序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

虛擬現(xiàn)實(shí)即Virtual Reality ,簡(jiǎn)稱VR,這個(gè)名詞始創(chuàng)于上個(gè)世紀(jì)八十年代,由美國(guó)發(fā)明家Jaron Lanier提出,是一門嶄新的綜合性信息技術(shù),而且已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)界最振奮人心的研究課題之一。

一、什么是虛擬現(xiàn)實(shí)

VR是指利用多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)具有逼真的視覺、聽覺、觸覺及嗅覺等的模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境,利用人的自然技能對(duì)這一虛擬出來的現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行交互體驗(yàn),體驗(yàn)的結(jié)果(即該虛擬的現(xiàn)實(shí)反應(yīng))與在相應(yīng)的真實(shí)現(xiàn)實(shí)中的體驗(yàn)結(jié)果相似或完全相同。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

如圖所示,VR的系統(tǒng)由以下模塊構(gòu)成:

1.檢測(cè)模塊:檢測(cè)用戶的操作指令,并通過傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。

2. 反饋模塊:接受來自傳感器模塊的信息,為用戶提供動(dòng)感、觸覺、力覺等多方面感受的實(shí)時(shí)反饋。

3. 傳感器模塊:一方面接受來自用戶的操作指令,并將其作用于虛擬環(huán)境;另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶。

4. 控制模塊:對(duì)傳感器進(jìn)行控制,使其對(duì)用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用。

5. 建模模塊:運(yùn)用知識(shí)庫(kù)、模式識(shí)別、人工智能等技術(shù),獲取現(xiàn)實(shí)世界組成部分的三維表示,通過音響制作實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的聲音模擬,并由此構(gòu)成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。

6. 三維模塊:通過三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬環(huán)境的視覺模擬。

此外,在開放式的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,還可以通過傳感裝置與現(xiàn)實(shí)世界構(gòu)成反饋閉環(huán),在用戶控制下,利用虛擬環(huán)境對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行直接操作或遙控操作。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有如下四個(gè)特征,即:多感知性、沉浸感、交互性、想象性。

1. 多感知性(Multi-Sensory)――所謂多感知性,是指通過多種媒體,產(chǎn)生視覺、聽覺、觸覺、力覺、和運(yùn)動(dòng)等的感知。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)人所具有的一切感知功能。由于科技發(fā)展的局限性和不成熟,目前的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所開發(fā)的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)等幾種。

2. 沉浸感(Immersion)――又稱臨場(chǎng)感,指用戶感到作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度。當(dāng)用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中時(shí),眼睛看到的、耳朵聽到的、鼻子聞到的、嘴巴嘗到的、還有身體觸摸到的等等,都跟在現(xiàn)實(shí)世界里體會(huì)到的感覺是一樣的。

3. 交互性(Interactivity)――指用戶對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操作時(shí),對(duì)象將給用戶以感覺上的反饋。例如,在虛擬環(huán)境中參加足球比賽,當(dāng)用戶用腳去踢虛擬環(huán)境中的足球時(shí),會(huì)產(chǎn)生觸覺和力的反饋。

4. 構(gòu)想性(Imagination)――強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想象空間,可拓寬人類認(rèn)知范圍,不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境,也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

一般來說,“身臨其境”般的沉浸感,友好親切的人機(jī)交互性,和發(fā)人深思的構(gòu)想性是虛擬現(xiàn)實(shí)的三大主要特征,亦即我們常說的“3I”特性。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建伊始,就承載著巨大的應(yīng)用價(jià)值,它涉及科研、軍事、航天、醫(yī)學(xué)、教育、工程技術(shù)、影視娛樂等眾多領(lǐng)域。典型的應(yīng)用領(lǐng)域有:

1. 醫(yī)學(xué)方面

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用大致分為兩類,一類是虛擬人體,也就是數(shù)字化人體,可用于構(gòu)造人體模型,便于醫(yī)生對(duì)人體構(gòu)造和功能的辨識(shí);另一類是虛擬手術(shù)系統(tǒng),可用于指導(dǎo)高難度手術(shù)的進(jìn)行。

2. 教育方面

在教育領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣泛的作用和影響?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶來的嶄新的教育模式,使我們的教育理念和教育方法也在隨之變革,授課內(nèi)容以大量詳實(shí)、生動(dòng)、直觀的虛擬情節(jié)出現(xiàn),寓教于樂。

3. 娛樂方面

娛樂領(lǐng)域是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境,借助于頭盔顯示器、數(shù)據(jù)服、立體聲耳機(jī)、數(shù)據(jù)手套等傳感裝置,使人們能夠享受到強(qiáng)烈的感官刺激,帶來更好的娛樂感覺。

4.軍事科研領(lǐng)域方面

軍事和科研都是需要巨額資金投入的領(lǐng)域,而且難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高,在某種情況下,利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),既可以節(jié)省人力物力資源,打破時(shí)間和空間的限制,又可以縮短開發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率、削減項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)。

五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展前景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域集成、交叉的產(chǎn)物,它融合了人工智能、電子學(xué)、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、心理學(xué)等多個(gè)技術(shù)分支,大大推進(jìn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)軟硬件技術(shù)的全面發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,從根本上改變了人們的工作方式和生活方式,將勞逸真正結(jié)合了起來,而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與美術(shù)、音樂等文化藝術(shù)的結(jié)合,將誕生出人類的第九大藝術(shù),前景一片光明。而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)繼理論分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后,成為人類探索客觀世界規(guī)律的又一手段和方式。

雖然虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的技術(shù)潛力是巨大的,應(yīng)用前景也是很廣闊的,但仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術(shù)障礙?？陀^而論,目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所取得的成就,絕大部分來說,還只是擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的接口能力,剛剛開始涉及到人的感知系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的集合作用問題。只有當(dāng)真正開始涉及并找到針對(duì)這些問題的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑時(shí),人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底地克服。

六、小結(jié)

綜上所述,無論是現(xiàn)在還是將來,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行各業(yè)都將得到不同程度的發(fā)展,并且越來越顯示出廣闊的應(yīng)用前景。虛擬城市、虛擬戰(zhàn)場(chǎng)、虛擬校園、甚至“數(shù)字地球”都會(huì)不斷涌現(xiàn),帶給我們一種全新的視覺、身心體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將使眾多傳統(tǒng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)生顛覆性的變革,給我們的生產(chǎn)和生活帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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篇（2）

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 應(yīng)用 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，近年來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了快速的成長(zhǎng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)可以進(jìn)行虛擬世界創(chuàng)建與體驗(yàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)加以利用，從而形成一個(gè)逼真的、包含有視覺、聽覺、觸覺等多個(gè)感官的虛擬環(huán)境，使用者利用各式交互設(shè)備與虛擬環(huán)境內(nèi)的實(shí)體進(jìn)行相互作用，從而產(chǎn)生一種身臨其境的信息交流，是當(dāng)前時(shí)期較為先進(jìn)的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化人機(jī)交互感受的技術(shù)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的簡(jiǎn)介

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)原理

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality），簡(jiǎn)稱為VR，是使用計(jì)算機(jī)模擬出一個(gè)三維的虛擬空間，為使用者提供包括視覺、觸覺、聽覺等感官感受進(jìn)行實(shí)際模擬，同時(shí)可以快速、不受限制地對(duì)事物進(jìn)行觀察。使用者在進(jìn)行移動(dòng)位置時(shí)，計(jì)算機(jī)將會(huì)及時(shí)展開復(fù)雜運(yùn)算，精確地將虛擬三維世界的視頻傳輸給使用者，從而產(chǎn)生親身臨場(chǎng)的感覺。是一種經(jīng)過計(jì)算機(jī)技術(shù)加以輔助而產(chǎn)生的高技術(shù)性的模擬系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)仿真、人工智能、計(jì)算機(jī)圖形、傳感、顯示以及網(wǎng)絡(luò)處理等技術(shù)的發(fā)展成果。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展史

