虚拟现实技术论文篇1
目前，相关软件发展迅速、种类较多，其中常用的软件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我国图灵公司的VRMAP、适普公司的IMAGIS等。
1．1模型构建软件
MultiGenCreator是美国MultiGenParadigm公司开发的三维建模软件，广泛用于视景仿真、虚拟城市、模拟设计、交互式游戏等。它在满足实时性的前提下可生成逼真的场景，可进行多边形建模、矢量建模和地形生成。它的层次细节、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级、自由度设置等高级功能使得其数据格式OpenFlight在实时三维领域成为流行的图像生成格式。该软件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的数据与AutoCAD和GIS软件结合方便。
1．2支持视景生成的语言——OpenGL
应该使用已有的商品化或标准化的图形库和程序设计语言来设计与实现虚拟环境，其中OpenGI(服务器)及其支持系统就是这样一种可选用的图形生成环境。OpenGI可按函数库的形式被C语言调用，也可以被窗口系统直接调用。OpenGI是使用专用图形处理软件接口，该接口目前由几百个过程函数组成，用以支持用户对高质量三维对象的图形和图像进行操作。
()penGI指令的模型是客户／服务器模式，即一个程序(客户)提供指令，该指令由OpenGI解释并处理，它直接执行3D及2D图型的基本操作。这些操作包括转换矩阵、光照模型和光线跟踪、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持双缓冲技术，该技术提供了生成动画效果图形所需要的机制，使所生成的图形能够像电影一样平滑运动。
1．3视景漫游软件
Vega是MultiGen--Paradigm公司开发的应用于实时视景、声音仿真和虚拟现实等领域的高性能软件环境和开发平台，由Lynx图形化用户接口和Vega库组成。利用Vega库函数可在Lynx中建立漫游所需要的场景、窗口、通道、运动和碰撞方式，可以定义对象的初始化参数并建立对象之间的相互联系。
2地质构造情况的模拟
对于矿山技术人员来说地质构造情况非常重要，如果对煤层、岩层、含水层、流沙层以及断层和褶曲等情况的推断有偏差，或图形表现不直观易懂，则在建井或生产过程中就可能发生塌方、突水等事故，造成人员伤亡和经济损失。应用虚拟现实软件可以根据地质体的三维分布，使矿井的规划设计更加直观方便。
综合国内外现状，三维地质体的绘制有块段、表面、实体和断面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面数据是ded或。dem格式，使用GIS软件Arolnfo、用插值方法生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式，将其导入Creator就可以生成煤层曲面。然后，通过光照、着色、纹理、渲染等处理三维地质体更加逼真。
3地形地貌及地物的模拟
地形地貌和地物的建立需要相应的三维数据。如果有研究区域的纸质地形图，可以用扫描数字化的方法得到平面数据，按照图上的标注得到高程数据；如果已有该区域的电子地图，则可直接使用或通过数据格式转换得到需要的数据；如果没有上述数据源，则需要由野外测量获得。
地形生成与地质曲面生成过程类似，先用ArcInfo将地形图上的等高线和高程点进行数字化，把图上标注的高程值输入到属性表中，生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式将其导入Creator生成三维地形。
对于建筑物、道路、围墙、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD进行数字化，得到其平面位置。将得到的*．def文件导入Creator，并与地形匹配。如果建筑物比较规则，则直接将其底面按照高度拉伸为立体，如果建筑物造型比较复杂，则需要分成规则的几部分进行构建。
4矿山井下巷道建模
目前，矿山信息主要是通过CAD格式的双线采掘工程平面图来表达。首先根据采掘工程平面图上的高程信息，利用CAD中的三维多线段重新描绘巷道，同时将高程信息赋予每个节点，实现巷道的单线显示，井筒和巷道设计要布置合理，尽量避免穿过断层、褶曲、含水层等不良地质构造，尽量减少矿井建设和生产地面的影响。
使用MultiGenCreator进行设计，用圆柱体表示井简，用半圆型截面的柱体表示岩巷，然后进行模拟生产，以发现生产中可能遇到的问题，对设计方案进行比较和选择。设计方案完成后可模拟不同设备、不同开采方式的生产系统进行生产，从而达到优化矿井设计和生产系统的目的。综合考虑地质和技术条件、经济、环境等各种因素，选择合理的方案。
5虚拟巷道系统的建立
虚拟巷道系统是对矿井真实巷道多分辨率的三维虚拟表示，建立的主要任务之一是实现基于web环境下的可交互的、真实巷道的三维可视化表达，用户可以从各个角度对巷道虚拟环境进行任意的浏览和观察，并可通过网络进行各种交互。
5．1矿井巷道的建模
矿井中各种实体大多是三维实体，其表面为不规则曲面，且内部矿体品位分布不均匀。对于矿体的外形，可用一个不规则的封闭曲面来确定。为确定矿体的范围，要经地表勘查、地下勘探及推估等手段来完成。在浏览器上三维实体模型，可通过将现有的三维矿体模型中存储的信息按照一定的规范转换为系统可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中构建三维矿井巷道模型，首先应进行简单的坐标转换，这是因为MuhiGenCreator中采用的坐标系和地学中实际采用的坐标系的含义有所不同。MultiGenCreator中采用的坐标系为符合右手规则的空间坐标系，是以MuhiGenCreator浏览器中用户区的中作为其坐标系的圆心，基底坐标为XOZ面，y表示高程。其坐标长度以米为单位，标准角度以弧度为单位。因此，为使它与人们通常采用的地学坐标系保持一致，应将原来矿井三维实体的(，Y，：)坐标转换为MuhiGenCreator坐标系中的(，Y，Z)。转换后的三维实体坐标应满足虚拟场景中所采用的局部坐标系显示的需要。由于矿井实体坐标的数值一般相当大，而实际显示坐标值的前几位高位数据对图形形状不产生任何影响，因此可将地理坐标数据各分量同时做一预选。
5．2虚拟巷道场景的绘制
对于规则格网构成的矿山地表模型及矿井实体的顶底板数字表面模型，可用ElevationGrid节点构建。该节点能很容易有效地设计创建一个位于局部坐标系X()Z平面上高低起伏的地域造型。该造型用高度值组成的标量阵列描述，阵列指定了表面每个格网点上的高度。和z方向的栅格点数量可以分别用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了栅格行和列之间的空间。Height域的值指定了每一个栅格点的海拔高度，基底上的每一个栅格点都与height矩阵中的一个海拔值相对应；colorPerVertex域指定为TRUE或FAISE，表示color域中指定的颜色是用到ElevationGrid节点的每个顶点上(TRUE)，还是应用到每个四边形上(FAISE)；此外，通过建立solid域值，所有的海拔栅格都可以当作实体。
对于由不同的三角面构成的复杂地表模型，则需要用MUITIGENCREATO提供的万能几何节点IndexedFaceSet来创建，它有coord与coordlndex两个域，与IndexedFaceSet节点中的两个域类似，前者提供了一个节点，列出了构造面几种所有面的坐标。Coordlndex域的值提供了一张描述一张或多张面周界的列表。其中每一个值都是整型索引，并且每个索引都指定了在coord域内的坐标列表中的一个坐标。在实际的创建过程中，要求建立三角网的各个三角面按照法线方向向外的法则。
6结语
应用虚拟现实技术，生成一个逼真的矿山虚拟环境(VirtualEnvironment)。这样在矿山设计或研究阶段，科研人员可以置身于矿山虚拟环境下直观审视矿山，按照设计给定的工艺方法和参数，选择设备及确定生产模式。从基建到闭坑的全过程实时监控，发现问题进行实时修正。设计结束后，设计单位、矿山企业可向审查者、公众展示一个三维和动态的矿山。总之，虚拟现实技术在矿山设计、技术改造、生产中可广泛应用。
参考文献：
[1]古德生．金属矿山深部开采中的科学问题[A]．香山科学会议第175次学术讨论会[c]．北京：2001．
[2]乔林，费广正等．OpenGI程序设计[M]．北京：科学出版社，2002：130～134．
[3]齐安文等．三维地学模拟述评及其矿山应用关键问题．《中国矿业》．2001(5)：10．
虚拟现实技术论文篇2
1.2制作体育教学课件的应用
虚拟现实技术根据体育教学课件自身的需求构建全面的虚拟教学环境，使学生能够在创建的环境中学习训练.但需要把体育课程上所有的知识都创编到虚拟的环境中，是需要有海量的工作要做的，所以利用虚拟现实技术制作相应的文件嵌入到体育课件中，配合使用，是目前这个阶段制作体育教学课件行之有效的措施.
