(fā)展方向主要歸納如下：

(1)動態(tài)環(huán)境建模技術。虛擬環(huán)境的建立是VR技術的核心內容，動態(tài)環(huán)境建模技術的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據，并根據需要建立相應的虛擬環(huán)境模型。

(2)實時三維圖形生成和顯示技術。三維圖形的生成技術已比較成熟，而關鍵是怎樣“實時生成”，在不降低圖形的質量和復雜程度的基礎上，如何提高刷新頻率將是今后重要的研究內容。此外，VR還依賴于立體顯示和傳感器技術的發(fā)展，現(xiàn)有的虛擬設備還不能滿足系統(tǒng)的需要，有必要開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術。

(3)新型交互設備的研制。虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)人能夠自由與虛擬世界對象進行交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸出設備主要有頭盔顯示器、數(shù)據手套、數(shù)據衣服、三維位置傳感器和三維聲音產生器等。因此，新型、便宜、魯棒性優(yōu)良的數(shù)據手套和數(shù)據服將成為未來研究的重要方向。

(4)智能化語音虛擬現(xiàn)實建模。虛擬現(xiàn)實建模是一個比較繁復的過程，需要大量的時間和精力。如果將VR技術與智能技術、語音識別技術結合起來，可以很好地解決這個問題。我們對模型的屬性、方法和一般特點的描述通過語音識別技術轉化成建模所需的數(shù)據，然后利用計算機的圖形處理技術和人工智能技術進行設計、導航以及評價，將模型用對象表示出來，并且將各種基本模型靜態(tài)或動態(tài)地連接起來，最終形 《虛擬現(xiàn)實技術》期中論文姓名：黃興旺學號：***6-2017年第一學期

成系統(tǒng)模型。人工智能一直是業(yè)界的難題，人工智能在各個領域十分有用，在虛擬世界也大有用武之地，良好的人工智能系統(tǒng)對減少乏味的人工勞動具有非常積極的作用。

(5)分布式虛擬現(xiàn)實技術的展望。分布式虛擬現(xiàn)實是今后虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展的重要方向。隨著眾多DVE開發(fā)工具及其系統(tǒng)的出現(xiàn)，DVE本身的應用也滲透到各行各業(yè)，包括醫(yī)療、工程、訓練與教學以及協(xié)同設計。仿真訓練和教學訓練是DVE的又一個重要的應用領域，包括虛擬戰(zhàn)場、輔助教學等。另外，研究人員還用DVE系統(tǒng)來支持協(xié)同設計工作。近年來，隨著Internet應用的普及，一些面向Internet的DVE應用使得位于世界各地多個用戶可以進行協(xié)同工作。將分散的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或仿真器通過網絡聯(lián)結起來，采用協(xié)調一致的結構、標準、協(xié)議和數(shù)據庫，形成一個在時間和空間上互相耦合的虛擬合成環(huán)境，參與者可自由地進行交互作用。特別是在航空航天中應用價值極為明顯，因為國際空間站的參與國分布在世界不同區(qū)域，分布式VR訓練環(huán)境不需要在各國重建仿真系統(tǒng)，這樣不僅減少了研制費和設備費用，減少了人員出差的費用以及異地生活的不適。

6.總結

近幾十年來，通信技術、計算機的同步發(fā)展和相互促進成為世界上信息技術與產業(yè)飛速發(fā)展的主要特征。特別是網絡技術的迅速崛起與普及，使得信息應用系統(tǒng)在深度和廣度上發(fā)生了質的變化。虛擬現(xiàn)實主要依靠人機交互的發(fā)展，目前技術上已初步解決人腦數(shù)據的讀取，在不久的將來，開發(fā)者將完全解決通過神經系統(tǒng)自動進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境的“人腦——計算機接口”問題，通過對人腦提取和反饋神經信號使人完全融入“虛擬現(xiàn)實”世界。當然從技術角度，我們應該對基于多用戶虛擬環(huán)境進行必要的技術研究。因為將來的VR技術將越來越重視人在其中的交互。虛擬現(xiàn)實充滿活力、具有無限的應用前景的高新技術領域，但仍然存在許多有待解決與突破的問題。為了提高系統(tǒng)的交互性、逼真性和沉侵性，在新型傳感和感知肌理、幾何與建模新方法、高性能計算，特別是高速圖形圖像處理，以及人工智能、心理學、社會學等方面都有許多具有挑戰(zhàn)性的問題有待我們進一步解決。

