虚拟现实技术(3篇)

虚拟现实技术篇1

一、虚拟现实技术

虚拟现实技术(ⅥrnJalReaJ时，简称vR技术)出现于20世纪60年代，随着处理器技术的大幅度提高以及图形绘制技术、数字信号处理技术、传感技术的发展，近几十年来在国内外形成了对虚拟现实的研究热潮。

虚拟现实系统提供了一种先进的人机界面，它通过为用户提供视觉、听觉、触觉等直观而自然的实时感知交互的方法和手段，最大程度地方便用户的操作，从而减轻了用户的负担，提高了系统的工作效率。虚拟现实技术具有3个突出特征：沉浸性、交互性、想象性。

虚拟现实系统由两部分组成：一部分为创建的虚拟环境，另一部分为介入者。虚拟现实的核心是强调两者之间的交互操作，即反映出人在虚拟环境中的体验。我们可以给出如图1的虚拟现实的概念模型。

二、虚拟实验系统

1．虚拟实验系统的特点

(1)共享程度高。虚拟实验系统不同于传统实验在地域和时间上的限制，它不仅可以接受本地用户的访问，有访问权限的异地用户也可以使用系统。并且也无需考虑使用时间的问题，实验者可以随时进行实验。虚拟实验系统为用户提供了一个可以在任何时间、任何地点访问的实验环境，极大地提高了信息与实验资源的共享程度。

(2)强大的交互能力。为了向用户提供一个逼真的实验环境，虚拟实验系统往往都具有强大的交互能力，实验者和虚拟实验对象之间可以通过鼠标的点击或者拖曳操作进行交互，实验者可以实时地观看实验现象和实验结果。

(3)支持协作。虚拟实验系统提供了多种方式来完成用户间的信息交流。

2．虚拟实验系统的建模

如何构建教学型虚拟实验系统，使其能够拥有丰富的实验内容表现方式、提供形象生动的实验内容，让让学生实现从感知到理解的过程，一直是研究教学型虚拟实验系统的热点问题之一。

虚拟实验系统的构建是将多种技术综合运用，首先构建实验过程所需要的各种仪器设备，对于场景进行建模。三维虚拟场景模块的建立是以某一实景为基础的，因此在虚拟场景建模之前需要对实验室环境进行实地考察并对建筑物进行筛选，从而构建具有真实感的实验环境。对于仪器设备完全用ⅥML语言建立复杂的三维模型是相当烦琐的，而且建模方法缺乏直观性，而3DSMAX强大的三维建模功能以及对具有转换为V文件格式输出的功能，使其在三维虚拟场景中广泛应用。我们在实际的建模过程中根据要建立模型的特点选择建模方法。简单模型，直接采用VRML中简单几何体拼贴纹理的方法，对于复杂场景则采用3DsMAx建模后以VRMI，文件格式输出。当然在虚拟实验的建模过程中的庞大建模工作量对软件的建模效率以提出了很高的要求，于是，在该建模过程中我还采用了高效的照片建模软件Canoma，Canoma是MetaCreations公司(即现在的Vie、vpoint公司)的软件产品，利用它可以让我们无需建模，即可直接从一张或几张照片制作三维模型，因为使用真实照片直接生成三维模型，所以效果非常真实；而且CaIloma可生成网络使用的VRM，文件格式。为了能够反映真实仪器设备的特性，有时还采用FLASH技术来达到仪器设备外观的逼真性，并提供一些基本的交互。

3．虚拟实验系统中的交互

交互性是虚拟实验系统中的一个重要问题。一类是用户在浏览场景的时候，主要的输入设备就是鼠标，这时候检测器实际上是检测用户对于鼠标的各种操作动作，如鼠标的单击、指向、拖动等等，从而场景做出相应的反应。检测这类动作的监测器是接触型监测器。描述这类监测器的节点有接触监测器节点TouchSensor以及PlaneSensor节点、SphereSensor节点、CylinderSenS0r节点；另一类是用户和场景中某对象接近的程度，对象做出相应的反应，使得用户和虚拟对象之间形成交互。

将所有仪器设备成功地加入到场景当中之后，用户应该可以随意地拿起自己需要的实验器材进行实验，所以要提供用户选取实验器材的接口。当用户在选择某件仪器，为了提供给用户选择的接口，我们在实验仪器原型中设计了供用户选择的按钮。如果选中时就可以点击按钮“tal(e，无需使用就只要点击“放回”按钮。由于用户需要与系统进行交互，同时系统需要根据用户的选择与后台数据库进行通信，因此我们使用JavaApplet。Applet具有良好的网络传输透明性，图2显示了浏览器通过Appl访问数据库的整个过程。

