虚拟现实概念范文

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论文摘要：文章在介绍虚拟现实技术等相关概念的基础上，探讨虚拟技术的在产品概念设计中的应用，这项技术的使用让设计思路和设计表达更上一个全新的台阶，在产品的开发过程中，保证产品开发的一次性成功。

目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，虚拟现实技术的应用，使设计思路和设计表达如虎添翼。让人多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，大大减少了投放市场的风险性，也为 企业 决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。

一、虚拟现实与虚拟现实技术

（一）虚拟现实（virtual reality，vr）及虚拟设计（virtual design，vd）

虚拟现实（virtual reality，vr）是利用 计算 机省城一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与该环境直接进 自然 交互的技术。这里所谓模拟环境就是计算机生成的具有色彩的立体图形，它可以是某特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括立体头盔、数据手套、数据衣服等穿戴于用户身上的装置和设置现实环境中的传感装置。自然交互是指用日常使用的方式对环境内的武体进行操作并得到实时立体反馈。虚拟现实是一种全新的人机交互系统，它能对介入者产生各种感官刺激，如听觉、视觉、嗅觉、触觉，给人身临其境的感觉，人能以自然的方式与计算机生成的环境进行交互操作。

虚拟设计是以“虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段”，借助这样的设计手段，设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然地交互，实现从定性和定量综合集成环境得到感性和理性的认识，从而帮助深化概念和萌发新意。

（二）虚拟现实技术

虚拟现实技术是人的想象力和 电子 学等相结合而产生的一项综合技术，它利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然的交互，从而体验比现实世界更加丰富的感受。

二、概念设计的定义及内涵

pahl和beitz在《engineering design》一书中提出“概念设计”这一名词以来，人们对概念设计进行了十几年的研究。他们将其定义为：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理极其组合等，确定出基本求解途径，得到求解方案，这部分设计工作叫做概念设计。

国内的学者也对概念设计进行了大量的研究，其中邓家褆在《产品概念设计》一书中将“产品概念设计”定义为“由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的，可组织的，有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。”

在几十年的时间里，人们对概念设计的研究日益增加、不断深入，使概念设计的内涵更加广泛和深刻。主要体现在:根据产品生命周期各个阶段的要求进行市场需求分析、功能分析、功能的工作原理、动作行为的构思、行为载体的选择和方案的组成的等。可见，确定方案是概念设计的最终结果，产品生命周期全过程的满足才是概念设计的关键。设计方法上更加全面融合各种方法，寻求综合最优方案，同时使设计更具创造性。

概念设计是对产品或部件的构思，目的是捕捉产品的基本形状。这个阶段，产品的形状和精确尺寸尚未确定，设计人员有一定变更自由，所以尽可能考察设计方案，以便选出生产成本最低、创意良好的方案。利用传统的计算机辅助设计，往往多是二维交互工具，缺乏三维或者多维的功能，但是产品却是三维的部件，这样必然导致人机交互效率低。现行的计算机辅助设计系统要求定义零件的尺寸，而在产品的概念设计阶段这样的尺寸可能无法精确得到或者根本没必要精确定义，这样必然影响设计效率和周期。传统的计算机辅助设计需要两类人员配合，即产品的设计人员和电脑绘图员，产品设计人员有关产品的概念信息通过草图或者口述的方法传达给电脑人员，这样导致信息的丢失或者绘图者的曲解，而如果设计者本人直接参与电脑辅助设计建模的话，由于现行的电脑辅助设计系统的操作复杂和交互能力若，大大分散了设计者的精力，限制了思路。为了克服这样的限制，充分发挥设计人员的创造性，人们开始把虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统进行概念设计，将虚拟现实技术和概念设计有效结合，利用丰富直观的交互手段，在虚拟环境中进行概念设计，从而节省产品精确描绘和尺寸定义的时间，这就是基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计，即虚拟概念设计。