1.3网络远程教育
诸多高校校园网建成，且通过“中国教育和科研计算机网”连在了一起，这是实现虚拟现实技术联网的基础.在学校体育网页的基础上拓展了虚拟现实技术的课件以及成立数据库，使其可以覆盖学校体育教学中的每个方面，包括授课体育教师的个人资料、校内体育竞赛群体活动开展简介、体育专项课开课时网上的选课、体育锻炼的知识内容和方法、校内外竞赛情况、学生对教学的反馈意见以及国内外实时体育信息等等，促进培养学生的“终身体育”意识，以及可以更好地宣传和实施“健康第一”的体育教育思想，使网页充分地发挥了信息传播和教育的作用.
2虚拟现实技术在体育教学中的展望
2.1可以避免体育教学中的伤害事故
体育是以身体练习为手段增强体质增进健康的活动过程.身体练习的过程是会痛苦的、难受的、是要体会“极点”的，甚至会出现生命危险的.如今学生体质健康逐年下降，别说高难度、高危险的体育技术技能的教学，就连简单的中长跑也慢慢将要在学校体育中消失.传统的体操课、田径课（铅球、跨栏等）很难再体育课中看见.教师、学生畏手畏脚，其严重影响了传统体育技能的传承，体育文化的继承.然而在虚拟现实的场景中，脱离了真实的危险器械、场地等因素，又能还原其真实的感受，教与学将都在一种安全模式下经行，体育教师和学生将能放心的体会高难的、高危险的技术动作.
2.2弥补教学条件的不足
虽说近年来学校引来了高速发展的时机，诸多大中型体育场（馆）落成，解决了学校体育中体育场馆缺乏的一些问题.然而诸多体育场（馆）的经营管理维修落后，不能完全对外开放，不能充分发挥它的功效.何况还有一部分体育场（馆）不足的区域，教学条件有限的学校.虚拟现实技术的虚拟场景的功能可以弥补一些场（馆）不足造成的影响.
2.3可以虚拟人物形象
榜样的力量是无穷大的.学生对某个体育项目感兴趣，很多时候是因为喜欢某个体育明星.虚拟现实能从强大的数据库中提取某个明星的数据虚拟出明星的场景，由虚拟的明星去教学，去陪练.能充分调动学生的学习积极性.
虚拟现实技术论文篇3
(1)沉浸感:沉浸感可理解为浸入性，虚拟现实技术的发展已经可以使人“沉浸”在计算机模拟出来的虚拟环境中而不分真假，让使用者感觉已经成为了虚拟世界中的一部分，从而使用者从被动的观察者成为主动的参与者。理想的虚拟环境是可以达到让使用者难分真假的程度，由于目前科学技术发展的局限性，虚拟现实系统研究与应用比较成熟的只有视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸和嗅觉沉浸。
(2)交互性:交互性主要指使用者操作虚拟物体和从虚拟环境中得到反馈信息的程度。交互性是虚拟现实技术同传统多媒体技术差别最大的地方，强调人机交互的自然性，如植物的摇动、水系的流动、鸟虫的鸣叫等。当学生在虚拟环境中抓住一个实体，其感受都与自然环境中一致或者极为相似。但交互性的有效性和实时性就需要回馈设备等强大的硬件系统和特殊设备支持了。
(3)想象力:虚拟现实技术具有十分开放的构想性。使用者沉浸在虚拟的环境中，除了体验真实的自然感觉，还可以想象一些客观不存在的超越自然的环境。虚拟现实技术可以提供这种丰富想象空间的特点，能够使学习者增加兴趣，提高学习效率。
2.虚拟现实的软件系统
想要实现虚拟现实必须硬件和软件相互配合，软件系统是实现VR技术的关键。
(1)Virtools:是一款功能强大，整合丰富的产品，它能将各种复杂的3D模型，2D图片及声音文字很好地整合在一起，开发具备丰富行为模块的3D虚拟环境，已经运用于多种3D产品当中。
(2)VR－Platform:这款软件比较方便，可以在配置不是特别高的计算机上使用，运行流畅，但同时效果也有一定的损失，能够满足基本的3D浸入和360度视角观察。
(3)Quest3D:该款极具实用性的产品，有着良好的交互性，支持导入文件的格式非常多，音频视频都可以灵活方便的加载，Quest3D可以满足大多数编辑者的应用需求，利用它可以比较方便地创建出复杂的图形程序。
(4)EONStudio:在处理已经建模的3D模型时这款软件较为方便，可轻易在导入的模型上加入设计的动作。
(5)Converse3D:是一款比较成熟的整合软件，在兼容性方面比较突出，运用起来高效并稳定。
(6)WireFusion:这款软件在web3D中应用较多，不需要用户独立的编程，而采用简单的拖放式操作，就可以轻松地建立动态的web3D网页。
(7)CityMaker:是国内自主研发软件，很有专业的针对性，在建立虚拟建筑和虚拟城市方面有很强的应用能力，是一款面向规划与建筑行业的专用软件。当然，各种软件复杂多样，设计目的不同所以倾向性也各有不同。当前，适合园林植物景观设计教学的有Virtools、EONStudio、WireFusion软件。但是，大多数软件使用费用较高，并且专业方向不明显，与行业的结合不够紧密，使用时经常需要二次开发(如天正CAD、中望CAD)。
二、VR技术在“园林植物景观设计”教学中的应用
VR技术应用于“园林植物景观设计”教学是科学技术发展所产生的新形式。区别于传统教学，VR技术的优势非常明显。在VR技术应用现实系统中，按照项目分析、方案设计、施工图设计等教学流程完成“园林植物景观设计”课程作业。
1.项目分析阶段
在“园林植物景观设计”虚拟项目教学中，许多学生常常无法亲临项目现场进行实地考察，可以采用VR技术进行场地分析、环境评判，并通过网络平台，进入到虚拟项目的场地内部，全面了解项目的周边环境，包括气候条件、地质条件、交通状况、人流分布、水系分布、土壤条件、植物资源、历史文化等现状特征。
2.方案设计阶段
在方案设计阶段，学生需要将一些景观节点定位定量地表达出来，包括植物配置平面图、立面图、剖面图及局部效果图。采用VR技术使学生能够进入虚拟的场地空间中，直接摆放、移动、组合各种园林植物，反复调整植物种类、位置、数量，综合对比不同植物组合的景观效果和空间形态，较大程度弥补了传统教学中学生对植物空间与环境无法进行综合感知的缺陷，进一步激发学生的创作灵感。
3.施工图设计阶段
在该阶段，可采用VR技术对植物种植模式和植物空间组合进行高度仿真，模拟植物的栽植位置、植株大小及材料种类，最终完成植物种植总平面、体现高程和剖面的竖向组合图、植物与各种景观要素搭配立面图等，其间反复调整植株数量和树木株行距获取最佳的生态效益和景观效果，可以直观地展示出植物群落的景观特征和空间形态。
三、虚拟现实技术在“园林植物景观设计”教学中应用的难点
1.程序设计难点
园林植物景观设计是风景园林本科生的重点学习内容。随着季节的变化，四季中同一地点植物也会有着完全不同的景观效果，所以如何编写基于VR技术的程序，体现出植物景观的时效性，也就成为VR技术应用的难点。
(1)将植物群落四季交替的数据信息输入VRML的场景数据库中，当学生需要观察不同季节植物景观特征时，实时改变场景信息即可。但数据的获取较难，可以在教学中利用OnyxComputing公司的TreeProfessional，这款插件有一定的树木参数库可以利用。
(2)动画技术比较成熟，四季的情景很容易模拟，但运用在VR技术时缺点极为明显。动画每帧的顺序都是固定的，编辑好的，这样就大大降低了VR技术实时调整的交互性，同时动画无法提供操作人自然的物理互动，所以浸入性也大打折扣。
2.硬件支持难点
各种植物三维模型是由许多面组成的，达到理想的虚拟效果需要计算机有很强的运算能力。一株枝叶丰富的景观树模型大概需要几千个面，如果仿真一个很大的植物种植场景，可能产生上千万，上亿的面，对于计算机硬件的压力是十分巨大的。
3.教学推广难点
虚拟现实技术的应用需要较高专业水平和较强的计算机技术应用能力，而目前一些高校同时具备专业能力和计算机技术水平的教师较少，严重制约了虚拟现实技术在“园林植物景观设计”教学中的应用与发展步伐。
虚拟现实技术论文篇4
2康复医学目前存在的问题
临床经验表明，早期的康复介入，对患者的身心功能恢复、预防二次损伤和废用综合征都起到关键性的作用，因而康复治疗和手术药物等的治疗同等重要。我国幅员辽阔，地形复杂，近年来自然灾害时有发生，给灾区人民的身体和心理都带来巨大的创伤，加之老龄化问题的日益严峻及其带来的疾病谱的变化，康复医学工程正面临着前所未有的挑战。传统的康复治疗通常是医师与患者一对一形式的训练，存在诸多局限性：（1）现有资源不够充足。无论是专业的康复医师还是康复器械都无法满足当前康复人群的需要。（2）训练过程单调而乏味。传统的训练过程通常是对一组训练动作的不断重复，导致整个过程十分枯燥，难以有效调动患者主动参与的积极性，甚至使患者产生厌烦情绪，降低了康复效率。（3）功能定量化测评难以实现。随着康复治疗的不断进行，患者的身体状况发生变化，其承受的活动量强度也在改变，而目前无法对患者在训练中的具体数据进行记录和保存，不利于康复训练计划的制订和调整，也在一定程度上影响了康复进程。