三、虚拟实验集成的系统结构

1．软件程序集成

软件程序是虚拟实验系统的重要内容，是系统的灵魂所在。在虚拟实验系统中，我们将软件程序部分按照层次化和模块化的设计模式进行集成。集成化的软件程序依据集成度的大小分为不同层次的模块，分属不同层次的模块充分体现了整体和部分的关系，各模块都可以看成是下一层次多个模块集成的整体，每一个模块又都可以看成是上一层次模块中的一部分，各层次之间互为整体和部分的关系为系统结构构架提供了灵活的方式。

2．系统功能集成

系统功能集成是建立在软件程序集成的基础之上的，系统功能集成是系统结构集成的重要体现，系统结构的有效集成度是系统功能集成的重要基础。在虚拟实验系统中，软件程序的集成保证了系统功能在不同层面上的集成度和在各层面之间的灵活性。以不同集成度来形成的系统功能整体在系统构建、修改、维护等方面起到了重要的结构化支持作用。

3．仪器软面板集成

仪器软面板是虚拟实验系统的重要特色之一。在传统实验系统中，仪器设备一般会自带一个显示屏，以及相关的操作组件和按钮来形成一个操作面板，这个面板的形式以及各组件和按钮的功能是固定的，不能修改和设置。在虚拟实验系统中，各种仪器设备的操作面板集中显示在计算机的显示屏幕上，这种面板由软件程序来形成和设置，由键盘、鼠标以及其他的外部输入设备来控制，面板的形式以及各组件和按钮的功能可以根据需要自定义，可以将多个仪器的面板组合在一起，也可以将某一个仪器的面板简化。仪器软面板形式和功能上的这种灵活性正是系统集成度的体现。

4。网络集成

网络的出现使得分布式结构成为可能。在虚拟实验系统中，我们通过网络可以突破时间和空间的限制，将更多的协议方和操作方以一定的集成度集成在一起，共同完成实验项目。我们在谈集成性的问题的时候，一定是和相应的分散度联系在一起的，就如同整体和部分之间的关系，每一个整体都可以看作更大的整体的一部分，而每一个部分又都可以看成更多小部分的整体。网络的分布式保证了系统结构的集成性。

四、虚拟实验教学应用的优势

从虚拟实验的技术优势和实验教学的现状需求出发，其优势主要体现在以下几个方面：

1．资源开放

从虚拟实验的技术实现角度来看，实验教学中的有效资源全部开放，这使得实验项目从开发到操作，再到后期数据处理与实验课程的复习全部开放给学生，学生可以利用系统软件程序模块和实验项目设计模板等帮助实验设计方案的形成与开发；利用数据分析与处理工具包进行实验数据的分析与处理，获得规律性认识：教师的指导性意见、学生的交流信息和实验故障和误差分析等信息资料，可以帮助学生在实验课程总结和复习中取长补短、巩固知识。

2．组织形式开放

虚拟实验将实验资源、实验项目开发和实验操作等网络化、平台化，因此实验内容、时间以及地点等组织形式是开放的具备可选择性。针对目前实验教学需要跨学科、跨地域、多项实验同时开展等现状要求，虚拟实验所具备的组织形式开放性为实验教学模式的扩展提供了技术准备。

3．对象开放

虚拟实验的网络功能能够根据不同的对象设置不同权限的系统身份，实验参与人员各取所需，实现学习和交流的目的。在实验教学中，对象的身份基本分为三种层次和三种身份。三种层次指的是系统管理员、教师和技术人员、学生。三种身份是针对学习者而言的：实验课程参与者、远程实验课程学习者、实验爱好和探索者。

虚拟现实技术篇2

关键词：VR；AR；应用前景

1虚拟现实VR概述

虚拟现实技术（VirtualReality，VR）是20世纪90年代初崛起的一种实用技术。VR技术指借助计算机以及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。它是一种能够让现实中的人在计算机所创造的虚拟信息世界中体验与现实世界同样的事和物。它具有多感知性、沉浸性、交互性和构想性的基本特征。这种虚拟技术集合了计算机图形图像技术、现实仿真技术、多媒体技术等的多种科学技术。它能够模拟出人的视觉、听觉、触觉等的感官功能。使人们在计算机所创造的虚拟世界中通过语言、动作等方式进行实时交流，可以说这种技术的发展前景是非常广阔的，无论是生活上还是军事上都有非常广泛的发展前景。

