虚拟现实技术的实现范文
时间：2023-11-21 18:13:16
导语：如何才能写好一篇虚拟现实技术的实现，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
中图分类号： TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（B）-00
虚拟现实技术也被称为灵境技术。这项技术主要是综合了计算机图形学、计算机仿真技术以及人工智能等多种高科技的最新研究成果，使人与计算机能够很好的融为一体，并且能够给人予一种身临其境的感觉。本文从不同方面对虚拟校园相关技术进行了系统的分析。
1.数字校园相关技术分析
数字校园即是指数字信息化的校园，主要以计算机网络和通讯为核心技术，以信息的获取与知识的共享为重要手段，是网络化、数字化、智能化有机结合的新型的、开放式的教育环境。数字化校园主要包括校园的设施数字化、校园的漫游智能化以及可视化等方面的内容，同时也能够对过去进行反演，从而对现实进行决策以及对以后做出有效的预测。
1.1三维场景的建模原理分析
三维场景建模是虚拟校园漫游系统的主要构成部分，而一个虚拟的环境是否逼真则主要来自其视景生产系统的质量，它将直接影响仿真的效果和相似度，同时也是直接影响虚拟现实系统沉浸感的一个重要因素。
1.2建模工具软件的分析
Multigen Creator是一个系列软件，主要为开发的一个实时建模以及图形数库的生产工具，具有强大的多边形建模和矢量建模等功能，提供了多种专业选项及插件，能够较为方便的进行实体模型的建立以及管理工作。
Vega主要是为应用在实时视景仿真以及声音仿真等领域的世界上较为先进的软件环境平台，对于复杂的应用，能够提供便捷的创建、编辑和驱动工具。且性能稳定易用，支持多种数据调入，能提供高效的CAD数据转换。
1.3三维建模相关技术分析
针对三维模型来说，主要是涉及到的数据包括了数字化的地图数据以及三维模型尺寸数据等，同时也包括了建筑图纸以及全校航拍图来获得数字化的地形图数据。
三维建模最主要的四个环节是：首先，创建物体的层次结构。这是由于具有层次结构的文件比无层次结构的文件执行效率高。具体可将物体和相关的实体进行组合形成物体组和相关组，在此基础之上嵌套建立起物体的层次结构。其次，对模型进行优化。尽量减少多边形的数量是可视化仿真建模的基本原则之一。最理想的效果就是用最少的多边形来表达视角上很真实的模型。第三，植物建模。根据校园内各种植物在所选取的视野范围内的地理位置、生长密度等特征，可分别采用十字交叉或多十字交叉模型。第四，合理运用实例。当数字校园的场景中相同的某个实际物体比较多时，可通过引用同一个实例的方法来解决相同几何体的模型问题从而降低模型数据的存贮空间。
2.视景的漫游分析
2.1人机交互的控制分析
在虚拟三维世界之中，漫游的过程主要是人和计算机的交互过程，因此为了能够满足不同漫游方式的需要，系统设计漫游引擎的过程中可以设置成为手动漫游以及自动漫游。
针对于手动漫游来说，能够随时随地的控制漫游过程中的速度以及方向和视角，根据任意的视角来观察建筑物的内部结构以及设施。相对于手动漫游来说，自动漫游需要为一个预先确定下来的路径创建关键点，之后则是通过观察者应用一个导航器来穿过路径进行自动的对运动做出控制。
2.2 视线的碰撞检测方法分析
漫游人员在进行漫游的过程中将会和地形以及障碍物出现一定的碰撞，Vega虽然能够对地面碰撞检测做出相应的定义，但是针对于定义的运动模型根本无法能够起到实际性的作用，因此，本研究采用技术视线碰撞检测的方法来进行检测。
针对这种方法来说，主要是空间直线以及空间多边形的求交问题，并且核算的方法也能够得到两个方面的结果：第一是漫游的过程中地形以及障碍物所进行的碰撞检测；第二则是虚拟的实体选择以及虚拟场景环境之中的绝对坐标系如下图1所表示。
作为起点，并且沿着观察坐标系Y轴向着正向进行射线，同时也可以给根据空间直线的方程式来对其进行描述。
L：X=Rt+E（t≥0）
在公式之中，X（x，y，z）主要是为视线上任意点，然而R（xr.yr.zr）则是为射线的方向。然而E（xe，ye，ze）所表示的便是视点射线上起点，t主要是为X点距离视线的距离。在空间平面P的防尘以及其法向量主要是为以下公式所述。
Ax+By+Cz+D=0
N（A，B，C）主要是为容易求得出来的摄像以及平面的焦点和视点到点之间的距离。
N1・N2=N1x・N2x+N1y・N2y+N1z・N2z， N・（Rt+E）+D=0，
t0=-（N・E+D）/（N・R），（N・R≠0）。
在公式之中，要是射线L和平面P所平行，那么则不存在着焦点，不然射线L以及平面P则是相交的，焦点主要是为X0=Rt0+E，其视点到交点的距离主要是为t0。
虚拟的实体选择是可以得出进一步的求解，然而在对实体进行选择的过程中，通常情况下不知道视线应该和那个多边形进行交汇，要是每一次都会对整个场景之中所有的表面多边形全部都是经历了一遍，那么将会出现比较大的运算量，从而到导致出现一些不必要的浪费。所以，在现实基于视线的碰撞检测过程中，必须要考虑到球形包围盒以及长方体包围盒的快速求交方法能够实现虚拟体的选择。
3.系统的设计以及实现分析
漫游引擎主要是一组三维场景漫游的核心程序所在，并且负责实现输入映射以及试点的控制以及虚拟场景调度管理等系统漫游的功能。在数字校园漫游引擎之中，多数系统能够在主页定义一些可选项，能够给漫游都提供一打开或者关闭的功能设置，从而使“游客”在数字校园之中能够观赏到不同时段（不同季节）的校园景色，同时也能够采用任意的视角和路线在校园之中自由穿行。
基于上述主要系统分析，通过建立起基于多为信息空间的和谐人机环境，被认为是信息技术创新发展过程中的主要目标，并且虚拟现实技术也是支撑多为信息空间的关键因素所在，通过应用虚拟现实技术来进行数字城市的虚拟建设以及虚拟装修等进行展示，能够更好的为相关领域上面的技术进行创新，从而取得一个良好的效果。
参考文献
[1]刘航，王积忠，王春水.虚拟校园三维仿真系统关键技术研究[J].计算机工程与应用，2007.28（12）：2934-2936
篇2
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。
篇3
关键词： 虚拟现实技术； 虚拟教学系统； 感知； 交互； 沉浸
中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）12-72-03
Research on the design of virtual teaching system based on virtual reality technology
Yang Xuchao
Abstract： The educational characteristics of virtual reality include multi-perception， interactivity， immersion and imagination. To design the virtual reality system， the advanced education idea should be taken as the guidance， a virtual perceptive teaching system should be built by giving full play to the virtual reality technology， to design the virtualized scene， classroom， experiment， roles and situation， and the student should be allowed as a role to experience the virtualized natural phenomena and process of things evolution， so as to support student learning， exploration and discovery.
