虚拟技术的发展现状篇(1)

关键词:虚拟现实(VR);虚拟环境人机交互

一、引言

在信息技术发展的今天,人们的交流越来越多的依靠网络、广播、电视等媒体得到相关的信息资料,但是这些媒体提供的信息往往是经过抽象的,在很大程度上人们不能及时有效的进行理解吸收,解决这一问题人们只能借助于实物模型,但随着计算机技术的迅猛发展,使得人与计算机的交互成为可能,虚拟现实(VR)技术就是借助于这个基础上实现了人机交互,操作者可以通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等工具与计算机间的交互,真正成为虚拟环境中的一员,较真实的感知和操作虚拟世界中的各种对象,达到理解和掌握知识、为生产生活服务的目的。

二、虚拟现实技术简介

虚拟现实(简称VR),又称灵境技术, 是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其他客观限制,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。

计算机技术的迅速发展为我们提供了许多解决问题的新方法。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,目前虚拟现实系统的研究现状主要涉及到三个研究领域:依靠计算机图形方式建立实时的三维视觉效果、构建对虚拟世界的观察界面和使用虚拟现实技术加强其在现实世界中的应用。

三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术

从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。

（一）多感知性

所谓多感知性就是指导包括视觉感知外, 还包括听觉、力觉、触觉和运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。

（二）存在感

又称临场感,它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。

（三）交互性

它是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。

（四）自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等五个方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据, 并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。而三维图形的生成技术关键是如何实现“实时”生成。立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。

四、当今虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术的应用前景十分广阔。目前在娱乐、教育及艺术领域的应用占据主流,其次是军事与航空、医学领域,机器人和商业领域都占有一定比例,另外在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。

（一）娱乐、艺术与教育领域

丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR 成为理想的视频游戏工具。如Chicago(芝加哥) 开放了关于3025 年的一场未来战争的世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统;1992年的一台称为“LegealQust”的系统由于增加了人工智能功能,使计算机具备了自学习功能,大大增强了趣味性及难度,使该系统获该年度VR 产品奖。

作为传输显示信息的媒体,VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术,提高了艺术表现能力。

（二）军事与航天工业领域

模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题,这为VR提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIM NET的虚拟战场系统,以提供坦克协同训练,该系统可联结200多台模拟器。另外利用VR技术,可模拟零重力环境,以代替现在非标准的水下训练宇航员的方法。

（三） 医学领域

VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中,可以建立虚拟的人体模型,借助于跟踪球、HMD、感觉手套,学员们可以很容易了解人体内部各器官结构,这比现有的采用教科书的方式要有效得多。

Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器,用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯,虚拟的外科工具(如手术刀、注射器、手术钳等),虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套,使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。

另外,在远距离遥控外科手术,复杂手术的计划安排,手术过程的信息指导,手术后果预测及改善残疾人生恬状况,乃至新型药物的研制等方面,VR技术都有十分重要的意义。

（四）管理工程领域

VR 在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如设计一新型建筑物时,可以在建筑物动工之前用VR技术显示一下;当财政发生危机时,可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据以寻找对策等等。

以上仅列出虚拟现实的部分应用前景,可以预见,在不久的将来,虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯, 并将深入到人们的日常工作与生活。

五、虚拟现实技术的进一步展望

虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经走过了相当长的一段风雨历程。目前它的研究内容涉及到多项学科领域。我们同时也认识到,这个领域的技术具有巨大的潜力和广阔的应用前景。

虚拟技术的发展现状篇(2)

关键词：虚拟维修技术；航空

随着经济发展国内航空运输发展迅速。航空运输在社会经济活动中扮演着越来越重要的角色。在航空事业发展的同时为确保航空运输的安全性，航空维修在航空飞机的养护和保养过程中发挥着作用。虚拟维修技术是航空维修技术发展的新方向，对航空维修技术的改进和提升有重要意义。重视虚拟维修技术在航空维修中的应用研究是非常必要的。

一、虚拟维修技术在航空维修中的应用现状

虚拟维修技术是适应低空民用航空事业发展的需要产生的。该技术的应用将大大降低民用航空运输的维修成本，促进民用航空运输事业的发展。虚拟维修技术起源大型飞机的维修需求。该技术是利用数字样机、虚拟现实等新技术模拟大型飞机完成维修方案制定和可行性分析的技术。虚拟维修技术帮助维修人员准确查找飞机故障位置及原因，同时制定科学维修方案。但虚拟维修技术真正发展还是该技术在民用飞机的维修应用方面。虚拟维修技术在航空维修中的应用现状分析对该技术更好的推广应用有一定参考价值。

1、虚拟维修技术应用研究还集中在实验室。虚拟维修技术本身已经较为成熟，但现阶段该技术还主要应用机飞行设计过程中，而在飞机维修过程中的应用实践还比较少。当前民用航空运输飞机主要以通用公司产的客机为主。该企业生产的客机以轻型飞机为主。通用客机的可维修性比较弱，传统的维修工艺其成本比较高。尽管虚拟维修技术能有效降低通用客机的维修成本，但在飞机维修中的应用还非常有限。表现：虚拟维修技术在实验室的研究已经取得了显著成绩，但也主要还是集中在实验室。

2、虚拟维修技术研究已经取得较好的成绩。国外飞机虚拟维修技术大力发展的同时国内也正积极开展相关技术的应用研究。例如：浙江大学万华根研究的VDVAS技术较好的融合了虚拟设计与虚拟装配技术。该技术还开发了三维操作和语音命令系统，将维修涉及的零件及其装配等环节都有纳入到该系统。因此该系统具有完善、可操作性强的特点。除此外还有郝建平开发了VMSAS虚拟维修系统也是实用性比较强的虚拟技术。为了适应飞机虚拟维修的应用推广需要，需要在国内已经建成了航空器机务虚拟训练系统。该系统的建设才刚刚开始，例如：天津华翼蓝天科技有限公司研制的航空器综合训练设备为虚拟技术的应用推广提供保障。