虛擬現(xiàn)實技術是本世紀發(fā)展的重要技術之一，作為一門科學和藝術將會不斷走向成熟，在各行各業(yè)中將得到廣泛應用，并發(fā)揮神奇的作用，二十一世紀將是虛擬現(xiàn)實技術的時代。

第四篇：虛擬現(xiàn)實技術期末論文

《虛擬現(xiàn)實技術》期末論文

專業(yè)：自動化

學號：20091336069

姓名：李璐

摘要

隨著科技的進步，虛擬現(xiàn)實技術（VR技術）越來越體現(xiàn)出它的應用價值，在氣象、軍事、醫(yī)療等各個領域都出現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術應用場合。本文分成四個部分，按順序分別介紹了虛擬現(xiàn)實技術在大氣粉塵擴散中的應用、虛擬現(xiàn)實技術在電視背景以及散打運動中的應用以及自己本學期學習虛擬現(xiàn)實技術的心得體會。

關鍵詞： 虛擬現(xiàn)實技術

天氣預報

軍事應用

醫(yī)學 心得體會

⒈ 虛擬現(xiàn)實技術在大氣粉塵擴散中的應用。

虛擬現(xiàn)實技術可以建立三維場景，立體直觀的現(xiàn)實出粉塵擴散的三維動態(tài)場景。為了建立粉塵動態(tài)擴散模型，本文以相關數(shù)學模型為基礎，采用OpenGL開發(fā)了可精確地調整流場參數(shù)和觀察視角的粉塵擴散三維動態(tài)場景，以及重力風速影響和射流作用下粉塵擴散的三維場景，該方法為更好的掌握粉塵擴散規(guī)律，提供處理預防措施。

1.1.粉塵擴散模型

點源粉塵在大氣中的擴散模型是建立虛擬場景的核心，其擴散過程受到氣流狀態(tài)、粉塵理化性質、粒子的氣溶膠特性等影響。由于因素較多，情況復雜，模型常以某種假設為前提，在各方向同性物質中，符合費克定律，即穿過單位面積的擴散物質的遷移速度與該面的濃度遞減成正比【2】：

F??D?C?C?x

（1）

??2C?2C?2C??D???

（2）

222??t?y?z???x

1.2粉塵擴散在虛擬場景中的實現(xiàn)

針對粉塵在大氣中的擴散過程，以數(shù)學模型為基礎，采用桌面VR系統(tǒng)，構建了粉塵顆粒在氣流中擴散的三維場景，用戶通過鍵盤、鼠標、顯示器等標準輸入輸出設備與系統(tǒng)進行交互。下圖分別給出了粉塵點源在無風不考慮重力影響與有風考慮重力影響下的圖像。

由于建立的場景以科學計算和粒子系統(tǒng)為主，場景采用OpenGL開發(fā)，編程語言采用VC，建立的虛擬場景為三維場景，采用OpenGL視角變換技術，可以通過鍵盤和鼠標拖動方式來對場景進行三維旋轉、移動和縮放等操作，讓人們從不同的視角來觀察粉塵顆粒在氣流中的擴散過程，除此之外，建立的場景以模型為基礎，可以通過改變參數(shù)來對虛擬場景進行變化。

除此應用之外，虛擬現(xiàn)實技術在氣象中的其他領域也有廣泛的應用。比如說在天氣預報當中，通過虛擬三維場景模擬出大氣氣流以及氣壓場的變化，從而可以很好的預測分析出大氣氣象要素的變化情況，為天氣預報提供精確可靠的信息。在氣象科普知識當中，通過VR技術建立氣象小游戲，讓群眾可以通過三維場景構建的氣象小游戲來了解到大氣科普知識。

2.虛擬現(xiàn)實技術在其他領域的一些應用。

2.1．VR技術在電視節(jié)目背景中的應用

計算機、多媒體技術的飛速發(fā)展，帶動了虛擬現(xiàn)實技術的不斷改進，在近年來的各個領域影響和改變著人們原先固有的思維。傳統(tǒng)的電視節(jié)目背景需要根據節(jié)目的不同需求來進行布置，實背景搭建和拆卸需要投入大量的人力、物力，不僅增加了節(jié)目組的成本，還會因為其使用壽命和使用風格的限制導致現(xiàn)實中節(jié)目背景的使用周期比較短、需要更替的頻率比較頻繁，造成大量不必要的浪費，而通過虛擬現(xiàn)實技術建立的三維虛擬場景可以解決這些問題。