3康复医学结合虚拟现实技术的必要性
VR康复系统可以打破传统训练方式的局限性,它可以针对不同类型功能障碍的患者提供不同的虚拟训练平台，使患者以做游戏或完成趣味性任务的方式进行康复训练，以此调动患者的积极性。系统还能够详细地记录患者的训练数据，康复医生可以远程监控患者的训练情况，进而根据需要实时地调整训练计划和训练强度，推荐康复治疗方案。通过这种方式，一个医生可以同时指导多名患者，提高了医疗人员的工作效率，减轻了其工作强度。VR技术可提供重复练习、效果反馈和动机维持3种关键环节，这正是患者习得某种功能的必要条件。另外，VR康复系统能将心理引导与生理治疗结合起来，在患者进行“游戏式”康复训练的过程中，通过音乐、画面、文字和语音提示等形式给患者以正面的激励反馈，提高患者的信心和主动性[4]。因此，将康复训练与VR技术相结合具有重要的应用价值。
4VR技术在康复医学中的应用与进展
4.1VR在运动康复中的应用
运动障碍是指以运动异常为特征的各种障碍，包括运动不能、震颤、舞蹈症、扭转痉挛、斜颈、张力障碍、颤搐、抽动和肌阵挛等症状[5]。当前，在运动障碍康复领域，对患者受损的运动功能进行康复性训练是VR技术最重要的用途。
4.1.1平衡和协调训练
许多中风患者存在姿态和平衡方面的问题，例如身体摇摆和不对称的质量分布降低了其灵动性，影响了他们的日常生活。DINGQi-cheng等[7]结合CIMT原理对NintendoWiiFit游戏系统进行改造，构建了一款基于VR的下肢平衡康复训练系统。该系统使患者的双脚分别站立在2块平衡板上，通过双脚用力动态地控制压力中心，进而操控虚拟人的运动状态。通过这种方法能成功地迫使患者增加患侧肢体的使用，使其体质量分布更加均匀，对称性能力得到大幅改善。RLloréns等[8]开发的BioTrakVR系统涵盖一系列的平衡康复活动，包括端坐时头部和躯干姿势控制的恢复和站立时的动态平衡练习等多个管理项目，同时允许用户通过选择不同的练习和规划自己的持续时间、休息时间和重复次数进行个性化训练。然而，我国对平衡功能障碍的研究起步较晚，应用VR技术的研究成果尚鲜见报道，有待于进一步探索。
4.1.2行走及步态训练
与正常人相比，脑卒中偏瘫患者往往具有运动发起难、步速慢、步态周期延长、患侧支撑时间短等特点[9]。集中的特定任务式的训练可以提高脚踝的推力、髋部的拉力和行走的速度。AnatMirelman等[10]用Rutgers踝关节康复系统对18名中风后的轻偏瘫患者进行试验，受试者只能使用踝背屈、跖屈、反转、外翻以及这些动作的组合来驾驶虚拟环境中的飞机或船。实验结果表明，患者脚踝的推力、踝关节活动度（rangeofmotion，ROM）均有明显改善，膝关节ROM及站立和摆动情况也有大幅提高。可见，VR技术对患者步态康复有一定作用。目前，国内对步态康复的研究主要以简单重复性训练的康复机器人为主，对结合VR技术的研究较少。张磊杰等[11]提出了一种基于VR的步态康复机器人系统，可以快速提取患者的步态速度、心跳等生理信息并恰当地体现在游戏中，使枯燥的训练变得有趣，也提高了患者的注意力集中程度。因此，结合VR技术的步态康复机器人系统将逐渐引起众多学者和医疗器械产业的关注。
4.1.3上下肢康复训练
由于力量减弱和利用反馈能力的下降，脑卒中偏瘫患者难以进行精确的运动控制，SangwooCho等[12]基于VR技术开发出一种新型上肢康复系统，用本体感觉反馈取代视觉反馈来提高患者的运动控制能力。系统采用模拟起居室的虚拟环境，患者需要依靠自己本体感受的反馈信息，将患侧手握的虚拟半透明柱体移动到不透明柱体所在的目标位置，用这种方法亦能提高患者的日常生活能力。Burdea等[13]开发了康复训练系统“RutgerArmII”，系统由运动跟踪、重力和虚拟现实游戏3个模块组成，利用红外技术跟踪到患者的运动数据，使其能在虚拟场景中进行游戏式训练，并能得到相关的触觉反馈。国内众多学者对上下肢康复也作了很多研究。王瑞利等[14]设计了结合主动、被动和助力训练的踝关节康复系统，并添加了功能评价机制，为患者制订治疗方案提供可靠的证据。柯福全等[15]借助Kinect设备开发了一款基于视频运动跟踪的虚拟现实系统用来辅助患者的上肢康复。张金龙[16]设计了一款手指康复系统，包含了手势变换、坦克射击和赛车竞速3种游戏，非常具有趣味性。华南理工、中南大学附属第三医院与广州一康医疗设备有限公司三方联合研发的虚拟厨房训练系统[17]，患者通过在其中漫游并完成烧开水、摆餐具、盛水果等一系列的厨房操作来训练偏瘫上肢的运动功能，将该系统应用到33例上肢功能障碍患者身上，结果显示比传统训练方式的康复效果更为显著。
4.2VR在认知康复中的应用
认知是指人脑接受外界信息，经过加工处理转换成内在的心理活动，从而获取知识或应用知识的过程，它包括记忆、语言、视空间、执行、计算和理解判断等方面。认知功能障碍对患者日常生活的影响有时甚至超过了躯体功能障碍，因此也成为医学界面临的重要课题之一。将VR技术应用于认知康复，可以在虚拟环境中为患者提供安全可控的刺激进行治疗，并能监测多种重要指标，表现出传统方法无法比拟的优势。Godehard等[18]利用VR系统治疗有空间认知和记忆缺陷的轻度认知功能障碍患者，让他们在虚拟的公园和迷宫里根据地标（房子、汽车、高山等）寻找宝藏，加强患者以自我和非自我为中心记忆的能力。Caglio等[19]利用3D电子游戏进行记忆康复的研究，发现虚拟航行训练可以激活记忆区域，改善成人脑损伤患者的记忆功能。王文春等[20]设计的虚拟认知康复训练系统，包括注意力、记忆力、思维操作能力等七大训练模块，每个模块又设计了高、中、低3种级别的题目。将该系统应用到38例有认知功能障碍的患者身上，结果表明，虚拟认知康复系统在注意力和空间知觉的改善方面优于传统的康复训练模式，且更具趣味性，适用于临床推广。戚淮兵等[21]设计了基于Agent的虚拟认知康复系统，能为患者提供感官上的刺激，纠正认知偏差，具有开放、自主、可移植的特点。尽管如此，在我国内陆地区，VR技术辅助认知康复治疗的研究仍处于初级阶段，能够真正进行临床应用的系统较少，还需要不断的探索和研究。
4.3VR在远程康复中的应用
目前，我国经济发展均衡度还较低，各地的医疗设施建设也存在很大差异，康复医疗机构集中在大中城市，许多地区缺乏必要的康复服务，给广大群众带来不便。虚拟现实技术结合网络通讯技术可以将一流的医疗资源传送到较落后的地区，为康复医学带来革命性的变化。MJJohnson等[22]利用网络通讯技术使中风的患者可以在家中进行康复训练。李军强等[23]设计了一套远程监控系统，用虚拟人的运动再现患者手臂的运动，实现监控功能，从而使医生掌握患者手臂的运动情况。王月姣等[24]设计了基于力反馈的远程康复训练虚拟驾驶系统，治疗师端的计算机能实时显示患者训练视频、相关训练数据及当前训练方案，并能据此实时修改训练方案。可见，VR技术有利于提高落后地区的医疗水平，优化医学资源分配，推动我国社区康复的建设进程。
虚拟现实技术论文篇5
(一)立体物体的展示
在教学过程当中，为了能够加深学生对知识的理解，经常要用到实物展示。在进行三维物体展示的时候，为了达到更好的效果，中职教师主要采取以下几种方式:第一种是用投影仪展示图片。这种方法的弊端是只能对物体的某些视角进行展示，学生无法进行全面、自主的观察。第二种是实物展示。这种方法比较实用，但是其缺点也十分明显。在课堂上学生所处的位置都不同，因而观察实物的角度也不同，难免会产生不正确的理解。第三种是利用计算机的三维造型和动画制作软件，建立一个与事物相同的三维模型，然后通过旋转展示其各个角度。这种方法相对更为理想，但是其最大的问题就是整个展示过程都是预先设定的动画过程，学生只能进行暂停或继续的操作，却不能根据自己的需求改变视角。而通过对虚拟现实技术的运用，教师可以建立与实物相同的三维物体，然后再利用3DSMAX建立模型，再通过VRML语言来建立虚拟境界。学生可以根据自己对知识的理解，对梁、柱、墙的数量、比例、排列方式、截面形式等各种因素进行调整。这样，就可以使枯燥的结构体展示出丰富的表现力。这对中职院校建筑设计教学的效率和效果具有极大的帮助。