二、虚拟维修技术在航空维修中的应用策略

虚拟维修技术的研究已经取得了一定的成就，但只有将该技术应用在飞机维修实践中才能促进航空事业的发展。重视虚拟维修技术的应用实践是非常关键的。本人结合自己多年的飞机维修经验，对虚拟维修技术的应用提出以下几点建议。

1、重视虚拟维修技术专业人才的培养。从国内虚拟维修技术应用的现状来看，专业技术人才的缺失是影响该技术推广的重要原因。虽然虚拟维修技术在国内实验室已经取得了较好的成绩，但在技术推广阶段由于各飞机维持场所缺乏专业的虚拟维修技术人员，因此该技术在实践中一直得不到较好的推广应用。重视虚拟危机技术专业人才的培养是非常关键的。一方面，虚拟维修技术是一项专业较高的维修技术。维修人员在维修过程中需要对该技术的原理及应用有熟练的掌握。另一方面，飞机维修是一项复杂的工作。在飞机维修过程中会面临各种复杂的维修难题。因此，虚拟维修技术能否灵活应对随时出现的问题是考验维修人员专业水准的重要因素。最后，虚拟维修操作平台系统实现了虚拟维修技术的可应用性。作为虚拟维修技术人员需要熟练掌握系统平台的操作技术。重视飞机维修人员综合素质的提升和培养是非常必要的。

2、积极推动飞机虚拟维修技术应用的平台建设。虚拟维修技术是融合了数字样机、虚拟现实等多种新技术的综合性技术。该技术借助计算机技术构建虚拟维修样机、维修三维人体模型的虚拟维修环境。因此，借助虚拟技术能仿真模拟整个维修过程， 实现对飞机的维修方案、维修过程、维修资源、维修人工调配等综合规划和评估。可见，虚拟维修技术在飞机维修中的应用需要依托一定虚拟平台。虚拟维修技术在飞机维修中应用有限的关键还在于国内还缺乏足够的虚拟维修技术应用平台和虚拟环境。政府应积极推动该项产业的发展，为飞机的虚拟维修提供技术支持。

3、规范虚拟维修技术应用流程，做好飞机虚拟维修的市场监管。国内不断增加的飞机数量积极带动了飞机维修产业的发展。虚拟维修技术虽然已经比较成熟，但在市场的应用推广才刚刚开始。及时制定飞机维修产业的管理流程，规范该产业良性发展是非常必要的。虚拟维修流程为：三维CAD技术建立虚拟维修样机模型――编制维修方案――仿真数据分析――方案改进――维修过程培训――飞机维修操作。对虚拟维修技术应用的各个环节做出科学的规范，不断提高维修单位的专业水平。

三、结束语

虚拟维修技术是航空飞机维修产业发展的新方向。该技术的应用能有效降低飞机维修成本，提高飞机维修效率。该技术在实验室发展方面已经取得一定成绩，但该技术在国内广泛推广应用还需要多方面的关注。通过人才的培养提供人才支持，推动虚拟维修平台建设，规范虚拟维修技术的应用流程是实现该技术应用实践的关键。■

参考文献

[1]刘玉海，张锡恩.虚拟现实在装备维修中的应用研究[J].计算机工程，2001（8）.

虚拟技术的发展现状篇(3)

关键词：会展；虚拟会展；虚拟技术；3D

中图分类号：G245 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2012）29-0038-02

引言

随着科学技术尤其是网络技术日新月异，会展行业与其他行业一样，都面临着如何与网络接轨，最大限度地利用计算机和网络技术提高自身效益的问题。国外的虚拟会展业如今已经十分发达，比较著名的有德国的汉诺威展，它利用虚拟计算机技术，在网上建立了三维立体的展示系统，并且增加了互动环节，给参展商带来了一种全新的体验。不仅参展商数量众多，而且交易量巨大。世界虚拟展会的“Fair N Fair”3D 虚拟展会平台在2009年正式成立，宣告全球会展业进入3D时代。2012年2月举办的世界第一个医疗旅游虚拟展会以及在线健康旅游交互展会说明虚拟会展越来越有新意。我国2010年上海世博会凭借其在国际上的额影响力，加速了虚拟会展的发展，加速催生了商业新模式——3D虚拟会展。此外，世界虚拟展会、微软虚拟展会、3D房展、3D传媒、3D金博会等等也相继涌现，但是无论是数量、质量还是技术上与国外还有相当大的差距。

一、虚拟会展概况

（一）虚拟会展的定义

目前，国际上还没有对虚拟会展给出明确的定义。耿健美认为，虚拟会展是指利用三维虚拟技术、利用网络的虚拟空间进行的展览及贸易活动的一种多维立体展示，它可以是人机实现立体互动，强调用户体验[1]。从本质上讲，它是对实物展览会的虚拟和补充，展览的组织、展出及展览活动的各个环节都实现了电子化，组展者、参展商和观众之间的交流通过互联网络来实现 。王悦指出，虚拟会展是指利用网络的虚拟空间进行的展览及贸易活动，使用三维虚拟技术、能实现立体互动，强调用户体验[4]。二者的定义大体相同。虚拟会展简单的来讲就是利用网络的虚拟空间进行展览和贸易活动，利用各种虚拟技术、实现立体互动，从而达到用户体验和交易的目的。