實現(xiàn)場景虛擬化可以按照如下的步驟來進行：

? ? 還原實際場景中的藍箱，設定虛擬攝像機。

建立藍箱的目的是為了建立一個虛擬場景和現(xiàn)實之間的一個在真實的大小尺寸和距離上可以進行對照的參照物，為場景設計提供尺寸和位置上的依據，接下來就可以圍繞虛擬藍箱進行模型的搭建了。

2.2.虛擬現(xiàn)實技術在武術散打中的應用

散手作為中華武術的一個分支，以其“遠踢、近打、貼身摔”的獨特技法名揚世界武壇。近年來，隨著各國的挑戰(zhàn)賽，使散打運動不斷發(fā)展，現(xiàn)在結合虛擬現(xiàn)實技術可以很好的訓練散打人員的動作技術，為研究和提高運動員的技術、戰(zhàn)術訓練水平提供了一定的理論依據和方法。

虛擬現(xiàn)實技術在散手運動中的運用研究： ? 散手運動訓練場景的生產：使用Vega生產虛擬現(xiàn)實場景，Vega是美國Multigen-Paradigm公司生產的用于虛擬現(xiàn)實、實時場景仿真、聲音仿真以及其他可視化領域的應用軟件。該系統(tǒng)制造出虛擬綜合訓練或者比賽的場景，給運動員真實的比賽的環(huán)境，這樣可以減少比賽中的由于緊張而引起的失誤，同時增強運? 動員在比賽中的自信心。

運用動作捕捉技術（Motion capture）建立散手動作數(shù)據庫：散手運動員穿上數(shù)據衣或者在關鍵部位設置跟蹤器，讓運動員將散手動作一一演練，由動作捕捉系統(tǒng)

【2】 捕捉跟蹤器位置，再經過計算機處理后生產數(shù)據庫中數(shù)據，加上視頻資料的采集以及現(xiàn)場拍攝的方式，收集了大量有關散手的視頻信息，利用VideoStudio將各種散手的技術動作特征單元提取出來，將所有的數(shù)據分類建立多個動作數(shù)據庫，來調整控制虛擬人的運動。

虛擬現(xiàn)實中虛擬人的建立：利用3Dsmax、maya等三維動畫軟件制作出三維虛擬人物模型，在計算機表示的空間中生成逼真的三維虛擬人，虛擬人是人在計算機生成空間的幾何特征和行為特征的體現(xiàn)。

? 散手對練系統(tǒng)的生成。

2.3虛擬現(xiàn)實技術在中西醫(yī)當中的應用

在中醫(yī)藥院校中，傳統(tǒng)的教學方法是以課堂教學為主，再結合掛圖、模型、標本、人體等輔助教學工具進行教學，并配以費用較高的動物實驗、尸體解剖來加深學生的理解。由于醫(yī)學領域與人類有著密切的、重要的和特殊 的關系，在這個領域里，人與人之間或人與現(xiàn)實之間的交互方式受一定的條件限制。虛擬現(xiàn)實技術的引入，能從根本上降低教學成本，減少危險性，激發(fā)學生的學習興趣和主觀能動性、提高教學質量、彌補教學條件的不足。

2.3.1中醫(yī)遠程脈診系統(tǒng)