(二)立体空间的展示
立体空间，包括了在现实世界中真实存在，或者在历史中曾经存在的空间。在进行建筑设计教学时，有时需要向学生展示这些空间。但是，由于条件上的限制，使得学生无法亲自进入这些空间当中，通过教师的描述和学生的想象，在学生的头脑中对立体空间进行虚拟。而利用虚拟现实技术，不但能在学生脑中建立这些立体空间，还能够让学生看见、听见这些立体空间，从而进行切身的感受和体会。因此，相比于传统的中职院校建筑设计教学来说，虚拟现实技术能够让学生更加直观、真实、深刻的对相关知识进行理解和掌握。在充分理解相关知识点的同时，也能够提高学生的想象力和创造力，以及对所学知识的应用能力。
(三)虚拟场景的构造
虚拟场景指的是在现实生活当中，可能出现或是曾经出现过的一些具体场景。利用虚拟现实技术能够随时随地的将这些场景展示出来。在传统的中职传统建筑设计教学当中，教师只能通过语言的描述、图片的展示、或者视频的播放来创设学习情景，而学生也只能被动的接受，无法进行直观的理解。例如，在进行圆明园的介绍与讲解的时候，虽然教师对圆明园当中包含的众多中外建筑形式的介绍和讲解，同时也向学生展示了大量的图片和视频，但学生仍然无法做到完全的认识和理解。而运用虚拟现实技术对圆明园进行模拟，就可以让学生亲自走进圆明园，亲身游览，面对面的观察圆明园当中的亭台楼阁。学生通过近距离观察圆明园当中的各种建筑形式，然后再与教科书当中的内容进行对照，可以大大提高学生对相关知识的认知，从而提高教学效果。如果学校的条件允许，还可以利用沉浸虚拟现实系统，让学生带声头盔显示器，使学生能够在身临其境中理解园林建造的理论知识，从而进行更加深刻的体会和感受，就能够取得更为理想的教学效果。
虚拟现实技术论文篇6
1.2、园林景观设计中VR技术的关键技术
支持图形建模的软件工具有很多，由于3DSMAX对VRML有较好的支持功能，因此对园林景观设计师而言，3DSMAX是较为合适的建模软件。它不仅支持VRML程序的输出，同时还可以在VRML程序中通过选择摄像机在三维场景中进行导航设置，在场景中指定活动控件和感应器，丰富实时浏览的内容。所以，对于熟悉3DSMAX的园林设计师来说，VRML是一个很好的选择。景观设计中视景建模是虚拟现实的基础，也是园林设计的关键，要使参与者有沉浸感，必须创建真实的虚拟世界。园林场景的建立主要由AutoCAD和3DSMAX来完成，场景平面图在AutoCAD中处理完后导入3DSMAX中，进行园林模型的构建，然后将这些元素进行整合，整合后的地形模型上再加入如建筑物、小品、植物等充实虚拟环境，最后得到设计者理想的园林场景。三维图形的生成技术较为成熟，目前关键是如何实现实时生成设计中虚拟场景数据量较大的问题，典型的大规模场景，难以达到实时制的技术要求。为此，需要配置高性能计算机，为达到实时目的，至少要在保证图形质量和复杂程度的前提下提高刷新频率，这是影响该技术发展的瓶颈问题。设计师在园林设计方案过程中，需要有功能强大的交互技术作为支持，方便实时更换移动场景中的要素模型，以便于审视和比较设计方案的合理性；VR技术是交互、系统集成、管理模型识别和合成技术等多个技术的综合运用，如何将这些技术合理地运用，最大化地展示设计作品的功能理念是园林景观设计应用VR技术的关键。
2、园林景观设计中应用VR技术的意义
2.1、VR技术使景观设计意图直观呈现
园林景观设计要求设计师对空间形象思维要有一个整体的把握，既要考虑公众的要求，又要满足场景功能需要，同时达到与周边环境的相互协调，所以设计过程是一系列的创新过程。如何将规划、设计、施工、维护等工作合理地结合起来，即对项目施工前后所要呈现的效果有一个清晰、明确的方案和思路。VR技术应用在园林景观设计中，可减轻设计人员的劳动强度、缩短设计周期、提高设计准确性和工程质量要求。通常情况下，设计者会通过沙盘、三维效果图、漫游动画等方式展示设计效果，供决策者、设计者、工程人员以及公众理解和感受。以上的传统展示方式都各有其不同的优缺点，但有一个缺点是共同的，即不能以人的视点深入其中，得到全方位的观察设计效果，而运用VR技术则可以很好地做到这一点。使用VR技术后，决策者、设计者、工程人员以及公众可从任意角度，实时互动真实地看到设计效果，身临其境地掌握周围环境和理解设计师的设计意图，这是传统手段所不能达到的。
2.2、VR技术辅助激发设计师创作灵感
园林景观设计中，公众有时无法亲临项目现场进行实地考察，可以采用VR技术进行场地环境分析评判，并通过网络平台进入到虚拟项目的场地内部，全面了解项目的周边环境，包括气候条件、地质条件、交通状况、人流分布、水系分布、土壤条件、植物资源等现状特征。在方案设计阶段，设计者需要将一些景观节点定位定量地表达出来，包括植物配置平面图、立面图、剖面图及局部效果图。采用VR技术使设计者能够进入虚拟的环境空间内，直接摆放、移动、组合各种园林植物、小品，反复调整植物种类位置数量，综合对比不同植物组合的景观效果和空间形态，较大程度弥补了传统平面设计中对植物空间与环境无法进行综合感知的缺陷，进一步激发设计师的创作灵感。在该阶段，可采用VR技术对植物种植模式和植物空间组合进行高度仿真，模拟植物的栽植位置、植株大小及材料种类，最终完成植物种植总平面体现高程和剖面的竖向组合图、植物与各种景观要素搭配立面图等，其间反复调整植株数量和树木株行距获取最佳的生态效益和景观效果，可以直观地展示出植物群落的景观特征和空间形态。
2.3、园林景观设计中运用VR技术是必然趋势
园林景观中常用的设计要素，如植物、地形、水体等都是不规则的形体，用计算机的模型表示会非常复杂。例如，一棵树有成千上万片树叶，做成模型后需要用到的面数量庞大，这对于普通民用计算机来说，实现流畅的VR效果是不可能的。因此，VR技术在园林造景中的应用研究仍处于起步阶段。当前，计算机的运行速度不能满足完全建模情况下园林景观的虚拟现实，那么只能使用贴图(MAP)的方式来模拟其中的植物。使用一张处理好的树木照片，就能在VR中用一个面来表现一棵树，虽然在真实度方面会有一定的损失，但相对于完全建模所需的上百万个面来说，这样操作能减少工作强度。随着季节的变化，四季中同一地点的植物也会有完全不同的景观效果，所以，如何编写基于VR技术的程序，体现出植物景观的时效性，也就成为VR技术应用发展的方向。将植物群落四季交替的数据信息输入VR的场景数据库中，当公众需要观察不同季节植物景观特征时，实时改变场景信息即可。从20世纪80年代提出VR技术应用在园林景观设计中的创新理念，到现在虚拟现实技术得到了很大的发展。与传统风景园林设计思维相比，VR技术突破了传统维度限制的虚拟风景园林，应该是一种相对全面的设计表达系统。未来应用VR技术辅助园林景观设计是发展的必然趋势，现代科技能够将风景园林的物质功能与信息功能分别赋以不同的载体，使一些风景园林的存在形式发生质的飞跃。
虚拟现实技术论文篇7
利用计算机模型产生实时三维图形，根据使用者所需工作环境或实验场所的空间方位及时间参数等数据模型，可以设计出很逼真的模拟图像，同时结合立体显示技术呈现给使用者完美的模拟系统，需要注意的是空间或环境变化时显示刷新频率对于使用者感观的影响。
（2）感观反馈
可以通过立体声效果实现声音方位和远近的改变，通过带有震动触点的道具模拟触觉感应，以此来实现虚拟系统中听觉触觉的反馈效果。
（3）人机互动
通过语音识别系统或者计算机进行语音或命令输入。虚拟现实技术的以上特点完全适用于煤矿安全生产培训系统，通过计算机3D技术模拟出煤矿生产环境，用户以第一视角进入，可以熟悉工作环境、训练各种工作技能，应对突况等。
（4）三维动画效果
场景制作完成后需要使用AdobePremierePro将音效和动画进行合成和剪辑，还需要使用转场效果及特效来达到逼真效果。
2煤矿安全培训系统总体架构
矿井作业模拟系统由计算机控制系统来操控整个系统，用户登陆后通过计算机控制系统连接运动控制接口，可以通过启用采掘模块进行采掘模拟训练；通过启用风险识别模块训练工人判断、识别和处理危险的能力；通过互救、逃生训练锻炼工人自救和相互救助的意识。同时用户还可以通过传感器控制感受第一视觉漫游矿井，熟悉矿井生产环境和生产设备，这对于新员工来说非常必要，可以通过模拟系统尽快熟悉工作环境。
3模型构建