（二）虚拟会展的优越性

中国制造网总裁兼运营总监黄良发认为，虚拟会展有很大的优越性：一是突破现场展会时间、空间的局限性，被誉为永不落幕的展会；二是虚拟展会具有易于管理和组织、成本低廉、高效率、便利和快捷、低碳环保的特点[3]。邬燕（2006）主要是从主办方、参展企业、参观者三个方面来分析[7]。对主办方来说，虚拟会展除了具有成本低、效率高、展出空间无限、规模不受场地限制、时间长、观众多、反馈及时等特点，还可以加强会展本身的形象、产品和服务宣传，更好地整合各种资源，实现资源共享。在没有条件举办实体会展的情况下，可以先办虚拟会展，激发市场潜在需求。从参展企业角度，可以事先了解目标观众和目标市场，提高目标观众的比例，扩大企业影响，便于跟踪联系，方便企业展示产品等优点。从参观者角度来看，消除各种限制因素，满足好奇心，可以自主、有序的参观和了解会展和参展企业及其产品，提高了参观者的工作效率和经济效益。刘祖斌（2007）还指出了虚拟会展可解决消费者之间的信息不对称，有展后增值服务的优势[5]。

二、目前实现虚拟会展发展状况

（一）虚拟会展的发展现状

虽然我国的虚拟会展与国外相比有较大的差距，但逐步已经开始实施。郑仕华（2010）指出，国内的虚拟会展目前还基本属于界面包装，主要通过二维平面静态地网页展示[2]。虚拟展览系统按其表现形式可分为三类：（1）运用图文声像以及环视图展示物品和场景。这类系统因表现形式的局限，不能更生动、更全面的展示。（2）单纯的三维场景展示，用户可以随意漫游，但只提供展览会的表面形式，不提供展览内容与展览场景的关联。（3）既提供三维场景，也提供实际展览内容，并与三维场景结合在一起。王悦（2010）指出，目前在国内，虚拟会展的应用仍不普遍，但已萌芽，并呈现出较好的发展势头[4]。国内的网上会展主要是通过一些结构简单的会展网站来实现，只能归为网上展会。国内目前使用到三维虚拟技术能实现立体互动的虚拟会展只有世界虚拟展会、网上世博、微软虚拟展会三个而已。目前，国内的虚拟会展主要是通过一些二维的、结构简单的会展网站来实现，其内容大部分是由平面静态的网页拼凑而成， 以文字叙述为主， 个别辅以图片， 动态的图像和声音展示都非常简陋， 而且整体建设信息相对贫乏、缺少互动、不够直观；实体会展仍是国内会展业的主流。

（二）目前支持虚拟会展实现的技术

实现一个大型的虚拟会展需要许多先进技术的支持。温颖（2009）利用高精度、无损、非接触的三维扫描技术，提出了针对会展业展品对象数字化获取与处理的解决方案， 使展品采样达到一定的精度， 并在此基础上， 论述了各类会展信息的组织和集成技术的设计与实现[6]。该系统在若干个数字博物馆中进行示范应用， 达到了预期效果。桂宝江、王立平、吴恩琪、郁蕾、刘佳（2009）针对虚拟展馆和现实展馆息息相关的问题，提出了“虚实融合”、“场网联动”的网上博览会设计与构建方法，重点研究了与现实相关联的虚拟展馆中关键要素，包括人物和虚拟场景的实时生成技术，符合X3D 标准，数据量小，易于网上，有效增强了网上博览会的生动性；同时，将为现场参观人群提供有效的导览和服务信息[8]。廖聪、冯开平、林培炎、刘浩然（2009）提出了如何建立基于X3D/VRML 虚拟现实技术的三维虚拟展馆定制系统， 详细叙述了交互定制、碰撞检测和数据库处理的关键技术。该系统具有较好的实用性， 既为真实展馆的定制提供仿真的平台， 又为如何建立虚拟展馆提供了范例[9]。梁琳晓、李蛟、董亚波（2008）设计了一种基于C /S的会展业虚拟展示系统[10]，主要介绍了VRML的工作原理、会展业虚拟会展系统的总体设计以及客户端与服务器端的设计。系统提供设计展馆的功能，用户可根据用户个人爱好选择不同的展示主题。此外，系统还提供用户参观路径的自由选择、地图导游、感兴趣文物浏览等功能，提供文物多媒体信息集成展示。最后，以良渚文化博物馆展品为对象，进行了应用示范，达到了预期的效果。王楠介绍了VR系统和MAK Technologies、Poser人体动画制作软件、Multiegen Creator、3dmax、Maya和VR-Platform等软件在虚拟展会中所起的作用[11]。中国制造网副总裁兼运营总监黄良发认为，线上虚拟展会加线下面对面交易会融合是会展业发展的必然趋势[3]。

三、虚拟会展企业及虚拟会展的发展展望

（一）虚拟会展企业的未来发展模式

郭白滢（2005）提出，由于虚拟企业具有人力虚拟化、动作弹力化、信息网络化等特点，因此，虚拟企业可以走资源整合道路，进行虚拟化经营[15]。并提出几种情况：第一，办展机构可以通过虚拟企业的形式与其他展览公司合作， 根据展会的需要从企业外部调集需要的展会工作人员来弥补自身人力资源的缺口。第二，虚拟会展企业的核心企业可以根据展会规模选择具有不同服务能力的合作伙伴加入动态联盟。第三，虚拟企业这种组织模式可以给会展企业之间搭建一个信息交流的平台。第四，虚拟企业可以适应不断变化的市场需求， 以核心企业为中心， 构建动态的企业联盟。第六，虚拟会展企业可以通过信息手段把他们联系在一起，保证他们之间的协同合作。曾方芳、张义、郑刚（2007）提出了虚拟会展企业组织结构的一般模式， 分析了虚拟会展企业组织构建的5个阶段， 就我国会展企业的经营管理提供了新的思路和方法[14]。施谊指出，虚拟企业作为21世纪企业经营的主流模式，是适应市场需求多元化的动态策略联盟，是信息充分条件下的合作博弈[16]。会展企业之间存在着竞争与合作共存的关系，经济发展要求会展企业在竞争中加强合作，共建全球经济一体化市场，虚拟会展企业走“竞合”之路是必然趋势。