作為傳統(tǒng)醫(yī)學的瑰寶，中醫(yī)的診斷有其 自身特點，診斷時僅需要望、聞、問、切，在這四診中切脈往往是中醫(yī)看病定性時最重要的依據。盡管中醫(yī)的脈象診斷相對簡單，但由于過多依賴醫(yī)生的經驗和感覺，再加上不同的中醫(yī)對于不同脈象的定性都不盡相同，往往給人以玄妙奠測的印象。雖然歷代醫(yī)家發(fā)微解難，但 由于 “脈理精微，其體難辨”，仍難免 “在心易了，指下難明”，長期以來影響著脈學的傳授和發(fā)展。應用虛擬現(xiàn)實技術的仿真技術的優(yōu)勢，能對客觀系統(tǒng)的本質屬性進行抽象和重演，因此可以使醫(yī)生和患者在中醫(yī)遠程脈診時獲得如同身臨其境的感受，這使中醫(yī)遠程醫(yī)療、虛擬社區(qū)醫(yī)院等成為可能，結合數(shù)據挖掘技術，可以進一步生成脈診專家數(shù)據庫系統(tǒng)，有效地促進中醫(yī)脈診科學化和客觀化。中醫(yī)遠程脈診系統(tǒng)由場景生成子系統(tǒng)、聲音生成子系統(tǒng)脈象探測子系統(tǒng)、脈象處理子系統(tǒng)、實時控制子系統(tǒng)、信號傳輸子系統(tǒng)和專家決策子系統(tǒng)等功能基本子系統(tǒng)組成，構成了基于虛擬現(xiàn)實技術的可調閉環(huán)遠程脈診系統(tǒng)。其中，場景生成子系統(tǒng)合成醫(yī)生和病人的脈診場景環(huán)境；聲音生成子系統(tǒng)實現(xiàn)醫(yī)生和病人的病情問訊功能；脈象探測子系統(tǒng)包括脈診仿真器和脈診探測器兩部分，醫(yī)生和病人分別通過脈診仿真器和脈診探測器進行脈象感應和探測；實時控制子系統(tǒng)實現(xiàn)醫(yī)生和病人的切脈過程實時互動；脈象處理子系統(tǒng)實現(xiàn)脈象信號的處理與分類 ；信號傳輸子系統(tǒng)實現(xiàn)視頻數(shù)據、音頻數(shù)據、控制數(shù)據、脈象數(shù)據和診斷數(shù)據的信號傳輸；專家決策子系統(tǒng)輔助醫(yī)生和病人進行病情決策和評估。

2.3.2數(shù)字化虛擬人體和微觀物質的虛擬

數(shù)字化虛擬人體是指將人體結構數(shù)字化，通過計算機技術和圖像處理技術，在電腦屏幕上 出現(xiàn)一個看似真實的模擬人體，再進一步將人體功能性的研究成果加以數(shù)字化，由信息技術將其轉變?yōu)殡娔X的語言符號，賦加到這個人體形態(tài)框架上。經過虛擬現(xiàn)實技術的交叉融合，通過操作者的調控，這個 “虛擬人”將能模仿真人做出各種各樣的反應

2.3.3虛擬手術模擬

虛擬手術系統(tǒng)是專門用來對手術全過程進行仿真的虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)，主要包括虛擬建模、醫(yī)學數(shù)據的可視化、人體組織器官的應力形變仿真、傳感與反饋、高速圖形顯示與圖像處理等幾部分。虛擬手術的模擬主要應用于復雜手術過程的規(guī)劃、演練及預測，指導手術進行。學生可以在計算機產生的三維虛擬手術環(huán)境中，利用虛擬手術器械進行相關的虛擬手術流程，應對各種突發(fā)情況，具有可避免手術失誤、縮短培訓時間、節(jié)約實訓費用、降低手術風險、減少病人損傷、提高手術成功率等多項傳統(tǒng)實訓教學無法比擬的優(yōu)勢。

虛擬現(xiàn)實技術應用領域十分的廣泛，除了上述的兩個場景之外，在、軍事演習【4】、土木? 工程 【5】等等領域均有廣闊的應用前景。

3.學習虛擬現(xiàn)實技術之后，我的體會與收獲

本學期在劉佳老師的課程指導下，我學習而來虛擬現(xiàn)實技術這門很有前途的課程，在學習的過程中，我發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術是一項新起的很有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g，現(xiàn)在正式起步發(fā)展階段，在各個領域已經有了很好的應用，我覺得以后的社會發(fā)展離不開虛擬現(xiàn)實技術，正如我們現(xiàn)在的社會離不開因特網一樣。下面我就說一下自己對于虛擬現(xiàn)實技術的認識以及感想。