2虚拟现实技术的特征以及涉及的相关技术

2.1虚拟现实技术的特征

（1）多感知性的特征，是指视、力、触、运动、味、嗅等感知系统，从人类理想的虚拟现实技术的发展来说，是希望能够完全的模拟出现实中所有的感知，如在VR营造的环境中闻到各种味道、能够有触碰里面事物的感觉等，如同人在现实中一样，但因目前的技术掌握和传感技g的限制，仅仅只能模拟出一部分。

（2）沉浸性又称浸没感或临场感、存在感等，具体是指人以第一人称存在于虚拟世界中的真实体验。当然，以目前技术还没有达到最理想的程度。

（3）交互性就是指人在虚拟世界中，能够像在现实世界中一样，可以通过对一些物体的抓取、使用等动作，感觉到所触碰的物体的重量、形状、色泽等一些人与物体之间的互动信息。

（4）构想性，即将所想的物件、所做的事情在虚拟世界里面呈现出来，这样做能达到什么样的效果，那样做又能达到什么样的效果，甚至还可以把在现实世界不可能存在的事和物都可以在虚拟世界中构想出来。

2.2VR技术中涉及的相关技术-软件

（1）立体视觉现实技术：人通过视觉所获取到的信息是人本身所有感觉中最多的一种感官，所以虚拟现实技术中立体显示技术占有不可或缺的重要地位。

（2）环境构建技术：在虚拟世界中，构件环境是一个重要的环节，要营造一个区域的环境，首先就要创造环境或建筑模块，然后在这个基础上再进行实时描绘、立体显示，从而形成一个虚拟的区域环境。

（3）真实感实时描绘技术：要在虚拟世界中实现与现实世界相同的事物，仅靠立体显示技术还是远远不够的，虚拟世界中必须存在真实感和实时感，简单来说就是实现一个物体的重量、质量、色泽、相对位置、遮挡关系等的技术。

（4）虚拟世界声音的实现技术：在虚拟世界中虽然视觉是获取信息的重要途径之一，除了视觉还有很多感官系统可以获取到周围的信息。如听觉，这种技术就是在虚拟世界中实现声音，这样人在虚拟世界里不仅能够看得到也能听得到。

2.3VR技术涉及的相关技术-硬件

（1）输入设备。与虚拟现实技术相关的硬件输入设备分成两大类：一是基于自然的交互设备，用于虚拟世界的信息输入；另一种是三维定位跟踪设备，主要用于输入设备在虚拟世界中的位置进行判定，并输送到虚拟世界当中。

虚拟世界与人实现自然交互的形式有很多，比如有数据手套、数据衣服、三维控制器、三维扫描仪等。

数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具。数据手套的出现，为虚拟现实系统提供了一种全新的交互手段，目前的产品已经能够检测出手指的弯曲度，并利用磁定位传感器来精确地定位出手在三维空间中的位置。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为“真实手套”，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。

数据衣是为了让VR系统识别全身运动而设计的输入装置。数据衣对人体大约50多个不同的关节进行测量，包括膝盖、手臂、躯干和脚。通过光电转换、身体的运动信息被计算机识别。通过BOOM显示器和数据手套与虚拟现实交互数据衣。

（2）输出设备。人在虚拟世界中要体现沉浸的感觉，就必须实现现实世界中的多种感受，如视、听、触、力、嗅、味等感官感觉，只不过以目前的虚拟技术只实现了视觉、听觉和触觉罢了。

（3）VR构成设备。虚拟现实世界的构成，主要的设备就是计算机本身了，虚拟世界的所有景象都是靠一个个模型造成的，而这些模型则是由计算机制作出来的。一般计算机被划分成四个部分：第一，高配置的个人计算机，专门用于普通的图形配置加速卡，实现于VR技术中的桌面式特征；第二，高性能图形工作站，就是一台高配置的图形处理计算机；第三，高度并行系统计算机；第四，分布式虚拟实现计算机。