（二）虚拟会展发展展望

近些年虚拟会展发展迅速，已经逐渐成为一种新型会展形式，它的诞生与发展将给实物会展带来了重大影响和冲击，并促进现代会展业向深度发展。虚拟会展的发展趋势也是研究的重要内容。在综合考虑现有技术条件及未来虚拟现实技术发展前景的情况下，很多人也提出了虚拟会展的多种发展模式。郑仕华（2010）提出了两种发展模式，即现阶段的实物会展+网络会展+电子商务模式和未来的实物会展+网络会展模式[2]。王悦（2010）根据公司的规模分别提出了不同公司的发展模式。大型、有较强实力的会展公司或场馆可以独立建设虚拟会展，大中型、有一定实力的会展公司及展馆可借助第三方平台来建设虚拟会展，小型公司可纳入长期规划之中[4]。

四、研究之不足

研究的论文大多主要集中在运用何种技术来实现虚拟会展，但对参观者和参展商的驱动力缺乏研究。建设虚拟会展怎样使参展商和参观者参与进来，还需要进一步研究；会展公司及场馆如何通过建设虚拟会展来盈利，实施虚拟会展的企业如何架构企业的组织结构等，也没有相关研究；大多数研究集中在虚拟会展良好的前景和强大的优势上，而对建设虚拟会展不利的方面以及对其他行业造成的影响都没有研究。

结语

在我国大力倡导低碳经济的大氛围下，发展虚拟会展已经是必然趋势。我国的虚拟会展虽然与国外相比还有很大的差距，但是有很大的发展空间。本文通过对国内研究虚拟会展的概况、发展现状、发展前景进行综述，总结我国目前发展虚拟会展的优势和研究的不足，以利于今后发扬优势，更好地优化资源，集中精力和资源研究不足之处，为我国的会展业增砖添瓦，进一步缩短我国与国外会展业的差距，最终赶超其他国家，成为会展强国。

参考文献：

[1] 耿健美.我国虚拟会展业发展现状及发展对策初探[J].科技信息，2010，（23）.

[2] 郑仕华.基于虚拟现实技术的网络会展发展展望[J].ENTREPRENEUR WORLD，2010，（8）.

[3] 黄良发.线上线下融合是会展业发展的必然趋势[J].中国对外贸易，2010，（10）.

[4] 王悦.网上世博催生商业新模式——虚拟会展[J].ENTERPRISE MANAGEMENT，2010，（5）.

[5] 刘祖斌.简论一种基于会展会后服务的商业模式[J].企业经济，2007，（6）.

[6] 温颖.虚拟会展信息获取与集成技术研发[J].计算机应用与软件，2009，（9）.

[7] 邬燕.会展设计行业存在的问题与对策[J].企业经济，2008，（7）.

[8] 杜宝江，王立平，吴恩启，郁蕾，刘佳.网上博览会虚拟要素实时生成技术[J].计算机应用，2009，（S2）.

[9] 廖聪，冯开平，林培炎，刘浩然.基于X3D/VRML的三维虚拟展馆定制系统的研究[J].信息技术，2009，（6）.

[10] 梁琳晓，李蛟，董亚波.会展业虚拟展示系统的设计与实现[J].专题论坛及综述，2008，（2）.

[11] 王楠.关于虚拟会展展示的研究[J].理论研究，2010，（14）.

虚拟技术的发展现状篇(4)

【关键词】虚拟现实技术 教育教学

目前，随着虚拟现实技术的不断发展和完善，已经被应用到生产生活的各个领域当中，其中在教育教学方面，主要包括例如军事院校的教学演练、医学院校的模拟实训、体育院校的虚拟训练、工科院校的自动化机床操作、高职院校的模拟汽车驾驶、飞行驾驶等各个学科的教学当中。

1 虚拟现实技术简述

虚拟现实技术，又称灵境技术，是当今迅猛发展的一项综合性的交叉学科，自20世纪90年代以后兴起这种信息技术之后，许多学者用户便倍加关注与重视，虚拟现实技术主要是指综合的利用计算机的图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术以及多传感器技术等相结合，来模拟人们的视觉、听觉、触觉等感官的功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

简单而言，虚拟现实技术就是一种先进的计算机用户的接口，将人们的视觉、听觉、触觉很好的自然的来进行交互，方便用户的操作，减轻用户的负担，从而，提高整个环节的效率。因此，虚拟现实技术主要具备四个方面的特征：多感知性、临场感、交互性以及自主性。

2 虚拟现实技术在国内外教育教学中应用现状

2.1 国外虚拟现实技术在教育教学中的应用现状

美国作为虚拟现实技术的国际顶尖者，拥有着许多的这种研究机构。甚至早在1992年，美国便确认了虚拟现实技术会适用于教育教学领域，将现有的软硬件设备的教学效果与虚拟现实技术的教学效果将比较，说明虚拟现实技术在教育教学中具有很强的实用价值。

同时，英国的很多院校相当的重视虚拟现实技术在教学方面的应用，对该项技术进行研究与开发，并且处于遥遥领先的地位。其中著名的诺丁汉大学对虚拟现实技术项目的研究对于在教育教学上有着相当有益的作用，不断的探索出桌面虚拟现实技术的输入输出设备等都都做出了巨大的贡献。