隨著網絡通訊技術的迅猛發(fā)展．虛擬現(xiàn)實技術的優(yōu)勢越發(fā)明顯，在某種意義上說它將改變人們的思維方式，甚至會改變人們對世界、自己、空間和時間的看法。它是一項發(fā)展中的、具有深遠的潛在應用方向的新技術。利用它，我們可以建立真正的遠程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學習、討論、游戲，就像在現(xiàn)實生活中一樣。使用網絡計算機及其相關的三維設備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。虛擬現(xiàn)實技術是本世紀發(fā)展的重要技術之一，作為一門科學和藝術將會不斷走向成熟．在各行各業(yè)中將得到廣泛應用，并發(fā)揮神奇的作用，二十一世紀將是虛擬現(xiàn)實技術的時代。

本學期學習內容講的是虛擬現(xiàn)實技術。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者身臨其境，可以及時、沒有限制的觀察三度空間內的事物。這段對虛擬現(xiàn)實的定義我最有感觸的就是“可以及時、沒有限制的觀察三度空間內的事物”在不面對面的教學和相處過程中，大家只能憑借聲音和文字去感受對方，這樣似乎一切都變美好了。而關于虛擬教學這些優(yōu)點也讓我頗為贊同比如彌補遠程教學條件的不足，避免真實實驗或操作所帶來的各種危險。這些優(yōu)點也讓我更深刻地去思考或許這種教學方式不單單是一種潮流，在更完善的技術發(fā)展過程中會有更多凸顯 優(yōu)點，我要拭目以待。

作為一名即將畢業(yè)的大四學生，能夠在畢業(yè)前學到一門新的技術，感到很充實。虛擬現(xiàn)實技術作為一門新的技術，在未來的發(fā)展中會體現(xiàn)出更大的價值，比如拿游戲來說，應用虛擬的三維場景設計出游戲場景，讓玩家可以很好的親臨其境，利用VR桌面系統(tǒng)可以很好的提高交互性，讓玩家徹底的放松自己?，F(xiàn)實的世界紛繁復雜，對于一個未開發(fā)的產品設計或者一個新的理念，甚至一幢設計中的建筑，我們都可以采用虛擬現(xiàn)實技術建立它的三維場景，當你需要推銷你的樓盤時，你可以給你的樓盤建一個虛擬漫游場景，讓沒有進去過的人同樣可以很好的領略到您的建筑的不同風格，促進購買者的興趣，發(fā)現(xiàn)價值，當公司開會，您有一個好的產品設計理念時候，您可以利用虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)作一個您想要設計的產品原型，在公司部門的例行會議上展示新的理念產品?？傊@學期學習的虛擬現(xiàn)實技術是一門實用的新型的有前途的技術，在未來的科技、生活、工業(yè)等領域都會發(fā)生革命性的變化。

參考文獻

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一．

第五篇：虛擬現(xiàn)實技術及其教學應用

虛擬現(xiàn)實技術及其教學應用

2011-04-07 10:17:55 作者：李志剛 張超

摘 要 本文對虛擬現(xiàn)實技術的定義及特征進行了描述，對虛擬現(xiàn)實技術應用于教學的作用意義進行了分析探討。

關鍵詞 虛擬現(xiàn)實；教育技術；教學應用

2010年的上海世博會，參觀人數(shù)超過7200萬，創(chuàng)歷屆世博會參觀人數(shù)之最，而同時推出的上海世博會的網上展館，則創(chuàng)出了2.8億次的點擊訪問量。網上世博會和電影《阿凡達》讓虛擬現(xiàn)實技術展示了巨大的吸引力，正如澳大利亞新南威爾士大學教授羅伯特·路易斯(Robert Louise)所說:“它的作用遠不只展示和娛樂”，虛擬現(xiàn)實技術的觸角已經滲入到了人類生活的方方面面。

一、虛擬現(xiàn)實技術簡述

虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現(xiàn)的高新技術，也稱靈境技術或人工環(huán)境。該技術集成了計算機圖形(CG)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(fā)展成果，是一種由計算機技術輔助生成的高技術模擬系統(tǒng)。

虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實際上可實現(xiàn)的，也可以是實際上難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計算機生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實是指用計算機生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。

虛擬現(xiàn)實技術具有多感知性（Multi-Sensory）、交互性（Interactivity）、浸沒感（Immersion）和構想性（Imagination）四個重要特征。

