虚拟技术的发展现状篇1
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
虚拟技术的发展现状篇2
1 虚拟现实
虚拟现实(virtual reality，简称vr)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”(artifi- cial reality)、“遥在”(telepresence)、“虚拟环境”(virtual environment)、“赛博空间”(cyberspace)等等。
2 国外虚拟现实技术研究现状
计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。
2.1 vr技术在美国的研究现状
美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，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。
上世纪80年代，美国宇航局(nasa)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”(vpe)的实验计划。现nasa已经建立了航空、卫星维护vr训练系统，空间站vr训练系统，并已经建立了可供全国使用的vr教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行vr研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在vr领域主要从事利用vrt建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于vr使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。
图形图像处理技术和传感器技术是以上vr项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。
2.2 vr技术在欧洲的研究现状
在欧洲，英国在vr开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国bristol公司发现，vr应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国arrl公司关于远地呈现的研究实验，主要包括vr重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。
欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了vr的研究与应用。
瑞典的dive分布式虚拟交互环境，是一个基于unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。
荷兰海牙tno研究所的物理电子实验室(tno- pel)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。
德国在vr的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。
2008年10月27-29日在法国举行的acm symposi- um on virtual reality software and technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。
2.3 vr技术在日本的研究现状
日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模vr知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。
在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为spmar nec公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理cad中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。
3 国内虚拟现实技术研究现状
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的一段距离，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。
北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行vr研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法。
清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了quicktime技术，实现大全景vr制；浙江大学cad＆cg国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。
4 虚拟现实技术的发展趋势
随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面应用的不断深入，在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面，对虚拟现实技术都提出来更高的需求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实相关技术研究遵循“低成本、高性能”原则取得了快速发展，表现出一些新的特点和发展趋势。主要表现在以下方面：
(1)动态环境建模技术。
虚拟环境的建立是vr技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。
(2)实时三维图形生成和显示技术。
三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，vr还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。
(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。
虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感，但在实际应用中，它们的效果并不好，并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式，会有效地提高虚拟现实的交互性效果。
(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。
网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象(实体)之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前，分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点，相继推出了相关标准，在国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要额网络平台和软硬件基础环境。
虚拟技术的发展现状篇3
1 虚拟现实
虚拟现实(virtual reality，简称vr)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”(artifi- cial reality)、“遥在”(telepresence)、“虚拟环境”(virtual environment)、“赛博空间”(cyberspace)等等。
2 国外虚拟现实技术研究现状
计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。WWw.133229.COM虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。
2.1 vr技术在美国的研究现状
美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，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。
上世纪80年代，美国宇航局(nasa)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”(vpe)的实验计划。现nasa已经建立了航空、卫星维护vr训练系统，空间站vr训练系统，并已经建立了可供全国使用的vr教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行vr研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在vr领域主要从事利用vrt建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于vr使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。
图形图像处理技术和传感器技术是以上vr项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。
2.2 vr技术在欧洲的研究现状
在欧洲，英国在vr开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国bristol公司发现，vr应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国arrl公司关于远地呈现的研究实验，主要包括vr重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。
欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了vr的研究与应用。
瑞典的dive分布式虚拟交互环境，是一个基于unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。
荷兰海牙tno研究所的物理电子实验室(tno- pel)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。
德国在vr的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。
2008年10月27-29日在法国举行的acm symposi- um on virtual reality software and technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。
2.3 vr技术在日本的研究现状
日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模vr知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。
在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为spmar nec公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理cad中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。
3 国内虚拟现实技术研究现状
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的一段距离，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。
北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行vr研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法。
清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了quicktime技术，实现大全景vr制；浙江大学cad＆cg国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。
4 虚拟现实技术的发展趋势
随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面应用的不断深入，在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面，对虚拟现实技术都提出来更高的需求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实相关技术研究遵循“低成本、高性能”原则取得了快速发展，表现出一些新的特点和发展趋势。主要表现在以下方面：
(1)动态环境建模技术。
虚拟环境的建立是vr技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。
(2)实时三维图形生成和显示技术。
三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，vr还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。
(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。
虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感，但在实际应用中，它们的效果并不好，并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式，会有效地提高虚拟现实的交互性效果。
(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。
网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象(实体)之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前，分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点，相继推出了相关标准，在国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要额网络平台和软硬件基础环境。
虚拟技术的发展现状篇4
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）也称灵境技术。虚拟现实是就是利用计算机生成一个关于视觉、听觉、触觉等感官的三维空间的虚拟世界，让参与者身临其境一般，产生沉浸感。
VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它利用计算机模拟产生逼真的三维空间，以人们习惯的能力和方法，对这个虚拟世界进行客观的观察、体验、控制甚至分析，让使用者通感应装置，自然地参与到虚拟环境中，进行逼真体验，与之交互。简单的说，虚拟现实并不是真实的环境，更不是现实世界，而是人们利用计算机把抽象、复杂的计算机数据表现为他们所熟悉的、直观的可以交互的高级人机接口。
1、虚拟现实技术的重要特征
VR 技术最初起源于20 世纪中期的美国，发展到现在仍然处于探索阶段。由于其发展所依托软硬件环境和研究方向及其应用领域的不同，人们对它的理解也不尽相同。
VR 技术始终以其三个重要特征而发展，即沉浸感（Illusion of Immersion）、交互性（Interactivity）和构想（Imagination）。沉浸感，是指利用计算机产生一个虚拟的三维环境，能通过看、听、嗅、触等感知到虚拟环境中的真实状况，入在其中，身临其境。交互性，是指参与者能够自主地与虚拟环境中的对象进行操作、感知和互动。就如同人们在现实中抓取物体的感觉，可以判断出物体的重量、形状甚至运动状态等。构想，是指参与者通过虚拟环境中的运动状态或程度，可以启发人们对事物的学习、认识甚至创新。构想注重思维发散与创新，拓展视野，真实环境再现，甚至可以构想客观上根本不可能存在的环境。
2、虚拟现实的研究内容和关键技术
虚拟现实是多种学科技术的综合，具体涉及计算机图形技术、人工智能、仿真学等领域，是通过计算机软硬件以及传感器，构建一个使参与者获得身临其境的逼真感。其研究内容主要有以下几个方面：
2.1 动态环境建模技术
虚拟环境的建立是VR技术的基础理论，更是核心内容，动态环境建模技术的目的在于获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立与之相适应的虚拟环境模型。
2.2 实时三维图形生成和显示伎术
目前，三维图形的生成技术已经比较成熟，而虚拟现实的关键是“实时生成”。基于实时目的的关键性，计算机图形的刷新频率就显得尤为重要，其刷新频率起码高于30帧/秒。为此，在不影响图形质量和复杂程度的基础上，提高刷新频率将是未来我们主要的研究内容。除此之外，VR 还依赖于立体显示和传感器技术的发展，目前的计算机设备还不能有效满足VR技术的发展需要，因此开发更高技术的三维图形生成、显示技术是关键。
2.3 新型交互设备的研制
虚拟现实能够实现人们与虚拟环境中的对象进行随心所欲的交互，如入其境。所依赖的设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。为此，新型交互设备的研制是未来研究虚拟现实技术的重要方向。
2.4 应用系统开发工具
VR应用的关键是如何发挥想象力和创造性。尤其，选择合适的应用对象，可以有效提高工作效率，优化产品质量，可谓事半功倍。因此，人们研究了VR系统开发平台、分布式VR技术等开发工具。
2.5 系统集成技术
由于VR系统中包含大量的感知信息和数据模型，为此，系统集成技术对虚拟现实的发展起着至关重要的作用。集成技术包括信息同步、模型标定、数据转换、数据管理模型、识别与合成等等技术。
3、VR技术的发展及其应用前景
虚拟现实概念起源于60年代，到80年代逐步兴起，90年代产品问世。目前，虚拟现实技术的应用涉及航天、军事、通信、医疗、教育、娱乐、图形、建筑和商业等各个领域。
VR技术在医学方面的应用具有极其重要的现实意义。该技术可用于虚拟实验室的解剖教学、复杂手术模拟与规划。另外，在远距离遥控就诊，医疗手术的统筹安排以及具体手术中的信息指导和结果预测，甚至新型药物研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。
在航天航空方面，VR技术的作用也非常突出。例如，在航天飞行过程中，失重是最大的障碍和困难，由于物体在失重情况下运动轨迹或状态难以预测，因此解决驾驭失重状态下的物体的运动状态是一个重要课题。为了逼真地模拟太空中的情景，美国航天局NASA在“哈勃太空望远镜的修复和维护”计划中采用了VR仿真训练技术。
在军事领域中，VR技术应用可以模拟军事演习，可用来训练坦克、直升机和进行军事演习，利用无线电通信和声音来加强真实感，以及训练部队之间的协同作战能力等。
在三维游戏中，虚拟现实技术得到了广泛应用，同时，三维游戏的快速发展也为虚拟现实技术的提升起了巨大的支撑和牵引作用。由于BS模式的三维游戏所特有的实时性和交互性，需要在游戏中进一步提高、加强逼真性和沉浸感。 目前，在三维游戏中，尽管虚拟现实技术的应用还有很多技术难题，但是它在三维游戏领域的应用越来越广泛。
4、结语
虚拟现实是一种穿越时空，将难以实体展现在人们面前的事物或对象，通过计算机等高科技手段，让我们可以看、听、嗅、触，并与之互动的技术。其本质是人与计算机的通信技术，涉及领域广泛，是未来社会发展重要学科技术。
虚拟现实技术正逐步向实用方向发展，同时也向世界展示了其广阔的应用前景。随着计算机技术的进一步发展，凭借虚拟现实技术的神奇作用和广阔前景，未来，虚拟现实将会进入千家万户，成为人们生活不可或缺的重要组成部分。
参考文献
[1]曾芬芳.虚拟现实技术.上海交通大学出版社，1997.