2.2 国内虚拟现实技术在教育教学中的应用现状

我国的许多高校也在虚拟现实技术刚刚出现不久，便开始关注该领域，先后的进行课题的研究和学术的探讨，比如北京航空航天大学进行的分布式飞行模拟的实验、浙江大学进行的建筑方面的虚拟规划的应用、哈尔滨工业大学所进行的人机交互方面的演示都取得了较好的成效，还有许多的高校也都进行了不同学科的试验，取得一定的成果。

3 虚拟现实技术在教育教学中的应用

3.1 在理论课堂教学中的应用

传统的教学模式是教师的讲与学生的听，现在的许多教学模式已经改变到了普遍的进行多媒体教学的操作，而将虚拟现实技术运用到教学的课堂当中，比如当向学生展示某一概念或展示某一虚幻的场景或环境时，便可以应用这种智能的虚拟现实技术来进行教学，制作和操作上都简单实用，这样，便能很好的来弥补传统课堂单一的不足，使学生更加直观的了解所学的内容。

3.2 在专业技能课程中的应用

在我国的众多高校中，更注重的是学生的专业技能操作，在这个过程中，可以充分的体现虚拟现实技术的临场感，学生可以在这个虚拟场景中扮演不同的角色，来进行和现实社会相同的操作，比如模拟汽车驾驶和飞行驾驶、模拟果树栽培的技能、模拟体育某项运动的练习、，模拟电器维修等各种职业技能的演习。通过搭建这样的仿真场景，让学生真正的参与其中，反复的练习操作，可以有助于学生掌握职业技能。

3.3 在实验实训课堂中的应用

将虚拟现实技术作为辅助实验实训课程的教学工具，可以调动课堂的学习气氛，比如说：虚拟现实技术可以虚拟历史上的著名人物，给学生一种穿越的感觉；又比如学生可以虚拟为老师，老师虚拟为学生，这样师生身份互换，大家可以一起畅所欲言，互相交流讨论；再比如英语课堂上可以虚拟英语的情景和环境，将虚拟人物进行导入，与不同情景的人物进行交流等。对于有些实验课程，有些耗时耗力的实验，导致很久才会检验出实验结果，这时就可以利用虚拟现实技术，根据实验所需进行配置，非常便捷，又可重复使用。

3.4 在远程教育系统中的应用

目前互联网的发展尤为迅速，使得以互联网为基础的远程教育系统具有巨大的发展前景，远程教育突破了时间空间的限制，可以虚拟教师、实验设备等，虚拟现实技术不单可以向互联网上的学生提供身临其境的生活中随处可见的情境，还可以重现曾经发生的某个场景或环境，让学生对内容进行唤醒，目前，有些远程教育的学院已经开始利用虚拟现实技术来进行网上教学，这要求投入大量的人力及物力，势必会取得较大的成果。

3.5 在特殊教育教学中的应用

特殊教育是我们全社会所关注的，将虚拟现实技术引入到特殊教育的教学当中，利用于东跟踪器，可以采用基于运动跟踪的方式来获取手语三维运动的数据，通过获得到的准确数据，来进行特殊教育的教学，目前，已经由中国科学院开发法了集语音、情感、体势为一体的中国手语合成系统，这一系统对于听觉障碍的人们来使用电视、电话、网络等媒体有很大的帮助，会为他们的生活带来许多的便利。同时，借助标准化的手语，也可以提高教育者的整体标准，改善这群受特殊教育人群的生活环境，使他们更加强烈的感受到社会的存在感。

4 结束语

总之，虚拟现实技术已经被越来越多的教育从业者所重视，虚拟现实技术在教育教学中有着相当广阔的发展前景和深刻的现实意义。虚拟现实技术在教育教学上能够为全体的师生提供较为逼真生动的模拟环境，同时，又可以师生共同参与，分角色扮演，大大的不同于传统的教育模式，来突破传统教育教学的缺陷，能够很好的培养学生的各项技能，在信息化教育的大趋势下，将虚拟现实技术在教育教学中不断的开展推进一定会促进我们教育教学的良好发展。

参考文献

[1]张亚威， 王中帅.浅谈虚拟现实技术无线[J].互联科技，2014（07）.

[2]李建荣，孔素真.虚拟现实技术在教育中的应用[J].研究实验室科学，2014（03）.

[3]诸葛.浅谈虚拟现实技术在教学中的应用[J].教育观察，2014（01）.

虚拟技术的发展现状篇(5)

关键词:虚拟现实技术;vr;网上世博会;未来发展

1、虚拟现实

“虚拟现实”(virtual reality,简称vr)是1989年美国的j.lanier提出的,国内也有人译为“灵境”、“幻真”等,国外与虚拟现实同类的术语,还有虚拟环境、人工现实及电脑空间等。所谓“虚拟现实”,是在计算机技术支持下的一种人工环境,是人类与计算机和极其复杂的数据进行交互的一种技术,它综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感技术、显示技术等多种学科技术。虚拟现实系统具有向用户提供视觉、听觉和触觉、味觉和嗅觉等感知功能的能力,人们能够在这个虚拟环境中观察、聆听、触摸、漫游、闻赏、并与虚拟环境中的实体进行交互,从而使用户亲身体验沉浸虚拟空间中的感受。从根本意义上来看,可以将虚拟现实技术视为交互式仿真技术的高级形式。虚拟现实是一项综合的技术,涉及计算机图形学、人机接口技术、传感技术及人工智能技术等,需要计算机、心理学、人类工程学等专家共同开发研究。