模型构建主要以创建不规范生产操作、重大生产事故示例和安全事故应急预案演练模型为主，使用户可以通过模拟系统达到亲身体验的目的，培训系统主要采用3DSMAX建模和渲染。其中大型设备采用多边形建模技术，以先精模后简模为原则，建模前需要根据设备的实际尺寸确定模型的比例，根据设备运行参数设置模型运动轨迹和参数；小型设备则使用图片处理软件和贴图技术进行处理，多采用纹理贴图以提高仿真度。井下巷道模型应该按照实际巷道的尺寸、复杂程度和矿井生产图纸来构建三维模型，力求模型比例与实际生产环境相符合，为了保证安全培训系统的可扩展性，按照由简单到复杂递进的顺序依次创建，形成系统的巷道模型库，应对生产环境随时扩展的可能性。场景建模主要是根据实际巷道环境创建包括电缆、机电设备、管道和支架等辅助设备，主要采用贴图技术，使场景模型更加逼真。利用特效编辑器生成烟雾，利用灯光设置达到瓦斯爆炸效果，后续连锁反应会涉及到物理模块及反应堆力学技术。人物模型的建立极为关键，人物造型是否逼真直接反映了模拟系统的仿真质量。在进行人物建模时首先进行外形创建，以实际生产的不同工种为原型进行分角色设计，人物运动效果要注重细节，如对安全事故发生时人物的反应和动作要进行动作采集并进行数据分析，作为突发事故时人物反应的分析资料。人机交互则利用VIrtools实现。
虚拟现实技术论文篇8
从词源看,“虚拟”一词是由英文virtual reality(虚拟现实,又译虚拟实在)派生出来的。在英文中,表示“虚拟的”词语并非unreal(不真实的)、visional(虚幻的)、pretended(虚假的)或fictitious(编造的),而是virtualiter,意为“具有可产生某种效果的内在力的”,源于拉丁语“virtus”、“virtualis”。中世纪神学家兼逻辑学家邓?司各脱曾赋予这个词最初的哲学含义。他从唯史论的基本观点出发,认为事物的概念不是以形式的方式,而是以产生某种效果的内在力量或者能力的方式涵盖其经验性的内容,从而构成形式上统一的现实。因此,事物的概念就是一种虚拟的现实。他试图用“虚拟的”这个词来沟通形式上统一的实在与人们杂乱无章的经验之间的鸿沟,他把虚拟实在赋予事物或过程经验的某些方面,把经验等同于实在。从这个意义上来说,人类思维、意识的发展过程,人类运用概念、符号进行抽象思维来认识自然的过程,就是一个不断虚拟化的过程。人的历史和经验,要依靠文字虚拟过程来传递、保存。印刷文字和图像的物理持性中,包含了虚拟化了的人类经验,使得人不必亲身经历,便可以继承祖先的历史和经验。显然,这种借助意识、概念和符号的虚拟是现实在人脑中的表现形式,同时也是人认识现实世界的方式。
牛津大学出版社出版的《牛律辞典》(1989)对目前计算机及通信等科技领域里经常使用的“virtual”解释是:“Not physically exiting as such but made by software to appear to do so from the point view of the program or the user。”可以翻译为:一种由软件生成的非物理存在,但从程序和用户角度来看像真的一样。虚拟特指用0、1数字方式去表达和构成事物及其关系。商务印书馆出版的《牛津高级英语学习词典》(OALD)中对“虚拟的”(virtual)一词的解释是:实质上的,但尚未在名义上或正式获得承认。《美国传统辞典》对virtual的解释是:“Existing or resulting in essence or effect though not in actual fact,form,or name”,意为“虽然没有实际的事实、形式或名义,但在实际上或效果上存在和产生的”。
“虚拟”一词的当代用法,来自计算机技术和软件工程。在计算机技术中的虚拟存储器、虚拟服务器和企业管理中的虚拟组织等语汇中,“虚拟的”意味着“虽然是无形或非正式的,但在功能上相当于……”。因此具体地说,虚拟就是用数字方式去构成这一事物,或者用数字方式去表达这种关系,从而形成一个与现实不同但又具有现实特点的数字空间。
计算机科学家用“虚拟内存”来代表计算机以这种方式设置的RAM(随机存取存贮器)。虚拟内存技术不添加硬件即可扩展计算机的数据存储,例如,在个人计算机上,虚拟内存可以是RAM的一部分,仿佛它就是硬盘存储空间。这种虚拟磁盘可以像硬盘那样来用,但却不用受实际的机械磁盘的物理限制。随着计算机和信息技术等的发展,虚拟的意义有了扩展。正如美国学者迈克尔?海姆(Michael Heim)所指认:“‘虚拟’一词的涵义后来变成了任何一种计算机现象,从计算机网络上的虚拟邮件到虚拟工作组,到虚拟图书馆甚至虚拟大学,可谓应有尽有。在每种情况下,这个形容词所指的是一种不是正式的、真正的实在。当我们把网络空间称为虚拟空间时,我们的意思是说这不是一种十分真实的空间,而是某种与真实的硬件空间相对比而存在的东西,但其动作则好像是真实空间似的。”从数字化虚拟技术的实践应用来看,虚拟技术在电子计算机领域已经获得了非常广泛的应用。“虚拟内存”(Virtual Memory)、”虚拟存储器”(Virtual Storage),“虚拟主机”(Virtual Host/Virtual Server)、“虚拟光驱”、“虚拟终端”(VPC)、“虚拟专用网”(VPN)成为经常被使用的电子计算机术语。
这些计算机专用术语基本上可以解释为:以电子计算机硬件技术为技术基础,以软件技术为技术解决方案,在计算机或网络上建构出来的具有真实硬件功能的虚拟的技术存在方式。这些技术存在方式是建构虚拟世界的技术基础。我们可以发现,虚拟技术既包括硬件技术也包括软件技术,是硬件技术与软件技术高度契合的数字化关系表达方式。今天软件工程师们一般是在一种不是正式的、不是真实的但又是实际的意义上来使用这个术语,也就是说相对于自然的、物理的存在来说,虚拟实在让主体在感觉层面上产生具有效果上的等同性。同时软件工程师们也没有把虚拟实在所构成的空间环境简单地称为可能世界,因为在现实世界中许多不可能发生的现象在计算机系统中能够发生,虚拟蕴含着比可能更宽泛的哲学内容。
从认识论的角度来理解,“虚”是一种主观存在,特指大脑对“实”的感知、认知和加工以及在此基础上形成的意象和意境。意识是大脑的本能,意识运动的机制形成人类大脑的思维。人类通过思维形成对“实”的意象和意境。从本质上来看,“虚”是存在于大脑之中的东西。“虚”的主体或精髓――意识或思维――不能以外在的形式精确再现。但却可以通过语言、动作、表情、文学艺术等形式对其进行描述,我们可以广义地称其为“虚拟”。 正如尼葛洛庞帝(Nicholas Negroponte)在《数字化生存》中所说:“虚拟现实能使人造事物像真实事物一样逼真,甚至比真实事物还要逼真。”
参考文献:
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虚拟现实技术在军事、工程建设等领域得到了广泛的应用，我国 863 高新技术计划将 VR 技术列为关键技术进行研究，此后 VR 技术在我国得以发展。以下是建筑业应用 VR 技术取得的一些成果：
Graphisoft 公司开发了以“虚拟建筑”为核心的 Archi CAD 软件，对设计项目的三维计算机模型可视、可编辑、可定义。Ahmed F. Waly 等人利用虚拟现实建模技术（VR modeling techniques）和面向对象的 CAD 技术开发了集成虚拟计划工具——虚拟建设环境（VCE），该工具可以经济而逼真地模拟主要施工过程，并可检验各种行动方案[2].
二滩电站的展示部分采用了虚拟现实技术，用户可以轻松浏览二滩环境及大坝的任意一个部位[2].国内在对施工过程中结构的仿真和可视化计算方面取得了一些成果，可以模拟各种施工过程[3].上海正大广场工程是我国首次将虚拟现实技术应用于建筑工程的项目。
虚拟企业又称为虚拟组织、虚拟公司等，本文对此不加区分。
“虚拟企业”一词由肯尼斯。普瑞斯等人于 1991 年在向美国国会提交的一份报告中首先提出。“虚拟企业可以视为一些相互独立的业务过程或企业等多个伙伴组成的暂时性联盟，每一个伙伴各自在诸如设计、制造、销售等领域为联盟贡献出自己的核心能力，并相互联合起来实现技能共享和成本分担，以把握快速变化的市场机遇。”[4]自此以后，关于虚拟企业的理论研究成为管理科学中一个研究前沿和热点，并已经在实际中得到广泛应用[5].