虚拟技术的发展现状篇5
申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 何谓增强现实技术？
近年来，以谷歌眼镜和“圆窗裂痕”（Oculus Rift）头戴式显示器为代表的穿戴式设备吸引了公众的广泛注意。尽管尚处于开发阶段，这些产品仍旧获得了众多用户的期待。目前，各国已开始积极探索穿戴式设备在现代军事领域的应用。例如，佩戴谷歌眼镜的特种部队能够分享目标建筑环境的360°全景合成视图;又如使用“圆窗裂痕”头戴式显示器可获得无人机传来的超视距影像，可实现对无人机的远程控制及发射武器。
穿戴这类设备使人员具有“超人”能力，即能获取和处理大量信息，甚至是获得未见未知的历史事件和信息的能力。获得这种能力的技术，我们称其为增强现实技术。
那么，何谓增强现实技术？增强现实（AR：Augmented Reality）技术是一种将计算机生成的感知信息与物理现实世界进行叠加的技术，以增加现实环境的元素信息，包括声音、视频、图像和GPS数据等。
增强现实技术与介导现实（Mediated Reality）技术相关，后者主要基于计算机技术对现实景象进行修改（甚至可能是减弱，并非只有增强），前者则主要在于增强对现实的感知能力。增强现实技术中对于现实世界的增强通常是与环境相关的实时信息，例如电视播放体育赛事时的实时比分。基于先进的增强现实技术（如计算机图像和目标识别），用户周围的环境信息变得具有交互性和数字可操作性。与环境和物体相关的虚拟化信息能够叠加在真实世界之上。 增强/虚拟现实技术设备正在军事领域中得到应用 增强现实技术设备的军事应用探索
“我已经用谷歌眼镜把视频录制好了！”这句话揭示了谷歌眼镜的本质功能。
对于使用早期限量发售的探索者版谷歌眼镜的尝鲜者来说，这不仅仅是一部具有500万像素的声控视频设备，还是一台摄像机。这款智能眼镜实质上是一台内置有处理器、存储、蓝牙和小型显示屏的微型计算机，用户可以使用它浏览邮件、文本信息以及来电信息，并通过眼镜架腿上的触摸板做出回应，还能够将语音输入转换为文本信息。谷歌眼镜的用户可以从显示屏上获得投影信息，甚至可以通过谷歌（Google）网站将输入语句翻译成外语。
美国BMI公司是位于俄亥俄州哥伦布市的一家私人非盈利性的研发公司，公司基于谷歌眼镜展示了一种“战术级增强现实应用”（TARA：Tactical AR Application）。TARA应用基于视频识别技术，为携带化学生物放射性检测装备的应急人员提供对潜在有害物质的评估。BMI公司的戴伦・沃尔夫解释说：“该应用能够给予应急人员不同颜色的指示信息，从而显示当前检测设备对被测试剂是否有效。”谷歌眼镜的显示屏能够列出对危险品、爆炸物和大规模杀伤性武器的处置备忘录。
在执法行动中，谷歌眼镜采集的视频影像能够被面部识别软件处理，再结合相关数据库信息分辨出嫌疑人。
“战术级增强现实应用”可以与“圆窗裂痕”虚拟现实头戴设备一起作为沉浸式训练环境的一部分。基于内置的头部传感器和一对手持传感器，受训人员可以与危险品、爆炸物和大规模杀伤性武器训练场景中的虚拟目标进行交互。 在美国空军研究实验室，一名少尉正在演示谷歌眼镜的用途
美国空军研究实验室（AFRL）已经在探索将谷歌眼镜用于空降救援和联合战术控制的前景，该计划被命名为“蝙蝠侠 II”。正是由于谷歌眼镜具有质量轻、造价低和内置大量传感器的优势，美国空军研究实验室考虑用它来替代现有平台。基于谷歌眼镜，战术控制人员可以通过对目标的注视来为攻击机指示目标。同时，美国空军研究实验室正在研究使用谷歌眼镜协助空降救援人员实现基于远程传感器的伤员生命体征监测和医疗信息传输，该应用将有助于确定哪些伤病人员急需救治。
BAE系统公司开发了一款类似谷歌眼镜的头戴式显示设备（HMD），该设备采用单目显示方式，用于单兵的版本称为Q-WARRIOR。其能够提升单兵的态势感知能力，同时还能够通过叠加的数据和视频为单兵提供情报信息。该设备的主要特点是：具有增强型的夜间成像和规划路径能力，能够识别敌方兵力、追踪人员和设备，支持小组协同行动。BAE系统公司的该项技术将首先应用于包括侦察与反恐在内的特殊军事行动中。BAE系统公司的士兵系统项目主管保罗・怀特认为此装备的最大需求也恰恰来源于最早采用态势感知技术时所提出的优势和需求。
美国海军研究局也与眼镜生产厂商Vuzix公司和头戴式显示设备（HUD）制造商Six15科技公司合作，研制类似于谷歌眼镜且可与标准军用护目镜集成的设备。美国海军正计划将这款头戴式增强现实显示设备用于军事训练。受训士兵可以通过该设备在其视野内增加虚拟角色、目标和各种特效等。
美国陆军作战实验室基于智能手机开发了手持式“态势感知工具”，以便士兵能够获得地面机器人和空中无人机传输的视频信息。基于无线网连接战术机器人或者小型无人机控制系统，分队指挥官态势感知工具可将视频实时传输给班排指挥员，使他们部分取代传统的无线电方式来发送请求和接收指令。
谷歌公司以及其他一些研究机构正在致力于研究仿生“智能透镜”――通过微电子元件与透镜关联。菲尼尔透镜可以将影像聚焦到用户的视网膜上，影像由发光二极管生成，整个系统由射频天线和集成电路传输的能量进行供电。 头盔显示器的最新发展
2014年早些时候，Oculus公司了新一代开发者工具包DK2。DK2使用有机发光二极管（OLED）显示器来解决运动图像模糊和颤抖的问题，每只眼睛对应的显示屏都具有960×1080的高分辨率。DK2还使用外置摄像机来支持六个自由度的头部运动跟踪。 Vuzix公司与Six15科技公司合作研发的头盔式增强现实显示装备用于军事训练，受训士兵可以通过该设备在其视野内增加虚拟角色、目标和各种特效等，可极大提高训练水平，节约训练成本
随后，Oculus公司在同年9月份了一款质量更轻的样机――“月牙湾”（Crescent Bay），该产品配置了一个能够实现全方位头部运动跟踪的摄像头，使头部运动不受约束。同时，“月牙湾”整合了耳麦，大大提升了用户的沉浸感。
但是，曾就职于Quantum 3D公司的亨克・塞米内克（Hank Semenec）发现Oculus公司采用的光学器件存在大量边缘失真现象。仔细观察Oculus的光学器件，就会发现存在的透光度问题以及与彩色光谱相关的边缘失真现象，使得为受训人员显示的相关信息很快就变得无法识别。这款头盔显示器未来还需要改进。
索尼公司也进行了头盔显示器的研发，命名为“墨菲斯”计划（Project Morpheus），与PlayStation 4 一起使用。“墨菲斯”配备了一块5英寸显示屏，具有90°视角和1920×1080的高分辨率，内置惯性传感器，佩戴者只要转动头部，PlayStation的摄像头就能够准确捕获用户的头部朝向。
三星（Samsung）与Oculus公司合作完成Gear VR系统，该系统使用Galaxy Note 4智能手机作为显示器――手机安装在Gear VR的前面，作为Gear VR的显示器，能够与Gear VR的眼镜完全吻合。
谷歌公司了一款用于游戏的头盔显示器，名为Google Cardboard。该系统使用玩家自己的智能手机。更为有特色的是谷歌的“探戈”（Tango）项目，它不可思议地将3D空间感知和视觉技术应用于手机中。其核心是一块由Movidius公司生产的Myriad 1 视觉处理器，芯片仅需要几百毫瓦的电量，具有超万亿次处理能力。谷歌“探戈”手机还集成了体感虚拟传感器，能够对手机周围的环境进行扫描。 虚拟现实技术面向训练的应用
SGIL公司的VisTA系统可用于多种虚拟环境下的训练，集成了单人/多人、战术突击、决策判定和态势感知训练。
显然，以训练服务为目标的虚拟现实技术对军事训练尤其有效，使士兵能够提高对战场态势的感知能力以及面对危险环境时如何应对与处置的能力。基于虚拟现实的仿真技术能够使士兵在没有伤亡风险的前提下实现上述军事训练的目标。通过对特定场景的重现（例如与敌人战斗的场景），使受训人员拥有身临其境的体验，而且不存在真实环境中的任何风险。与传统训练方法相比，更加安全经济。
虚拟现实训练需要借助于头戴式显示器（HMD）完成，头戴式显示器内置运动追踪和数据处理系统，使用者能够与虚拟环境进行交互。 空中控制员正在使用Oculus公司的增强现实设备。沉浸式的头部装置可有效为人员提供相关训练
训练中，士兵和其他相关人员配备虚拟现实眼镜，该眼镜能够产生虚拟3D影像，而且在全体参与人员之间共享。但是，需要强调的是虚拟现实只能作为辅助设备使用，并不能完全替代真实训练。
虚拟现实战斗仿真利用虚拟化环境，对新兵进行必备技能和技术的训练。新兵配备虚拟现实眼镜或者具有追踪系统的头戴式显示器，在这样一种3D虚拟化环境中进行科目训练。
虚拟现实还可用来治疗创伤后精神失调（PRSD）。对于遭受战场创伤和心理创伤的伤员，医护人员可以采用虚拟现实技术在一个安全的环境下学习如何治疗和处置这些病症，使伤员能够面对那些具有刺激性的环境和条件，使他们逐步调整和适应这些外来的精神刺激。该方法在缓解伤病员伤痛以及适应新环境方面明显有效。 虚拟现实游戏和战斗训练