2、虚拟现实的发展现状

美国是vr技术的发源地。美国vr研究技术的水平基本上就代表国际vr发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。在当前实用虚拟现实技术的研究与开发中日本是居于领先位置的国家之一,主要致力于建立大规模vr知识库的研究。另外在虚拟现实游戏方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虚拟现实硬件是从美国进口的。目前,虚拟现实技术已在军事与航天工业、医学、管理工程、城市规划设计、工业仿真、文物古迹、艺术、教育、游戏等许多领域得到广泛应用。

在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大一段距离,在20世纪90年代,虚拟现实技术发展很快,各种开发虚拟现实设备或系统的公司成立,但虚拟现实离实际应用仍很远,已有的成果大多只能称为演示。随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展,虚拟现实技术已经得到了相当的重视,引起我国各界人士的兴趣和关注,研究与应用vr,建立虚拟环境、虚拟场景模型分布式vr系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目,国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。

3、虚拟现实技术实现网上世博会

随着2010年的到来,人们经常议论和关注的话题就是世博会,同时网上世博会也进入了人们的眼球,网上世博会是指组委会通过互联网和多媒体技术,将展示内容以虚拟和现实相结合的方式呈现在互联网上,构筑一个能够进行网络体验和实时互动并具有其他辅助功能的世博会网络平台。它将为具有158年历史的世博会全面插上数字化的翅膀,充分利用和借助3d、虚拟现实和互联网技术使世博会得到更广泛的传播,上海世博会将会成为一届“永不落幕”的世博会。

网上世博会具备了推介、教育、导览和展示四大独特功能。通过全面体验的方式介绍世博知识并传播世博理念,提供对各种自然、人文、科技知识的学习;提供世博园区所有展馆、设计网上虚拟实现,参观者可以在网上获得世博园区地理、内部分布、相关设施以及客流导引等各类信息;采用不同技术,设计不同类型的展馆,参观者在网上可以通过第一人称视角对虚拟三维场景进行浏览、全景漫游、互动沟通等获得不同的参观感受;提供园区、展馆、表演活动等各类信息的,并在网上举行各类推广活动,和介绍各类观众服务信息。简单地讲,网上世博会是实体世博会的网络版,但不是其简单的复制。国际展览局秘书长洛塞泰斯先生曾对网上世博会做出如下评价:“ 网上世博会为参展者提供了绝好的机会来推广他们的国家形象,这也是世博会丰富内容的核心。三维展示让网友身临其境,网上世博会可以吸引更多的参观者前来参观实体世博会,弥补部分观众无法到现场参观世博会的缺憾。同时在实体馆外提供互动交流平台,网上世博会由基础平台和网上展馆两部分构成。网上展馆设浏览馆和体验馆两类展馆,浏览馆具备基本浏览和展示功能,由组织者为需要援助的参展方免费开发。体验馆是浏览馆的增强版,在浏览型展馆以浏览和展示为基本功能的基础上,可实现其他更加丰富的功能和特效,网上参观者可以得到更生动的互动和体验。

4、展望虚拟现实的未来发展

虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经走过了相当长的一段风雨历程。在某种意义上说它将改变人们的思维方式,甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。目前它的研究内容涉及到多项学科领域。我们同时也认识到, 这个领域的技术具有巨大的潜力和广阔的应用前景。

说到底,虚拟现实是一种新的人机交互方式。与以前任何人机交互形式相比,它有希望彻底实现“和谐的、拟人化的”人机界面。虚拟现实系统有三个重要特点:沉浸感、交互性和构想性,这决定了它与以往人机交互技术的不同,反映了人机关系的演化过程。在复杂系统中,可能有许多参与者共同在网络虚拟环境中协同工作、学习和娱乐等一切活动,这个需要各领域专家联合起来开展研究,协同攻关。

作为长远研究目标,作为技术驱动力,作为新的人机交互方式,作为国家的一些关键应用目标,虚拟现实都是值得高度重视的。与此同时,必须十分重视虚拟现实的广泛应用。虚拟现实还有很长的路要走,机会和挑战并存,而且虚拟现实和人机交互关系密切,必须重视人机交互的研究,这点正是我国比较欠缺的部分。我们期待这有朝一日,虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统, 成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。我们相信随着计算机技术和网络技术的飞速发展, 计算机3d运算能力和网络带宽大大提高, 虚拟现实在生产生活中的应用将日益广泛。

参考文献:

[1] (美)grigore c.burdea, (法)philippe coiffet著 魏迎梅,栾悉道等译.虚拟现实技术,北京-电子工业出版社,2005

虚拟技术的发展现状篇(6)

关键词:虚拟人 行走模型 运动控制

中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0019-01

虚拟人是人在计算机上生成空间中几何特性与行为特性的逼真表示。在虚拟环境中,我们利用虚拟人来模仿真人的各种行为,尤其是人类最普遍的正常行走运动,而且能模拟军事的运用训练和医学的仿真实验中,还能设计产品增加产品的真实性。

1 虚拟人行走模型

1.1 虚拟人行走模型的建立

虚拟人是由计算机合成的真实的人,人体是个复杂的机构,如果要建模生成一个三维立体的人体模型就要对真人身体的头、四肢、躯干、皮肤肌肉等部位进行严格的分析,还包括人体上百个关节和细密器官的分析,建立一个运动模型,人体中肢体与肢体之间是相关联系的,可以将人体的关节看成几个点,各个骨骼之间形成一条一条的链条,根据关节之间不同的旋转和身体部位安置的角度让身体的各个部分相互融洽连接。

1.2 虚拟人行走过程

人体行走的过程看似简单但是相对与虚拟过程就比较复杂,人在行走时每条腿会经历承受期和摆动期,腿的承受期主要分为脚后跟着地到脚尖接触到地面,行走周期是相对循环的,很多步子聚集到一起构成人体进行路线行走的平移,还要对支撑脚与地面之间进行准确的碰撞测试,由于两条腿的来回摆动,以两步为周期平移一步,以此循环也就形成了两条腿的摆动过程,进一步地实现了在水平地面上的连续行走。