Key words： virtual reality technology； virtual teaching system； perception； interaction； immersion
0 引言
虚拟现实（Virtual Reality简称VR）是近年来的一个研究热点。
1965年，有“VR之父”之称的计算机图形学创始人Ivan Sutherland，曾在IFIP会议上做了题为“The Ultimate Display”的报告，第一次提出了虚拟现实的概念[1]。这一提法对“虚拟现实技术”来说，具有里程碑的意义。
1989年，美国的VPL公司宣布完成虚拟现实系统RB-2（Reality Built for2），VPL公司的创始人Jaron Lanier正式提出了“虚拟现实”一词，从此进入虚拟现实阶段[7]。
从上世纪90年代至今，“VR”进入全面发展阶段，并开始在各领域绽放异彩，从而，逐渐走向实际应用[6]。近年来，VR技术的应用领域十分广泛。VR应用到教育领域中，既是虚拟现实自身发展的需要，也是教育发展的需要。
虚拟现实教育特性归纳为四重性即：多感知性、交互性、沉浸性以及构想性[4]。
VR的教育应用价值是，可以建立虚拟的学习课堂，把相应知识进行情景化设计，形象直观地展现在学生面前，允许学生以角色的身份，“身临其境”地去体验类真实生活中无法观察到的自然现象、或事物的变化过程。学生沉浸在这样的虚拟现实学习环境中，通过多层次的感知，获得类似真实的体验效果，全方位地获取信息，主动自然地对知识进行认知和建构，在沉浸于探索活动之时，跳一跳，摘到果子。
1 虚拟教学系统的设计原则
教育是一个复杂的系统工程，作为一个结构完整的虚拟教学系统设计，教育性是根本属性、此外还必须兼顾知识性、计算机虚拟技术特性、科学性与艺术性等方面。因此，虚拟教学系统设计必须遵循以下原则。
⑴ 运用先进教育学习理论作指导的设计原则
在教育理论体系中，学习理论经历了由行为主义到认知主义、认知主义到建构主义、又由建构主义到情境认知与情境学习理论的演变和发展过程。这些学习理论都在不同的时期指导了CAI写作，并成为CAI发展不可或缺的重要推手。
本研究课题其本质是教育性，核心是教育创新。因此，虚拟教学系统的设计必须要有教育学习理论做指导，否则系统的设计也就成了无源之水，无本之木，系统也就缺少了教育的属性。
通过对教育学习理论的分析，吸取其中对课件写作有益的经验，指导课件写作实践，可以使虚拟教学系统的设计更符合教育规律。
⑵ 人机交互界面设计的原则
交互性是VR在教学上最有价值的应用。对于一个好的虚拟教学系统来说，人机交互设计很关键，虚拟现实教育的多感知性、沉浸性以及构想性就是要通过人机的有效交互产生效果，学生的参与、学生的“角色”扮演，学生的体验都必须获得交互性的支持。
在进行虚拟教学系统设计时，要考虑界面的可视化、一致性、简洁性、易用性、直观性、可控性和及时响应等原则，充分考虑到要适应学生的心理与情感需要；要适应学生的生理特征、行为特征等，把系统的交互设计看作是教学设计的最重要内容之一。
⑶ 虚拟现实四重性原则
基于VR建构的教学系统，在于通过感官刺激，使学生沉浸于虚拟教学系统中，体验逼真的情境教学并主动动脑动手参与交互，以达到高效学习和提高技能。
⑷ 功能模块化，提高复用性原则
系统的模块化设计，考虑学生的个性化需求，允许定制学生适合的学习内容。
2 虚拟教学系统的指导思想
在教育的理论体系中，行为主义学习理论、认知主义学习理论、情景认知理论、建构主义学习理论以及远程学习的交互理论都曾不同程度地指导着CAI写作。
⑴ 行为主义把学习看做是由刺激与反应（即“S―R”）形成的联接。曾指导了早期的CAI写作；另外，程序教学的小步子策略至今仍深刻地影响着CAI写作。
⑵ 认知主义对CAI的启示是：要以学生为本，从学生的内外因素两个方面来创设课件情境，外因提供刺激，驱动内因去认知知识，课件情境的设计就必须考虑学生的认知特点，必须要将知识性与趣味性相结合，以激发其好奇心和发现欲，诱发其质疑、猜想和认知、激发学生的学习兴趣。
⑶ 建构主义理论强调学习的主动性、社会性和情境性。因而，“情境”、“协作”、“会话”、“意义建构”构成了建构主义的四大要素。对CAI的启示是： 学习要在一定的情境中，通过协作活动和会话交流而建构意义。
⑷ 情境认知与学习理论更加强调情境对于学习的重要性。认为知识具有情境性，学习是基于社会情境的一种活动，知识的意义不能脱离具体的情境产生[8]。因而要通过设置真实的实验环境（基于工作岗位的、基于知识内涵的）、或借助计算机信息技术设计的虚拟情境，来提高学习的有效性，并保证知识向真实情境的迁移。
可见，VR的教育应用与教育学习理念的精华是相一致的；设计适合学生学习的虚拟现实学习场景、创建情境化教学平台，是虚拟教学系统教学设计的主要形式。教学设计要强调参与者的交互性与沉浸感，以有效提高学生学习的主动性，进行更好的知识建构。
3 系统教学功能的虚拟设计
⑴ 虚拟课堂的设计
对课堂场景的虚拟设计，使教学脱离传统的学习场所，突破了时空的限制，学生可以自由自在地在虚拟课堂中学习，犹如沉浸在真实课堂一样，让教学变得轻松而实效。
⑵ 虚拟实验的设计
设计和建立虚拟实验室，是一种高效而且新颖的实验方式，不仅可以避免实验自身存在的安全隐患，而且可以节约实验成本，不用顾虑实验条件、环境和时空上的限制，学生可以随时随地地完成实验内容。
⑶ 技能训练功能模块的设计
VR的沉浸性和交互性，允许学生以角色的身份参与到虚拟的学习环境中，去尝试和体验情境学习活动，这非常有利于学生的技能训练。例如汽车维修的虚拟技能训练、电器维修技能训练等职业技能的训练，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。
⑷ 虚拟情境设计
应该说，最理想的学习是发生在真实情境下的学习，但客观地说，真实情境的学习条件可遇而不可求。因而，对情境进行虚拟设计就是现实的选择了。
在虚拟教学系统中，创设与现实情境相类似的高度逼真的虚拟学习情境，代替书本描述或代替抽象语言的描述，使教学的过程与现实的问题解决过程相类似，有利于刺激学生的感知、沉浸与构想，从而使得学习有效发生。
⑸ 虚拟角色的设计
虚拟角色支持学生成为学习活动的“角色扮演者”，学习的过程则是角色参与的活动过程。教学情境的创设应营造一个利于“角色”主动探索的学习共同体和实践共同体，支撑知识的社会协作性建构。角色扮演者在虚拟的情境中，可以身临其境的体验情境化的教学。可以自由地、主动地与虚拟对象进行交互，通过协作活动和会话交流而建构意义，符合建构主义理论的学习理念。
4 虚拟教学系统的教学策略设计
4.1 案例学习策略的设计
案例教学，既是针对一个真实事件的再现与思考，也是对这一典型事例的反思与探讨。案例制作的原则有以下。
⑴ 案例设计要突出主题、把握主线，要保持案例真实性、典型性、完整性、趣味性原则，阐明事件发生的时间、地点、背景，注意处理好事件中的一些戏剧性的突变，使得案例直观明了、富有悬念，能有效地反映出事件发生的特定教育背景，并能给予启示。
⑵ 感知性、沉浸性原则，可以使学生亲身体验和感悟现实中的真实问题。
⑶ 案例设计应能提出关键问题，且能提出有效的解决办法、及提供对这种解决问题方法的评价，以便为新的决策提供参照点。
案例教学是开启学生思维大门的钥匙，也是发展技能的重要渠道。好的案例无疑可促使学生更快地适应工作情景的挑战。有利于培养学生分析问题解决问题的能力。
4.2 情境学习策略设计
情境化是虚拟现实特性在教学上的最有价值的又一体现。
在逼真情境认知环境下的虚拟教学系统的学习过程，也被称为情境性教学，通常通过借助“VR”技术进行虚拟学习情境设计来实现。
情境的模拟或基于真实工作岗位、或基于知识的本质内涵要求，是学生获取知识，理解知识并基于一定的社会文化情境建构意义的最佳环境。
4.3 协作学习策略设计