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展大致上可分為四個(gè)發(fā)展時(shí)期。1963年以前式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的萌芽期，1963年至1972年的十年間將帶有聲音的形動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬過程中便包含有虛擬現(xiàn)實(shí)思想。1973年至1989年，該時(shí)期虛擬現(xiàn)實(shí)的概念以及理論開始產(chǎn)生。1990年至今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到不斷的發(fā)展與完善并應(yīng)用于實(shí)際中。2012年Google首次了Google Glass，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、頭戴式顯示器、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展現(xiàn)到普通民眾的視野中，這對(duì)原有的圖像顯示設(shè)備進(jìn)行完全的顛覆。2013年，頭戴式顯示器得到了廣泛的關(guān)注，隨后世界眾多公司均加入到虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的競(jìng)爭(zhēng)中。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用范圍

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用于如下幾方面。

2.1 醫(yī)學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)方面有著極其重要的實(shí)際意義。創(chuàng)建虛擬人體模型的環(huán)境中，可以利用HMD、感覺手套、跟蹤球等更加方便的對(duì)人體內(nèi)部的器官構(gòu)造進(jìn)行了解，在進(jìn)行外科手術(shù)時(shí)，醫(yī)生可以通過虛擬技術(shù)在顯示器上進(jìn)行模擬手術(shù)，尋求最佳的手術(shù)方案同時(shí)可以提升醫(yī)生的操作熟練度。

2.2 娛樂、教育

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)擁有豐富的感知力以及3D現(xiàn)實(shí)環(huán)境致使其成為了理想的視頻、游戲工具。因?yàn)閵蕵飞显谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)上的真實(shí)性要求較低，因此近年來該項(xiàng)技術(shù)在娛樂、游戲方面發(fā)展較快。此外，在家庭娛樂上也取得可較為良好的發(fā)展前景。

2.3 軍事航天

模擬和練習(xí)始終是軍事航天業(yè)里的一個(gè)重點(diǎn)的內(nèi)容，這對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)有提供了極為廣闊的前景。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)零重力進(jìn)行真是的模擬，來對(duì)現(xiàn)有對(duì)宇航員的訓(xùn)練方式進(jìn)行替代。

此外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還在房地產(chǎn)開發(fā)、動(dòng)作捕捉、數(shù)字地球、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真、文物保護(hù)、應(yīng)急演練等方面均有所應(yīng)用。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是由美國(guó)人提出的概念，后來由美國(guó)宇航局對(duì)其的利用，從而展開了對(duì)成本較低的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研制，從而對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的硬件發(fā)展有著一定的推動(dòng)作用。現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖已獲得了較大的發(fā)展，但是仍處于研究的初級(jí)階段。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要在感知、后臺(tái)軟件、硬件以及用戶界面四個(gè)方面進(jìn)行研究。就當(dāng)前時(shí)期的技術(shù)來看，場(chǎng)館虛擬漫游存在的最大難點(diǎn)是建模與實(shí)施繪制。通常情況下，會(huì)選擇在繪制速度與模型精細(xì)度上選取一個(gè)平衡點(diǎn)，這樣不僅可以保證繪制質(zhì)量又不會(huì)為用戶造成不適感。目前世界上有著諸多的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的開發(fā)商，已經(jīng)開發(fā)了一些虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的平臺(tái)，比如Superscape公司的VRT、Deneb Robotics公司的ENVISION等。這類平臺(tái)面對(duì)不同的目的，在很大程度上提升了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的研制效果，但是在開發(fā)中依然有著很多的問題，尤其是對(duì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)缺乏的問題，對(duì)其中的核心了解不充分，一旦要對(duì)新功能進(jìn)行開發(fā)補(bǔ)充時(shí)，都會(huì)造成無法運(yùn)行的狀況。

2015年三星公司了一個(gè)新的配件Gear VR，吸引了廣大用戶的關(guān)注，Gear VR是一款利用手機(jī)作為屏幕的移動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)的配件，可以實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)得應(yīng)用體驗(yàn)。三星公司的這款虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)備對(duì)于同行業(yè)的其他品牌有著很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，由于其是第一家將其應(yīng)用于手機(jī)上。此外將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于航拍中，再結(jié)合三維制作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)拍攝與三維制作的交互，這在游戲上應(yīng)用較為廣泛。目前有大量的游戲制作商將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于游戲開發(fā)，例如“星球大戰(zhàn)”、“鷹擊長(zhǎng)空”、“最終幻想14”等，均實(shí)現(xiàn)了將現(xiàn)實(shí)內(nèi)容與三維制作相結(jié)合，制作出的游戲效果使玩家有者身臨其境的游戲感受，得到了廣大玩家的喜愛。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在今后的發(fā)展過程中依然會(huì)遵循“低成本、高性能”的原則。本文將從軟硬件上展開探討，主要的發(fā)展方向如下。

4.1 動(dòng)態(tài)環(huán)境建立技術(shù)

虛擬環(huán)境的創(chuàng)建是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最為核心的內(nèi)容，動(dòng)態(tài)環(huán)境建模主要的目的在于獲得現(xiàn)實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以此來創(chuàng)建相應(yīng)的虛擬環(huán)境的模型。

4.2 實(shí)時(shí)三維圖像生成與顯示

三維圖像生成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，目前關(guān)鍵是實(shí)時(shí)生成如何實(shí)現(xiàn)，目前就如何不降低圖像質(zhì)量與復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上對(duì)頻率的刷新是今后發(fā)展的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展依賴于傳感器與立體顯示器的發(fā)展，當(dāng)前時(shí)期的虛擬設(shè)備上無法滿足系統(tǒng)的需求，需要對(duì)三維圖像的生成與顯示技術(shù)進(jìn)行不斷的開發(fā)。

4.3 研制新型交互設(shè)備

虛擬現(xiàn)實(shí)要能夠完成人可以自由的和虛擬世界內(nèi)的對(duì)象實(shí)現(xiàn)交互，有一種身臨其境的感受，使用的主要輸入、輸出設(shè)備有數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器、三維聲音產(chǎn)生器、三維位置傳感器以及數(shù)據(jù)衣服等。所以，價(jià)格低廉、新型、耐用性好的數(shù)據(jù)衣服和手套將成為今后的研究重點(diǎn)。

4.4 智能語音虛擬建模

虛擬現(xiàn)實(shí)建模過程是較為復(fù)雜的，需要有較多的時(shí)間和精力。假設(shè)將智能、語音識(shí)別等技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的話，可以很好的對(duì)這一問題加以解決?？梢詫⒛Ｐ偷姆椒ā傩?、特點(diǎn)的描述利用語音識(shí)別技術(shù)來對(duì)建模數(shù)據(jù)加以轉(zhuǎn)化，之后再使用計(jì)算機(jī)的圖像處理技術(shù)以及人工智能來進(jìn)行設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)，將模型用對(duì)象進(jìn)行表示，同時(shí)邏輯地使各個(gè)模型進(jìn)行動(dòng)、靜態(tài)的連接，最終創(chuàng)建出系統(tǒng)模型。在模型形成后對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，給出一定的評(píng)價(jià)結(jié)果，同時(shí)由人工使用語言對(duì)其編輯和確認(rèn)。

4.5 應(yīng)用大型分布式網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)

分布式網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)是將零散的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和仿真器利用網(wǎng)絡(luò)將其連接在一起，采取協(xié)調(diào)一致的標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及協(xié)議，創(chuàng)建出一個(gè)在空間、時(shí)間相互聯(lián)系的虛擬合成系統(tǒng)，使用者可以進(jìn)行自由的交互。當(dāng)前，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)交互已經(jīng)成為國(guó)際上的研究熱門。網(wǎng)絡(luò)分布式顯示虛擬在航天上有著極為重要的應(yīng)用價(jià)值，可以減少研制經(jīng)費(fèi)以及設(shè)備費(fèi)，同時(shí)可以降低人員的出差費(fèi)以及出差造成的不適。