所謂多感知是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實技術應該具有一切人所具有的感知功能。由于相關技術，特別是傳感技術的限制，目前虛擬現(xiàn)實技術所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。

交互性指用戶對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實時性）。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

浸沒感又稱臨場感，指用戶感到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)境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣。構想性強調虛擬現(xiàn)實技術應具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

如今，虛擬現(xiàn)實技術的應用已大步走進軍事航天、工業(yè)仿真、游戲動漫、教育培訓、城市規(guī)劃、醫(yī)療救治等領域。虛擬現(xiàn)實技術已經和理論分析、科學實驗一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。

二、虛擬現(xiàn)實技術的教學應用

在以往的教育中，學習者始終生活在兩個世界的時空環(huán)境中，一個是經驗世界（實踐中學習），另一個是語言文字的世界（書本中學習），兩者往往相互脫節(jié)，即理論脫離實際。而由多媒體與仿真技術相結合產生的虛擬現(xiàn)實技術，創(chuàng)造出了第三個世界-----虛擬現(xiàn)實世界，它將成為溝通前兩個世界的重要橋梁。我國學者桑新民教授在探索信息化環(huán)境下高校學習新模式的過程中，率先提出：必須把“三個世界”的學習經驗綜合起來，促成三者的有機結合。指出要充分利用虛擬現(xiàn)實情境之獨特優(yōu)勢，去引導和促進學習者在經驗世界和語言文字世界中實現(xiàn)學習活動與學習經驗的整合，不斷激勵和提高學習者在“三個世界”中學習的自主性、協(xié)作性和創(chuàng)造性。

⒈拓寬視野，激發(fā)學習熱情

通過虛擬現(xiàn)實技術，一方面可以再現(xiàn)實際生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象或事物的變化過程，為學習者提供生動、逼真的感性學習材料，使抽象的概念理論直觀化、形象化，方便學習者對抽象概念的理解；另一方面虛擬現(xiàn)實技術使學習者能夠按自己的需要來進行實時的交互式學習，主動地獲取所需要的知識，由被動式的接受轉化為主動式的發(fā)現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實技術還可讓學習者學習到和體驗到現(xiàn)實生活中具有微觀性、瞬變性、危險性、長期性且用別的方法很難觀察和驗證的各種事物，從而提高這類特殊知識的可接受性。在課堂上，教員可以陪同學習者一起經歷虛擬境界，一邊觀察一邊講解；也可以讓學習者自己利用虛擬景物、虛擬環(huán)境等進行仔細觀察自主學習進而理解有關的概念及知識。通過這種對虛擬景物和虛擬環(huán)境的交互式學習，能有效發(fā)揮學習者的主觀能動性，使學習者真正參與到教學活動中去，成為學習過程中的主體，變被動為主動，并激發(fā)出較高的學習熱情和空間想象力。

⒉便于探究，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

虛擬現(xiàn)實技術允許學習者對模擬的環(huán)境可交互、可操縱、可建構，可直觀地觀察到學習過程中所提出的各種假設所產生的結果或效果，適合開展探究性的學習。例如，有一個名叫“電子工作臺”(Electronic Workbench;EWB)的軟件系統(tǒng)，允許學習者利用它提供的元件構造各種模擬電路和數(shù)字電路，并能動態(tài)測試電路的性能；還有一個名叫“交互性物理”(Interactive Physics;IP)的軟件系統(tǒng)，允許學習者構造屬于經典力學系統(tǒng)的大部分實驗；在虛擬的化學系統(tǒng)中，學習者可以按照自己的假設，將不同的分子組合在一起，電腦便虛擬出組合的物質來。利用虛擬現(xiàn)實技術進行探究性學習，更有利于激發(fā)學習者的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學習者的創(chuàng)新能力。⒊突破瓶頸，提高實驗效益

利用虛擬現(xiàn)實技術進行虛擬實驗教學，可以有效地突破時間、空間、經費和危險性等現(xiàn)實條件的制約，大到宇宙天體，小至原子粒子，學習者都可以進入其內部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現(xiàn)實技術，可以很快地呈現(xiàn)出來。例如生物中的孟德爾遺傳定律，用果蠅做實驗往往要幾個月的時間，而虛擬現(xiàn)實技術在一堂實驗課內就可實現(xiàn)。在虛擬實驗室里，學習者通過各種感覺（視覺、聽覺、動覺和觸覺等）與虛擬的學習情境相互聯(lián)系并交互作用，進一步加深了對事物現(xiàn)象和規(guī)律的認識，有效地促進了學習者在經驗世界和語言文字世界中實現(xiàn)學習活動與學習經驗的整合，大大提高了學習者的學習興趣和學習效果。