“协作”是建构主义学习理论的要素之一。“协作学习”可以使得学生在一定的情境中，通过协作活动和会话交流活动中而建构意义。因而对教学具有独特的应用意义。
合作、交互、角色参与、信息共享和活动共享是实现“协作学习”的重要渠道。因此，在虚拟学习设计中，必须提供以上活动的机制，提供在线的网络对话、学习论坛、共享白板及电子邮件、留言板等交互方式。
4.4 自主学习策略设计
自主学习（autonomous learning）指学生自主选择学习内容、学习方法、学习的监控、评价学习结果的过程。自主学习强调学生的主体性和学习能动性，教师则是教学活动的组织者、参与者和指导者。
基于VR的网络教育创设的是一个开放的学习环境，学生可以在虚拟世界中自由翱翔，最大程度的发挥学习者的自主性，通过自己的探究活动和与其他学习者的协作学习来建构知识。
4.5 探索学习策略设计
利用VR技术可以对各种教学内容的假设对象进行虚拟构建，所呈现的结果应能直观生动地揭示规律，或给予的启示。例如，在化学虚拟试验中，学生可根据假设，进行不同分子的组合，通过对虚拟的结果进行探索式的研究，很有可能得出新的发现，有利于培养学生的创造性思维和能力。
5 结束语
利用VR技术，可以对学习场景、角色、情境等进行虚拟设计，结合各种有效的学习策略，有力地支持学生学习、探索和发现。
虚拟教学系统虽然是教学的辅助工具，但为教育提供了一种全新的思想方法和教育手段，它将促使教育形态、教育环境、教学过程的基本要素及相互关系发生重大变革。
参考文献（Reference）：
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篇4
【关键词】虚拟现实VRML三维课件虚拟实验
随着我国教育模式的不断改革以及科学技术的飞速发展，传统的教学形式已无法满足学习的需要，需亟待改进。如何在已有教学媒体的基础上，基于计算机仿真技术的虚拟教学形式，用一种最新出现的教学模式，去探索新的教学方式和方向。本文主要从虚拟现实技术和VRML语言的角度探讨其在现代教学中的应用。
1 虚拟现实技术及其技术支持
1.1虚拟现实技术概念及特征
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术，是计算机技术的综合应用。该技术就是利用计算机生成的一种三维模拟环境，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的技术。由于用户对计算机环境中的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存在意识或幻觉，从而使得用户在计算机所创建的三维虚拟环境中处于一种全身心投入的状态。其特性主要表现在：
第一，虚拟现实技术强调计算机生成的虚拟环境应该是逼真的，能给人以身临其境的沉浸感；
第二，人们能够以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互。
1.2虚拟现实技术的技术支持——VRML语言
1.2.1VRML概述
VRML (Virtual Reality Model Language，虚拟现实建模语言) 是一种用于对三维虚拟场景进行建模的描述性语言，它同HTML语言一样，是一种ASCII的描述性语言，可以用文本编辑器进行VRML编辑。在描述三维物体及由它们构成的场景时，VRML能使物体在三维空间中运动（动画），还能够在场景中播放声音和电影，并使观察者能与场景进行交互，从而加强观察者在虚拟场景中的感受。
1.2.2VRML工作原理和特性
VRML的访问方式是基于客户/服务器模式的。其中服务器提供VRML文件及支持资源(图像、视频、声音等)，客户端通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台上的VRML浏览器交互式地访问该文件描述的虚拟境界。由于浏览器是本地平台提供的，从而实现了与硬件平台无关性。图一描述了VRML的工作方式。
转贴于
2 虚拟现实技术在现代教学中的应用
虚拟现实在教育领域的具体应用，主要体现在虚拟学习环境、虚拟实验室、虚拟实训基地、虚拟仿真校园、虚拟远程教育等方面。
2.1设计交互式三维课件
形象生动的多媒体课件是广泛采用的计算机辅助教学的重要形式，用传统的开发工具制作的课件都是二维平面的。使用虚拟现实技术设计和开发的交互式三维课件，可以有效的辅助课堂教学。
众所周知，《数据结构》是计算机专业课中的一门必修课， 在《数据结构》课程中，对于常用的数据结构的算法思想，其抽象程度高，学生很难理解。我们也可以通过虚拟技术将其制作成课件进行教学，将抽象的算法过程以浅显易懂、形象直观的形式展现出来，以方便教师的教学和学生的理解。
不仅如此，在大学生法制教育的教学过程中，枯燥的理论往往是同学们失去兴趣，但是如果能够有效的引入模拟法庭的方式来展示整个审判过程，将收到意想不到的教学效果。有效地把远方的东西呈现在学生眼前，把复杂的东西变得简单，把抽象的东西化为具体，更好地理解所学内容。尝试用VRML进行课件的设计与运用，引入教学，促进教学任务更好地完成。将VRML运用到课件的开发设计中，能使学习者凭借系统提供的视听设备而置身于一个三维空间的虚拟环境中，使学习者产生沉浸感和临场感。
2.2在虚拟实验室系统中的应用
在现代教学中，对学生进行创新素质教育的重要手段之一是实验教学，它不但能使学生更好地感受、理解知识的产生和发展过程，使知识形象化易理解，而且能激发学生的求知欲，培养创新能力。目前，高等学校学生人数大幅度增加，然而实验教学经费有限，致使有的器材使用长期处于过饱和状态，有的仪器无能力购买，大大地影响了实验教学的质量。为了尽快改善这种状况，整合教学资源，使学生获得最好的学习效果，把虚拟现实技术引入实验教学，是近年来比较创新且有较好实际效果的做法。
通过虚拟的实验室进行实验，既可以缩短实验的时间，又可以获得直观、真实的效果，还能对那些不可见的结构原理进行仿真实训，避免各种危险。虚拟实验的引入不但使教学经费降低，使教学内容不断更新，使实验实践及时跟上技术的发展，而且还能为学生创造良好的自学条件，使他们按照自己的水平和能力进行学习，能使学生有更多的练习机会。但是在采用虚拟实验进行教学的过程中，并不能完全代替真实实验。在虚拟实验中的实验设备型号单一，性能稳定，实验条件过于理想化，实验过程中的由个人原因造成异常现象和故障出现次数极少，使学生的实践动手能力没有真正的得到锻炼。因此，这就要求设计和开发虚拟实验系统的开发人员不仅有相应的计算机知识还应具有专业知识，要对实验内容综合分析，设计出内容覆盖全面的虚拟实验系统。
2.3虚拟场景与技能训练
虚拟现实系统可以虚拟的人物形象，创设一个人性化的学习环境，使远教学生能够在自然、亲切的气氛中进行学习。例如，在虚拟的课堂学习气氛中，远教学生可以与虚拟的教师、学生一起交流、讨论，共同探讨学习中的各种问题，进行协作化学习。再如，在外语教学中，可以通过计算机虚拟学生到国外旅游的情境，让学生与人交谈，达到训练学生口语的目的。再如，与虚拟的心理医生对话，排解心中的烦恼等。同时，利用虚拟现实技术已相应的硬件设备可以进行各种技能训练，如外科手术技能、教学技能、汽车驾驶技能、果树栽培技能、电器维修技能等。学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。
3 结束语
虚拟现实技术实现了学习媒体的情景化及自然交互性，以其自身强大的教学优势和潜力，在教学中有着极其巨大的应用前景，将会逐渐受到社会各界，将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐，最终在教育领域中广泛应用并发挥其重要作用。
参考文献
[1]李欣.虚拟现实及其教育应用.科学出版社，2008，06.