虚拟现实的应用形式和应用场景多种多样，例如游戏和大规模虚拟化环境。虚拟现实游戏近年来逐渐流行起来，新兵也被要求基于这些游戏来学习提升战斗技巧和技术。而且，新兵入伍前也经常在闲暇时间玩类似的视频游戏，因此对于这些游戏的操作和使用非常熟悉。这些游戏还可以用来作为新兵入门培训的一部分，帮助他们熟悉和适应军队生活。考虑到如今的年轻人能够很快掌握这些游戏和技术并被其吸引，虚拟现实训练也因此被用来作为新兵招募的噱头，并计划在士兵的整个军旅生涯中进行推广。
用户在虚拟现实环境中具有沉浸感，会认为自己完全处于这个虚拟世界中，并成为其中一部分。用户还能够通过多种方式与环境交互，换句话说，良好的虚拟现实体验使用户更加集中于在虚拟环境中的存在感，而对周围的真实存在浑然不知。 增强/ 虚拟现实图景，计算机生成的虚拟世界展现在训练者眼前，使受训者更加沉浸于虚拟环境中的存在感
如果模拟所有场景，虚拟现实环境需要大量信息和数据。在所有传感器模拟要素中，大多数虚拟环境技术和应用都优先考虑视觉和听觉组件的影响，但是越来越多的科学家和工程师也在考虑通过触摸系统将用户的触觉集成进来。
为了获得良好的沉浸感，虚拟世界中出现的物体大小应该和真实环境中保持一致，并能够无缝地进行视角转换。如果在一个虚拟环境中的房子中央仅有一个基台，那么用户应能够从任何角度观察基台，并且视图可以随着用户所处位置和视角的变化而变化。真正的沉浸感能够使用户忘记所处的真实环境，为了实现这一目标，研发人员需要找到对用户来说最为自然的信息输入方式。
虚拟现实的交互性还包括对虚拟环境的更改。好的虚拟环境（VE）能根据用户的行为动作产生正确的响应，如果虚拟环境的变化出乎意料，就会破坏用户的现场感。
虚拟现实技术对军事领域的支持由来已久，训练包括从车辆模拟到班组作战的所有项目。总之，相对其他训练方式，虚拟现实系统更安全，而且从长期来看也更经济。事实证明，经过充分的虚拟现实训练的士兵也会很出色。 未来挑战与关注点 在虚拟环境中支持自由转换的虚拟现实系统取得成果，具有代表性的产品有Virtuix公司的OMNI（上）， RUAG公
司的Company Leader Station（中）以及MSE公司的Weibull（下）
虚拟现实领域的最大挑战在于：如何开发出更加优秀的行为动作跟踪系统，如何探索出虚拟现实中用户交互的更加自然的方式，以及如何缩短构造虚拟现实的耗时。
当前创建虚拟现实需要很长时间。许多系统依赖的硬件设施对用户及其选择造成了限制和束缚。缺少精心设计的硬件设备，将会影响用户的平衡感和距离感，甚至使用户患上3D眩晕症（cyber-sickness），出现包括恶心和迷失方向感等症状。一些心理学家关注沉溺于虚拟现实对用户心理产生的影响，他们认为虚拟现实系统会导致用户感觉迟钝，或沉迷网络成瘾。
虚拟技术的发展现状篇6
网络虚拟实验室概念的提出至今仅为十余年的时间，但因其诱人的应用前景，各国均在大力开发，已经取得了一些进展。
（一）国外研究现状。目前，网络虚拟实验系统在发达国家已十分普及，下面列举几个有代表性的成果：1.2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java 技术的虚拟物理实验室项目。学生通过调节实验参数来观察各种实验现象和实验结果，该实验室的实验程序基于Java Applet 技术实现实验界面与仿真算法，将其嵌入到网页中，客户端只需一个集成Java 虚拟机的浏览器即可运行仿真。2.新加坡国立大学在远程控制实验方面取得很大的成果。其电子工程系开发的用于工程教育的虚拟实验室，目前已经包含了2D和3D示波镜实验、带耦合的水槽设备控制实验等六个实验。使用者通过网络操作真实的实验设备，可以应用多种控制方法来完成实验。这类实验具有视频与音频反馈，通过视频会话系统，使用者可以一边调整实验界面的实验参数，一边观看远程设备运行后的实验结果。
（二）国内研究现状。我国的网络虚拟实验系统的研究起步较晚，但是发展速度较快。根据目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看，国内部分大学已陆续建立了网络虚拟实验系统。华中科技大学《液压与气压传动》远程教育小组开发了液压回路性能和液压元件装拆虚拟实验。液压元件装拆实验基于三维环境运行，能使学生在虚拟现实环境中，仔细观摩各零件的结构特征，明确各零件的相互装配关系并可以亲自动手进行元件的装配和拆卸。液压回路性能测试实验运用JAVA 技术进行开发，学生可以在实验界面输入不同的实验参数，点击实验控制按钮，观察回路表示的对应的变化和实验结果曲线图。
二、目前研究的不足
（一）关注程度不够。网络虚拟实验系统以其强大的教育优势成为国内外研究的热点，但是国内在这方面的研究与国外相比还比较落后，尤其是在教育技术领域未给予一定的关注。我们从中国期刊网用虚拟实验作为主题进行搜索，在《电化教育研究》上找到4篇文章，《中国远程教育》18篇，《中国电化教育》7篇。
（二）系统构建方式单一。目前国内网络虚拟实验系统构建技术方面研究文献的内容主要集中在Java、VRML、Flash、LabVIEW 等技术在虚拟实验系统构建中的应用，或者此技术在某个实验环节中的应用，或者侧重于网络虚拟实验系统的教学支持系统的设计开发，对多种技术混合开发、各技术之间的交互设计、网络虚拟实验系统的体系结构的研究不多。
（三）系统应用研究不多。目前网络虚拟实验系统的研究内容主要集中在理论探讨、系统的设计与开发、虚拟实验网络教学平台的开发，对网络虚拟实验系统应用于教学的模式与效果分析、网络虚拟实验系统开发评价等方面的研究不多，尤其是关于学生对网络虚拟实验系统学习体验的调查和从学生视角对使用网络虚拟实验系统进行网上实验学习进行评价的研究很少。
（一）基于3D的纯软件方式开发的网络虚拟实验系统将成为主流。从国内外已有的网络虚拟实验系统的现状和应用来看，纯软件方式开发的网络虚拟实验系统是实际物理设备及实验过程的软件仿真，其具有构建费用低、使用方便等特点，在教学和科研中有广泛的三、网络虚拟实验系统发展趋势
应用。基于3D的网络虚拟实验系统能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，丰富了媒体表现形式，其以现实感强等优势成为国内外研究的热点，在教育领域内有着极其巨大的应用前景。
（二）实现技术上必将形成多种技术相融合，优势互补的局面。网络虚拟实验系统的构建上应该研究如何用技术实现教育的功能，使网络虚拟实验系统达到与真实实验相近和等同的效果。在设计与开发方面，体现在如何对实验元件、实验环境和实验现象进行模拟，如何处理好虚拟环境与用户之间的交互，如何实现多用户的并发协同操作等方面。使用某个单一技术构建网络虚拟实验系统，在某些方面有优势，在另一方面必然存在不足。因此，一个优秀的网络虚拟实验系统不可能只通过单一的技术来实现。将多个技术相融合开发，优势互补，对构建一个好的网络虚拟实验系统显得十分重要。
（三）增加协作性。科学实验常常是一种协作性的活动，与同伴合作是实验过程中一个至关重要的环节，因此，多用户协同虚拟实验将成为网络虚拟实验发展的一个重要方向。
四、结束语
本文就当前国内外网络虚拟实验系统的现状，分析了当前研究的不足，进而预测出下一步网络虚拟实验系统的发展趋势。我相信，随着计算机技术、网络技术、多媒体技术、人工智能技术、神经网络以及教育学、心理学等多学科综合发展，以及网络带宽的提高，网络虚拟实验系统的建设将取得更大的进展，远程教学将有更加美好的明天。
参考文献：
虚拟技术的发展现状篇7
其一,虚拟现实技术的发展现状良好。科技革命加速了社会变迁,最突出的表现便是信息技术、网络技术、计算机技术等对人们生活方式及社会形态的影响。在此背景下,传统美术教育亟须改革,以更好地适应和服务时代。当下,国内外虚拟现实技术飞速发展,2016年,虚拟现实技术获得了12亿人民币的巨额资本注入,显示出极好的市场前景。并且,虚拟现实技术在国内教育的研发方面也得到了政府和市场的双重支持,多家企业正在或已将虚拟现实技术推向教育领域,清华大学、北京大学、北京航空航天大学、北京师范大学、西南交通大学、山东大学等多所高校已展开虚拟现实技术的应用研究。可以说,现阶段虚拟现实技术良好的发展势头为其在美术教育中的应用奠定了基础。其二,虚拟现实技术可增效美术教育的空间直感。美术教育具有空间直感的教育特性,②通过二维和三维空间形象的感知与体悟来培养和训练受教育者对美术形态的视觉感受与造型感觉能力。美术教育中的美术形态由线条、色彩、空间构图等组成,具有极强的造型性和视觉性,其细节的精准度决定了艺术表达的完整性。因此,各种美术教育资源的有效性与实在性就成为了美术教育优质化开展的重要环节。然而,当下的美术类纸质书籍因版面限制及印刷、储存等原因,图像部分多存在画面失真的问题。例如,张择端的《清明上河图》长5米有余,绘制千余人畜、车辆、船只等,原作疏密有致、气韵一体、栩栩如生,整体感极强,但在版面受限的纸质书籍中,该画风骨难见一二。相比之下,存储于网络的《清明上河图》高清版本虽不及原作逼真,但较之粗劣的纸质书籍版本,视觉效果堪称优良,在一定程度上提高了作品的原真视觉观感。由此可见,借助高分辨率的摄影、摄像工具,有助于实现美术类作品的高保真效果。然而,通过机械技术手段复制的艺术作品缺失了传统艺术体验的全感知和临场感,其视觉体验并非艺术家直接观察和感知的鲜活艺术体验的再现和表现,③根源在于审美距离的消失与艺术实在感的缺失。虚拟现实技术通过对美术作品及其环境的模拟超越时空和地域的限制,经由三维虚拟环境再现真实场景,使受教育者置身于沉浸式学习状态中,从而在一定程度上实现了美术教育空间直感的最大化。其三,虚拟现实技术有助于美术教育的游戏化。美术教育融审美与教育于一体,游戏是审美活动的源头之一,美术教育的游戏化也正契合了当下认知研究的新方向———“具身认知”,其着力于研究身体与认知的关联性,强调认知与身体在场、临场体验、环境嵌入等的密切关系。区别于传统美术教育单一、枯燥的教学情景和学习方式,虚拟现实技术可以将抽象的文字再现为具象的三维虚拟情景,并提供多情境启发、频繁互动、多感官参与的游戏化体验,具有高效的情感诱导和启迪功能。总之,虚拟现实技术身心一体的“具身认知”功能为美术教育的游戏化提供了可能,可实现美术教育中身体与认知的同时在场,极大地提高了认知的深刻性与丰富性,同时还可激励和启发参与者的想象力与创造力。