三、虚拟概念设计的研究方向和应用前景

（一）概念设计中应注意的两个问题

1.  虚拟现实环境下的概念可视化。概念可视化是指设计师透过画面或者模型，将市场的需求转换成可视化的具体形态。概念设计是否能符合目标用户的要求，“眼见为实”的图面或者模型是最具有说服力的。

2.  虚拟现实环境下的人机交互界面。想实现人机互动，必须解决一系列技术问题，形成和谐的人机环境。虚拟现实就是一种基于可 计算 信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用计算机技术为核心的 现代 高科技省城逼真的视听触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以 自然 的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、互相影响，从而产生“沉浸”于等同真环境的感受和体验。

（二）虚拟现实技术在概念设计中的前景

在虚拟现实环境下，进行产品的概念设计是虚拟现实技术的基本内容。在电脑虚拟现实提供的良好的可视化条件下，对电脑辅助设计建立的三维模型在几何、功能、加工与装配等方面进行交互性的修改，利用虚拟现实给用户提供诸如视听触觉等各种感知交互手段，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。相关人员可以对原型的各方面包括视觉效果、部件间比率进行评价。针对不同用户的爱好要求，在不同的虚拟环境中，亲自体验修改模型；选择产品的可选部件，观察设计和修改过程。

概念设计是设计过程的初步阶段，它的目的是获得做够多的有关产品式样和形状的信息，同时它又是设计过程中的重要阶段，因为产品成本的60%～70%是由这个阶段决定的。面对日益加剧的产品市场竞争的挑战，可以预见，基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计必有长足 发展 ，最终将与现有计算机辅助设计系统实现无缝集成。激烈的全球市场竞争，各国投入大量的资金对虚拟现实技术及其在 工业 设计领域中的应用进行深入研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。 

参考 文献

[1]周洪玉，王慧君，周岩．虚拟现实及应用的研究[j]．哈尔滨理工大学学报，2005，(5)．

[2]薄瑞峰，李戈．虚拟现实技术在计算机辅助概念设计中的应用[j]．华北工学院学报，2004，(10)．

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关键词：风景园林；设计；虚拟现实技术；研究

1风景园林设计中，虚拟现实技术的运用特征

第一，全方位展现风景园林的设计空间。现存的二维空间和三维空间的表现方式，只能够向人们传达出风景园林空间要素中的部分讯息。而虚拟现实技术则可以将风景园林的整体空间精准地展现出来，即使是极小的部分和微小的要素，也绝不会被遗漏。第二，利用网络技术，进行远程浏览。通过虚拟现实技术，风景园林设计师可以先在自身的计算机设备上创建出设计作品，然后通过VRML的方式发送给建筑施工单位，施工单位接收以后便可在网络上进行远程作品浏览。第三，极大地方便了风景园林设计师的作品设计。利用虚拟现实技术，设计师能够在每一设计阶段，创建虚构的风景园林环境。并且通过漫游观察的方式，体验自身的作品，预先感受空间要素、尺度要素、材料要素，有利于风景园林设计师及时发现作品中存在的问题和不足，并实时修改和调整。第四，方便公众参与，实施辅决策。要想风景园林的设计和建设能够顺利完成，需要设计、建设、管理及决策部门与公众有效合作，虚拟现实技术就为其提供了一个极佳的合作平台。

2风景园林设计中，虚拟现实技术的具体应用

2.1开始阶段的可操作性分析

首先，明确设计条件，实地勘察现场情况。了解现场的基地情况、气候情况、环境情况、业主造价情况等。通过收集资料、分析资料，列出设计中可能遭遇的困难和难题。其次，将收集到的文字信息输入到虚拟现实系统中进行初步的模拟和探索，让设计师在思维上对该场地形成总体认识。最后，利用GIS技术，根据现实环境进行模拟，分析场地中的各个道路情况、树木情况、河流情况等，为形成设计概念提供科学的判断。在这一过程中主要利用虚拟现实技术中的模型建构技术，对现场情况进行综合分析和整体规划。