篇5
关键词：虚拟现实技术；艺术设计；创新；变革
就在30年以前，设计师们还在用纸和笔进行创作，无论是广告插画，还是工业制图，都离不开尺子、铅笔和纸张。然而，个人计算机普及后，电脑迅速替代了之前的作画工具。在短短的几年内，就已经很少再看到设计师使用传统的纸和笔绘图了，这可以说是设计界的一场革命。现在，一场全新的革命风暴正在酝酿，得益于虚拟现实技术所取得的突破性进展，也许在不远的将来，设计师们就将打破电脑屏幕的限制，进入亦真亦幻的虚拟世界绘图了。虚拟现实（Virtual…Reality，简称VR）是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，通过对视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以实时地观察虚拟空间内的事物并与之进行一定的交互。广义的虚拟现实还包括增强现实（Augmented…Reality，简称AR）和混合现实（Mix…Reality，简称MR）。对虚拟现实的研究和开发源于20世纪60年代，得益于计算机图形学、人机接口技术、图像处理与模式识别、多传感技术、语音处理与音响技术、高性能计算机系统、人工智能等领域的长足发展，为虚拟现实技术的爆发打下了坚实的基础。现在，虚拟现实技术正逐渐走出实验室，进入市场，而艺术设计正是和计算机紧密结合的一个领域，因此可以预见，虚拟现实技术必然对设计界产生巨大的、革命性的影响。这是虚拟现实技术为设计界带来的一次变革，这场变革不同于以往的地方在于，它带来的不仅仅是技术上的变革，更是设计思想上的全面革新。
1设计工具的智能化
得益于人工智能的发展，设计工具将变得越来越智能化，这是必然的趋势。而虚拟现实正是基于人工智能的支持才能更好地实现，因此设计师们会发现，设计工具的开发者将会更倾向于将工具转变为智能助手。设计师手中的创作工具不再仅仅是简单地将设计师的想法“绘制”出来，而是会模拟出设计师所设计的产品将要应用的环境，并通过人工智能来判断这些设计应用在真实环境中是否合理，借此向设计师提供更合理的建议。除此之外，客户也将深度参与到设计的过程中来。不同于以往的设计产品必须交付之后才能进行测试和反馈，在虚拟现实技术的帮助下，客户可以在设计师设计的过程中实时模拟各种测试环境来检验设计，并及时与设计师进行沟通，提出意见。这将会极大地提升设计效率，降低设计的失误。对于一些需要生产样品的设计，同样可以借助虚拟现实的帮助，在设计完成后，“生产”出虚拟的样品，并邀请用户在虚拟的环境中进行体验和使用，如果发现问题，可以马上调整设计。这将极大地节约设计成本，包括经济成本和时间成本。
2打破空间对设计师的限制
虚拟现实技术将打破空间对设计师的限制，设计师的视野将从电脑屏幕扩展至整个周围的空间。我们可以完全虚拟出一个时空，在虚拟的世界构建自己的作品。比如，当我们需要设计一套古代服装时，设计师可以借助虚拟现实设备在工作场所虚拟一个相对应的古代场景，并让虚拟的模特“穿”上这套服装在该场景中进行展示，这种沉浸式的设计体验将帮助设计师更好地把握设计的时代感，提高设计的准确度。除此之外，我们还可以基于周围的真实环境，在真实空间中绘制虚拟的作品，比如在设计师的工作台上使用虚拟现实设计工具创作一辆迷你赛车，工作台就是它的赛车场，它能和工作台上真实存在的物品进行互动，并在行驶中绕开这些真实的障碍。这也就意味着，设计师将从二维的平面中解放出来，真正进入三维的空间进行创作。这里需要注意的是，我们目前所谓的“三维”图像，实际上仍然是显示在各种设备屏幕上的平面图像，并非能够从任意角度观察的真正的三维图像。通过维度的提升，将使得设计师的视角更加自由，能够从以往无法想象的视角去审视自己设计的作品。
3设计思维的改变
传统的设计要求设计师们凭借自身的经验去理解设计需求，也就是说，当客户提出的设计需求涉及设计师陌生的领域时，就会对设计师造成很大的困扰。比如，一名建筑设计师在设计建筑方面非常在行，但当一名电影导演要求他为某部科幻电影设计一座火星基地时，他可能就会感到非常棘手，因为他并没有到过火星，无法实地观察火星的地貌环境。此时，借助虚拟现实技术，这名设计师就可以通过相关设备进入虚拟的火星表面，全方位地观察和体验。而且，这个虚拟的火星表面是由专业的宇宙空间研究机构提供的数据搭建而成的。从这个角度来看，我们就会发现，通过虚拟现实技术，设计师的整个设计思维将会产生极大的变化，他们将彻底地换位思考，不再完全从设计师的角度出发，而是可以进入客户的角度，在虚拟的环境中感受客户的需求。这种变化将引起设计思想的革命——真正从客户、从需求的角度出发进行设计，而不是凭借自身对客户需求的有限理解来设计。
4设计师培养方式的变革
篇6
关键词：虚拟现实；教育科普；混合现实；全息投影技术
虚拟现实前沿技术由于具有良好的交互性、沉浸性、概念性、直观性和形象性，在科普教育中得到广泛的应用。有人认为它是下一代的计算机平台，有人认为它是颠覆传统产业或推动传统企业转型升级的不可逆转的力量；另一些人则认为这是连接传统产业深刻变革的必由之路，虚拟现实产业已进入世界最先进的智能数字技术的行列。随着计算机图形技术的发展以及显卡GPU算力的逐年提升，更多的虚拟现实设备以及产品被开发出来用于替代老旧的科普设备和技术。三维影像替代了二维的图片、互动式的虚拟体验替代了鼠标交互、三维立体电影替代了传统影片。越来越多的虚拟现实设备被运用在科普场馆和科普博物馆中，以更加生动地体验方式和三维交互模式也使科普活动变得生动而具有质感。作为虚拟现实技术中的当家设备，虚拟现实头盔是目前市面上体验效果最好的，但在青少年的科普活动中使用头盔体验科普活动存在一些问题，比如头盔太重、头盔的固定器太大、头盔的封闭式空间沉浸感很强等，但有一定的幽闭性，会惊吓到小朋友。为克服这些问题，本文探究混合现实技术和全息投影技术在青少年科普活动中的使用体验。
1虚拟现实前沿技术
随着技术的进步和社会的发展，新媒体的发展将进入新的时代，以虚拟现实为核心的艺术表现形式也将随之发展。虚拟现实（VirtualReality，简称VR）是一种使用计算机图形技术生成虚拟情景，为用户提供视觉、听觉、触觉、嗅觉等感官模拟技术，通过一整套的影像和体感设备，使人们作为参与者，自然地与虚拟世界进行人机交互。总之，虚拟现实是一种实现计算机可视化和交互复杂数据的方法。与传统的人机界面和平面化的操作系统相比，虚拟现实在技术思想上有质的飞跃，虚拟现实中的“现实”是指在物理意义上或功能意义上真实存在于世界上的任何事物或场景，它可以是现实存在，也可以是虚拟仿真出来的，“虚拟”是指计算机生成的，因此，“虚拟现实”是指虚拟现实前沿技术在青少年科普教育中的创新与实践查雁南（广州工程技术职业学院计算机仿真研发中心广州510999）人们通过使用各种特殊的设备“投射”自己，操作和控制环境以达到特定目的的一种特殊的计算机生成环境。其中，混合现实技术和全息投影技术是虚拟现实技术中的前沿科技。
1.1混合现实技术