5 結(jié)語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著廣闊發(fā)展前景的高新技術(shù)，但是仍有著諸多的需要解決的問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)生活中的許多方面得到應(yīng)用，并發(fā)揮出了極為重要的作用。作為二十一世紀(jì)大力發(fā)展的技術(shù)，在今后的發(fā)展中將會(huì)取得越來越廣泛的應(yīng)用，將會(huì)對(duì)人們的習(xí)慣以及理念加以改變，同時(shí)深入的應(yīng)用與我們的日程生活和工作中。

參考文獻(xiàn)

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篇（3）

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）技術(shù)利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及顯示技術(shù)，生成三維的虛擬環(huán)境，介入者利用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，或者帶上頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)入虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，并且能夠感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象，獲得身臨其境的感受和體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸感、交互性和想象力三個(gè)基本特征。在具體的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以作為主角存在于虛擬環(huán)境中，對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操作并從環(huán)境中得到自然的反饋，而且當(dāng)學(xué)生沉浸在多維信息空間中時(shí)，能夠主動(dòng)地獲取知識(shí)，尋求解答，形成新的概念。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其諸多的優(yōu)點(diǎn)決定了它在教育領(lǐng)域中的重要作用。一是避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來的各種危險(xiǎn)并降低真實(shí)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)用品損耗；二是在虛擬實(shí)驗(yàn)中可以獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的學(xué)習(xí)效果，還可根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展需求“引入”新設(shè)備，不斷對(duì)新設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展。三是徹底打破空間與時(shí)間的限制?？傊?，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合多媒體技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，能提高實(shí)驗(yàn)效果與效率，充分發(fā)揮教學(xué)優(yōu)勢(shì)。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)室是由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)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。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生能夠在計(jì)算機(jī)建立的三維的模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中從不同的視角觀察一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過鼠標(biāo)的選擇或者拖曳操作便可完成與虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間的交互。

（一）仿真實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)際上就是數(shù)字化的仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，一個(gè)真正的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的前臺(tái)是多媒體或是虛擬化的環(huán)境，后臺(tái)是實(shí)時(shí)仿真的過程。

目前的仿真軟件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體需求，選擇合適的開發(fā)工具。如何將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與虛擬化的儀器或多媒體環(huán)境有機(jī)的結(jié)合起來是虛擬實(shí)驗(yàn)室建立的關(guān)鍵和核心技術(shù)。

（二）支持技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)大致采用以下幾種方法：

1．使用JAVA+VRML進(jìn)行開發(fā)。Java目前已經(jīng)成為跨平臺(tái)應(yīng)用軟件開發(fā)的一種規(guī)范，主要討論對(duì)象行為。VRML是一種虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，著重于虛擬場(chǎng)景中對(duì)象的特征。采用JAVA+VRML混合編程是實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景控制等高級(jí)交互功能的有效方法。但基于VRML虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)在制作上較復(fù)雜，客戶端需要有大量的專業(yè)的設(shè)備（如頭盔、觸覺手套等），附加成本較高，并且運(yùn)行VRML對(duì)客戶端計(jì)算機(jī)的性能要求也很高。

2．使用ActiveX控件進(jìn)行開發(fā)。ActiveX技術(shù)是Microsoft為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要而將OLE技術(shù)在Internet上的重定義。在虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)過程中，代碼復(fù)用性對(duì)于持續(xù)開發(fā)過程尤為重要?？梢岳肰B、VC++、Delphi、Builder等任何一種支持COM規(guī)范的開發(fā)工具來進(jìn)行ActiveX控件的開發(fā)。由于ActiveX控件只能運(yùn)行在基于MicrosoftWindows的操作系統(tǒng)，因而移植性和通用性較差。

3．使用QuickTimeVR進(jìn)行開發(fā)。QuickTimeVR（簡(jiǎn)稱QTVR）是新一代的、基于靜態(tài)圖像處理的實(shí)景建模的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。QTVR可以應(yīng)用照片、錄像或數(shù)字圖像等離散數(shù)據(jù)來創(chuàng)建虛擬環(huán)境，完成三維空間及三維物體的造型，并實(shí)現(xiàn)全方位觀察。具有更高的真實(shí)感、更豐富的圖像和更鮮明的細(xì)節(jié)特征。QTVR制作簡(jiǎn)單、周期較短、可控性也很強(qiáng)，對(duì)開發(fā)一些簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的難度不大。

4．使用FLASH進(jìn)行開發(fā)。FLASH是一種基于矢量的圖形系統(tǒng)，具有短小精悍、任意縮放、兼容性良好、嵌入ActionScript腳本功能等特點(diǎn)。而且Flash中的工作組功能極為強(qiáng)大，包含一套新的工作流程，可自動(dòng)更新Flash網(wǎng)站的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，從而大大節(jié)約了開發(fā)者的時(shí)間。因此，F(xiàn)lashActionScript是網(wǎng)上教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的最佳平臺(tái)。

（三）功能模塊設(shè)計(jì)

無論建設(shè)哪個(gè)學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從功能模塊上均可劃分為三個(gè)部分。

1．網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。用戶可通過網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)個(gè)人信息并經(jīng)過驗(yàn)證后登錄虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。登錄該系統(tǒng)后學(xué)生可自主選擇將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際需要獲得相關(guān)的指導(dǎo)。

2．仿真實(shí)驗(yàn)。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，設(shè)計(jì)出用于測(cè)試的虛擬儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)線路或回路、實(shí)驗(yàn)元器件或構(gòu)件庫(kù)、判別實(shí)驗(yàn)效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。用戶選擇相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)以后，根據(jù)提示進(jìn)行相關(guān)的操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

篇（4）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(ⅥrnJalReaJ時(shí)，簡(jiǎn)稱vR技術(shù))出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，隨著處理器技術(shù)的大幅度提高以及圖形繪制技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展，近幾十年來在國(guó)內(nèi)外形成了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的研究熱潮。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一種先進(jìn)的人機(jī)界面，它通過為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等直觀而自然的實(shí)時(shí)感知交互的方法和手段，最大程度地方便用戶的操作，從而減輕了用戶的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的工作效率。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有3個(gè)突出特征：沉浸性、交互性、想象性。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由兩部分組成：一部分為創(chuàng)建的虛擬環(huán)境，另一部分為介入者。虛擬現(xiàn)實(shí)的核心是強(qiáng)調(diào)兩者之間的交互操作，即反映出人在虛擬環(huán)境中的體驗(yàn)。我們可以給出如圖1的虛擬現(xiàn)實(shí)的概念模型。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1．虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)共享程度高。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在地域和時(shí)間上的限制，它不僅可以接受本地用戶的訪問，有訪問權(quán)限的異地用戶也可以使用系統(tǒng)。并且也無需考慮使用時(shí)間的問題，實(shí)驗(yàn)者可以隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為用戶提供了一個(gè)可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪問的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，極大地提高了信息與實(shí)驗(yàn)資源的共享程度。

(2)強(qiáng)大的交互能力。為了向用戶提供一個(gè)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)往往都具有強(qiáng)大的交互能力，實(shí)驗(yàn)者和虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間可以通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊或者拖曳操作進(jìn)行交互，實(shí)驗(yàn)者可以實(shí)時(shí)地觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

(3)支持協(xié)作。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了多種方式來完成用戶間的信息交流。

2．虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建模

如何構(gòu)建教學(xué)型虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使其能夠擁有豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容表現(xiàn)方式、提供形象生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)從感知到理解的過程，一直是研究教學(xué)型虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的熱點(diǎn)問題之一。