例如，在建造园林水景时，首先，设计师就必须调查选址地的水文情况，做出相关的水文调查表。其次，设计师结合其它重要因素信息，利用虚拟现实技术对其进行综合分析，将选址区域划分成不同的属性。再次，根据区域本身的特性，利用Auto技术完成园林水景的平面图设计，接着再将其导入到3DMAX技术中，针对弯曲起伏的地形，可以对其进行线形弯曲的水体模型。

2.2概念设计阶段中的概念设计分析

设计师在通过现实虚拟技术建构模型以后，就可摆脱二维图纸的制约性。设计师可以沉浸和漫游在自身构建的虚拟环境中，从而全方位地研究和分析相关情况，获得感官信息。在多重感官信息的刺激性，设计师的思维处于活动状态，就能够不断地对场地形成设计概念。如果此时设计师的思维形成的是不稳定的图形信息，那么将其输入到虚拟现实系统中，就可以实时地修改和调整相关设计元素，让设计师抓住一瞬即逝的设计灵感，有利于设计师筛选和深化各种设计概念。对于计算机三维造型经验丰富的设计师来说，利用虚拟现实技术，还有利于通过计算机的视觉体验，产生新的设计思想，形成新的图像情景。

2.3设计发展阶段的主体构思工作

一方面，通过虚拟现实技术，设计师可以准确地刻画场景，实时成为三维图像。通过改变场景中的各项特征、造型，刺激设计师的感官和创作思维。另一方面。风景园林设计内容具有复杂性和多维复合性。设计师在进行方案设计时，不仅要考虑物体造型本身，还要对周围的文化因素、社会因素、自然因素、空间因素等紧密结合，从空间环境和社会环境的大背景下，进行风景园林的设计。利用虚拟现实技术中的交互功能，有利于设计师实时控制场景，为其提供更有效的交互平台，方便设计师及时调整和更换园林中的要素模型，通过比较与审查，使设计出来的方案更加合理。

例如，在建设某城市展览馆时，将选址定于体育场北边，紧靠繁华路口的坡地边，并且市政府要求展览馆的高度不得高于20m。在设计方案时，设计师首先摘选出来模拟该区域的重要建筑物。其次，将设计好的方案置入到虚构场景中进行模拟。再次，根据建设进度，将设计师设计好的2个方案再次置入虚拟场景中进行模拟和调整。最后，把多个设计方案整合在一个场景中进行比较。最终经过方案比较，确定采用方案二进行展览馆的建设。

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【关键词】虚拟现实技术；职业教育

1 引言

随着计算机、信息、网络等相关技术的发展，计算机作为一种高效能的信息传播工具，在教育教学过程中得到越来越广泛的应用，将虚拟现实技术作为一种新兴的教学媒体应用到教育教学中，这种崭新的技术会带给我们崭新的教育思维，解决我们以前无法解决的问题。

2 虚拟现实的概念及特点

虚拟现实是由计算机及其他软、硬件技术生成的，给人多种感官刺激的虚拟境界，是一种高级的自然人机交互系统。虚拟现实概念可概括为3个方面：真实性、沉浸性和交互性。

2.1真实性:是指由计算机生成看起来、听起来、触摸起来都像真的的虚拟境界，还可以向用户提供视觉、听觉、触觉等多种感官刺激。

2.2沉浸性:是指计算机控制下的虚拟境界应给人一种身临其境的沉浸感。

2.3交互性:是指人能以纯自然方式与虚拟境界中的对象进行交互操作，即不使用常规设备，而要求使用手势、体势、人类语言等自然方式进行交互。

目前职业教育限于各种现实条件，某些内容的实验教学环节往往不能得到较好的落实，极大地影响了学生动手能力的培养，抑制了学生的创造能力，以致理论学习和实践相脱节。虚拟现实技术应用职业教育，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息和环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。