混合现实（MixedReality，简称MR）技术不仅可让用户看到真实世界，还可将虚拟场景或物体和现实世界叠加在一起。它是将真实环境和虚拟情景混合而成的一套系统，由于一部分的情景由现实构成，这样大大减少了机器的算力开销。虚拟对象提供的信息往往是用户无法通过其感官直接感受到的深层次信息，用户可用虚拟物体提供的信息来提高对现实世界的认识，简言之混合现实就是将现实环境叠加虚拟场景所形成的复合视觉系统。一个完整的混合现实系统由一套紧密连接的相关硬件和软件组成。光学透视式是混合现实中常见的一种方式，这种透镜对设备生成的图像进行反射，并和眼睛透视进来的现实环境叠加在一起，在现实环境中生成虚拟情境。通常混合现实系统会有一整套灵活的稳定系统，就目前市面上量产的顶级XR设备来说，比如微软的HoloLens以及Ximmerse的RhinoX都是使用的视觉定位系统，通过摄像头对现实场景的实时拍摄进行智能算法运算进行空间定位，其中RhinoX还有配套的定位实体设备，能更好地进行虚拟场景的空间定位。在本文研究所使用的就是这款国产的顶级MR设备RhinoX，而其轻量化的一体机设计，开放的虚实混合显示模式，能让6-12岁的小朋友轻松佩戴和体验，既体验了内容又能看清周围的环境，不会有惊吓和摔倒的情况发生。（参见图1）图1Ximmerse的RhinoX
1.2全息投影技术
目前全息投影技术在教育和科普行业应用广泛，全息投影技术又称虚拟成像技术，它利用干涉和衍射原理清晰地呈现出物体的真实三维图像。随着数字全息成像技术和图形算法的快速发展，最新的全息投影技术能让全息影像与特定空间产生的三维虚拟图像交互，形成令人印象深刻的效果。全息投影技术不仅产生了三维浮动虚拟场景，而且能与浮动虚拟场景进行交互；同时，创造出穿越时空的视觉感受，展现出独特的艺术形式，从视觉效果上讲，全息投影技术就是3D裸眼技术的最终表达形式。加拿大南部大学的研究人员成功地开发了全息投影技术。其主要原理是将所需的图像投射到一个类似镜子的高速旋转装置上，当装置以某个特定的速度高速旋转时，就能产生清晰的全息影像，这也称为全景摄影或虚拟现实。其原理是基于静态图像的特殊虚拟现实技术，通俗地说，就是使用全景相机拍摄一幅完整的全景图像，然后使用专用的播放器进行播发，用户只需用鼠标控制视角和方向，可以是左、右、近、远，可以使观看者身临其境。也有人将倒置的菱形体镜面放在平面显示器上形成简单的三维图形，这两种形式都是比较初级的全息投影影像。目前市面上技术成熟的全息投影产品目前只有位于美国布鲁克林的LookingGlassFactory公司，该公司于2018年推出全球首款桌面全息显示开发套件，2019年开始出货全球首款8K全息显示器，并于2020年推出了个人全息显示器“LookingGlassPortrait”。该显示器也是目前市面上比较成熟全息显示系统，有7.9英寸、15.6英寸、32英寸三种尺寸供选择，显示器能显示非常立体的三维场景。三维可视角度58度，缺点就是价格昂贵，显示屏幕较厚重，不便携带。
2虚拟现实前沿技术在青少年科普教育中的创新与实践
2.1混合现实技术在青少年科普教育中的创新与实践
MR全息技术有别于虚拟现实VR技术，MR与VR相比的主要优势是：存在感、灵活性、安全性。与VR技术无法与现实互动的是，MR是融合在现实环境中，可轻松实现人与人以及周边环境的交互和沟通，而VR则是将使用者割裂在一个独立空间当中，无法实现与环境和他人的联动。因此，区别于VR游艺设备，MR全息博物馆在互动体验上天然适合于科普教育。既有观赏又能互动，通过设置内容互动环节，让体验者在自身的体验和发现中学会认知，寓教于乐意义重大。博物馆作为人类认知文明的重要场所，其展示模式多种、多样。传统的博物馆展示模式大多是物品陈列式，所有的展品都静态的摆放在展台中，多年都不会移动，再辅以有限的文字说明，这样的展示方式往往会令参观者感觉索然无味，也很难看清楚展品的各种细节特征。而借助混合现实（MR）的实体虚拟化技术的交互式展示能更好地进行展品展示。“MR全息博物馆”将成为科普教育的一个新方式和发展方向，为大众带来前所未有的交互式体验，大大提高虚拟现实在智慧教育领域的成熟度，其创新的三维立体空间体感操作手柄，可帮助青少年沉浸在虚拟3D世界中进行有空间深度的情景学习探究及实验。研究表明，这种立体视觉所呈现的内容能更好地帮助青少年提高学习兴趣。2.1.1MR博物馆-海洋遨游通过MR全息技术，体验者能够全方位、多角度地感受到立体、逼真的场景，充分呈现出大自然的神奇，混合现实事物本身的表现力和感染力，激发体验者接受新事物的积极性。在MR全息技术打造的世界里，通过一个小小的头显就能够瞬间穿越到海底世界、恐龙时代、热带丛林……海豚、鱼群、还有稀奇的水母、恐龙等，这些生活中无法靠近的生物统统尽在眼前、触手可得。与此同时，体验者也同样可在现实场景中进行互动交流，突破时间和空间的壁垒；（参见图3）2.1.2MR博物馆-侏罗纪全息投影让小朋友们零距离的接触恐龙，在丛林中穿梭回到侏罗纪时代，通过手柄交互让他们亲自孵出各种恐龙蛋，和孵化出来的小恐龙们进行亲切的肢体互动，通过多感官、多通道感受、体验和操作，体验多姿、多彩的侏罗纪时代。（参见图4）
2.2全息投影技术在青少年科普教育中的创新与实践
全息显示系统是三维裸眼显示系统的高级呈现方式，该设备不需佩戴任何外置的视觉设备，比如三维立体眼镜、透镜、多通道幕布等就可直接肉眼观看到立体的三维效果（参见图5），无任何视觉眩晕、图像模糊、图像重叠等问题，并支持多人、多视角观看，不同视角观看的视觉效果跟真实观看该物体的视觉效果一致。该设备还支持搭配微软的Kinect体感系统一起使用，通过手势和虚拟的三维物体进行三维深度交互，这种具有三维深度的体验模式会比传统的二维显示器的体验更加真实、生动，具有更多的趣味性。在实际的青少年科普体验活动中该设备特别受小朋友们的喜爱，并一次性可由多个小朋友一起观看，互动效果非常好。
3结语
虚拟现实技术是当今信息科技飞速发展的产物，其前沿技术的发展解决传统VR技术在青少年科普中使用的各种问题，渐渐在青少年科普教育中占更加重要的地位，虚拟现实前沿技术不仅可帮助青少年激发学习兴趣、拓展创新思维，虚拟现实技术还架起了传统教育向现代教育发展的桥梁，多样化的教学方式，充分发挥虚拟现实前沿技术的实用性，促进青少年全面的接触、认识虚拟现实技术，能更好地对青少年进行科普教育。
参考文献
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[4]薛翔.基于混合现实技术的文物展示设计研究[D].四川美术学院，2019.
[5]陶澍.全息混合现实在景观设计的应用[J].现代园艺，2013（24）：79-80.
[6]熊玓.全息投影技术与动画艺术的融合应用[J].参花（下），2021（09）：120-121.
篇7
关键词：虚拟现实技术；虚拟校园；可视化；MultiGen Creator；Vega
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）11-0203-03
Abstract： The principle and application status of virtual reality technology were introduced. A brief introduction of the virtual reality developing tools―MultiGen Creator and Vega is given. The methods and several key techniques to develop virtual campus were particularly discussed. And the research tasks based on the virtual campus were put forward.