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建是將多種技術(shù)綜合運(yùn)用，首先構(gòu)建實(shí)驗(yàn)過程所需要的各種儀器設(shè)備，對(duì)于場(chǎng)景進(jìn)行建模。三維虛擬場(chǎng)景模塊的建立是以某一實(shí)景為基礎(chǔ)的，因此在虛擬場(chǎng)景建模之前需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行實(shí)地考察并對(duì)建筑物進(jìn)行篩選，從而構(gòu)建具有真實(shí)感的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。對(duì)于儀器設(shè)備完全用ⅥML語言建立復(fù)雜的三維模型是相當(dāng)煩瑣的，而且建模方法缺乏直觀性，而3DSMAX強(qiáng)大的三維建模功能以及對(duì)具有轉(zhuǎn)換為V文件格式輸出的功能，使其在三維虛擬場(chǎng)景中廣泛應(yīng)用。我們?cè)趯?shí)際的建模過程中根據(jù)要建立模型的特點(diǎn)選擇建模方法。簡(jiǎn)單模型，直接采用VRML中簡(jiǎn)單幾何體拼貼紋理的方法，對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)景則采用3DsMAx建模后以VRMI，文件格式輸出。當(dāng)然在虛擬實(shí)驗(yàn)的建模過程中的龐大建模工作量對(duì)軟件的建模效率以提出了很高的要求，于是，在該建模過程中我還采用了高效的照片建模軟件Canoma，Canoma是MetaCreations公司(即現(xiàn)在的Vie、vpoint公司)的軟件產(chǎn)品，利用它可以讓我們無需建模，即可直接從一張或幾張照片制作三維模型，因?yàn)槭褂谜鎸?shí)照片直接生成三維模型，所以效果非常真實(shí)；而且CaIloma可生成網(wǎng)絡(luò)使用的VRM，文件格式。為了能夠反映真實(shí)儀器設(shè)備的特性，有時(shí)還采用FLASH技術(shù)來達(dá)到儀器設(shè)備外觀的逼真性，并提供一些基本的交互。

3．虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的交互

交互性是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要問題。一類是用戶在瀏覽場(chǎng)景的時(shí)候，主要的輸入設(shè)備就是鼠標(biāo)，這時(shí)候檢測(cè)器實(shí)際上是檢測(cè)用戶對(duì)于鼠標(biāo)的各種操作動(dòng)作，如鼠標(biāo)的單擊、指向、拖動(dòng)等等，從而場(chǎng)景做出相應(yīng)的反應(yīng)。檢測(cè)這類動(dòng)作的監(jiān)測(cè)器是接觸型監(jiān)測(cè)器。描述這類監(jiān)測(cè)器的節(jié)點(diǎn)有接觸監(jiān)測(cè)器節(jié)點(diǎn)TouchSensor以及PlaneSensor節(jié)點(diǎn)、SphereSensor節(jié)點(diǎn)、CylinderSenS0r節(jié)點(diǎn)；另一類是用戶和場(chǎng)景中某對(duì)象接近的程度，對(duì)象做出相應(yīng)的反應(yīng)，使得用戶和虛擬對(duì)象之間形成交互。

將所有儀器設(shè)備成功地加入到場(chǎng)景當(dāng)中之后，用戶應(yīng)該可以隨意地拿起自己需要的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以要提供用戶選取實(shí)驗(yàn)器材的接口。當(dāng)用戶在選擇某件儀器，為了提供給用戶選擇的接口，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)儀器原型中設(shè)計(jì)了供用戶選擇的按鈕。如果選中時(shí)就可以點(diǎn)擊按鈕“tal(e，無需使用就只要點(diǎn)擊“放回”按鈕。由于用戶需要與系統(tǒng)進(jìn)行交互，同時(shí)系統(tǒng)需要根據(jù)用戶的選擇與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信，因此我們使用JavaApplet。Applet具有良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸透明性，圖2顯示了瀏覽器通過Appl訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的整個(gè)過程。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1．軟件程序集成

軟件程序是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重要內(nèi)容，是系統(tǒng)的靈魂所在。在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，我們將軟件程序部分按照層次化和模塊化的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行集成。集成化的軟件程序依據(jù)集成度的大小分為不同層次的模塊，分屬不同層次的模塊充分體現(xiàn)了整體和部分的關(guān)系，各模塊都可以看成是下一層次多個(gè)模塊集成的整體，每一個(gè)模塊又都可以看成是上一層次模塊中的一部分，各層次之間互為整體和部分的關(guān)系為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)架提供了靈活的方式。

2．系統(tǒng)功能集成

系統(tǒng)功能集成是建立在軟件程序集成的基礎(chǔ)之上的，系統(tǒng)功能集成是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成的重要體現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效集成度是系統(tǒng)功能集成的重要基礎(chǔ)。在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，軟件程序的集成保證了系統(tǒng)功能在不同層面上的集成度和在各層面之間的靈活性。以不同集成度來形成的系統(tǒng)功能整體在系統(tǒng)構(gòu)建、修改、維護(hù)等方面起到了重要的結(jié)構(gòu)化支持作用。

3．儀器軟面板集成

儀器軟面板是虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重要特色之一。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，儀器設(shè)備一般會(huì)自帶一個(gè)顯示屏，以及相關(guān)的操作組件和按鈕來形成一個(gè)操作面板，這個(gè)面板的形式以及各組件和按鈕的功能是固定的，不能修改和設(shè)置。在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，各種儀器設(shè)備的操作面板集中顯示在計(jì)算機(jī)的顯示屏幕上，這種面板由軟件程序來形成和設(shè)置，由鍵盤、鼠標(biāo)以及其他的外部輸入設(shè)備來控制，面板的形式以及各組件和按鈕的功能可以根據(jù)需要自定義，可以將多個(gè)儀器的面板組合在一起，也可以將某一個(gè)儀器的面板簡(jiǎn)化。儀器軟面板形式和功能上的這種靈活性正是系統(tǒng)集成度的體現(xiàn)。

4。網(wǎng)絡(luò)集成

網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使得分布式結(jié)構(gòu)成為可能。在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，我們通過網(wǎng)絡(luò)可以突破時(shí)間和空間的限制，將更多的協(xié)議方和操作方以一定的集成度集成在一起，共同完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我們?cè)谡劶尚缘膯栴}的時(shí)候，一定是和相應(yīng)的分散度聯(lián)系在一起的，就如同整體和部分之間的關(guān)系，每一個(gè)整體都可以看作更大的整體的一部分，而每一個(gè)部分又都可以看成更多小部分的整體。網(wǎng)絡(luò)的分布式保證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集成性。

四、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

從虛擬實(shí)驗(yàn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀需求出發(fā)，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1．資源開放

從虛擬實(shí)驗(yàn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度來看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的有效資源全部開放，這使得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從開發(fā)到操作，再到后期數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)課程的復(fù)習(xí)全部開放給學(xué)生，學(xué)生可以利用系統(tǒng)軟件程序模塊和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)模板等幫助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的形成與開發(fā)；利用數(shù)據(jù)分析與處理工具包進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理，獲得規(guī)律性認(rèn)識(shí)：教師的指導(dǎo)性意見、學(xué)生的交流信息和實(shí)驗(yàn)故障和誤差分析等信息資料，可以幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程總結(jié)和復(fù)習(xí)中取長(zhǎng)補(bǔ)短、鞏固知識(shí)。

2．組織形式開放

虛擬實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)和實(shí)驗(yàn)操作等網(wǎng)絡(luò)化、平臺(tái)化，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、時(shí)間以及地點(diǎn)等組織形式是開放的具備可選擇性。針對(duì)目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要跨學(xué)科、跨地域、多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)同時(shí)開展等現(xiàn)狀要求，虛擬實(shí)驗(yàn)所具備的組織形式開放性為實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的擴(kuò)展提供了技術(shù)準(zhǔn)備。