3 虚拟现实技术在职业教育中应用

职业教育具有实用性、开放性、生产性和时代性等特点。职业教育要完成技能型、技术型人才的培养任务，必须突出职业教育的“实用”、“实训”、“应用”等特点在，这就要求职业教育要给学生充分实践的机会。将虚拟现实技术应用到职业教育，可促进教学观念、教学内容、教学场所的变化，节省教育投资、提高教学效果。虚拟现实技术能够为学生提供一个生动、逼真的学习情景，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的实践技能，有利于学生创新精神、创新能力、协作意识的培养。

3.1 虚拟现实技术在计算机专业教育中的应用

职业教育的计算机专业课程实践性很强，在书本上体现难免会给人们的理解带来困难。利用虚拟现实技术可以将文字、声音、图片、动画等几种媒体表现形式有机地结合，设计出生动活泼的界面。制作出一些三维的、交互式的、具有沉浸感的内容，满足学习者从各个角度观察和学习，仿佛身临其境，更好地理解学习的内容。为了提高实验的教学效果，应该建立一个网上的虚拟实验室系统，把计算机多媒体技术、数据库技术、网络技术和计算机动画技术引入到实验教学中，构造一个虚拟的实验环境，对学习者的不同操作给出与现实实验环境相符合的反馈。

3.2 虚拟现实技术在数控技术的应用

数控技术是现代机械制造业的核心技术，由于数控技术教学和培训都离不开数控机床，而数控机床本身价格比较昂贵，限制了学校的购买能力，所采用计算机建模和仿真技术来模拟实际的数控加工环境，同样可以让学生尽快熟悉数控机床的加工环境与真实的加工过程，从而提高数控技术的教学效果和教学质量。虚拟现实技术可以模拟实际数控机床加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统，这就是某一特定数控系统借助计算机软、硬件的功能，通过实验者的控制在计算机上演示、分析数控加工从零件设计图到动态切削演示的实现的全过程。

3.3 虚拟现实技术在汽车维修与驾驶专业中的应用

在汽车专业的教学中有很多知识所涉及的实物及其内部结构虽客观存在的，但无法一一呈现在学生面前，或者不能很好的展现其内部结构，利用虚拟现实技术可为学生提供生动、逼真的防真，帮助学生理解汽车的构造原理及维修操作，从而掌握实际操作的方法、步骤和要领。并且大大缩短了维修工的培养周期，节省了训练器材和场地等的经费投入，大幅度减少了教师的工作量，具有很高的经济效益和社会效益。利用强大的数据库统计分析能力，可用于对教学效果的检测，或对职业技能鉴定的考核。

3.4 虚拟现实技术在电子设计中的应用

用虚拟现实技术进行电子设计和测试，在教学中，可以很方便、直观地进行虚拟实验与演示各种电子电路的工作原理。这样，理论课教学中难于讲清的重点和难点问题，可以通过的验证性虚拟实验演示等教学手段进行。在实验中，用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以做各种类型实验。方便地对测试结果进行分析，打印输出实验数据、测试曲线和电路原理图。实验不消耗器材，实验所需器材种类和数量不限制，实验成本低。实验速度快，效率高，容易开展各种设计性实验。另外，利用虚拟实验软件可以对学生实验能力进行检查。

3.5 虚拟现实技术在远程教学的应用

虚拟现实技术的远程教育对比传统的远程教育，能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。虚拟现实技术可为远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，通过交互式远程教学的课程目录和网站，有局域网工具作为校园网站的链接，可对各个终端提供开放性的、远距离的持续教育。

此外，虚拟现实技术在电子商务、财务软件、景点模拟、酒店服务服装设计还有广泛的应用。虚拟现实技术挖掘职教院校的潜能，促进校园信息化的建设，倍增教学资源，充分激发学生的学习自觉性。虚拟现实技术在职业教育中有着独特优势。

4 结束语

尽管目前在职业教育对虚拟现实技术的应用没有得到广泛的应用和开发，但随着信息技术的发展，虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，虚拟现实技术凭借自身的教学优势和潜力，将会在职业教育中发挥其重要作用。