虚拟建设的概念由虚拟企业引申而来，是虚拟企业理论在工程项目管理中的具体应用。美国发明者协会于 1996 年首先提出了虚拟建设的概念。
国内外在这一方面的研究成果如下：（1）欧美发达国家近年来的研究主要集中在如何增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作问题上[7]，即研究如何利用 3-D CAD、4-D CAD、VR 等计算机技术将建设项目管理的各项职能进行集成。主要研究项目有：OSCON 项目、ATLAS 项目、SPACE 项目、CAVALCADE 项目、WISPER 项目、OSMOS 项目、DIVERCITY 项目，不少项目已有成果报道等。
（2）目前国内的研究成果有：徐友全做了题为《虚拟建设模式（Virtual Construction）的研究》的博士论文，论文从虚拟企业理论出发研究了虚拟建设模式的思想、组织、方法和手段。论文研究的主要创新点是：虚拟建设模式的思想；虚拟建设模式的组织设计原则；虚拟建设模式的组织模型、组建步骤及协调中心的组织和任务；虚拟建设模式信息系统（PIS/NT）的概念和功能[5].何清华在《虚拟组织在建筑业中的应用——虚拟建设》一文中总结出虚拟组织必须具备的特点，然后提出将虚拟组织应用于建筑业的可行性及挑战性；最后提出虚拟建设的组织模式、特点及对建筑业所带来的意义。彭勇在《虚拟建设——新型的工程项目管理组织模式》中分析了虚拟建设产生的背景，提出了虚拟建设的概念和内涵，并概述了虚拟建设实施过程中信息分类的方法等。
2 、虚拟建设内涵
3 、发展建议
针对上述情况，虚拟建设的实现可以从技术层面入手，进而过渡到组织管理层面，最终实现技术和管理的集成。短时期内，我国建筑业企业应从技术层面入手，加大现代科技特别是计算机技术在工程项目建设中的应用，推进工业化和信息化；同时在企业发展方面，着力发展培养核心能力，特别是要学习、借鉴先进生产和管理的思想方法，不断提高管理水平。这是企业发展的必由之路，也是实现虚拟建设的关键所在。
[1] 梁民、刘珍平、张培仁等。虚拟现实在水坝系统中的实现。计算机应用，1999，19（8）。
[2] Ahmed F. Waly， Wslid Y. Thabet. A Virtual Construction Environment for preconstruction planning. Automation in Construction， 2002 （12）： 139-154.
[3] 袁向荣、高勇利、卜建清。结构工程及虚拟现实技术。石家庄铁道学院学报，2000，13（3）。
[4] 陈剑、冯蔚东著。虚拟企业构建与管理。北京：清华大学出版社，2002（13）。
虚拟现实技术论文篇10
利用虚拟现实技术实现机械类学科的网络教学，大大提升了机械类学科教学的效率和质量。通过虚拟现实技术，将机械相关的理论知识、各种设计图、装配图、零件、机械动作设计等内容通过虚拟现实技术展现出来，突破了传统口述和二维图画展示的教学方式，突出了现代教学理念中对机械理论知识的分析及对创新能力的培养，从而完成机械结构的设计与分析、机械运动方案的设计等内容，真正提升了学生的学习能力。虚拟现实技术在机械类网络教学中的应用研究，对整合机械类学科教学资源，提升教学效果和质量具有非常重要的现实意义。
二、机械类网络教学中的虚拟现实技术
拟现实技术是一个非常广泛的概念，一般指采用穿戴式数码设备来实现的虚拟场景技术，即能够通过虚拟现实，让人们体验真实场景的相关技术和方法。
在机械类网络教学中使用的关键虚拟现实技术包括桌面式、沉浸式、叠加式、分布式。桌面式虚拟现实技术是以计算机为基础，通过显示器，采用虚拟现实技术展示物体模型，通过输入设备对物体模型进行360°的操作和浏览，从而实现虚拟世界与现实世界交互和体验的一种技术。沉浸式虚拟现实技术是通过穿戴式设备，为体验者从视觉、听觉、触觉等多感官角度创造一个全新的虚拟环境，从而使其融入虚拟环境中体验逼真的模拟效果。叠加式虚拟现实技术是在沉浸式虚拟现实系统的基础上，通过将显示实际环境的相关数据输入到计算机中，而后以穿透型的头盔显示器为基础，叠加计算机在实际环境的数据基础上虚拟的图像，从而带给体验者虚拟环境的逼真感受。叠加式虚拟显示技术增强了体验者的虚拟感受，其可以真实地按照实际工作需求对虚拟环境中的虚拟物体进行操作，从而完成相关的虚拟体验。在叠加虚拟现实技术上，增强实际的数据传输，将体验者的动作真实地同步到生产环境中，可以借助虚拟现实技术实现生产环境的操作。分布式虚拟现实技术是在其他虚拟现实技术的基础上，借助互联网打造一个丰富、共享的虚拟空间，从而突破上述虚拟现实技术的空间限制，实现世界各地体验者的零距离体验，进行机械类学科的学习与交流。分布式虚拟现实技术将计算机处理、数据存储借助云计算、大数据技术实现分布处理，通过不同地理位置的分布计算机共同协调，从而实现远程协作的教学目的。
三、虚拟现实技术在机械类网络教学中的应用
1.构建机械类网络教学平台的虚拟资源
通过虚拟现实技术，教师可以构建完善、可视化、形象直观的机械类网络虚拟平台资源。学生在课前预习或课后复习时，能够通过该虚拟平台中直观形象的网络虚拟模型，实现对相关机械类理论知识的学习和思考，进而提升自己的空间思考意识和创新能力。首先，通过虚拟现实技术，能够为机械类学科构建虚拟网络教学平台。结合微课的形式，学生在教师的讲解下，对教学模型进行全方位的学习，对机械结构和动作原理进行分析和理解。其次，通过虚拟网络教学平台，可以丰富学习环境。通过各种全新、直观的教学模型，教师可以让学生对新型教学方式产生好奇心，进而对机械类学科的学习呈现浓厚的兴趣，从而在教学平台上与教师和其他学生进行沟通和交流，最终提升教学质量。最后，基于虚拟现实技术的教学平台增强了机械类学科教学的交互性和可视性。学生学习机械理论知识、分析机械结构和动作原理将更加轻松，真正掌握机械类学习的理论知识和内容。
2.构建虚拟现实化的实训网站
基于虚拟现实技术，可以轻松实现DW可视化的网页编辑器，从而让学生轻松地对网络预订的教学模型进行查看、编辑、增强等操作。学生登录到该教学网站，通过自己掌握的理论知识，可以对机械类教学模型进行设计、同步设置、还原等操作，将理论知识应用在虚拟现实中，从而提高学生的交互性学习和实际应用技能。
四、总结
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一 问题的提出
当前，人文教学的“工具性教育”弊端呈现突出。“工具性教育”是指把人培养成工具，把教育当作工具来使用的一种观念形态的教育思想。[1]学生对“工具性教育”往往采取消极与反抗的情绪，不利于学生的成长；教学中的“人文教育”的严重缺失,开始从潜在危机走向具体的社会精神缺陷。[2] [3]由于人文精神的匮乏，民族的文化认同和归属感逐渐消失，不利于民族的发展。针对人文教育中存在的问题，我们应当探讨如何利用成熟的条件和资源加以改进。学校教育中的人文教育资源特别是诗歌、历史文化资源容易用虚拟现实技术模拟，有助于激发学生学习动机，促进学生发展，因而提出利用虚拟展览馆开展诗歌人文教育。本文在分析基于ABnet的分布式虚拟现实的基础上，依托建构主义学习理论，构建分布式中国古代诗歌文化虚拟展览馆系统，并与多种现代教育技术媒体结合，结合传统的现实展览馆和多媒体放映馆的特点，通过网络呈现在学生面前，使学生身临其境，以逼真的视、听、触觉为一体的虚拟学习环境和学生的主动性学习机制有效结合，提高学生的人文素养。
二 虚拟展览馆系统设计的理论分析
1 分布式虚拟现实概述