Key words： virtual reality technology；virtual campus；visualization；multigen creator；vega
1 概述
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术又称灵境或临境技术，它依托于计算机科学、数学、力学、声学、光学、机械学、生物学乃至美学和社会科学等多种学科，是在计算机图形学、图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、并行处理技术和高性能计算机系统等技术基础上的交叉学科。
虚拟现实系统按不同的依据可分为不同的类型，但究其本质，它是一种先进的计算机用户接口技术。它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，从而最大限度的方便用户的操作，减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率[1]。
虚拟现实技术在近几年由于技术上的进步与成熟而迅速发展，其应用领域已由过去的娱乐与模拟训练发展到包含航空航天、铁道、建筑、土木、科学计算可视化、医疗、军事、教育、通信、艺术、体育等广泛领域[2]。本文简要介绍了虚拟现实开发工具MultiGen Creator和Vega，在此基础上着重探讨了虚拟现实技术在虚拟校园三维仿真中的应用。
2 虚拟现实系统的软件开发工具MultiGen Creator和Vega
目前，虚拟现实开发工具发展迅速，比较著名的有WorldToolKit、Vega、MR、dVS等。这些软件都支持从更高层次上开发虚拟现实应用，而且为用户屏蔽掉底层硬件上的差异，用户只要分析与实现虚拟现实应用本身，不需考虑不同机型、不同操作系统、不同接口的硬件差异[2]。下面就笔者所使用的美国MultiGen-Paradigm公司推出的MultiGen Creator和Vega做一简要介绍。
MultiGen Creator是一套高逼真度、最佳优化的实时3维建模工具，它能够满足视景仿真、交互式游戏开发、城市仿真等应用领域。Creator是将多边形建模、矢量建模和地形生成集成在一个软件包中的手动建模工具，包括多边形和纹理建模、矢量编辑和建模以及地形地表生成等功能子模块。它主要考虑如何生成逼真的大面积地形、地貌等地理环境模型，以及如何提高模型的实时性。
Vega是最核心的渲染工具，用于实时视景模拟的定义和场景的描述，是虚拟现实和普通视觉应用的开发和运行工具。Vega将先进的模拟功能和易用工具相结合，对于复杂的应用，能够提供快速、方便的建模、编辑和驱动工具。
3虚拟校园的可视化开发与研究
目前，虚拟大学有两种定义，并分别带来不同的研究和实践。一种定义是从信息、网络和多媒体技术的角度出发，虚拟大学被理解为一个以计算机和网络为平台的、远程教学为主的信息载体；另一个定义是从因特网、虚拟现实技术、网上虚拟社区和3S技术的角度出发，虚拟大学被定义为对现实大学三维景观和教学环境的数字化和虚拟化，是基于现实大学的一个三维虚拟环境，用于对现实大学的资源管理、环境规划和学校发展等方面的研究。本文探讨真实表达和模拟江苏师范大学校园景观的虚拟校园环境的设计、开发和初步试验。江苏师范大学位于江苏省徐州市，校园总占地2200亩，由泉山校区、云龙校区、奎园校区和贾汪校区四部分组成。
3.1 3维虚拟地理景观的总体设计
在地理景观系统中，地理对象根据空间分布特性，可分为2类：一类称为地形景观对象，这类对象以场为基础，在空间上连续分布，如地形等；另一类称为地物对象，这类对象以离散实体为特性，以独立的个体而存在，如虚拟校园中的建筑物、树木、路灯等对象。地理对象的3维几何空间数据是三维地理世界建模的基础数据，其大数据量是三维地理对象实时图形处理的瓶颈。所以地理景观对象的建模是虚拟校园开发的一个关键部分。
数据库的层次视图结构对运行系统的实时性影响很大。一般来讲，层次视图的空间结构比线性结构和逻辑结构更有利于图像生成器快速剔除不在视锥体内的几何体。所以按空间结构形式组织的数据库具有最快的剔除速度。空间层次结构效率最高，适合于大中型数据库，故在虚拟校园中采用了这种结构，以减少剔除时间，提高系统运行的实时性。
3.2 利用LOD技术建立复杂对象的多层次细节模型
虚拟校园中有很多空间结构非常复杂的地形地物对象，如典型风格建筑物、复杂的地形对象等。对于这类对象，为了实现快速的图形计算与显示，提高系统的实时性，采用不同层次的几何和属性数据来表达。LOD（Levels of Detail）是细节层次模型的英文简称，其主要思想是用不同多边形个数的多边形网表达地理景观对象的不同层次的几何分辨率，用不同大小的纹理图象表达属性分辨率。对于某一地理对象，根据其在虚拟场景中与视点之间的距离、实时系统所能处理的多边形数、视觉特性等规则，构造一组该对象的不同复杂程度的三维表达。在模型驱动时根据所制定的规则，自动选择相应的显示层次，从而达到实时简化模型，又不影响视觉效果的目的。但当两个细节层次模型切换时，视觉上会有明显的突变。Morphing技术通过在相邻的两个LOD之间生成一个过度区，大大加强了层次模型过渡的平滑性[3]，减小了视觉动量的损失。
LOD的层次视图结构应有助于实时系统快速选中需显示的LOD节点。在模型系统开发阶段，为了工作效率和便利，LOD节点采用独立结构或添加式结构。但在这两种结构下，运行系统必须逐个检查每个节点以决定其是否被显示，这样增加了剔除时间。虚拟校园环境中有很多需要详细表达的复杂模型，为提高显示效率和实时性，必须将LOD节点优化成嵌套结构。采用这种结构使实时系统很快选中当前需显示的LOD节点和剔除与当前LOD节点不相关联的LOD节点，因而可以得到良好的剔除和绘制性能。
3.3 3维动态景观的初步实现
在本文的初步试验中，选择江苏师范大学工学院大楼及其周围的场景作为试验区，建立虚拟校园环境模型。
3.3.1 地形对象模型库的生成
江苏师范大学依山建造，整体地势有明显起伏，故校园地形的建模可分为两部分进行。对较平坦部分，将其简化为平面，用纹理映射来增加生动性；对地势起伏较大的部分，以校园地形几何数据为基础，根据实际地形和地貌的情况，利用MultiGen的地形工具进行建模。首先将高程源数据文件（USGS DEM、NIMA DTED等格式）转换成MultiGen所特有的DED（Digital Elevation Data）格式，然后将.ded文件输入到Creator中，选取生成地形的区域，设置影响地形生成方式的参数，之后生成地形的多边形表示。
3.3.2 地物对象模型库的生成
虚拟校园环境中的地物对象有建筑物、路灯、树、广告牌等。对于箱体式建筑物，可将其看作由顶面和各个铅垂墙面组成，为增加模拟的真实性，在各个面上映射从现实世界中采集到的纹理；而对于树木等从任何角度看都大致相同的物体，可采用两个相互垂直的平面，映射相同的纹理来实现。树木、路灯等对象具有这样的特点，即在虚拟场景中大量存在并且形状大致相同（仅位置和大小存在差异）。若对每一个这样的对象都建立其几何模型，将占用大量的系统资源，使运行系统的实时性降低。对这类对象，可以只建立一个几何模型，然后对其进行实例化处理。如图1所示，左边4棵树是最右那棵树的实例，只有最右那棵树的模型占存储空间。
对于离散的地物对象，应先进行三维处理与表达，然后根据其在现实校园中的地理位置坐标、实际大小、地物朝向和纹理结构等，将其匹配到虚拟地形对象上，建立可构成虚拟校园环境的三维地物对象数据库。
三维虚拟模型数据库建立以后，为提高实时系统的运行性能，还必须对三维模型结构、层次视图结构、纹理数据格式、LODs结构以及光源、自由度 （DOFs）等进行优化处理。通过优化能有效提高运行系统的实时性和绘制速度，保证虚拟现实系统的沉浸、交互等特性得到充分体现。
3.3.3 维动态景观的初步实现
MultiGen CreatorPro中创建的地理对象模型数据在实时系统Vega中驱动，实现三维动态景观。Vega提供了2种方式实现虚拟场景的实时驱动：可视化编程方式和VegaAPI函数编程方式。需设定的参数主要有虚拟场景中要加入的3D模型文件（Object）、虚拟场景中要显示的目标、在虚拟场景中的观察方式、观察者在虚拟场景中的运动方式以及环境效果、光源和声音效果等。如图2所示是工学院大楼及其周围景观的场景图，可以看到仿真效果很好。
4 结论及进一步的工作
三维虚拟校园环境是分布式虚拟环境在教育和学习方面的应用。本文从地理对象建模、虚拟环境可视化方面，讨论了虚拟校园系统的环境设计，并以江苏师范大学工学院大楼及其周围的场景作为试验区，进行了初步试验。虚拟校园环境是最终建立可用于虚拟教育和学习的虚拟江苏师范大学的第一步，所以下一步的工作除了继续完善三维虚拟校园环境外，还应开展与虚拟学生社区、远程教学，以及虚拟环境系统服务于学生管理等相关课题的研究。
参考文献：
[1] 曾建超，俞志和.虚拟现实的技术及其应用[M].北京：清华大学出版社，1996：2-8.
[2] 张茂军.虚拟现实系统[M].北京：科学出版社，2001：6-9.