二、虚拟现实技术应用于美术教育的具体策略
(一)扩容和提质美术教育资源
视觉形象的优劣直接关系美术教育的成效。美术教育资源的传统载体主要为纸质书籍与电子图片,限于篇幅和设备,不具有艺术作品的临场体验感,二维平面的图像很难展示作品的真实内蕴,在课堂教学中,作品的精妙往往只能靠文字来表述,因此教学效果不佳。对此,原真美术作品可通过虚拟现实技术实现数字化,建立虚拟现实技术美术作品资源库。这样一来,作品不仅效果逼真,而且搜索高效,更为关键的是,其极具沉浸感、交互性的体验可以让受教育者真正进入对作品的欣赏中。由于教学思维的固化以及时空、地域、经济等诸多因素的限制,目前,美术作品正面临流通不畅、呈现困难的问题,传统美术教育资源更新滞后,特别是对当下美术作品的引入较少,一些优质的美术类个人展览、公共性展览、高校毕业展、竞赛作品等很难进入美术教学课堂,而这部分作品恰恰代表着当下美术创作的前沿思维,具有较强的指导和借鉴意义。因此,将这些实时的展览虚拟现实化,能够确保美术教育资源的及时更新。此外,一些优质化课程、名师讲座、学术会议等也都可以通过虚拟现实技术及时引入美术教学中。总之,在数字化语境下,针对美术学科高度重视视觉形象的特点,虚拟现实技术的运用可进一步增强其视觉呈现效果,从而实现美术教育资源的高质化扩容。
(二)打造美术创作虚拟现实技术空间
美术创作是美术教育的重要组成部分,对培养学生的艺术感知力和想象力,提高学生的美术技能等都至关重要。当下,虚拟现实技术就为美术创作开辟了新路径。虚拟现实技术美术创作空间是基于现实美术创作素材、工具、技法等的数字化而成的三维立体创作空间,对美术创作具有重要意义。其一,虚拟现实技术可为体验不同种类的美术创作提供便捷。美术的种类很多,其中的每一种类又可再分,如绘画就包括国画、油画、水彩画、素描画、版画等多个种类,涉及各种各样的工具、材料和技法,同时还要考虑学生的学习精力与经济条件等,因此,体验不同种类的美术创作具有许多实际困难。对此,虚拟现实技术美术创作空间的建立可促进不同类型美术创作间融通与借鉴的便捷化。其二,虚拟现实技术美术创作空间可预演美术创作效果,为创作方案的及时调整与修改提供可能,这对大型雕塑的创作尤为重要。对那些需要大量时间、精力和资金投入的创作来说,有必要在虚拟现实技术美术创作空间中进行预演,这样可实现创作方案的及时调整,避免浪费。其三,虚拟现实技术美术创作空间有利于提升美术创作的视觉呈现效果。在当下的视觉文化时代,针对大众的视觉需求,美术创作可在传统创作方式的基础上充分运用数字化手段,在虚拟现实技术三维立体的创作空间中不断提升美术创作的视觉呈现效果。
(三)增效美术教学实践
虚拟技术的发展现状篇8
参考文献
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虚拟技术的发展现状篇9
虚拟现实技术（简称VR），亦称灵境技术。近年，虚拟现实技术的在重多领域的研究热度都是与日俱增。进军产业领域的创业团队也如雨后春笋般大量涌现。工信部2016年的《虚拟现实产业白皮书》显示，2015年中国虚拟现实行业市场规模达到15.4亿元，2016年预计达56.6亿元，2020年预计超过500亿元。由此可见虚拟现实技术的发展无比迅猛。此项技术是以多感知性、浸没感、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它是一种通过计算机编码生成的模拟环境，可借助专业的感知设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的真实感受。作为仿真技术的一个重要研究方向，在研发速度和应用前景上都具有非常大潜在价值。
二、虚拟现实技术在民族区域教育中应用的必然性
对比与国外虚拟现实技术的发展，我国的技术水平还有待提高，在教育领域的应用也是有所差距。但是国家已经重视了VR技术的研究。九五计划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。VR技术在教育领域也取得一些突破。例如：清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；天津大学、燕山大学在网上了以介绍校园风光为主的虚拟校园系统，在导航机器人的帮助下，浏览者可通过鼠标等交互设备浏览校园内的建筑和风景，从而了解校园的概貌；此项技术将教学与生活巧妙地联系在一起，不仅为学生的校园生活增添了很多乐趣，而且丰富了教学模式。由此可以预言，虚拟现实技术将广泛的应用于中国教育中。
然而纵观民族地区的整体教育水平，其教育质量有逐年下降的趋势。首先在教学手段方法趋于单一，其次教学内容也枯燥无味，教学设施陈旧、很多年未曾更新过等等都成为了阻碍民族教育发展的一系列问题。
鉴于这一现状不能在短期内改变，虚拟现实技术的应用也还未完全普及。国家在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》正式和首次全国教育信息化工作会议召开后，树立了教育信息化工作坚持促进信息技术与教育教学深度融合的核心理念。“十三五”期间，要以中央“四个全面”战略布局统揽全局，以“构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系为方针。各省级教育行政部门在统筹推进的基础上，要着力加强对本地落后地区教学点的支持力度。由此可见政府对于民族地区教育的重视程度，并且虚拟现实在教育中的实施将对于民族教育的多样化产生深远的影响。虚拟现实技术在民族区域的应用已然势在必行。
三、虚拟现实技术在民族区域教育应用中存在的问题与现状
虚拟现实技术应用于教育中是技术发展过程中一个里程碑式的跨越。然而，对于民族地区来说，经济落后、教育发展不平衡、新技术更新缓慢等问题对于引进虚拟现实技术来说是一个不小的阻力。不仅如此，VR技术在应用过程中也遇到了以下几点问题。
1、技术短板
由于虚拟现实技术还未趋于成熟，造成了设备价格昂贵，局限性大等缺点。市场上主流的厂商，如OculusVR、三星GearVR、GoogleCardboard，以及HTCVive等。但是无一例外，全都面临着技术难题：（1）分辨率不够高，用户体验感较为粗糙，一定程度的影响沉浸式体验，对于产品前景也有不利影响。（2）网络连接方式的局限性，OculusVR和HTCVive等需要通过连接电脑端HDMI接口来连接网络。作为后起之秀的三星GearVR设备随便不存在这样的问题，但需要与之匹配的三星设备才能连接网络。（3）健康问题。虚拟现实技术是由计算机创造的数字世界，因此长期使用会产生一些身体的不适，如晕动症、疲劳和恶心等。
2、教育资源设计和开发技术门槛高
由于学科教师无法开发设计虚拟现实的课件，并且企业的设计和开发人员又对教育内容和教学方法又知之甚少。这样容易出现教学内容的主观性和片面性，从而无法满足实际的教育要求。而要使开发内容客观可信则需要学科教师同专业团队相配合，这样来讲教育资源设计方面便异常困难。并且此项技术与教学内容的技术相结合理论上需要耗费巨大的时间和精力，很难做到全面覆盖。在我国，大多数的高校远程教育中，仅仅推出了基于www方式的课件教学的服务。这些课件的实时远程教育方式还有待发展，这种方式目前缺乏很好的交互性。因此降低虚拟现实技术的开发和设计难度以方便教师的使用，成为了接下来的研究重点
3、虚拟现实技术对教师提出更高的要求
虚拟现实技术应用与民族区域教育中。大大简化的传统教育模式的繁琐步骤。但是，这对于教师的能力产生的挑战，因此教师只有不断的提高自己的能力，才能在教育中继续发挥主导作用。对于教师来讲，虚拟现实技术是一把双刃剑，有利的是它可以让学生更加独立自主的完成学习进程，也能够给教师更大的发展空间，而弊端也恰恰是它需要教师衡量好自己在利用这项技术时发挥的作用，掌握好教学尺度。因此教师应该不断的充实自己，提高技能，以m应教育现代化、民族化的需要。
4、虚拟现实技术受众群体不足
相比较于国外的迅猛发展，我国的VR研究起步较晚，错过了飞速发展的黄金时间，造成了虚拟现实难以及时推广和普及的问题。尤其对于这项技术，很多人处于一知半解的状态，还有很多人根本没有听说过。所以想把这项技术推广到民族区域教育方面可能会受到很大阻碍，因为群众对于新鲜事物的接受能力不强，尤其是这种从传统思维方面很难接受的新兴技术。可见亟需提高国民的意识形态和对于虚拟现实技术的认识，扭转国民对于这项技术的偏见。虚拟现实技术的群众基础比较薄弱，将成为其进军民族区域特色教育的一大重要问题。