3VR技术的应用范围

VR技术从诞生到现今已经历了几个年代，其应用范围也越来越广，如医学方面，可以提供给医生进行模拟手术，这样大大提高了现实中手术成功的概率。如游戏方面，近年来游戏中的VR如朝阳一样如火如荼的发展，游戏者在游戏中体验着VR技术带来的身临其境与敌人面对面进行厮杀的。如建筑方面，运用虚拟现实技术可以将建筑的形式以真实的角度展现在投资方、设计方、施工方以及后期的物业管理和更高层次的政府，这把之前的二维平面表达方式或者动画表现方式进行了升级，使用者可以全方位的感受建筑的空间、尺度和材质，这对非设计人员参与到设计当中很有帮助，这使得我们未来的建筑将综合更多因素，更加合理化，还有军事、科技、商业、建筑、生活等。

4结语

虚拟现实技术是一个极具潜力的研究项目，是未来的重要技术之一。它在理论、软件或者硬件的领域上都依赖着很多技术，当然其中也有较多的技术只实现了理论，硬件方面还是有待完善的。不过可以遇见，在未来，虚拟现实技术绝对会被广泛的应用。

参考文献：

[1]李袁。虚拟现实技术在数字图书馆中的应用[J].科技情报开发与经济，2009，19（36）：3-5.

虚拟现实技术

科学技术的发展让人类社会进入到新媒体时代，虚拟现实技术的崛起革新了当代展示设计活动。本文针对展示设计与虚拟现实技术的特征进行应用现状研究，发现技艺融合对观众体验的影响，并指出未来发展的趋势。

关键词：

展示设计；虚拟现实技术；应用

1现代展示设计的发展

人类文明的历史，也是一部展示设计的进化史。伴随着时代与技术的革新，展示设计由内而外的不断蜕变。作为现代科技成果与文化呈现的舞台，展示设计有着重要的社会价值与意义，在历史文化继承方面它起到文化保护与传承的功能。而各类博物馆展览馆作为提升国民素质的基地，它有着教育延伸的功能；商业展示空间则是人类经济社会重要的组成部分，产品的交易、经济的流通皆为展示活动的过程。展示设计不仅是艺术文化创意活动，也是科技成果的应用展现。伴随着科学技术的发展，现代展示设计逐渐褪去平面静态展示的“呆板形象”，融合新媒体技术，通过艺术的呈现方式，摇身成为众人追捧的现代化高科技展示舞台。近年来，虚拟现实技术的发展让当代展示设计焕然一新，为观展者提供了可互动的沉浸式多感官体验形式，也为展示语言的丰富带来了科技的贡献。

2虚拟现实技术的应用

2.1虚拟现实技术的发展

虚拟现实技术（VirtualReality）简称“VR技术”，是一种建立于计算机图形学、计算机仿真学、多媒体技术以及传感技术基础上的综合性的信息技术。虚拟现实技术利用计算机模拟的三维环境对现场真实环境进行仿真，生成实时动态三维立体的多感知虚拟环境，用户通过传感设备与虚拟环境中的对象进行交互作用，相互影响。通过人体行为动作控制浏览方向，并操纵场景中的对象进行人机交互，满足视觉、听觉、触觉甚至嗅觉与味觉的感知享受，从而产生身临其境的体验。1957年，电影摄影师MortonHeiling发明了名为Sensorama的体验装置，并在5年后为这项技术申请了专利。观众通过Sensorama的三面显示屏可以观赏五个2分钟的三维有，影片中带有声音、气味以及迎面吹风的感受。从20世纪简易的3D显示工具到近年来各种VR产品的出世，虚拟现实技术正通过各种形式出现在人们的生活中。

2.2虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术的主要特征简称“3I”，包括交互性（Interactivity）、沉浸感（Immersion）、构想性（Imagination）。

（1）交互性，交互性特征，指的是参与者对于计算机虚拟环境中的物体能够进行操作行为，这种行为可反馈到机器中，因此具有交互性和实时性。例如，使用者通过手势控制抓取了一件衣服，通过触摸能够控制衣服的移动进行观察，而在这个过程中，人能感受到手里确实抓着衣服，而虚拟的衣服也会随着手的移动而移动，双向的信息接收，人与虚拟对象之间能够进行互动。

（2）沉浸感。沉浸感，是指参与者进入虚拟现实的环境中，能够身临其境地感受逼真的虚拟世界，通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等多感知的体验，行为与运动中产生与现实世界同样的反馈活动，最终用户可以全身心地沉浸其中。