参考文献：

[1] 曾建超.虚拟现实的技术及其应用.清华大学出版社，1996

[2] 曾希君.虚拟现实技术在高职计算机专业课教学中的作用[J].计算机教育，2008，(16)

[3] 刘凤田，刘玉兰．虚拟现实技术及其在教育领域的应用研究[J]．河北农业大学学报，2005

[4] 陈晓春．虚拟现实在现代教育技术中的应用[J]．铜陵学院学报，2005，(3)

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关键词：虚拟现实技术；机械设计制造；作用

一、虚拟现实技术概述

虚拟现实技术是21世纪的先进技术，开始于上个世纪80年代，将计算机仿真技术与各领域新技术相结合。目前学术界还没有关于虚拟现实技术的明确定义，从一定意义上来说就是一种新的人机界面，追求利用计算机制造逼真环境，通过触觉、视觉和听觉等传给用户，让用户能够在此环境中实现交互活动。虚拟现实创建了人与世界的计算机系统，利用这一技术能够让人产生身临其境的感觉，这也是虚拟现实技术的本质。

虚拟现实技术能够提供逼真的虚拟环境，让用户进入后成为其中的一员，并进行实时交互活动，感知虚拟世界的各种对象，获取身临其境的感觉。详细来说，虚拟现实技术的主要特征包括：第一，沉浸性。用户在虚拟现实中可以通过自己的触觉、视觉和听觉来感知虚拟世界，而在虚拟环境中一切感觉都是逼真的，能够给用户带来身临其境的机会。第二，交互性。虚拟现实能够创建一个动态的世界，实现人机交互，使用者不仅可以利用计算机进行交互，同时还可以通过数据手套、声音命令等交互手段进行各种设计。第三，多感知性。虚拟现实系统装有听觉、视觉和触觉等传感装置，方面用户获取信息，从而发挥人的多项潜能，提升设计可用性。

二、虚拟现实在机械设计制造中的作用分析

详细来说，虚拟现实技术在机械设计制造中的应用主要包括：

（一）虚拟产品概念设计

概念产品是一种理想化的物质形式，是创造性思维的体现，就是对产品初始的设计构想，目的在于通过构建其基本形态来展现产品，这是产品设计的重要阶段，占到产品成本的60%左右。虚拟现实技术应用于虚拟概念设计中能够为设计者提供基于语言、手势的输入方式，设计者就可以在三维虚拟环境中操纵零件、产品等来修改产品形态，能够实现在三维空间观察和操作设计对象，从而获取更多关于产品的信息，达到最佳效果。比如目前比较流行的故事版平面设计就是其中的代表，使设计师思路更为清晰、逼真，让人获得直观的交互感受，减少了投放市场的风险性，提升了产品开发的成功率。另外一方面，设计者可以根据用户的不同需求来创造，让用户亲自体验感受，比如可以通过触摸屏选择产品色彩、造型和装饰灯，从而构成逼真的三维模型，让用户感受虚拟环境中的产品情况。

（二）虚拟设计

虚拟社交是设计人员设计的虚拟产品，主要是通过分析、研究和检查设计的产品来判断是否符合设计要求，并及时修改问题，完善产品设计。一般来说，虚拟设计系统包括虚拟环境生成器和设备两个部分，前者是整个系统的主题，能够根据用户需求在数据库支持下产生多维的、人性化的实例，这一部分由计算机软硬件组成，可以说是包括各种数据库的高性能工作站；后者包括人机交互工具、信号控制装置等部分。目前虚拟设计系统交互技术集中于触觉、视觉和听觉，输入和输出设备是交互的主要方式，比如语音输入、数据手套等，虚拟设计涉及到多个领域，属于多学科交互技术，目前比较流行的交互技术是利用CAD系统产生模型，然后再转换为虚拟现实软件支持的格式，输入到虚拟现实软件中，从而完成虚拟产品的设计。另外还有一种VR-CAD系统，将虚拟现实技术引入到CAD环境中，不仅仅包括外形，同时还有重量、表面硬度、材质等信息，相互作用时能够实时改变对象内部结构形态，设计者也可以在环境中参与设计，对产品进行外形设计、布局设计、动力仿真设计等。比如在减速器设计方面就可以通过对壳体进行修改和评测，将确定的建模数据用于成型模具设计和加工中。比如可以通过虚拟现实技术全面展示布局设计，避免出现各种不合理问题，随时对运动构件的运动协调关系进行检查，确保运动在可能出现的范围内，并需要及时检查轴、齿轮等零件的强度，确保工作协调、可靠开展。