虚拟现实（virtual reality）是指利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户投入到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互技术。[4]虚拟现实分为桌面虚拟现实（desktop virtual reality）、沉浸式虚拟现实（immersive）、增强现实（augmented reality）型虚拟现实、分布式虚拟现实（distributed）等类型。分布式虚拟现实是指在多个地理上相互独立的用户，实时的通过计算机网络连接在一起，共同分享一个虚拟空间，一起体验虚拟经历，使虚拟用户达到一个更高的境界。桌面型的的分布式虚拟现实的实现方法很多，如：借助于Java进行实时通讯的Vrml语言设计的分布式虚拟现实、利用VirTools Dev和Multi-user Sevre快速高效制作的多人连线应用程序、利用Atomsphere服务器建立的分布式虚拟现实等，它们在性能上各有其优缺点。本文采用ABnet与Vrml语言构建分布式虚拟现实，其中，ABnet[5]是由美国人Rick基于java开发三维多人在线聊天服务器。
2 虚拟展览馆系统设计的理论基础
虚拟展览馆系统的设计以建构主义学习理论为基础。建构主义学习理论认为，学习之所以产生，是由于一个主动的、自我调整的学习者在解决问题的过程中，从经验和获取经验的环境中获得意义，从而建构个人意识。每个学习者都是在自己已有经验的基础上，以其特殊的方式在特定的环境下建构的。学习者获取知识的多少取决于自身经验建构有关知识的能力，而不是取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能力。[6]建构主义学习理论的四大要素为：情境、协作、会话和意义建构。虚拟现实技术在虚拟展览馆、虚拟博物馆、网络游戏等领域的应用，体现了建构主义的意义和思想。虚拟现实技术是指通过特殊的输入设备和一些能实现三维图形和三维音效的特殊输出设备来模拟人和环境间的交互技术。虚拟现实技术应用图形、声音和图像再造逼真的情境，使学习者身临其境。在现代教育技术环境中，虚拟现实技术能构造出最佳的课堂教学环境，将学生置身于其中，以求获得最佳的教学效果。它能创造和展示各种趋于现实的学习情境，把抽象的学习与现实生活融合起来，激发学生的思维。它可以克服传统班级授课制限制学生主动性和独立性的缺点。用虚拟现实技术“构筑”的课堂，学习者可以是一个或多个，教学模式可以多样化，教学方法可以任意选择，教学进度可以多方控制。在教学过程中，学生可以同教师一起成为教学的设计者和控制者，使师生的主体性都得以发挥。
三 虚拟展览馆系统的运行环境及其实现
1 虚拟展览馆系统的运行环境
以Web为运行平台，采用浏览器/服务器（B/S）结构在Web上进行分布式展示和交互，系统接受来自客户端可视化输入和交互操作，并根据客户端的不同请求以逼真视觉、震撼的立体声、交互触觉向浏览者展示不同的虚拟效果。在服务器端配置IIS服务（支持论坛和个人空间）和AbnetServer服务（支持分布式虚拟展览馆）。在客户端安装相应的三维浏览插件，如：BS Contact VRML-X3D、Complayer、Cortona。客户端服务软件，如AbnetClient.exe。浏览者利用Web通过相关的插件对虚拟展览馆进行浏览和多人连线交互。
整个虚拟展览馆系统由三维展览厅、二维论坛以及个人空间组成。展览厅在3DMax建模的基础上利用虚拟现实语言Vrml对各种模型进行整合来实现，与以往Flash实现的二维虚拟现实环境相比，具有更强大的沉浸性和音效性，给浏览者提供了一个更加接近现实的逼真环境。论坛和个人空间通过ASP、PHP等技术来实现，这方面的技术在国内相当成熟，与三维空间相结合从而使系统更加的完善，功能更强大。
2 虚拟展览馆系统的实现
（1）展览厅的设计
以时间为分割线把展览厅分为东周春秋展览馆、汉朝展览馆、唐朝展览馆和宋朝展览馆四个部分。
按照朝代顺序把中国历史上众多优秀的诗歌文化都清晰的展现出来，符合人们的逻辑思维，更容易被学习者记忆和接受。展览厅在三维虚拟空间里，通过相关的诗词、雕塑、图片、声音、视频以及相应的发言平台向学生展示中国古代诗歌文化所蕴含的中华民族的优良传统和民族精神，从而使其在现代社会得到传承和发展。在展览厅里，学生可以自由的漫游，还可以看到其他同学，赋予展览厅情感色彩，如同在真实的展览厅里，逼真的虚拟场景充分体现了建构主义理论强调的“情境”构建。学生点击相关的图片、雕塑和诗歌，打开其详细的网页介绍，使知识的呈现更加的详实。点击图片、雕塑和诗歌附近的按钮，可以打开相应的声音介绍和视频介绍，使知识更直观化、形象化，容易为学生所获取。在展览厅下方设有“学生即时发言”板块，学生在展览厅里可以通过这个“即时发言”板块进行相互交流。
（2）论坛的设计
论坛主要用于学生之间的协作交流。学生可以在论坛里对不同的诗歌文化内容板块发表自己的观点，利用论坛的文字、语音视频和其他同学进行交流，教师通过论坛组织学生进行分组交流讨论。论坛具有记录功能，记录学生在展览厅点击内容的次数，根据次数在论坛的热点知识库中对内容进行排名，教师按照热点知识的排名组织学生进行学习。论坛提供了相关的学习资源，如电子书籍、教学课件等。论坛根据每个学生发表观点或评论的次数给每个学生积分，学生凭积分可兑换自己需要的学习资源。此外，论坛系统具有一定的过滤功能，对学生的发言进行检索，防止不文明语言的出现。论坛形成了一套良好的评价反馈机制，充分体现行为主义的“刺激―反应―强化”的联结，学生在不断的“刺激―反应―强化”的过程中提高自己对诗歌文化学习。
（3）个人空间的设计
学生注册后，系统会自动分配个人学习空间，为学生提供一个学习交流平台，有利于学生展示自我，发表学习心得体会。空间会跟踪记录进入个人空间的访客，有利于回访，由一个点向四面八方延伸，最大程度促进资源共享。学生可以修改个人空间，如空间布局、背景图案、空间形象、空间动画重新装饰、设计。空间系统提供相应的优秀学习资源供学生使用，但学生必须通过论坛积分才能获得，这势必会激发学生学习的动机。此外，系统根据学生的论坛积分给学生一定的权限，部分或全部获得优秀资源，但是有一定的使用时间限制，如同玩家在网络游戏获得游戏装备，形成一个良好的学习环境，促使学生积极主动去学习。
四 虚拟展览馆在人文教育中的应用
首先，教师向学生介绍虚拟展览馆系统的结构、功能及其使用方法，然后组织学生由登录用户界面进入虚拟展览馆。（如图2所示）
教师在展览馆作为组织者、辅导者，扮演虚拟角色组织学生学习。学生进入展览馆后，扮演虚拟角色进行自主学习。教师通过发言系统及时回答学生提出的问题。学生在展览厅里通过文字、图片、语音、视频来获得知识，学生之间通过发言系统、论坛进行交流。在虚拟展览厅的自主学习结束后，教师组织学生进行讨论。系统论坛自动记录学生点击内容的次数并将内容按点击数由高到低自动排序。教师依据论坛信息对学生进行分组，组织学生通过文字、图片、语音、视频等进行交流讨论。教师根据发帖的数量和质量给学生加分，同时系统也会根据关键词和发帖的数量自动给学生加分，最后由教师来对各小组作出点评，学生通过积分兑换精美的课件和各种优秀的电子书籍。教师可以围绕一个关于中国古代诗歌文化的主题给学生安排相关的学习任务，学生在个人空间学习任务和个人的观点，鼓励学生通过学习获得积分来设计自己的空间。教师定期对学生的空间从个性化风格设计到内容质量进行评比和检查，对优秀学生给与积分奖励。从而使学生积极主动学习，有利于学生主动性和创造性的发挥，形成了一个不断循环的良好学习环境。
五 结束语
分布式虚拟现实技术的优势曾经在网络游戏中发挥的淋漓尽致，逼真地三维虚拟环境，震撼的立体声音、强大的交互功能使玩家如痴如醉。随着信息技术的不断发展和教育需求的不断提高，学习环境的构建显得越来越重要。分布式虚拟现实技术在环境构建上的独特优势及强大虚拟交互功能、跨越时空的特性越来越受到教育界的关注。本文从视觉、听觉和触觉三个方面研究了基于ABnet的分布式虚拟展览馆在中国古代诗歌文化展览中的多人在线技术、交互技术以及声音和视频的展示技术，与以往的基于HTML标记语言构建的网上展览馆相比，更加显示出它的沉浸性和环境的逼真性，其三维立体音响功效也是二维展览馆所无法比拟的，甚至可以与现实展览馆相媲美。这将对传统教育环境造成一定的冲击，也为教育教学提供了新思路，分布式虚拟现实技术与教育的结合必将对远程教育产生深远的影响。
参考文献
[1]冯建军.工具性教育及其反思[J].江苏高教,1999,(2):67．
[2]王晓燕.论初中文言文教学中的传统人文精神教育[D].内蒙古:内蒙古师范大学,2007.