2 虚拟人的运动控制技术

2.1 运动控制的关键帧方法

关键帧技术来源与动画片的制作方法,最初关键帧技术只是通过编入帧与帧之间的卡通的形状,在动画片中,所有的影像画面都通过设计关键帧中位置角度的一些参数问题来设计,关键帧技术根据人体的运动和活动状态将人体的动作分解成一系列的动作,每个动作对应相应的帧,但是电脑技术有时不会考虑人体的物理等一些特殊特性,所以会存在不恰当的插入导致虚拟人的不合理的动作,所以通常采用双值插入的方法来有效解决关键帧出现运动轨迹错误的现象,通过设定动作和运动速度的插值参数,让速度来控制动作形成流畅的轨迹。

2.2 运动捕捉技术

随着技术的进一步成熟,运动捕捉技术有着非常广泛的应用领域。运动捕捉方法是指通过记录三维空间中的人体运动轨迹,并将运动轨迹转化为运动数据,对这些数据合成编辑以此合成虚拟人运动的过程。用于动画设计的运动捕捉技术通过一种光学设置将演员的表演姿势头部运动以及表情投射在计算机上,通过调整数据再加入真实的情感来完成制作。运动捕捉技术最大的优点在于能有效的捕捉真人的运动数据,数据传输能将运动数据从捕捉设备准确迅速地传送到主机系统再生成很多高难度的动作,因而虚拟人的运动能和真人运动十分相似,模仿度逼真度超高。但运动捕捉技术同样存在设备昂贵虚拟人本身的条件制约等一些缺陷,动力学控制虚拟人的运动体现了人体运动的真实性,但运动性太强。还可能因为冗杂的或者错误的数据和设备本身的干扰造成虚拟人身上跟踪器的移位反而导致画面运动的失真。但是运动捕捉技术仍然因能自动捕捉到人体运动的各个细节广泛运用在各领域。

2.3 物理的仿真技术

物理的仿真技术利用生物学动力学等物理定律完成运动,从而弥补了关键帧技术的不足之处,一般有半物理仿真技术和全物理仿真技术,半物理仿真技术的逼真度较高,主要重视人机之间的关系,全物理仿真采用物理模型的仿真,主要通过对实物的模拟完成仿真。我们通常应用人体关节的基本动力学和动力学模型,通过分析物理规律计算运动的过程,来完成动态的仿真,使得创作出的虚拟人的运动更加逼真。物理的仿真技术的优点主要是能结合动力学相关物理定律实现关键帧技术无法实现的理想运动控制。优越于其它运动控制技术的优点主要表现在:首先,利用基于物理的仿真技术可以生成用关键帧技术无法实现的完全符合物理特性的理想的运动,人机之间的更多的交流使得捕捉到的技术更加精确。

3 虚拟运动的进一步发展

3.1 虚拟人运动控制的研究现状

近几年,国内外研究虚拟人运动控制的团体日渐壮大,国外相关团队对虚拟人的运动行走运动控制技术和捕捉进行了透彻研究,还有团队研究虚拟人面部的表情头发衣服进行了动画研究,实现了运动的仿真。国内的研究机构致力研究虚拟人运动的实时控制,通过对虚拟人身体部位的相关约束实现了虚拟人步行跑步等运动方式的拓展。

3.2 虚拟人的广泛应用

虚拟人广泛应用在国防航天和医学等人类活动领域,应用虚拟人可以制作出符合中国人航天服的数据,在汽车防撞的实验中也可以运用虚拟人检测防撞强度质量,在医学领域,虚拟人可以有效的帮助医生观察人体组织,提高医学效率。例如美国公司开发了Jack的虚拟人行走,能实现人体模型的建立和行走的仿真控制,通过关键帧动画方法,用户可以自己实现虚拟人姿态的调节,拓展了虚拟人行走的仿真功能。Jack虚拟人除了能直立行走还能跑跳弯腰低头行走,还能进行攀登跳跃等高难度的动作。本文对目前虚拟人几何模型建市的几种常用方法进行了阐述,并对它们的优缺点进行了对比分析,同时对走步、跑步等几种典型的运动的控制方法进行了概述和对比研究。总而言之,随着科学技术的发展,虚拟人运动控制技术逐渐成为虚拟现实技术的关键,已经日益广泛的渗透到人们的日常生活中,因而受到人们的关注和重视。我们应当继续对虚拟人行走建模进行深究,通过多种技术的相融合解决运动控制的各方面问题满足虚拟技术的需要和快速发展。

4 我们的工作

通过对虚拟人行走建模及运动控制的研究,我们建立了自主虚拟人智能行为的通用框架,包括两个模块,模块一主要解决虚拟人骨架建模方法,虚拟人运动建模方法,骨骼蒙皮方法,模块二重点解决了虚拟人运动控制问题,包括参数化关键帧方法,逆向动力学ik求解,基于运动融合技术的运动切换。该框架实现了一种生成真实感智能行为反应动画的方法,具有较好的真实感。在实时虚拟环境中进行的仿真实验结果表明作者提出的通用框架可有效进行自主虚拟人建模,为实时交互虚拟环境创建具有高度自主性、环境感知能力智能行为决策与运动控制能力的真实感虚拟人。

参考文献

虚拟技术的发展现状篇(7)