3．對(duì)象開放

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2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)（1）廣角立體顯示技術(shù)以往的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)如果具有足夠準(zhǔn)確的模型也可以精確產(chǎn)生不同事物的形象，但是對(duì)于一些特殊情況，圖像的刷新就相當(dāng)重要，同時(shí)也要求較高的圖像質(zhì)量。實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)可以做到實(shí)時(shí)、快速刷新圖像，圖像質(zhì)量也較高，這項(xiàng)技術(shù)在模擬飛行系統(tǒng)中運(yùn)用較為廣泛。（2）觸覺與力覺反饋技術(shù)觸覺與力覺反饋技術(shù)通過在手套中安裝一些可以振動(dòng)的觸點(diǎn)來模擬觸覺，使人們能夠在虛擬世界中直接對(duì)見到的事物進(jìn)行操作，從而能夠感受到物體對(duì)人體所產(chǎn)生的反作用力。該技術(shù)使虛擬環(huán)境更加逼真，使人們產(chǎn)生身臨其境的感覺，從而更為準(zhǔn)確地反映出虛擬環(huán)境狀況。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在展示設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.打破了展示設(shè)計(jì)中時(shí)間與空間所帶來的局限性在展示設(shè)計(jì)中利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以打破時(shí)間與空間所帶來的局限性，無論是宇宙天體，還是原子粒子，展示設(shè)計(jì)人員都可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自由進(jìn)入物體內(nèi)部，通過對(duì)各環(huán)節(jié)的工作情況和各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系進(jìn)行考察，從而對(duì)物體進(jìn)行全方位的細(xì)致研究和分析。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也能打破時(shí)間所帶來的局限性，它能夠展示一些需要經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生的變化，這對(duì)展示設(shè)計(jì)具有重要的意義。

2.可以彌補(bǔ)展示設(shè)計(jì)中的不足將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于展示設(shè)計(jì)中，可以彌補(bǔ)在設(shè)計(jì)過程中由于場(chǎng)地、設(shè)備以及經(jīng)費(fèi)的局限而導(dǎo)致的一些設(shè)計(jì)工作無法順利開展的不足，使環(huán)境設(shè)計(jì)的實(shí)際效果能夠得到保證。由于在展示設(shè)計(jì)中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員不需要實(shí)地考察，只需要電腦便可以了解到具體的場(chǎng)景，從而減少了展示設(shè)計(jì)成本的支出，也可增加人們對(duì)設(shè)計(jì)的感性認(rèn)識(shí)，便于人們準(zhǔn)確理解和掌握展示設(shè)計(jì)的內(nèi)容，進(jìn)而使得展示設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到提升。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在展示設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景

1.圖形、輸入輸出、處理能力等方面的突破虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)較為全面的設(shè)計(jì)表達(dá)系統(tǒng)，它能夠突破以往電腦效果圖的維度限制，將各種類型的環(huán)境數(shù)據(jù)體現(xiàn)在展示設(shè)計(jì)中。這些方面的完善和改進(jìn)帶動(dòng)了展示設(shè)計(jì)的革新，使得展示設(shè)計(jì)師的地位也獲得了提高。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，參觀者能更加深入地感受參觀經(jīng)歷的微妙性、復(fù)雜性、趣味性，從而使展示設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到提高。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該注重與其他技術(shù)的結(jié)合如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在展示設(shè)計(jì)中的應(yīng)用應(yīng)該越來越注重與其他技術(shù)的結(jié)合，使設(shè)計(jì)人員能夠從不同角度對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行直觀的展示，從而設(shè)計(jì)出更加人性化的作品。在展示設(shè)計(jì)中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種新穎的方式，在未來會(huì)有很大的發(fā)展前景。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)在展示設(shè)計(jì)中得到更為廣泛的應(yīng)用，其作用也將越來越受到人們的關(guān)注。

篇（6）

關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí) 3D虛擬商城 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

key word: Virtual reality 3D hypothesized commercial city distributional virtual reality

一、引言

隨著Internet的發(fā)展,人們的商務(wù)行為已經(jīng)從傳統(tǒng)商務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮由虅?wù)。在各種各樣的電子商務(wù)中,最為重要的一種就是網(wǎng)上商店。人們可以足不出戶,在家里的電腦上就可以買到幾乎所有的商品。目前除了2D網(wǎng)頁式的實(shí)現(xiàn)方式以外,分布式虛擬環(huán)境是網(wǎng)上商店的一種更新、更好、更合適的實(shí)現(xiàn)方式。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR, Virtual Reality)也被稱為虛擬環(huán)境 (Virtual Environment. VE)、人工現(xiàn)實(shí)((Artificial Reality),電腦空間((Cyberspace).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)。它是作為一種綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù),目前所涉及的研究應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)包括軍事、 醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、教育、科研、商業(yè)、影視等,VR技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為是 21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。

虛擬現(xiàn)實(shí)的研究開發(fā)工作可追溯到80年代初。如1983年美國(guó)國(guó)防部(DOD)制定了SIMENT的研究計(jì)劃;1985年SGI公司開發(fā)成功了網(wǎng)絡(luò)VR游戲DogFlight。到90年代初,美國(guó)率先將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于軍事領(lǐng)域,主要用于以下四個(gè)方面:虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境;進(jìn)行單兵模擬訓(xùn)練;實(shí)施諸軍兵種聯(lián)合演習(xí);進(jìn)行指揮員訓(xùn)練。一些著名大學(xué)和研究所的研究人員也開展了對(duì)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究工作,并陸續(xù)推出了多個(gè)實(shí)驗(yàn)性DVR系統(tǒng)或開發(fā)環(huán)境,典型的例子有美國(guó)NPS開發(fā)的NPSNET(1990)、瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所的DIVE(1993)及英國(guó)Nottingham大學(xué)的AVIARY(1994)。

目前虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃樗膫€(gè)層次:一是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),也稱窗口中的VR。它可以通過桌上型機(jī)實(shí)現(xiàn),所以成本較低,功能也最簡(jiǎn)單,主要用于CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)建筑設(shè)計(jì)、桌面游戲等領(lǐng)域。二是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),又稱為混合虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),它是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng)。三是沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),如各種用途的體驗(yàn)器,使人有身臨其境的感覺,各種培訓(xùn)、演示以及高級(jí)游戲等用途均可用這種系統(tǒng)。四是網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(Distributed Virtu al Reality,DVR),它在因特網(wǎng)環(huán)境下,充分利用分布于各地的資源,協(xié)同開發(fā)各種虛擬現(xiàn)實(shí)的利用。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)將分散的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或仿真器通過網(wǎng)絡(luò)連接起來,采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫(kù),形成一個(gè)在實(shí)踐和空間上互相耦合的虛擬/合成環(huán)境,參與者可自由地進(jìn)行交互作用。目前,分布式虛擬交互仿真已經(jīng)成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn),相繼推出了 DIS、MA等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)在航天中極具應(yīng)用價(jià)值,例如,國(guó)際空間站的參與國(guó)分布在世界不同區(qū)域,分布式虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練環(huán)境不需要在各國(guó)重建仿真系統(tǒng),這樣不僅減少了研制費(fèi)設(shè)備費(fèi)用,而且也減少了人員出差的費(fèi)用和異地生活的不適。它通常是浸沉虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展,也就是把分布于不同地方的沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過因特網(wǎng)連接起來,共同實(shí)現(xiàn)某種用途。

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教育、科學(xué)計(jì)算可視化、工程技術(shù)、建筑、電子商務(wù)、交互式娛樂、藝術(shù)等領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用前景。利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、設(shè)計(jì)協(xié)作系統(tǒng)、實(shí)境式電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬社區(qū)全新的應(yīng)用系統(tǒng)。典型的應(yīng)用領(lǐng)域有:(1)教育應(yīng)用:把分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等領(lǐng)域,由于數(shù)據(jù)更加逼真,大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的學(xué)習(xí)興趣,效果十分顯著。同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、心理學(xué)、教育學(xué)等多種學(xué)科的相互結(jié)合、促進(jìn)和發(fā)展,系統(tǒng)因此能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機(jī)對(duì)話方式。(2)工程應(yīng)用:當(dāng)前的工程很大程度上要依賴于圖形工具,以便直觀地顯示各種產(chǎn)品,目前,CAD/CAM已經(jīng)成為機(jī)械、建筑等領(lǐng)域必不可少的軟件工具。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用將使人員能通過全球網(wǎng)或局域網(wǎng)按協(xié)作方式進(jìn)行三維模型的設(shè)計(jì)、交流和,從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率并削減成本.(3)商業(yè)應(yīng)用:對(duì)于那些期望與顧客建立直接聯(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,Internet具有特別的吸引力。分布式虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用有可能大幅度改善顧客購(gòu)買商品的經(jīng)歷。(4)娛樂應(yīng)用:娛樂領(lǐng)域是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境,從而使人們能夠享受其中的樂趣,帶來更好的娛樂感覺。