（3）构想性。构想性，指的是VR技术中如何发挥人类的创造力和想象力的诉求特征。参与者不只是被动接受预设的信息，而是依靠人的主观能动性，依据系统的运行状态变化对运动的未来进行想象，进而深化概念，产生新意和构想，主动地寻求探索信息，在虚拟空间中进行想象与创造，参与虚拟活动并进行动态生成，因此可以说，虚拟现实是启发人创造性思维的活动。

2.3虚拟现实展示设计

展示设计与虚拟现实技术的结合是艺术与技术的融合，同样也是人类智慧的表现。展示设计的体验需求可以通过虚拟现实技术来实现。虚拟现实展示具有直观性、交互性、真实性的特点。利用虚拟现实技术，观众能够全面地欣赏展品，完整的了解展品信息，并直接与展品进行互动体验，观展的主动权也将会交到观众手中。虚拟现实技术在展示设计中的应用主要包括以下三点：

（1）文物古迹与文化遗产保护开发中的应用。在文物修复与古迹开发方面，利用虚拟现实技术能够在虚拟环境中进行修复和开发活动的预判，通过虚拟的实验得到及时反馈，最终总结出最佳方案。另外，利用虚拟现实技术可以为观众展示文物古迹的复原样貌，深入其中进行虚拟游览。敦煌莫高窟壁画如梦如幻，虚拟莫高窟的展示可以让观众聆听千年前的古韵琴声，欣赏飞天灵动的舞蹈，近距离观赏壁画清晰的细节。虚拟展示为观众带来真切体验的同时，也对文物古迹的保护作出了贡献，缓解了旅游压力，减少了游客不文明行为的发生，同时文物的数据信息通过现代化数字的方式能够真正实现资源的共享与保存。

（2）展览空间中的应用。在展览空间中的虚拟现实技术，主要用于虚拟展品体验与环境模拟交互体验。借助虚拟现实技术，展品的呈现不再局限于平面模式，三维立体化的虚拟展品可以满足观展者的体验需求，与图片形式相比更加真实有趣，多感官的刺激更能让观众印象深刻，达到展示设计的信息传递目的。与以第三者的角度参观模型的方式相比，通过虚拟现实技术观众可以走进三维模拟的环境中，以主角的形式了解展示内容，丰富情感体验，加深记忆之旅。

（3）商业产品展示中的应用。商业展示的主要目的就是刺激消费，而虚拟产品直观的展示，信息的直接获取，良好的互动体验，可以达到促进消费的作用。虚拟现实展示突破了二维平面的限制，解决了产品缺乏真实感的问题。奥迪公司利用OculusRift设备为顾客提供了虚拟购车体验。顾客能够模拟坐在车内的真实场景，控制方向盘进行操作，细节的反馈也十分真实，顾客可以享受较为沉浸的体验，听到汽车的关门声以及车内收听收音机的效果。除了体验试驾外，顾客可以根据自己的喜好为虚拟空间里的奥迪车进行个性化的配置，更改内饰的颜色、皮革、车载娱乐系统的设置等。虚拟现实技术的应用为无法及时试驾的顾客提供了有趣的驾驶体验，满足了个性化定制的服务，促进了消费的成功。

3虚拟现实展示未来发展趋势

科技发展与普及的过程十分相近，今天的虚拟现实技术看似离人们的生活有些遥远。有人质疑虚拟现实技术无法普及，将其归咎于设备的限制。回顾历史，1946年世界上第一台电子数字式计算机投入运行，它占地170平方米，重达30吨，运算功能却比不上今天的微型计算机，这样一个开启计算机科学技术新纪元的设备，那时的人们也无法想象今天笔记本电脑与平板电脑的使用与普及是如此的广泛。目前，虚拟现实技术的发展在展示设计中得到了有效的应用，未来虚拟现实展示会注重于更加自然的交互，虚拟环境呈现更加真实细腻，进入模拟环境能够实现真实社会生活中交际、创造的功能。

4结语

虚拟现实技术的出现推进了展示设计的进步，而技术与艺术的发展总是相辅相成的，展示设计为虚拟现实技术的发展提供了舞台，而虚拟现实技术也为展示设计的呈现提供了崭新的表演形式。未来逐渐普及的虚拟现实展示将会改变人们的生活，提供更多便捷智慧的展示服务。

参考文献：

［1］任仲泉。展示设计［M］.南京：江苏美术出版社，2001.

［2］闵媛媛。新媒体环境下展示设计研究与应用［D］.北京：北京印刷学院，2009.