四、前景与展望
由于虚拟现实技术强大的模拟功能，对于提升技术水准，改善教育环境，培养新型创新人才有着深远的意义。尤其对于民族特色教育来说，虚拟现实教育可以通过更加立体，更加生动的手段将传统教学方式变得更加容易使少数民族学生接受。这对于少数民族教育方面可谓是一个质的飞跃，可以从根本上解决老师和学生之间有时存在的语言不通等的难题。尽管当前虚拟现实技术还有待完善。设备的更新换代价格也比较昂贵，少数民族地区无法普及。但是随着科技的进步，技术完善，以及国家的高度支持，虚拟现实技术在民族区域的教育中充分发挥出其优势和潜力。将会在教育历史中留下浓墨重彩的一笔。
【参考文献】
[1] 陈浩磊，邹湘军.虚拟现实技术的最新发展与展望.中国科技论文在线，2011.1.1-5.14.
虚拟技术的发展现状篇10
The Application of Virtual Reality Technology Status and Future Prospects
SHU Jian-hua
(School of Software Engineering Tongji University, Master, Shanghai,China,200000)
Abstract:The Virtual reality technology as a comprehensive variety of computer science and technology in the field of new technologies, It is the application of domestic and international hot spots, many involving the development and application areas, greatly enrich our lives. In this paper, the history of virtual reality, development and application of a need for an overview at the same time the author on the recent work done on virtual reality and the future direction of giving us some ideas about the future development of virtual reality technology.
Key words: Virtual reality; Interactive technology; virtual environment
1 引言
虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术，又称“灵境技术”、“虚拟环境”、“赛伯空间”、“模拟实境”、“虚拟实境”、“仿真技术”等，是在现代科学技术（如计算机图形学、图像处理与识别、计算机仿真技术、人机接口技术、实时分布处理技术、数据库技术、多媒体技术、多传感器技术和人的行为学研究等）的基础上发展起来的一门交叉科学技术。其特点以计算机技术为主，利用计算机等设备创造一个视听感受逼真的三维虚拟环境，该环境是人工虚构的，在这个虚构的环境中能实现与现实相同的感受，可以利用它观察周围世界，可以与虚拟世界进行人机互动等，大大加速了人机互动技术的发展。VR技术的出现，为人机交互界面的发展开创了新的研究平台，为智能工程提供了新的界面工具，为装置艺术可视化发展提供了新的展示空间。
2 虚拟现实技术的发展概述
VR的发展概括起来大致为三个阶段：20世纪50年代到70年代，是虚拟现实技术的探索阶段；80年代前中期，是虚拟现实技术从实验室走向实用的阶段；80年代末到21世纪初，是虚拟现实技术快速发展时期。
1965年“虚拟现实技术之父” Lvan Sutherland博士在《终极的显示》的论文中首次提出了具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，随后几年又展开了头盔式显示器(HMD)的研制工作，取得了显著的成绩，因此这一理论影响至今。在第一个HMD的样机完成不久，研制者又把能模拟力量和触觉的力反馈装置加入到这个系统中。1970年，出现了第一个功能较齐全的HMD系统。
基于从60年代以来所取得的一系列成就，美国的JaronLanier在上世纪80年代正式提出了“VirtualReality”一词。美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。随后开发出用于火星探测的虚拟环境视觉显示器，将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。到了90年代，计算机硬件技术与软件系统极大的推动虚拟现实技术的发展，加速了大型数据集合的声音和图象的实时动画制作的发展。1993年11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作，用VR技术设计出由300万个零件组成的波音777飞机；1996年10月31日，世界第一个虚拟现实技术博览会在伦敦举行；同年12月，世界第一个虚拟现实环球网在英国投入运行；进入21世纪后，虚拟技术得到进一步发展，世界最大的虚拟现实技术软件公司之一的英国“超景”公司总裁深刻地认识到虚拟现实技术的产生，是因特网继文字时代后的又一次飞跃，有着巨大潜力和发展空间，应用前景不可估量；因此组织开发出在电脑屏幕可以游览的“超级城市”立体图像，真实模拟人们生活场景等等。随着因特网传输速度的加快，VR技术也趋于成熟，这种网络将广泛应用于工程设计、教育、医疗、军事、娱乐等领域。
3 虚拟现实技术的应用现状
3.1 军事与航空航天
虚拟现实的技术根源可以追随到军事领域，军事应用是推动虚拟现实技术发展的主要力量，是虚拟现实系统最为重要的应用领域。模拟训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。海湾战争的美国士兵对周边的环境不觉得陌生，是由于虚拟现实已把他们带入那漫无边际的风尘黄沙，让他们“身临其境”感受到大漠的荒凉。美国国防部先进研究课题局(DARPA)自80年代初起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统，这个课题结果产生了仿真网络，连到美国和德国200多个坦克仿真器。在航空航天方面，宇航员利用虚拟现实系统进行各种训练，美国航空航天局计划将虚拟现实系统用于国际空间站组装、训练等工作。
3.2 医学方面
虚拟人体在医学方面的应用十分重要。借助于跟踪球、HMD、感觉手套探索工具，可以很容易了解人体内部器官结构，经过3D可视化，可以更好的展示人体各器官和组织且还可以进行功能性的演艺。Pieper和Satara等研究者在90年代基于两个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，虚拟的人体模型和器官等。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，对于危急病人，还可以实施远程手术。在远程遥控外科手术、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，新型药物的研制等，VR技术都有十分重要的意义。
3.3 工程管理
VR在工程管理方面也显示出无与伦比的优越性。设计新型建筑物时，可以在动工之前用VR技术显示建筑物，为安全生产和管理工程奠定基础；当财政发生危机时，可以帮助其分析股票、债券等方面的数据分析以找到最佳的处理对策等等。
3.4 建筑设计与城市规划设计
德国是运用VR技术在建筑设计最早的行业。自1991年起，德国多家研究所和公司探索和研究交互效果的“虚拟设计”。当时城市规划、工程建筑设计的辅助开发工具就在全力使用虚拟现实技术，把虚拟现实技术作为其规划的视觉依据。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑实时漫游系统，实现了立体视觉，还提供了方便的交互工具，整个系统的实时性和画面的真实感处于全国领先水平。
3.5 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娱乐工具。英国开发了一款游戏系统――“Virtuality”，配有HMD，大大提高了真实感；Chicago（芝加哥）开放了世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统，其相关主题为3025年的一场未来战争； 1992年开发的称为“Legeal Qust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了学习功能，大大增强了趣味性及难度，因此该系统获得了当年的VR产品奖。