三、3D虛擬商城

目前,電子商務(wù)潮流充斥著整個(gè)社會(huì),給整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來了無限商機(jī),隨之出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)世界中的在線虛擬商城也擁有很多好處,比如可以每周七天每天24小時(shí)不間斷營(yíng)業(yè),用戶可以很方便地通過搜索來找到他所需要的項(xiàng)目和產(chǎn)品,還有很重要的是不用實(shí)體店面可以節(jié)省很多的成本。但是,在線虛擬商城中,用戶總會(huì)覺得產(chǎn)品太少,而且覺得只你一個(gè)人在購(gòu)物,很孤單。在這種環(huán)境下,用戶不愿意像在實(shí)體店中那樣逗留很久。最終,在網(wǎng)上虛擬商城中的消費(fèi)也大打折扣。為了滿足人們的更高需求,突破2D網(wǎng)頁界面的網(wǎng)頁的3D虛擬商城等正在逐步走入并將逐漸占領(lǐng)整個(gè)商業(yè)市場(chǎng)。

3D虛擬商城是一種基于Internet的虛擬購(gòu)物環(huán)境,它采用C2C的電子商務(wù)模式,讓用戶在3D虛擬環(huán)境中漫游,能進(jìn)行交互式的操作,全面虛擬了購(gòu)物的瀏覽、挑選、支付的過程,使用戶有身臨其境的感受;同時(shí)還會(huì)提供數(shù)字化的管理,商品分類清楚,搜索方便,具有完備的財(cái)務(wù)系統(tǒng)和可靠的安全系統(tǒng),確保購(gòu)物的有效性,完整性和機(jī)密性。3D虛擬的商城中3D語音和圖像功能為顧客提供身臨其境的、互動(dòng)以及網(wǎng)絡(luò)一體化的虛擬世界。顧客可以通過創(chuàng)建個(gè)人化的“虛擬替身”(avatar),在3D虛擬商店中瀏覽商品和購(gòu)物,同時(shí)與來自世界各地的其他顧客和銷售人員互動(dòng)交流;其次,顧客也可以參加由虛擬商店職員提供的商品演示或使用指導(dǎo);第三,顧客可以通過組建社會(huì)化或虛擬的購(gòu)物群組,與他們的朋友、家人和同事共同舉辦網(wǎng)上購(gòu)物聚會(huì),共同分享購(gòu)物的樂趣與經(jīng)驗(yàn),開創(chuàng)全新的輔助式電子商務(wù)或社交性購(gòu)物的概念;第四,網(wǎng)上客戶服務(wù)將變得盡善盡美,客戶將不再需要通過電子郵件、點(diǎn)擊通話或?yàn)g覽數(shù)百頁的網(wǎng)上論壇來尋找所需的答案。一旦有任何疑問,便可立即登錄,向客戶服務(wù)代表尋求幫助、或者詢問另一位信用評(píng)級(jí)較高的顧客;第五,企業(yè)更可以利用網(wǎng)上商店,在虛擬環(huán)境中測(cè)試新的店面設(shè)計(jì)和構(gòu)思。因此建立并發(fā)展3D虛擬商店具有實(shí)際意義。

四、DVR(Distributed Virtual Reality,DVR)在虛擬商城中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界,提供使用者關(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,可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的興起,為人機(jī)交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域;為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具;為各類工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法。它充分利用計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的集成技術(shù),提供了一種實(shí)時(shí)、三維的虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment),使用者完全可以進(jìn)入虛擬環(huán)境中,觀看計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬世界,聽到逼真的聲音,在虛擬環(huán)境中交互操作,有真實(shí)感,可以講話,并且能夠嗅到氣味。DVR技術(shù)的發(fā)展始終圍繞它的三個(gè)特征而前進(jìn),即沉浸感、交互性和構(gòu)想。這三個(gè)重要特征與其相鄰近的技術(shù)(如多媒體技術(shù),計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)等)相區(qū)別,沉浸感是指計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺,如同進(jìn)入了一個(gè)真實(shí)的客觀世界; 交互性是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互,操作或者交流;構(gòu)想是指虛擬環(huán)境可使人沉浸其中并且獲取新的知識(shí),提高感性和理性認(rèn)識(shí),從而深化概念并萌發(fā)新意。因而可以說虛擬現(xiàn)實(shí)可以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維。這些特點(diǎn)均為三維虛擬商城的建立和發(fā)展提供了良好的技術(shù)支持,基于DVR平臺(tái)的三維虛擬商城將是電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)商城發(fā)展的必然趨勢(shì)。

其中三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究、三維虛擬商店的碰撞檢測(cè)方法、三維虛擬商店的動(dòng)態(tài)交互等都是基于DVR的技術(shù)支持。三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究是為了提高系統(tǒng)的安全性和綜合性能,方便以后對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行完善和擴(kuò)張進(jìn)行的,系統(tǒng)采用MVC三層結(jié)構(gòu)。對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵信息進(jìn)行了封裝,而且大部分業(yè)務(wù)邏輯處理都集中在服務(wù)器上,提高系統(tǒng)安全性和性能。三維場(chǎng)景的碰撞檢測(cè)對(duì)于提高虛擬系統(tǒng)的真實(shí)性、增強(qiáng)虛擬環(huán)境的沉浸感有至關(guān)重要的作用;三維虛擬商店的動(dòng)態(tài)交互主要研究三維虛擬場(chǎng)景中物體的動(dòng)態(tài)添加、三維場(chǎng)景中物體的材質(zhì)的更新、三維場(chǎng)景與數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)等問題。

虛擬商城的展示在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用,成為實(shí)物展示的重要互補(bǔ)。我國(guó)在虛擬商店展示領(lǐng)域的研究比較落后,對(duì)虛擬展示系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)沒有形成完整的理論和方法,特別在商店的設(shè)計(jì)與制作方面,缺乏有效的開發(fā)平臺(tái)。而網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)的發(fā)展為商家與客戶進(jìn)行信息交流開辟了一條新途徑,特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,為網(wǎng)上最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上虛擬展示的“真實(shí)化”提供了可能。

參考文獻(xiàn):

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篇（7）

VR藝術(shù)是伴隨著“虛擬現(xiàn)實(shí)時(shí)代”的來臨應(yīng)運(yùn)而生的一種新興而獨(dú)立的藝術(shù)門類，在《虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)： 形而上的終極再創(chuàng)造》一文中，關(guān)于VR藝術(shù)有如下的定義：“以虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等人工智能技術(shù)作為媒介手段加以運(yùn)用的藝術(shù)形式，我們稱之為虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)，簡(jiǎn)稱VR藝術(shù)。該藝術(shù)形式的主要特點(diǎn)是超文本性和交互性?！?/p>

作為現(xiàn)代科技前沿的綜合體現(xiàn)，VR藝術(shù)是通過人機(jī)界面對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種新的藝術(shù)語言形式，它吸引藝術(shù)家的重要之處，在于藝術(shù)思維與科技工具的密切交融和二者深層滲透所產(chǎn)生的全新的認(rèn)知體驗(yàn)。與傳統(tǒng)視窗操作下的新媒體藝術(shù)相比，交互性和擴(kuò)展的人機(jī)對(duì)話，是VR藝術(shù)呈現(xiàn)其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在。從整體意義上說，VR藝術(shù)是以新型人機(jī)對(duì)話為基礎(chǔ)的交互性的藝術(shù)形式，其最大優(yōu)勢(shì)在于建構(gòu)作品與參與者的對(duì)話，通過對(duì)話揭示意義生成的過程。