篇8
虚拟现实技术在教学上的应用开创了“虚拟教学”模式。虚拟现实技术教学的创造性和实践性为学生提供了一个自主、交互和直观的学习环境,为教学的创新提供了新的平台和可能性,丰富了教学的实践形式和多样性。从而培养了学生的发散思维、形象思维、直觉思维。随着网络技术、多媒体技术的不断发展和完善,虚拟现实技术必将具有更加广阔的应用和发展前景。随着VR、Java3D、3DStudioMAX等计算机设计软件在产品设计开发教育领域的应用,虚拟现实技术作为一个全新的教学手段方式,将会在产品设计教学过程中广泛应用并发挥非常重要的作用。其自身强大的教学优势和潜力必将更好地服务于产品设计教学当中。
教学改革的目标是实现教学现代化，提高教学效益和质量，全面提高学生学习能力。在产品设计教学课程中虚拟技术的应用起到了实现教学方式现代化的手段之一。教学内容的现代化、教学手段的现代化、教学观念的现代化、教学组织的现代化是教学现代化核心内容。虚拟现实教学有利于创造性创造这样的环境。虚拟现实技术逼真的虚拟设计环境为学生提供了很好的人机交换的过程，产品设计教学本身就是一个全面、整合、多学科知识交叉的专业课程，虚拟现实技术针对这些问题提供了文本、图像、图形、音频、视频、和动画等多媒体的教学模式，是产品设计教学改革实现的重要手段之一。在这种全新的环境中极大地促进了学生的学习观念和学生的学习主动性，同时也对教师教学方法的多样性提供了帮助。
虚拟产品设计开发在教学应用中存在的问题
虚拟产品设计教学主要是应用现代计算机技术，通过计算机技术对产品设计教学带来全新的改变，弥补了教学中的不足。这就不得不面临计算机软件本身的技术、研发、应用等问题。图形生成技术是虚拟现实的重要瓶颈。图形生成的速度取决于设计软件的运算能力，除此之外还要求计算机软件设计人员在开发、研发、材料、运算方法等方面都要有较高的水平。等等这些都制约着虚拟技术在产品设计开发教学中的应用。
虚拟现实技术本身是一项走在时代科技前列的科学技术，吸收和应用的普及化难度较高，从而影响到虚拟现实技术的应用。同时鉴于教师本身的素质,使用这些教育软件也存在困难。在学生的角度来看，由于自身在这种虚拟环境中的学习,没有了传统的教学方法，他们的学习方式需要改变。现在很多学生自制能力较差、学习依赖性较大，对教学中教师的主导作用依赖比较高，而且每个学习个体对计算机知识的了解情况不同，对软件的操作能力水平也不相同等等，这些都造成了部分学生跟不上教师讲解的问题。
产品设计教学过程中虚拟技术的应用本身只是教学手段的一种扩展。产品设计教学方式应采用多种手段的教学方式。虚拟现实技术与传统教学模式在教育观念、教学方式、教师的素质、教学手段等都有着较大的差异。产品设计本身是多学科相互交叉、相互融合的一种设计方法。怎样才能更好的在产品设计教学中应用多种教学方式、教学手段，扩大学生学习的知识点，引用不同的教学技术等，都是我们在教学中应该注意的问题。所以虽然虚拟技术是能够对产品设计教学创新模式提供一定的帮助，但是不能把虚拟现实技术教学手段看成是万能的教学方法。还应该从产品设计教学本身的特点、要求、实现方法等方面，找出可以适合不同教学重点、适合不同学生、适合不同的地域文化、适合不同的教学技术的教学方法。
如何促进虚拟现实技术为产品设计教学更好的服务
现在大多数虚拟现实技术软件普遍存在语言专业性较强、通用性较差、易用性较差等问题。同时，软件的开发费用支出十分巨大，这都是因为硬件设备的局限性，而软件所能实现的效果受到空间和时间的影响较大。很多的设计软件开发不成熟，同时也缺少高性能、高速度、高配置的计算机来处理相关的图像、图片、计算等。这些都制约着虚拟技术的在教学中的应用水平和教学效果。所以加大虚拟技术的技术更新换代，提高计算机运算能力，开发适合在产品设计教学中应用的软件是非常重要的。
虚拟现实技术在教学中的应用，是教师有了更多的有效的教学方法。但是教师要想利用好这种新的教学手段，尤其是产品设计开发课程中所涉及到的相关计算机技术、软件多是一些在行业中比较领先的技术，这就对教师提出了挑战。教师要想继续的在教学中发挥主导作用就必须提高自己的综合素质，学习、掌握、应用新的技术知识，要想做到这些就要求教师利用更多的时间去学习新的科学知识、相关技术知识和相应计算机软件，积极地进行教学研究，以适应现代化产品设计课程的教学需要。教育机构在购置或者开发应用虚拟现实技术教育软件后，还应该加大对使用者的技术能力培训，这样他们能正确、独立、完整地操作这些设计软件，并且要向开发者寻求帮助，得以对软件使用过程中出现的新的需求和问题得到有效的解决。对设计软件在使用时产生的效果还应建立长期有效的评价机制。现代我国的工业设计专业教师在教学手段和教学能力上还有待遇提高。由于虚拟技术本身产生的时间较短，在有些关键技术又是以信息技术为技术创新，对于有些教师来说掌握和学习起来比较吃力。如何使这些老师能更好、更快的适应新的教学技术、教学手段，这就需要社会和学校应该加大这方面的教育投入。从而使虚拟产品设计在产品教学中的应用更广泛、更适合、更灵活的应用到教学中来。
虚拟现实技术是一项投资大、见效慢、高难度的科学领域。和一些发达国家相比，我国的虚拟技术研究起步较晚，技术上有一定的差距。但是这些引起了我国政府相关部门的高度重视，根据我国国情及时的制定出了开展虚拟技术的研究计划。于我国的上世纪90年代在国家“九五”规划、“十五”规划、863计划、国家自然科学基金会、国防科工委等部门的重视下，把虚拟现实技术列入了重点资助范围。这些都对我国的虚拟现实技术未来发展起到关键作用。在国内其他民营企业及组织对虚拟现实技术的研究中，产生了一大批的技术网站，如“”。为国内众多的虚拟现实爱好者创建了良好的学习环境。同时也提供有益的虚拟现实引导，他们在积极推动虚拟现实技术本土化、大众化、普遍化的同时，也在建筑仿真、房地产交互、教育虚拟技术教学的应用系统开发方面取得了良好的效果。使虚拟现实在商业应用、教学应用、科学应用、工业应用等方面得到了广泛的应用。这些技术不断的成熟，同时也为虚拟技术在教学中的应用带来发展的空间。所以说虚拟现实技术产业的提升对教学使用虚拟技术的成果起到至关重要的作用。
结语
篇9
虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR)是利用计算机技术产生的一种人为虚拟的环境，这种环境可以通过视觉甚至听觉、触觉来感知，用户通过自己的视点直接地、多角度地对环境进行观察、发生“交互” 作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。这种技术运用在园林景观设计上，能使我们更加直观地面对设计对象，并且形成交互式的交流。
1 虚拟现实技术简介
虚拟现实技术这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jargon Lanier）在20世纪80年代初提出的，也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统，它最早源于美国军方的作战模拟系统，90年代初逐渐为各界所关注，并且在商业领域得到了进一步的发展。
但是在近20年的发展过程中，VR技术由于受到计算机软硬件性能、成本和技术难度等方面的制约，在实际应用上还不够广泛。
近几年，信息产业的急速发展使一般民用计算机的性能突飞猛进、价格不断下降，VR技术在各行业的广泛应用成为可能。
2 虚拟现实技术在园林造景上的应用
2.1 园林造景中运用虚拟现实技术的意义
园林造景对于环境变化的前瞻性和周围景物的关联性要求很高，因此在动工之前就必须对完工之后的环境有一个明确的、清晰的概念。通常情况下，设计者会通过沙盘、三维效果图、漫游动画等方式来展示设计效果，供决策者、设计者、工程人员以及公众来理解和感受。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 园林造景中运用虚拟现实技术存在的瓶颈
计算机创建的三维模型（Model）是由面（Face）组成的，模型的形体越复杂，所用的面也会越多，对计算机的运算速度要求也就越高。就目前相关设计领域来说，VR技术在城市规划及建筑设计方面的应用相对较成熟，这主要是因为建筑多由规则的形体构成，在计算机的模型中所用的面相对较少，实现VR较为容易。而园林景观中常用的设计要素，如植物、变化的地形、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，像一棵树本身就有成千上万片树叶，做成模型后所用到的面能达到百万的数量级，这对于现阶段的一般民用计算机来说，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。