随着数字媒体的发展，虚拟现实技术在艺术方面发挥的作用不可估量。丰富了艺术的表现形式，强化了艺术表现力；手足不便的人可以在居室中去虚拟音乐厅欣赏音乐会，可以足不出户在家观看电子博物馆；另外，数字化的文化遗产也是虚拟现实技术的应用方向之一，对文化遗产的保护与复原发挥很大的意义，可以利用VR技术漫游世界古迹，感受古代战场，还原古迹原貌。
随着虚拟现实技术的普及，在教育方面出现了虚拟校园、虚拟课堂、远程教育等。中国浙江大学研制开发了基于人物的电子学习环境(ELVIS)，用来辅助9-12岁小学生进行故事创作。中国科技大学运用VR技术开发了第一套基于虚拟现实的教学软件，丰富了教学环境。
4 我们的工作
在传统的人与计算机系统中，用户是一个外部的观察者，只是通过显示屏有限的小窗口，观察计算机内的合成环境。传统的人机交互最常用的设备是键盘和鼠标，人们通过它们与合成环境中的物体进行交互，这与我们现实世界中的通讯方式相差甚远。互动装置技术主要是通过计算机硬件及软件程序平台、自动化等技术结合计算机输入、输出设备和一些表现性的综合材料来表现艺术，其最大特点就是参与者能与虚拟环境进行自然的交互，能用人类自然的技能与感知能力与虚拟世界中的对象进行交互作用。针对目前整个业界的发展状况，结合我国VR技术发展的现实以及应用需求的实际情况，作者认为我们尚有很大的可研发空间，然而就目前虚拟现实技术的理论及文字性的材料有限，在一些大型展览中，其作品却越来越多，鉴于它的发展及技术研究，作者从互动装置艺术的虚拟性方法入手，结合实践对它进行了规类、划分和技术应用，打破传统的单一的静态装置，为业界对它的研究作一些理论性和实践铺垫。针对大型场合控制系统，其可控性和可观性都存在许多困难，最重要的问题就是虚拟现实计算空间与人的认知空间中的多维信息映射算法的构造和实现，在这方面的研究主要应该在新型材料微型传感器开发设计，新型装置的设计，建立一套科学的触觉力觉设备实验环境和评估标准，包括各项该类装置设计和实用评估指标。互动装置未来市场空间很大，有待于我们继续开发和应用更广阔的领域。
5 展望
VR 技术的实质是构建一种人为的能与之进行自由交互的“世界”，在这个“世界”中参与者可以实时地探索或移动其中的对象。沉浸式虚拟现实是最理想的追求目标， 实现的方式主要是戴上特制的头盔显示器、数据手套以及身体部位跟踪器， 通过听觉、触觉和视觉在虚拟场景中进行体验。可以预测短期内游戏玩家可以戴上头盔身着游戏专用衣服及手套真正体验身临其境的“虚拟现实”游戏空间，它的出现将淘汰现有的各种大型游戏，推动科技的发展。纵观VR的发展历程， 未来VR技术的研究仍将延续“低成本、高性能”原则， 从软件、硬件两方面展开，发展方向主要归纳如下：
（1）动态环境建模技术。虚拟环境的建立是VR 技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。
（2）实时三维图形生成和显示技术。三维图形的生成技术已比较成熟， 而关键是怎样“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的基础上， 如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展， 现有的虚拟设备还不能满足系统的需要， 有必要开发新的三维图形生成和显示技术。
（3）新型交互设备的研制。虚拟现实技术实现人能够自由与虚拟世界对象进行交互， 犹如身临其境，借助的输入输出设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。因此， 新型、便宜、鲁棒性优良的数据手套和数据服将成为未来研究的重要方向。
（4）智能化语音虚拟现实建模。虚拟现实建模是一个比较繁复的过程，需要大量的时间和精力。如果将VR 技术与智能技术、语音识别技术结合起来， 可以很好地解决这个问题。我们对模型的属性、方法和一般特点的描述通过语音识别技术转化成建模所需的数据，然后利用计算机的图形处理技术和人工智能技术进行设计、导航以及评价， 将模型用对象表示出来， 并且将各种基本模型静态或动态地连接起来， 最终形成系统模型。人工智能一直是业界的难题，人工智能在各个领域十分有用，在虚拟世界也大有用武之地，良好的人工智能系统对减少乏味的人工劳动具有非常积极的作用。
（5）分布式虚拟现实技术的展望。分布式虚拟现实是今后虚拟现实技术发展的重要方向。随着众多DVE开发工具及其系统的出现，DVE本身的应用也渗透到各行各业，包括医疗、工程、训练与教学以及协同设计。仿真训练和教学训练是DVE的又一个重要的应用领域，包括虚拟战场、辅助教学等。另外，研究人员还用DVE系统来支持协同设计工作。近年来，随着Internet应用的普及，一些面向Internet的DVE应用使得位于世界各地多个用户可以进行协同工作。将分散的虚拟现实系统或仿真器通过网络联结起来， 采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，形成一个在时间和空间上互相耦合的虚拟合成环境， 参与者可自由地进行交互作用。特别是在航空航天中应用价值极为明显，因为国际空间站的参与国分布在世界不同区域，分布式VR训练环境不需要在各国重建仿真系统， 这样不仅减少了研制费和设备费用，减少了人员出差的费用以及异地生活的不适。
近几十年来，通信技术、计算机的同步发展和相互促进成为世界上信息技术与产业飞速发展的主要特征。特别是网络技术的迅速崛起与普及，使得信息应用系统在深度和广度上发生了质的变化。虚拟现实主要依靠人机交互的发展，目前技术上已初步解决人脑数据的读取，在不久的将来，开发者将完全解决通过神经系统自动进入虚拟现实环境的“人脑――计算机接口”问题，通过对人脑提取和反馈神经信号使人完全融入“虚拟现实”世界。当然从技术角度，我们应该对基于多用户虚拟环境进行必要的技术研究。因为将来的VR技术将越来越重视人在其中的交互。虚拟现实充满活力、具有无限的应用前景的高新技术领域，但仍然存在许多有待解决与突破的问题。为了提高系统的交互性、逼真性和沉侵性，在新型传感和感知肌理、几何与建模新方法、高性能计算，特别是高速图形图像处理，以及人工智能、心理学、社会学等方面都有许多具有挑战性的问题有待我们进一步解决。
参考文献：
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[13] How Virtual Reality Works[M].Joshua Eddings,1994.
虚拟技术的发展现状篇11
（1. Mathematics and Computer Science， Xihua University， Chengdu， Sichuan 610039， China；
2. Chongqing Key Laboratory of Computational Intelligence， Chongqing University of Posts and Telecommunications）
Abstract： The application of virtual experiment spreads widely. The related technologies supporting it become hotspot in the research. The future development trends of the virtual chemistry experiments and virtual reality technology are analyzed in this paper. The theoretical foundations of U-nity3D techniques， the enhancing reality technology and the Kinect somatosensory interactive technology are discussed. Application and development trend of virtual chemistry experiments are introduced. Take the virtual technology fusion method as orientation， simulating real-time environment， the virtual experiments become simplistic， intuitive. Application prospects of virtual reality convergence technology in the field of virtual experiment technology have been proved. The virtual fusion technology is conducive to promoting the development of intelligent virtual chemistry experiments， which is a new starting point for reform of virtual experiments.