（三）虚拟制造

虚拟制造是实际制造在计算机上的映射，也就是计算机仿真与虚拟技术在高性能计算机网络支持下，实现产品设计、性能分析、加工制造等各个过程的管理和控制，从而增强制造过程中决策和控制能力。目前虚拟制造出现了三个流派，包括以设计为中心、以生产为中心和以控制为中心的虚拟制造。比如减速器壳体成型设计中就利用了物理模拟方法对金属材料进行动态仿真，从而能够预测成形材料的性能和质量，实现对形成材料性能和质量的优化设计。比如在齿轮、轴等零件加工仿真过程中也可有利用虚拟加工来选择最佳的加工参数和机床刀具路径，这样就便于分析产品设计的合理性，对加工过程中出现的缺陷进行修改。比如在设计阶段还可以通过虚拟制造技术对轴系部件进行装配，避免出现各种差错，提高生产效率。虚拟样机代替具体减速器能够全面展示、分析产品的全寿命周期，对存在的问题进行及时修改，减少设计制造费用，提高产品试验成功率，缩短制造工期，保障产品质量。

三、关于虚拟现实在机械设计制造中应用的展望

通过以上分析我们能够认识到，虚拟现实技术在机械设计制造中发挥着重要作用，结合我国特殊情况，本文认为虚拟现实下一步的应用规划主要包括：第一，重点机械投资项目，由于这些项目投资金额比较大，一旦出现失误就会带来巨大的经济损失，但是利用虚拟现实技术可以有效避免这些损失，从而设计最优方案，并且与投资费用相比，虚拟现实系统费用较少。

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关键词： 虚拟现实技术；军事地形学；教学改革

中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）06-0247-01

1 虚拟技术及其在军事地形学研究中的应用

1.1 军事地形学的重要作用 《军事地形学》是军事科学的重要分支，是专门研究作战活动与地形之间的依存、制约关系，揭示作战与地形之间规律的一门应用性学科，是军队学历教育院校各专业学员的必修课。良好的军事地形学综合应用能力在部队任职工作中发挥着非常重要的作用。军事斗争准备对军事地形学的现实需求也日益清晰，集中体现在指挥人员对战场环境的认知能力培养、运用测绘导航信息系统提高分析和利用地形的能力等方面，要贯穿到指挥机关筹备谋划和指挥作战的全过程。

1.2 虚拟技术研究的意义 随着信息技术的迅猛发展，特别是数字地球概念的提出和各种网络应用的广泛普及，使各国都加强了国家信息基础设施在提高包括军事在内的综合国力中的作用的研究。在我国许多省、市把它作为经济发展的一个重要战略，以虚拟现实为核心的空间信息技术是建设数字城市的基础技术，它与无线通信、宽带网络和无线网络的融合，将为作战和训练提供立体的、多层面的信息服务。此项技术在上世纪90年代在我国起步，经过十余年的发展，已经成为整合了计算机图形学、网络技术、虚拟现实技术、增强现实技术、海量数据挖掘技术的信息化终端。在军事上，也成为指挥自动化系统中对战场关键因素——地形显示和利用的有效平台。是我军信息化发展的重要发展基础。军内多项重大科研改革都与其息息相关。但在军事教育方面，其发挥的作用还不甚明显。