1　前言

虚拟现实技术（virtual　reality　technology，vrt）是生成的虚拟环境逼真模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等等行为的人机界面的技术。其基本特征分为三个方面：一是沉浸，即借助于头盔、数据手套等硬件设备，让参与者有身临其境的感觉：二是交互，通过使用虚拟交互接口设备实现人类自然技能对虚拟环境对象的交互考察与操作；三是构想，强调三维图形的立体显示。依据虚拟环境的发展，虚拟现实系统的发展可分为两个基本方向，一是基于虚拟现实技术的发展，二是基于因特网和万维网的三维图形环境的发展。若从参与者的投入感划分，则基于虚拟现实技术的发展可称为投入型虚拟环境和非投入型虚拟环境。

2　虚拟现实技术的优点

2.1　它的实时表达功能可虚拟不同时间、不同条件的环境变化，能反映事物随着时间的变化过程。

2.2　三维立体表达功能，虚拟技术可使其所表达的内容从不同的角度展和进行研究。

2.3　它能反映研究物体的全貌和细微处的差别。

2.4　它不仅可以细致地表达已经存在的事物。而且能虚拟现实世界不存但有可能发生的事情和事物的发展变化。

2.5　建立一个vrt系统，本文由收集整理相当于建立一个虚拟现实实验审，不仅可以事物的发生发展过程，还可根据不同的条件，虚拟出不同的结果。

3　vrt在水文地质中的应用

随着计算机硬件的发展，虚拟现实技术在近年逐步发展起来，在水文地质方面，目前刚刚起步，还没有成型的软件和相应研究成果。虚拟现实的主要功能是其沉浸感、三维立体表现事物的各个特征以及实时地表达，即虚拟现实技术具有表现现实存在的或不存在的事物在三维空间随时间变化的功能，水文地质研究的也正是利用虚拟现实技术对不可或很难见到的事物在三维空间随时间变化的特征。虚拟现实技术在水文地质研究中主要可以完成以下方面的工作。

3.1　vrt对含水层的表达

利用虚拟现实技术的三维可视化功能可以真实地再现地下含水层和隔水层的分布、含水层的厚度、空间的变化情况。以往工作中，仅能通过剖面图展示含水层、隔水层的垂向分布特点，在平面图中通过含水层厚度等值线表现含水层的空间分布状况，总的来说不直观也不全面。在虚拟现实系统中随着资料的进一步完善，神秘的地下含水系统将真实地展现在人们的面前。

3.2　虚拟现实系统对地下水流的表达

水文地质研究中的主要部分是地下水流的运动规律，如果说含水层是水文地质研究中的一个不变的静态因素，地下水流则是一个动态的变化过程，是目前水文地质研究中最为活跃的因素。

利用虚拟现实系统可以研究的不仅是含水层的展布，同时利用虚拟现实系统的实时变化功能也可以对地下水流的运动变化特征进行虚拟表达，充分展现地下水流的特点，其流向、流速和流量乃至于储存量的变化，特别是人类开采利用地下水对含水系统产生的影响，边

界条件对地下水流的约束和控制作用等。通过应用过程中不断地完善地下水流的虚拟模型，不仅可以对地下水进行科学可视化的管理，而且可以设计不同的开采方案和管理模式，利用虚拟现实技术不仅可以对其进行演示和表达，还可以对其进行不断的修改、补充和完善，使之成为比较完善的管理模型。

3.3　水文地质环境问题

近些年，由于大量开采利用地下水诱发了区域地下水位持续下降、水资源枯竭、地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化等一系列的环境地质问题，引地表水灌溉，导致地下水位上升而产生沼泽化等问题。这一系列问题的研究，由于地下水水流变化的不可见性、环境问题产生初期不可预知，形成机理无法模拟研究以及时间、场景不可再现等原因，水文地质环境问题的研究始终处于滞后的局面，也始终在环境问题严重了以后才开始进行分析研究。虚拟现实技术具有虚拟事物不同发展过程的能力，可以虚拟已经存在的事物，也可以虚拟不存在的事物，可以虚拟事物过去的存在状态，也可以虚拟其发展过程。因此通过实时的动态的虚拟，可以对事物的发展作一个不断完善的研究和展示，为由于地下水的开采而造成的环境问题的研究提供了一个很好的工作平台。

3.4　水资源规划

虚拟现实技术在最开始主要用于小区的规划方面，这种功能在目前及以后的水资源规划和水源地建立时同样为规划设计提供了一个非常好的平台。在水资源开发利用之初，利用虚拟现实技术建立水资源开发利用区的环境条件、水文地质条件等，在规划开始，将各种规划方案和由此而产生的环境变化结果虚拟出来，使水资源规划方案能够更完善，真正实现水资源的可持续利用。

3.5　地下水水质的虚拟表现

（1）水质天然状态的变化

目前，由于多方面因素的影响，地下水水质的变化较大。通过对地下水水质在天然状态下逐渐变化过程的虚拟，可以确定对地下水水质影响最大的因素，从而更深刻地理解水质变化的机理，为控制水质的恶化，使之向良性循环转化提供依据。

（2）地下水水质虚拟实验室　目前，由于地表水体污染等多种因素的作用，地下水水质遭受到前所未有的污染，展示地下水中有关离子的运移、变化规律、变化趋势等是对地下水水质进行研究的关键。以往在地下水水质方面，主要是通过野外试验和模拟实验对水质的运移机理进行研究，因此试验在水质运移研究中占有极其重要的地位。但是实验室的模拟实验不能够完全真实地再现野外的某些因素的影响，野外试验受费用、场地等条件的限制，这些因素抑制了地下水水质运移机理、污染物弥散等方面的研究。目前利用虚拟现实技术，只要有足够的、充分的资料，就可以真实地表现地下水流和含水层的特征，以及地下水流中溶质的运移规律和发展趋势，这为地下水水质管理开辟了新的途径和思路。