Key words： virtual reality； Unity3D； Kinect somatosensory interaction； actual situation fusion； VRML
0 引言
近年来，随着虚拟实验逐渐引入校园，其实现/开发技术不断得到更新和完善，这给虚拟实验教学的应用带来了巨大的便利。虚拟现实技术以它的开放性、仿真性、经济性、可重复使用性、共享性等优点在更多的领域得到应用，对其研究的目的在于利用所有可能的信息技术进行虚拟现实技术的开发，提高虚拟的自然性和高效性[1]。目前人与计算机交互的方式只局限于鼠标和键盘，由于这种技术的单一性阻碍了虚拟现实技术的进一步发展，虚拟实验中输入输出效率之间差距变得越来越大。随着计算机科学技术的快速发展，更高层次的虚拟现实技术理念对虚拟实验提出了更多要求，越来越多的科研人员开始对新的虚拟现实技术的多通道界面展开研究，目前的研究内容主要集中在虚拟现实技术、增强现实技术、体感交互技术相结合的研究。
虚拟现实技术的出现为促进虚拟实验的发展具有重要意义，虚拟现实技术作为新一代的虚拟实验开发技术，可以依靠实时模拟使用者的动作、化学器材和药品的识别以及化学反应变化识别来实现虚拟输入功能。这一特性很好地填补了现有人机交互技术的缺陷，并且促使虚拟现实技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点，而体感交互技术也必将成为未来虚拟现实技术中发展的趋势。
同传统计算机技术相比而言，虚拟现实技术可以实现和多种技术相结合来控制终端，特别是未来的体感交互技术，用这种最自然的方式与终端进行交互的特点，贴近了虚拟实验对自然性的需求，虚拟现实技术对虚拟实验理念的实现起到了重要的推动作用。因此虚拟现实技术在虚拟实验领域中的应用对其今后的发展具有很大的必要性。目前虚拟现实技术存在着各种研究上的难点，如：没有完全对实验环境真实虚拟化，不能避免外界环境的干扰；还不能很好解决实验结果中存在的偏差和不能把握好实验操作的精准度；还不能提供较好的相互协作的学习方式，操作实验模式单一，多人操作实验时技术难度比较大等。
1 概述
对虚拟现实技术在虚拟实验领域的研究目前主要体现在基于三维虚拟实验平台、VRML中粒子系统化学实验、Flash3D技术游戏场景模拟等方面，其应用于增强现实技术化学反应特效制作及体感技术人机实验自然交互等很多领域[2]。
1.1 虚拟化学实验研究现状分析
近年来，虚拟现实技术已成为计算机科学与其他技术科学领域中研究和开发的热点。随着此技术的发展，虚拟实验在教育教学中发挥了重大作用，它具有知识综合性、教学创新性、实验应用性的特点[3]，提高了学生分析解决问题的能力。
目前，利用虚拟现实技术开发的虚拟实验呈上升趋势，采用虚拟融合技术开发的虚拟实验逐渐增多。由于体感交互技术近三年来逐渐兴起，采用Kinect体感交互技术进行虚拟实验的研究极少。技术融合为虚拟现实技术在虚拟实验提供了高级的集成性和交互型，给人以愈发逼真的场景体验，特别在化学实验中得到了十分重要的应用。虚实融合与体感交互对虚拟实验的有效支持将成为目前及未来研究的热点。
1.1.1 虚拟化学实验的特点[4]
虚拟现实技术越来越多地与增强现实技术、Unity3D技术、Kinect体感交互技术融合，对虚拟实验环境进行构建，实际应用中为实验教学开启了一种全新的教学模式，使虚拟实验具有了独特的特点。
⑴ 仿真性：虚拟化学实验是对真实实验环境的模拟，学生通过进行实验操作、技能训练和知识探究来学习真实世界的知识。
⑵ 强交互性：用体感交互技术与实验的交互会是完美的结合。
⑶ 开放性：是利用虚拟现实技术，实验内容打破了空间的局限，使学习者可以自由进入虚拟实验系统学习，交流和研究。
⑷ 节约成本，便于及时更新实验设备。
⑸ 多感知性。
⑹ 投入性：虚拟实验是真正的身临其境做实验。
⑺ 自主性。
1.1.2 虚拟化学实验的类型[5]
近年来，由于Unity3D三维引擎技术、Flash3D、VRML+Java、Kinect体感交互技术逐渐发展成熟，不断创造出具有特色的虚拟化学实验系统，随着虚拟现实技术的进步和发展可将虚拟化学实验分为三大类：
⑴ 基于平面简单动画仿真的虚拟化学实验平台；
⑵ 基于三维视觉效果的虚拟化学实验平台；
⑶ 基于三维交互设备的虚拟化学实验平台。
目前随着虚拟现实技术的融合与创新，直接影响着使用者对化学实验教学的喜爱程度。根据使用者参与虚拟实验形式的不同和沉浸程度的不同，把虚拟实验分为以下几种类型：
⑴ 桌面式虚拟化学实验；
⑵ 增强式虚拟化学实验；
⑶ 沉浸式虚拟化学实验。
1.2 虚拟现实技术发展现状分析
虚拟现实技术与仿真技术的发展密不可分，从早期的60年代虚拟现实思想萌芽阶段开始，到80年代虚拟实验概念理论的形成，再到今天虚拟现实理论的完善和全面应用，都在不断提升仿真技术的水平。目前在虚拟现实技术领域的基础研究主要集中在感知、虚拟融合技术和体感交互技术；实时三维图形图像生成技术、多功能的交互技术，高分辨率的动态环境建模技术；实时、现实三维动画技术和场景情感识别技术；立体显示和传感技术；快速、高精度三维跟踪技术以及系统集成技术等。
虚拟现实技术的发展提供了一种研究和思考的工具，仿真现实世界，化学实验教学中实现了“从计算机为主体”到“人为主体”的转变，实现了“适计算机化的单维信息空间”到“适人化的多维信息空间”的转变，从而产生了许多解决问题的新方法，其研究主要涉及到三个领域：
⑴ 通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果；
⑵ 建立对虚拟世界的观察界面；
⑶ 使用虚拟现实技术加强如虚拟实验领域的应用。
目前，虚拟现实技术的研究内容大体趋于其本身的研究和其应用的研究两大类。主要应用在现实世界的仿真研究、人类认知的研究以及可视化的研究。当前国际上，虚拟现实技术大多研究虚拟人机交互界面、虚拟现实系统的构造技术，着重于研究虚拟现实的应用。而需求自然方式的直接交互，要求更高的连续性，多维性，融合体感交互技术和增强实现技术将会提高三维对象交互的效率。
在未来虚拟现实技术研究追求遵循“低成本，高性能，多维技术融合”为主线，将会从动态环境建模技术方向、实时三维图形生成和现实技术方向、新型交互设备的研制方向、智能化的语言虚拟现实建模方向以及大型网络分布式虚拟现实的应用方向，这些将成为未来发展的趋势。
1.3 增强现实技术发展现状分析
增强现实是在虚拟现实技术的基础上发展起来的一种技术，它通过显示技术，计算机图形，体感技术，计算机多媒体技术将虚拟信息叠加到现实环境或者现实物体上，产生三维信息以增强人对真实世界的感知。增强现实具有实时结合、实时交互、三维标定的特性，依托于显示技术和三维跟踪标定技术来实现。目前，实现增强现实的主流方式：增强现实关键的技术、虚拟物体生成技术、显示技术和跟踪注册技术，实现虚拟和真实对象的配准、排列[6]。
增强现实技术迅速发展的过程中，形成了跟踪定位技术、Marker识别技术、图像识别技术、标定技术，以及界面可视化。增强现实技术逐渐提高虚实结合、实时交互、3D注册的技术水平，弥补了虚拟现实技术完全脱离现实而存在的缺陷。增强现实技术在计算空间、体感交互、感知人脑方面发挥着切实有用的应用，近年来增强现实的应用不断取得进展，在国内各大高校取得了一定进展，目前已经提出了基于视觉的增强现实跟踪注册方法、空间增强现实流水线和基于定位标记的视屏检测等研究，在虚拟化学实验教学中应用突出，但是还存在着技术上的不足，在未来增强现实技术在系统微型化和低能耗的研究方向上将成为趋势。
1.4 VRML技术发展现状分析
虚拟实验是仿真性、强交互型、开放性，便于及时更新实验设备等优点的结合体，我们确立采用虚拟现实建模语言VRML（Virtual Reality Modeling Language）构造三维虚拟实验场景，实现虚拟仪器的三维建模和访问。基于VRML的虚拟化学实验具有自由性、开放性、节约型，实验教学一体化、易于开设新型的实验项目和安全性等优点。
目前，对VRML技术描述三维虚拟场景和设备，优化虚拟实验系统网络结构，以VRML技术和目前广泛应用的Java相结合发展基于Web的虚拟化学实验的网络构架，此设计流程如图1。用3DS max图形化操作，建立了模型直观而便捷，可以结合体感设备，进行人机交互在Web端虚拟实验。采用VRML粒子系统插件在3DS max中建立好模型，可以利用VRML脚本编程接口或基于外部编程接口进行交互，通过传感器节点交互控制。这项技术在化学实验中得到完美的应用，场景模型和化学反应的模拟都是非常的生动逼真。
[建立实验室场景][仿真实验室仪器和药品][模拟反应现象][实现交互性][到Internet][主要是VRML建模，复杂
型可以借助3ds max等建
模软件][VRML中事件，路由，传感器，插补器，检测器等节点，粒子系统][Java程序，结合使用EAI和Script节点]
图1 VRML+Java技术开发虚拟化学实验室的流程图
VRML的出现是将来三维虚拟网络世界不可缺少的重要技术。VRML是一种三维场景的描述性的虚拟现实建模语言，创造了易于网络传输的交互式三维空间，它通过描述物体、网络传输、本地计算机生成。它利用节点构建虚拟实验仪器和场景。
1.5 体感交互技术发展现状分析