藝術(shù)家通過對(duì)VR、AR等技術(shù)的應(yīng)用，可以采用更為自然的人機(jī)交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的術(shù)環(huán)境和現(xiàn)實(shí)情況下不能實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想，并賦予創(chuàng)造的過程以新的含義。如具有VR性質(zhì)的交互裝置系統(tǒng)可以設(shè)置觀眾穿越多重感官的交互通道以及穿越裝置的過程，藝術(shù)家可以借助軟件和硬件的順暢配合來促進(jìn)參與者與作品之間的溝通與反饋，創(chuàng)造良好的參與性和可操控性；也可以通過視頻界面進(jìn)行動(dòng)作捕捉，儲(chǔ)存訪問者的行為片段，以保持參與者的意識(shí)增強(qiáng)性為基礎(chǔ)，同步放映增強(qiáng)效果和重新塑造、處理過的影像；通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)等形式，將數(shù)字世界和真實(shí)世界結(jié)合在一起，觀眾可以通過自身動(dòng)作控制投影的文本，如數(shù)據(jù)手套可以提供力的反饋，可移動(dòng)的場(chǎng)景、360度旋轉(zhuǎn)的球體空間不僅增強(qiáng)了作品的沉浸感，而且可以使觀眾進(jìn)入作品的內(nèi)部，操縱它、觀察它的過程，甚至賦予觀眾參與再創(chuàng)造的機(jī)會(huì)。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)，這比現(xiàn)有的采用教科書的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在20世紀(jì)90年代初基于兩個(gè)SGI工作站建立了一個(gè)虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練器，用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。這個(gè)虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術(shù)臺(tái)與手術(shù)燈，虛擬的外科工具，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)。但該系統(tǒng)有待進(jìn)一步改進(jìn)，如需提高環(huán)境的真實(shí)感，增加網(wǎng)絡(luò)功能，使其能同時(shí)培訓(xùn)多個(gè)使用者，或可在外地專家的指導(dǎo)下工作等。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，VR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(chǎng)地等的限制，所以培訓(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。外科醫(yī)生在動(dòng)手術(shù)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。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。

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二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與動(dòng)畫藝術(shù)的融合之路

動(dòng)畫在當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展中，在形式上很多情況不能滿足商業(yè)或藝術(shù)上的要求，這就要求動(dòng)畫技術(shù)進(jìn)行革新以滿足其需求。然而，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使動(dòng)畫藝術(shù)在表現(xiàn)形式上更廣，甚至促進(jìn)新興行業(yè)的產(chǎn)生。例如，虛擬三維仿真動(dòng)畫游戲，建筑漫游交互可視化，模擬軍事、工業(yè)制作互動(dòng)領(lǐng)域。

三、模擬真實(shí)環(huán)境，實(shí)時(shí)仿真交互

模擬真實(shí)環(huán)境主要是應(yīng)用在商業(yè)中，早在加拿大，就已經(jīng)投入運(yùn)用了，即，在商業(yè)會(huì)議中，會(huì)議中的人員都不會(huì)到場(chǎng)，而是在家拿出手機(jī)或是電腦，進(jìn)入一個(gè)虛擬的辦公環(huán)境中，大家都坐下來開會(huì)就好了。這樣就大大節(jié)省了資源。在虛擬的環(huán)境中每個(gè)模型的外形，進(jìn)行真實(shí)的擬合，然后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維模型。比如，藍(lán)天白云花草樹木的模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)主題公園真實(shí)模擬、真實(shí)的建筑場(chǎng)景等。

四、動(dòng)畫藝術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展

動(dòng)畫藝術(shù)的設(shè)計(jì)可以挖掘傳統(tǒng)文化中的元素。傳統(tǒng)文化經(jīng)過幾千年的沉淀，所留下來的優(yōu)秀文化大多是符合大眾口味，都有其獨(dú)特的藝術(shù)形式，吸引著各自的愛好群體。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)隨著科技的發(fā)展，也日益健壯，把動(dòng)畫藝術(shù)融入到虛擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，其視感、觸覺可謂大為觀止。建筑行業(yè)中，為了把握市場(chǎng)趨勢(shì)，果斷啟用最新技術(shù)把握住了商機(jī)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)甚至成了當(dāng)今房地產(chǎn)行業(yè)綜合實(shí)力的象征與標(biāo)志；工業(yè)生產(chǎn)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給其帶來了便捷，提高了效率，更是減少了損失；在軍事模擬動(dòng)畫中，給戰(zhàn)士充足的現(xiàn)場(chǎng)感覺，提升了培訓(xùn)質(zhì)量。

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1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專利申請(qǐng)分析

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在2008年之前發(fā)展緩慢，每年的專利量均在200件之下，特別是從1997年至2001年，專利年申請(qǐng)量不到100件，主要是因?yàn)檫@段時(shí)期我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)處于發(fā)展初期與技術(shù)飛速發(fā)展的醞釀階段[1]。從2008年開始，VR領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢(shì)，尤其是2016年，專利申請(qǐng)量出現(xiàn)大幅上升，達(dá)到了1131件，比上一年度增長(zhǎng)了37.1%。可以預(yù)見，2017年虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面的專利數(shù)量將會(huì)有進(jìn)一步的突破。

對(duì)申請(qǐng)專利的法律狀態(tài)進(jìn)行分析，目前處于授權(quán)狀態(tài)的專利為1927件，而處于實(shí)質(zhì)審查中的專利為1881件，占到專利總量的36.8%，虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的專利三分之一以上的專利量為最近幾年申請(qǐng)?？梢?，我國(guó)VR技術(shù)雖然起步較晚，相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)還未成熟，但是未來的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，技術(shù)研發(fā)也在不斷加大。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)IPC分類分析

虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域?qū)＠鸌PC的分布反映了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研發(fā)的主要方向，同時(shí)預(yù)示著新一代產(chǎn)品和未來市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域?qū)＠饕蟹植荚谖锢眍I(lǐng)域（G部，占了9個(gè)），其中專利數(shù)量最多的類別為G06F3/01（用戶和計(jì)算機(jī)之間交互的輸入或輸出裝置），專利量達(dá)732件，占到專利總量的14.33%，其次為加蓋顯示器類別的專利（519件），其余類別的專利均在200件以下。排名前十的IPC分類中，唯一一個(gè)非G部的分類為電學(xué)領(lǐng)域（H部）中的圖像重現(xiàn)裝置，專利量為142件。 采用IPC大類方式進(jìn)行分類，A63（運(yùn)動(dòng)；娛樂；游戲）方面的專利有487件，并且相關(guān)專利主要集中在“使用二維或多維電子顯示器顯示與游戲有關(guān)圖像的游戲方面”。由此可見，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲方面已有了很好的布局，娛樂游戲領(lǐng)域?qū)?huì)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)申請(qǐng)人分析

對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)人的情況進(jìn)行分析，申請(qǐng)量前十的所屬機(jī)構(gòu)以公司為主（占了9個(gè)），唯一一個(gè)高校機(jī)構(gòu)排名第五。其中樂視公司以223件專利量排在首位，緊隨其后的是微軟公司（146件），索尼公司（121件），其余機(jī)構(gòu)的專利量均在100件以下。由此可知，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有重要的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，諸多企業(yè)都是申請(qǐng)?zhí)摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)專利的主力軍，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也具有重要的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，受到企業(yè)的重視。

從所屬國(guó)家的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，排名前十的機(jī)構(gòu)中，有三家來自美國(guó)（微軟、高通、IBM），兩家來自日本（索尼、佳能），一家來自韓國(guó)（三星），僅四家源自中國(guó)本土。由此可見，國(guó)外VR領(lǐng)域巨頭已在我國(guó)進(jìn)行了大量的專利布局，中國(guó)本土虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的發(fā)展必將面臨國(guó)外強(qiáng)勢(shì)機(jī)構(gòu)的技術(shù)壁壘。從申請(qǐng)期間和有效專利占比的對(duì)比數(shù)據(jù)中可以看到，微軟、索尼、三星以及IBM自上個(gè)世紀(jì)便開始在中國(guó)進(jìn)行VR領(lǐng)域?qū)＠牟季郑绕涫俏④浌?，不僅專利的申請(qǐng)量位居第二，其有效專利的占比也是高于同類企業(yè)，可見微軟公司非常重視中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的市場(chǎng)[2]。值得強(qiáng)調(diào)的是，樂視公司與北京小鳥看看科技有限公司的專利申請(qǐng)均從2015年開始，僅兩年的時(shí)間，前者申請(qǐng)了223件專利，后者申請(qǐng)量74件專利，可見這兩家公司在虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)研發(fā)上發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，雖然起步晚，但競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力不容小覷。