[3]戚永祥.人文教育例谈[J].语文教学与研究,2005,(14):111.
虚拟现实技术论文篇12
一、虚拟演播室基本情况概述
（一）虚拟演播室的基本原理
虚拟演播室（Virtual Studio）由计算机系统、电视摄像机、图形图像发生器、色键器、跟踪设备以及视音频切换台等构成，是近年来虚拟现实技术和传统的色键抠像技术相结合的产物。虚拟演播室技术就是利用色键抠像技术更换视频背景，再用由计算机制作的二、三维场景替换被色键抠除的蓝箱背景，利用计算机三维图形技术和视频合成技术，根据前景摄像机的位置焦距等参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，通过色键器合成，使前景中的人物、道具看起来完全处于计算机生成的虚拟场景中，从而创造出逼真、立体的演播室效果。
（二）虚拟演播室的关键技术
虚拟演播室技术主要包括摄像机跟踪技术、色键抠像合成及定位技术、实时渲染技术、灯光技术、背景蓝箱技术等。
1、摄像机跟踪技术
摄像机跟踪技术指在节目拍摄过程中实时获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数，包括摄像机镜头参数、云台运动参数、摄像机空间位置和角度参数。借助参数判断摄像机、前景人物、虚拟场景之间的相对位置关系，帮助系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。使虚拟场景产生对应变化，与前景真实结合在一起，为系统正确地模拟背景提供了重要保证。
2、色键抠像合成技术
色键抠像合成技术是指处理摄像机在蓝色背景中拍摄的真实景物视频信号时，运用色键技术指定色度和饱和度值，图像信号中与这个指定数据相同的区域将被抠去，使被摄主体同纯色背景分离。抠去的背景区域被虚拟场景所替代，完成图像的合成。
二、当前虚拟演播室在服务教学训练中存在的问题
（一）资源共享不足，加大了虚拟演播室的工作负担
随着教学改革，教学训练对教育技术的需求呈现任务需求批量小、灵活多变、日益复杂且技术水平要求高的趋势。例如：网络课程的制作科目多，每个课程的虚拟场景均不同，甚至同一课程需要制作几个虚拟场景。且随着教学需求的不断提高，教学场景的制作要求随之提升，并且制作的场景可能只适用一节课，无形提高了制作中的技术成本。如果拥有成熟的资源共享平台，将会有许多素材无须进行二次处理便可直接拿来使用。正由于资源共享的不足，在原本工作量大的基础上又要做相关素材的重复处理工作，加大了虚拟演播室应用工作的负担。
（二）教育技术人员的技术水平与虚拟演播室的技术要求存在差距，制约了演播室功能的发挥
随着信息技术的飞速发展，技术人员相应的技术水平也不断提高，尤其是3D技术的不断提升为虚拟背景的生成打下一定基础，但仍处于初级水平。若要求制作一个基于3D技术支撑的教学训练虚拟场景，难度还是相当大的。特别是任务重、工期紧、制作质量要求高时，人员技术水平偏弱这一问题更加突显，这严重制约了虚拟演播室功能的发挥，无法满足教学训练的发展需求。
（三）基于虚拟演播室的理论研究不足，制约了其在教学训练中的应用
为加快教育技术服务教育训练的保障质量与技术含量，针对院校教学训练模式、教学特点做了一定的研究，尤其在虚拟演播室服务教学训练中的应用研究。但通过查阅资料，发现高质量的可参考的相关论文数并不多，且大多停留在理论层面，而非经过实际教学训练实验后的结论。虚拟演播室的教学应用方面，提出的虚拟演播室在教学中的运用提高了录制质量、降低了制作成本等，这些优势太过普遍、笼统，可以说是虚拟演播室具备的，不仅限于教学应用。由于没有高质量的相关教育教学应用研究与高技术水平的技术团队支撑导致在远程教学、新闻制作及服务教学训练中并没有将虚拟演播室的优势发挥出来。
三、解决现有问题的对策
（一）加强技术人才队伍建设，组建一支具备高品质作业能力的技术人才队伍
加强人才队伍建设虽是老生常谈的话题，但针对教育技术飞速发展的今天仍然适用。如虚拟演播室技术，包括其需要的第三方软件Maya、3dMax、Photoshop等软件都在不停的更新，功能也不断强大，因此，必须组建一支各有所专又技术涉及面广的具备高品质作业能力的技术人才队伍，充分运用前沿技术服务教学训练。具体做法：一是在现有人才基础上，培养各自所长专业并自学提高。二是制定培训计划，分批次外派到专业院校有针对性的学习。三是根据实际情况，按需送技术人员到短期培训机构学习。四是主动深入教学训练一线，了解学员所需，指导帮助教员制作相应教学训练“作品”，充分实践。
（二）加强虚拟演播室与媒体资源管理系统的共建，以网络形式实现资源共享
伴随教学改革的不断发展，教育技术服务教学训练的要求越来越高，相关工作量及技术储量日益增加，促使加强资源共享工作的落实迫在眉睫。具体做法：一是将制作的虚拟场景、多媒体素材等上传到媒体资源管理服务器，用计算机网络形式将各个孤立的非编工作站和媒体资源服务器连接起来，实现素材共享、流水线作业，提高工作效率。二是将虚拟演播室制作的虚拟现实多媒体、网络课程与系统研发及网络管理系统建设结合起来，相互促进，共同发展。
（三）加强虚拟演播室理论及应用研究，创新虚拟演播室服务教学训练模式
基于目前虚拟演播室服务教学的研究现状，及为顺应教学改革发展创新，将虚拟演播室的功能充分发挥出来，作为教育技术专业的研究人员应主动作为，发扬主动创新意识，参照国内、外院校的做法，以现有理论成果为基础，投入教学训练改革，用理论指导实践，实践创新理论，探寻虚拟演播室服务教学训练新模式。
参考文献：
[1]付建清.虚拟演播室技术及其在电视教材制作中的应用[J].吉林省教育学学报，2011，27（7）.
虚拟现实技术论文篇13
0.前 言
新世纪以来，随着计算机图像学，人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计和制造等技术的告诉发展，虚拟现实技术在工业实际中的应用越来越多，已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工具。虚拟现实技术的广发应用是现代工业实际走向更全面的数字化，是设计部门与企业管理、工程设计与市场营销等产品开发的主要部门之间的交流变得更加容易，不记打打缩短了企业产品开发的时间，而且也为其产品的宣传、销售赢得了先机，为企业在竞争中取胜添加了筹码，加快了企业发展的步伐。
1.虚拟现实的定义
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种计算机界面技术。从本质上讲，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觉、听觉、触觉等各种直观、自然的实时感知交互工具，最大限度地方便用户操作，提高整个系统的效率。根据VR应用的对象不同，VR的作用可以表现为不同的形式，如将设计概念或方案可视化和可操作化，以方便设计评价和优化；实现逼真的遥现场效果等。
2. 虚拟现实技术在工业设计各个阶段中的应用
（1）虚拟现实技术在需求分析阶段中的应用
通过结合虚拟现实技术的Web页面进行市场调查，可以激发被访问者的兴趣，所得到的信息更丰富，更准确，并且有针对性，这样在产品设计之前可以真正了解市场的需求情况。同时可以利用给予Web的虚拟设计环境把产品的特点和功能尽可能展示给用户，并通过用户的反馈信息获得的个性化需求信息，这有助于设计出符合大批量定制原则的合理的产品结构。。
（2）虚拟现实技术在概念设计中的应用
在概念设计中运用虚拟现实技术，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多关注产品使用者感受，而非产品本身。在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受；利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件，在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可以根据用户的建议，邀请专家和部分用户一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。
（3）虚拟现实技术在详细设计中的应用
详细设计是概念设计之后的一个重要阶段，包括零件详细设计、工艺详细设计和可制造装配性详细分析等，其中可制造装配性详细分析尤为重要。。在进行复杂产品结构设计时，通过虚拟像是技术可以直观地进行装配分析，避免可能出现的干涉和其他不合理问题，及虚拟装配。
（4）虚拟制造
虚拟现实技术为制造模拟带来了真正的虚拟制造环境，通过虚拟知道可以发现制造中潜在的问题，进而在产品实际生产前就采取预防措施，达到产品一次性制造成功的目标，从而降低成本，缩短产品开发奏起，增强产品的竞争力。
虚拟制造系统基本上不消耗资源和能源，也不生产实际的产品，而是运用计算机迷你现实中产品进行产品设计、开发与制造过程，它的运用将会对未来制造业的发展产生极大的推动作用。。
（5）虚拟评价和测试
在虚拟工业设计中不可忽略的一环是虚拟产品进行评价和测试。虚拟评价技术主要是在方针的基础上，对产品运行状态与性能进行虚拟条件下的评价，从中获得修改的依据，降低修改和生产的成本。
3.结束语
正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。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。
参考文献：
[1]张立群. 计算机辅助工业设计[M]. 上海：上海人民出版社，2003