体感技术是利用肢体动作、手势、语音等现实生活中已有的知识和技能进行人机交互集多种技术于一体的体感设备，通过自然方式与终端交互[7]。它是随着虚拟现实、混合现实、增强现实等技术的发展，三维人机交互为重要的研究领域之后出现的。随着虚拟实验对教学和研究的支持力度不断加大，虚拟现实不断暴露出一些缺陷，如模拟实验环境的真实度不高，实验交互操作缺乏人性化等，造成虚拟实验难以达到高度沉浸和人性化实验交互的操作效果。在此背景下，虚拟融合环境下体感交虚拟实验凭借真实的实验环境与虚拟仪器相结合，采用体感交互操作方式使实验者直接用手与虚拟仪器接触交互，大大提高了虚拟实验的真实情景感和灵活的人机交互性[8]。
近年来，虚实融合与体感交互对虚拟实验有效支持。Kinect作为新一代的体感设备，抛弃传统的鼠标和键盘的操作方式，直接通过手势动作进行虚拟实验操作，可以有效地进行多人协作实验，很好地弥补了现有人机交互的缺陷，并且促使Kinect体感技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点。Kinect设备体感技术在化学实验教学领域的研究和程虚拟实验将会成为未来研究的重要方向。
2 应用展望
在国内外虚拟现实技术不断同体感交互技术的融合环境下，虚拟实验得到了广泛的应用，特别在虚拟化学实验这一领域在不断深入研究，对国内外科学技术发展产生了非常重大的影响力。目前，随着Unity3D技术，体感技术结合日益紧密，逐渐形成了当今适时代计算技术发展的潮流，增强现实技术的出现为虚拟化学实验开辟了道路。虚拟实验的进步与发展，为学习者提供了一个自适应的获取知识和技能的实验学习环境。
虚拟技术的发展现状篇12
一?对虚拟现实技术的基本认识
1. 虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术又被称作灵境技术，它主要利用多媒体技术、计算机网络技术、计算机图形技术、仿真技术、人工智能技术、以及多传感技术等多种技术手段，生成逼真的三维虚拟环境，并通过一定的交互设备进入其中。总的来说，它是一门综合性的新型信息技术，创建了一种多维信息空间，具有较为广阔的发展和应用前景。
2. 虚拟现实技术的特征
1）多感知性
多感知性指的是除了视觉感知之外，同时还具有听觉感知、触觉感知、力觉感知，甚至是嗅觉感知、以及味觉感知等功能，理想状态下的虚拟感知技术应当具备人所具有的一切感知功能。但是受科技水平的限制，当前的虚拟现实技术还不能达到这种水平。
2）交互性
交互性指的是人可以对于模拟环境内的物体进行操作，并能够从中得到反馈。例如，可以用手去抓取虚拟物体，这时可以实际感知物体重量，并且所抓的物体能够随着受的移动而相应移动。
3）构想性
构想性也可以被称作自主性，它要求虚拟现实技术应当具备丰富的可想象空间，能够拓宽人的知识范围和视野，而不是仅仅限制于再现实际存在的环境和物体，它应当能够构想客观不存在或者是不可能真实发生的环境。
4）浸入性
浸入性也可以成为临场性或者存在性，它指的是人作为主角所能感受到的模拟环境的真实程度。理想的模拟环境应当达到使人难辨真假的程度，如同在真实的环境中是一样的。
3. 虚拟现实技术中的关键技术
1）环境建模技术
环境建模技术主要是通过获取真实三维环境中的三维数据，并根据实际应用的需要，来建立相应的虚拟环境模型，从而为实际工作提供科学有效的参考和依据，提高工作质量和效率。
2）触觉反馈技术
触觉反馈技术是利用高科技手段，在虚拟现实系统中让人直接操作所生成的虚拟物体，来感觉虚拟物体所产生的反作用力，从而达到身临其境的效果，更加精确地反映出实际状况。
3）系统集成技术
在虚拟现实系统中，包含有大量的感知模型和感知信息，因此系统集成技术就显得至关重要。一般，信息集成技术又包括模型标定技术、信息同步技术、数据转换技术、以及合成技术等。
二?虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用
1. 弥补了环境艺术设计中的不足
环境艺术设计过程中，往往由于经费、场地、设备等方面的限制，使一些设计工作无法顺利进行，造成环境设计的实际效果不能得到保证。而虚拟现实技术的应用恰好弥补了这一缺陷，设计人员可以足不出户，仅仅依靠电脑来完成具体场景的展现，不仅减少了成本支出，同时也丰富感了性认识，进而加深对环境艺术设计内容的理解和掌握。
2. 避免了实际操作带来的潜在威胁
在环境艺术设计中，一些设计工作会存在潜在的危险，以往一般是通过电视录像来替代实际操作，这样虽然避免了对人身造成的伤害，但是也使得设计人员无法获得感性认识。而虚拟现实技术的应用，可以使设计师在虚拟的实验环境中，随心所欲地进行各项操作和实验，例如房屋建筑实验，能够消除实际房屋建造中的安全隐患；室内室外装修可以避免考虑不周全造成的材料浪费。
3. 打破了时间和空间的限制
在环境艺术设计中，不管是宇宙天体，还是原子粒子，设计人员都可以利用虚拟现实技术进入到物体内部进行全面细致的研究和分析，考察各个环节的工作状况以及各环节之间的联系，进而了解整个建筑功能的使用效果，以便及时发现设计中存在的问题，积极采取有效措施加以改进和解决。同时，虚拟现实技术使得需要经过几年、十几年、甚至几十年才能观察到的变化能够在短时间内呈现，可以有效提高环境艺术设计的质量。
4. 虚拟现实技术提高了项目成本预算的精确度
在环境艺术设计中，设计人员需要对设计方案进行成本预算，但是由于项目成本的影响因素较多，仅仅依靠设计方案无法准确地预算处实际所需的成本，从而对后期的工作造成不利影响。而虚拟现实技术在项目成本预算中具有明显的优势，它能够虚拟大型城市规划、室内外装修、以及复杂建筑等，提高设计人员对建筑结构的认识，从而提高项目成本预算的精确度。
总结：与传统的环境艺术设计相比，虚拟现实技术具有无可比拟的优势，它突破了传统思维的局限，充分挖掘了环境艺术设计潜能，有着较大的发展空间。但是由于虚拟现实系统所需的硬件设备较为昂贵，在设计领域还没有得到普及，使得虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用范围还不是很广，为此国家和相关部门要在尽可能地给予一些优惠政策，来促进虚拟现实技术的广泛应用。
参考文献：
[1] 徐跃光. 虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用[J]. 装饰. 2006(06)
虚拟技术的发展现状篇13
2.1对计算机维护实验应用虚拟技术的探讨
众所周知，在运用计算机的过程中，一旦对计算机进行格式化操作，或者是分区操作，抑或是执行系统安装，这样的操作都会在不同程度上损坏硬件，长此以往，就会缩短计算机的使用周期。此时，如果充分利用虚拟技术，在计算机维护中进行全面分析，能够实现问题的有效解决。借助虚拟化技术，学生可以获取一个操作环境，学生在这个背景下，能够随意进行相关操作，即使出现问题，也不会对整个计算机的系统产生任何破损，这样做的好处是使学生掌握了学科技术，也在很大程度上确保了计算机整个硬件处于较为安全的环境中运行。
2.2对虚拟化操作系统进行的分析和实验
对于高职院校，其计算机教学目标和任务区别与普通高校，教学内容较全面，知识点比较复杂，为此，针对操作系统，涉及诸多教学实验。一旦借助当前的计算机进行操作系统的试验，如果发生任何操作不当，就会影响计算机的系统试验效果。但是，虚拟技术就能弥补这一缺点，在虚拟的环境中，很多机器会产生于硬盘与内存中，各种处于独立的状态，各自互不干涉和影响，能够保证任务和试验的顺利完成。另外，虚拟计算机和真实计算器呈现各自工作的状态，不会出现互相影响的状态，不管哪一部分出现问题，其它的机器都不会遭受破坏或者负面影响，由此可见，借助虚拟技术进行的操作系统试验，具有较为便捷的优势，能够较大幅度地实现对计算机的有效防护。
2.3对网络安全虚拟化的介绍
网络安全虚拟化集中体现了虚拟技术在计算机教学中的具体应用。在网络安全试验中，借助虚拟化技术，在这种背景下，无需考虑安全试验的类型，任何种类的都可以进行操作，例如，加密的数据系统以及对网络系统的安全设置。此时，需要学校进行大量的投入，就能够实现对整个设备的健全和完善，为学生营造一个良好的试验环境，有助于学生掌握全面的网络安全知识，提升计算机教学的水平和品质。
2.4虚拟技术引入计算机教学的优势
随着高职院校的不断发展，职业教育呈现高速进步的趋势，其规模逐渐扩大，教育品质呈现上升的态势，很多高职院校加大投入的力度，增加了相关的设备，强化了管理，对实验室和相关的训练场地进行了相关的完善，目的是为教学提供基本的保障。但是，由于受到诸多因素的影响，很多学校设备仍不足，阻碍了学生实际操作能力的增强，动手能力不高。借助虚拟技术，使得计算机教学在信息化道路上面对极大的机会。对于实验室的设备，由于虚拟技术的积极介入，既满足了降低投入的需要，也实现了对潜力的发挥，减轻了工作人员的工作强度，有效缓解了设备欠缺的问题，有利于教学的开展，为学生营造更加自由和自主的学习环境，突破各方面的不利因素的限制，更加有利于调动学生的学习热情和积极性，以更加主动的态度投入学习。虚拟技术为计算机教学提供了更加真实的环境，有助于教学实践的推动。
3在计算机教学中对虚拟化应用的有效设计
为了更大限度地发挥虚拟技术在计算机教学中的应用，要对高职院校计算机教学的目标进行明确，需要相关的教学者全面、综合、深入地了解虚拟技术以及在系统中的应用，比较常见的是VmwareWorkstation和Xen等虚拟技术，主要针对当前教学中多机器、多系统共同使用，对多种试验背景进行改善。在具体的设计中，需要关注两方面的问题，首先是对于操作中运用的试验环境和背景，要利用VmwareWorkstation来进行设置和确定；其次，对于结构的创建，借助虚拟机来完成，最终实现架构的在虚拟机上的有效安置。