⒋模擬訓練，輕松掌握技能

虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學習者能夠在虛擬的學習環(huán)境中扮演一個角色，并全身心地投入到該學習環(huán)境中去，這非常有利于學習者達到動作技能類教學目標要求。例如空軍某學院研制的Su27駕駛模擬器，采用多通道圖形生成技術，建立了大視野視景環(huán)境，配合接近實物的駕駛艙，使學習者可以完成基本駕駛技術、編隊飛行以及部分空戰(zhàn)戰(zhàn)術的訓練；澳大利亞新南威爾士大學模擬出礦坑內的常見問題，讓礦工們針對瓦斯管理、煤層自燃、危險預警、隔離程序、自主逃生等各種環(huán)節(jié)進行訓練等等。在這些既與現(xiàn)實條件相符又無任何危險的虛擬訓練系統(tǒng)中，學習者可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。⒌攜手網絡，改革教學結構

隨著網絡技術和虛擬現(xiàn)實技術的日趨成熟，教學活動不再局限于有形的教室中，而向虛擬課堂、虛擬大學、虛擬學習社區(qū)發(fā)展，基于網絡的虛擬化學習，將會成為未來教育的一種全新的教學方式。虛擬現(xiàn)實技術不僅能向學習者提供一種可在實際生活中找到的情境和經驗，還可以再現(xiàn)特定的環(huán)境。利用虛擬現(xiàn)實技術與網絡結合，可以打破時間和空間的限制，進行交互式的、圖文并茂的、智能型的、分布式的教學，并通過網絡傳輸逼真的教學和學習環(huán)境，從而使學習方式由傳統(tǒng)的“獨學”變?yōu)椤叭簩W”，使學習結構從“封閉”變?yōu)椤伴_放”，最終可以使教學從“知識傳授”轉變?yōu)椤爸R建構”。例如，在基于共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設置的網上協(xié)同實驗室中，身處不同位置的學習者組成一個個學習小組，所有學習小組構成一個學習型社區(qū)。他們一起設計實驗，并通過模擬軟件觀看實驗結果，直到認為方案成熟，才轉移到真實實驗環(huán)境中去完成實驗。教師在整個實驗過程中監(jiān)控每一個成員的表現(xiàn)并及時進行個別化的輔導。

虛擬現(xiàn)實技術應用于教學的最成功案例，莫過于哈佛大學克里斯·德迪博士率領開展的一項為期十年的基于多用戶虛擬環(huán)境（Multi—User Virtuai Environment, MUVE）的中學科學教育項目：River City。正如德迪博士在2009年《科學》雜志上對River City總結的那樣，與傳統(tǒng)教學相比，大部分學生在這種沉浸式的模擬環(huán)境中都獲得了更多的關于科學探究的知識和技能；學生能夠形成一種深度參與，非常有利于發(fā)現(xiàn)復雜問題的技能與發(fā)展；有利于那些成績差的學生建立起學業(yè)上的自信。River City在北美地區(qū)產生了廣泛影響，被作為新型數(shù)字化學習及評價方式的典型選入美國《2010年教育技術規(guī)劃》，也受到了具有“數(shù)字未來學家”之稱的唐·泰普斯科特的推崇。

由于虛擬現(xiàn)實所依托的軟硬件技術科技含量和開發(fā)費用高、技術復雜、實現(xiàn)難度大等原因，目前在教育領域還只是運用于少數(shù)的教學、培訓、實驗、參觀等方面，且尚沒有形成完善的運用模式。然而虛擬現(xiàn)實技術作為一種新涌現(xiàn)的教育技術，具有令人鼓舞的美好前景。有遠見的教育工作者把虛擬現(xiàn)實看做是基于計算機的教學系統(tǒng)的下一個合乎邏輯的發(fā)展步驟。人們必將應用虛擬現(xiàn)實技術來進一步改進學習過程和創(chuàng)造新的學習系統(tǒng)。

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