2.3 目前所能采取的应对方法
目前计算机的速度不能满足完全建模情况下园林景观的虚拟现实，所以只能使用贴图(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1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，这种损失是值得的。
3 园林造景中虚拟现实技术的实现方法
3.1 虚拟现实技术的选择
经过多年的发展，虚拟现实技术的实现也派生出多种不同的方法，现在较为流行的有JAVA3D、CUTE3D、VRML等多种实现方法，它们也各有其不同的优缺点。而对于大型场景的模拟，VRML较为适合。
VRML（Virtual Reality Modeling Language）是一个用于三维造型和渲染的图形描述语言。用VRML我们可以创造一个能进入、能参与的虚拟世界。VRML2.0的新标准被广泛地用于Internet上创建虚拟三维空间，可以随意创建任何虚拟的物体，像建筑物、城市、山脉、飞船、星体等对象，也可以在虚拟空间中添加声音、动画，使之更加生动，更接近真实[1]。同时，VRML程序所占的磁盘空间非常小，便于网络间的相互传输。
VRML本质上是一个网络语言，像HTML一样，需要通过编写程序代码来实现，这一点也是虚拟现实技术难以普及的一个门槛。但目前一些常用的三维图形制作软件，如3DSMAX、MAYA等都对VRML提供了一定的支持。
对于园林设计师来说，3DSMAX是较为常用的建模软件，而3DSMAX对VRML又有较好的支持，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，丰富了实时浏览的内容。因此对于熟悉3DSMAX的园林设计师来说，VRML是一个很好的选择。
3.2 软硬件要求
3.2.1 硬件要求
基于INTEL P4或AMD ATHLON系列的CPU、256M以上内存、具备32M以上显存的显卡是现在设计师普遍使用的计算机配置，能满足VRML运行的需求。
3.2.2 软件要求
建模软件使用3DSMAX，贴图处理使用Photoshop，浏览虚拟场景使用IE浏览器+VRML的IE插件。
3.3 基本流程
3.3.1在3DSMAX中建立三维场景
首先按照设计方案制作出场景中各要素的模型，并赋上相应的材质贴图，然后加上能照亮整个场景的灯光，最后根据设定的视域和视高来确定自由摄像机（Free camera）的镜头类型和位置。
可见，建立虚拟现实环境的场景与制作电脑渲染图场景的过程基本一致，但侧重点有所不同，后者需要的是静态图像的渲染效果，而前者则更关注实时浏览的流畅感和空间感，因此在创建虚拟现实场景时应做到下面几点：
(1)在满足视觉要求的前提下，尽量减少模型的面数。模型创建完后使用3DSMAX中的优化修改器（Optimize）进行优化，能最大限度的减少模型面数。
(2)使用关联复制（InstancesCopy）。Instance是对象的关联复制，当改变任何一个关联复制品的时候，所有其他的复制品都会改变。在建立虚拟场景时，关联复制是非常有用的，当使用关联复制的时候，组成关联复制的对象的面的设置只在VRML中定义一次。这样可以使用多次同样的几何图形，但不增加文件的下载时间。
(3)对于一些非主要物体，不要过于苛求细节，尽可能使用“模拟的”几何体。比如周围的建筑可直接采用“几何体+贴图”（box+maps）的方式制作（图1）。
(4)场景中所使用的贴图不需要很精细，最好全用jpg格式压缩，并缩小尺寸，这样能节省大量的下载时间。
(5)所有使用到的贴图必须全部放在一个目录中，因为VRML只能搜索一个指定的贴图目录。
(6)使用灯光。光线是场景视觉信息与视觉造型的基础，没有光线便无法体现物体的形状、质感和透视关系，这一点和做电脑渲染图是一样的。但在VRML中不能使用诸如全
局光、反射光、折射光、阴影等光线效果，只能通过普通灯光的布光技巧来弥补。另外，要保证场景中任何一个角落都能被灯光照亮，因为最终浏览虚拟现实场景时，任何一个角落都有可能被浏览到。
(7)使用摄像机。VR场景的浏览是通过摄像机来进行的，在3DSMAX中创建自由摄像机（Free camera）来确定视域和视高，不同的视域和视高在实时浏览时能给人以不同的感受。在3DSMAX场景中建立的不同摄像机将会由VRML浏览器列出，可以供用户在VR场景中进行选择性的导航。即使是在浏览器中导航非常缓慢的大环境，也可以通过对一系列的摄像机视图进行切换来快速选择性的浏览。使用建立的摄像机，展示最佳场景，也就是展示具有不寻常的透视效果，或是展示场景中花费了大量功夫才创建的精细部分的特写，如果把它留给客户去自由导航场景，就无法控制客户能看到什么效果了。当然，也可以只通过一个摄像机导航，让客户可以自由在VRML场景中游览而且无拘无束。 3.3.2 虚拟场景中植物、地形等不规则要素的制作
（1）植物：3DSMAX的透明贴图（Opacity）是VRML所不支持的，所以不能使用常规的方法制作植物。应该先用图形处理软件（如PHOTOSHOP）将树木照片处理成无背景的GIF格式（可支持网络上的透明背景），然后直接作为贴图赋予一个平面（Plan）。尽管看起来不是很真实，但与给植物建造模型细节所付出的代价相比要小得多。（图1）
VRML场景的浏览是实时互动的，所以仅使用一个面的树木是不能满足多角度观察的。提供两种方法来解决这个问题：一是用关联复制将树木平面复制一份，然后互相十字交叉，这样不管在什么角度都能看到完整的树，但这种情况仅适用于左右对称的植物；第二个方法是使用摄像机对齐技术，使树木的正面始终面对摄像机，但这种方法通过3DSMAX不能直接实现，必须手动修改VRML代码来实现，这就需要一定的编程基础。
（2）地形：使用3DSMAX中的位移（displace）修改器制作。位移修改器通过对三维物体施加一个灰度图，使三维物体对应图上亮的地方产生凸起，而亮度的不同会导致凸起的程度不同。因此我们可以将设计的地形用Photoshop处理成一张灰度图（图2），然后在3DSMAX中作为位移修改器的贴图施加到一个平面上，就可以得到我们想要的地形了（图3）。
3.3.3 为场景创建互动效果
VR技术中最令人激动的就是场景的互动性，用3DSMAX可以方便地创建出互动效果，在“创建/帮助物体（Creat/Helpers）”面板下的下拉列表框中选“VRML2.0”，出现一个工具面板，面板上列出了12个VRML辅助工具。其中可用于场景互动的有“锚（Anchor）” 、“触动感应器（TouchSensor）”和“范围感应器（ProxSensor）”3个感应器工具。Anchor是锚触发器，当点击设置了此触发器的物体时，可以使场景切换到另一个预先指定的URL链接（类似网页文档的超级链接），或是与场景中的指定的另一个摄像机链接，类似电影中的镜头切换；TouchSensor是一个触动感应器，当在场景中用鼠标点击一个指定物体时就会引发一个预定义的动作；ProxSensor则是一个范围感应器，只要接近一个指定物体时也会引发一个预定义的动作。使用它们就能创建出互动的场景。比如走到一扇门前，门会自动打开；按动按钮，喷泉就会喷出水花，等等。
3.3.4 输出VRML文件
在3DSMAX中使用“file”菜单下的“export…”，将导出的格式选为“VRML2.0(＊.WRL)”，文件存放的路径应和贴图一致，然后注意在弹出的对话框中设置“Bitmap URL Prefix”，将图片路径设置正确。
3.3.5 虚拟现实的浏览
浏览虚拟现实的最佳方式是通过头盔式显示器或三维眼镜来感受，但成本较高，故不在本文讨论范围。一种廉价的实现方法就是直接通过WINDOWS操作系统中的IE浏览器来浏览，首先需要安装专用的VRML浏览器插件，如CORTVRML、CosmoWorlds等都是较为常用的。安装完成后，直接运行做好的VRML文件就能在浏览器中浏览了。在浏览器中通过鼠标或键盘控制漫游的方向，如同身临其境。
篇10
关键词：VR；AR；应用前景
1 虚拟现实VR概述
虚拟现实技术（Virtual Reality，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。
2.2 VR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。
2.3 VR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。
3 VR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.