4.結(jié)論

我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專利主要集中在虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備輸入輸出裝置、顯示器、3D建模以及數(shù)據(jù)處理等方面。在娛樂游戲方面有大量專利涉及，該領(lǐng)域?qū)?huì)是VR技術(shù)未來發(fā)展的重要方向。同時(shí)，國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域巨頭已在我國(guó)進(jìn)行了大量的專利布局，在排名前十的高產(chǎn)機(jī)構(gòu)中，一半以上為外國(guó)企業(yè)，其中美國(guó)占據(jù)三個(gè)席位，表現(xiàn)出強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)本土企業(yè)雖然起步較晚，但是發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，最近幾年專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，尤其是樂視公司，旗下223件專利均為近兩年申請(qǐng)，占據(jù)十大高產(chǎn)機(jī)構(gòu)的榜首。由此可見，國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域巨頭雖然實(shí)力強(qiáng)勁，但是國(guó)內(nèi)企業(yè)若能把握技術(shù)要點(diǎn)，仍有很多突破機(jī)會(huì)，及時(shí)占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，甚至進(jìn)軍世界。

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多媒體技術(shù)的誕生及快速發(fā)展，為人們提供了新的思路和新的方法，用于解決過去難以解決的問題。目前，在科學(xué)研究、遠(yuǎn)程教育、現(xiàn)代醫(yī)療、軍事訓(xùn)練、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，特別是因特網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在全民教育中網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的作用及特點(diǎn)也愈加明顯，學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)提供了廣闊的學(xué)習(xí)空間，有效擴(kuò)大了學(xué)習(xí)規(guī)模，提高了教學(xué)效率。然而，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的客觀實(shí)際——教師與學(xué)生在現(xiàn)實(shí)空間中的分離，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中情感教學(xué)的嚴(yán)重缺乏。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是對(duì)虛擬想象（三維可視化的）或真實(shí)的、多感官的三維虛擬世界的模擬，是一種綜合技術(shù)。它涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、圖像處理與模式識(shí)別、多傳感器技術(shù)、語音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、人工智能等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性包括沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想象性（Imagination）。

沉浸性作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最主要的特征，就是讓用戶成為并感受到自己是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界中的一部分，感受到自身在虛擬世界中的主動(dòng)性，突破了被動(dòng)的觀察者的慣例，沉浸在虛擬世界之中，參與虛擬世界的各種活動(dòng)。虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性取決于用戶的感知系統(tǒng)，當(dāng)虛擬世界給予用戶多方位的感知刺激時(shí)，包括力覺、觸覺、味覺、嗅覺甚至運(yùn)動(dòng)感知和身體感知等，便會(huì)引起用戶的思維共鳴，造成心理沉浸，從而感覺到如同進(jìn)入一個(gè)真實(shí)存在的世界。

二、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中情感缺失問題突出

網(wǎng)絡(luò)教育是信息技術(shù)與教育理念共同發(fā)展的產(chǎn)物，其在教育領(lǐng)域中已經(jīng)成為不可或缺的一部分，為教育工作開拓了新的廣闊的發(fā)展空間，發(fā)揮著重要的作用。然而，網(wǎng)絡(luò)教育雖然提供了相對(duì)寬松、快捷、自由和開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，有著一些傳統(tǒng)教育不具有的優(yōu)勢(shì)，卻缺少了基于課堂教學(xué)的傳統(tǒng)教育中的情感因素。師生之間感情的流露、語言的交流和非語言（如手勢(shì)語、體態(tài)語等）的展示，無時(shí)無刻不在培養(yǎng)著處于這一環(huán)境中的每一個(gè)學(xué)生的道德、情感和人際溝通等方面的素質(zhì)。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中人的情感、態(tài)度、熱情是很難有效呈現(xiàn)的，這種現(xiàn)象已經(jīng)引起了社會(huì)各界人士的關(guān)注，很多學(xué)者就網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中情感缺失問題的原因及對(duì)策進(jìn)行了分析研究，并提出了很多應(yīng)對(duì)策略，包括轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育觀念、調(diào)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源中利于情感教學(xué)的因素、利用多媒體創(chuàng)設(shè)情境等，但取得的效果卻并不令人樂觀。

三、利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)創(chuàng)設(shè)分布式虛擬教學(xué)環(huán)境

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)根據(jù)“沉浸性”程度的高低和交互程度的不同，劃分為沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其中分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的目標(biāo)是在“沉浸式”虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于自然的交互方式，將分布在不同地理位置上的多個(gè)用戶或多個(gè)虛擬世界通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，使每個(gè)用戶同時(shí)參與到一個(gè)虛擬空間，計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與其他用戶進(jìn)行交互，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，以達(dá)到協(xié)同工作的目的。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的教育對(duì)象分布于全國(guó)各地，通過網(wǎng)絡(luò)集中在一起開展學(xué)習(xí)，可以采用分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供一個(gè)虛擬的、沉浸的教學(xué)環(huán)境，該環(huán)境可以多用戶同時(shí)進(jìn)入，用戶間、用戶與虛擬環(huán)境間可進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。

該分布式虛擬教學(xué)系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等組成，其中應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)可以根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)置場(chǎng)景布置、模型的紋理材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時(shí)交互性的強(qiáng)弱。而輸入/輸出設(shè)備是決定沉浸性的關(guān)鍵，以鍵盤、鼠標(biāo)為輸入設(shè)備，以2D顯示器為輸出設(shè)備，其沉浸性是最弱的，如果以數(shù)據(jù)衣、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)頭盔、力矩球、空間跟蹤器等作為輸入/輸出設(shè)備時(shí)，其沉浸性會(huì)很強(qiáng)烈。分布式虛擬教學(xué)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)將所有的用戶連接到系統(tǒng)中，用戶通過應(yīng)用軟件登陸，進(jìn)入系統(tǒng)，通過輸入設(shè)備將每名用戶的行為包括語言、動(dòng)作等輸入系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算后，系統(tǒng)作出反饋，通過輸出設(shè)備反饋給每名用戶，不同的用戶，輸入不同，得到的反饋也是不同的，包括整個(gè)虛擬環(huán)境也在以每名用戶為主體進(jìn)行實(shí)時(shí)的變化。

在分布式虛擬教學(xué)環(huán)境中同學(xué)們的表情、動(dòng)作等輸入都及時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)并作用于其他用戶（包括教師和虛擬課堂場(chǎng)景），其他用戶感知該用戶的行為后也會(huì)作出相應(yīng)的反應(yīng)，包括整個(gè)課堂場(chǎng)景的反饋，會(huì)實(shí)時(shí)地反饋給該用戶。如同在真實(shí)的傳統(tǒng)課堂中教學(xué)一樣，老師可以同時(shí)看到同學(xué)們的一舉一動(dòng)，而同學(xué)們也能通過面部表情的變化感受到老師在講授中的心理情感變化。每位同學(xué)的學(xué)習(xí)情況、知識(shí)的理解程度，都能實(shí)時(shí)反映給老師。盡管大家身處異地，相隔千里，但進(jìn)入虛擬教室后，就會(huì)感受到其他同學(xué)和老師就在自己身邊，感受到其他人的喜怒哀樂，他是虛擬的但他就在用戶的周圍、就在用戶的眼前，看得見、摸得著。這樣一來，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)不再像過去那樣，冷冰冰地只是一味地灌輸知識(shí)，沒有情感感知，沒有實(shí)時(shí)交互。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)在虛擬培訓(xùn)方面表現(xiàn)得比較突出。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入學(xué)習(xí)，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。

相信不僅的將來，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的不斷發(fā)展，虛擬世界與客觀真實(shí)世界的無限趨近，虛擬環(huán)境中的沉浸性一定會(huì)越來越令人震撼，其在教學(xué)中的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛，對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的發(fā)展也會(huì)產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。

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