1.3 虚拟技术的主要内容

1.3.1 虚拟现实技术及其特征 “虚拟”——指用计算机生成的意思虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），又称临境技术，是一种基于多媒体计算机技术、传感技术、仿真技术的沉浸式交互环境。具体地说，就是采用计算机技术生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。它与传统的模拟技术完全不同。是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并利用头戴式显示器、数据手套等传感装置把操作者与计算机生成的三维虚拟环境联结在一起。操作者通过传感装置与虚拟环境交互作用，可获得视觉、听觉、触觉等多种感知，并按照自己的意愿去改变虚拟环境。事实上，虚拟现实技术不仅仅是指那些戴着头盔和手套的技术。而且还应该包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法。它要创建一个酷似客观环境又超越客观时空、使人既能沉浸其中又能驾驭其上的和谐人机环境，也就是由多维信息构成的可操作的空间，它的最重要目的就是真实地体验和方便自然的人机交互。

虚拟现实技术的基本特征：①交互性（Interactivity）。交互性主要是指参与者通过使用专门输入和输出设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度。虚拟现实技术将从根本上改变人与计算机系统的交互方式。②沉浸感（Illusion of Immersion）。沉浸感是虚拟现实最主要的技术特征，它是指参与者在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知觉系统，对虚拟环境的投入程度。这种感觉是如此的逼真，以至于人们能全方位地沉浸其中。③构想性（Imagination）。构想性是指借助虚拟现实技术，使抽象概念具体化的程度。虚拟现实不仅仅是一个媒体，一个高级用户界面，它是以更加具体的形式，来反映设计者的思想。④全息性（Multi Perceives）。全息性是指虚拟现实系统能提供的感觉通道和获取信息的广度和深度。虚拟现实旨在提供多维感觉通道和类似现实的全面的信息，让参与者达到身临其境的感受。全息性无疑是人们全身心沉浸到虚拟现实最基本的前提条件和技术基础。

1.3.2 虚拟现实系统的基本组成 所有的虚拟现实系统都有五个关键成分：虚拟世界、虚拟现实软件、计算机、输入设备和输出设备。虚拟世界是可交互的虚拟环境，可以从任意角度连续观察和考察对象，它一般是包含三维模型或环境的数据库：虚拟现实软件提供实时观察和参与虚拟世界的能力；输入设备可用于观察和构造虚拟世界，包括鼠标游戏杆和定位跟踪器等；输出设备显示当前虚拟世界视图，包括显示器和头盔等。

1.4 与课题配套的教学改革 军事地形学对学员的实际动手能力要求较高，需要学员进行实际的操作和不断的将地形与手中地图进行对照，使学员加强对地图的社会与自然要素认知的能力。虚拟技术可使学员野外用图训练的效率增加，直观性增强，能力形成周期缩短。部分代替野外训练，增加训练效益。构建信息化条件下与作战需求相适应的军事地形学训练内容体系，通过深化训练内容改革，解决信息化条件下军事地形学“训什么、怎么训”的问题。将逐步运用于地形分析和辅助决策的测绘导航信息系统和具备导航定位功能的测绘装备应用性训练纳入军事地形学教学内容体系之中。纸质地图，这是学员训练的基础，建设地图+虚拟现实相结合的教学新方法，能实现多视角、形象、直观的对地图的理解和地形信息的把握，高质量地完成各种图上量测、标图的作业，能有效解决直观感受和空间想象的距离问题，促进课堂的师生互动环节，能够直观的完成某一地域的地域分析和局部地形分析。同时，在训练中引入卫星导航定位系统的使用，能迅速确定站立点，实时验证学员判断结果，减少盲目性。

经过改革，课堂授课改革后具有以下特点：采用了二维地形图和三维地形图虚拟现实影像相结合的教学手段，能形象直观地辅导学员理解抽象概念，提高了教学的信息化程度。交互式教学系统功能良好，能充分体现互动式教学，学为主体、教为主导的教学理念突出明显。以案例教学为牵引，体现了“贴近部队、贴近装备”的教学新要求。

2 结论

课题组研究虚拟现实技术在军事地形学及野外科目中的应用，实现地理信息数据的虚拟显示、通视及坡度显示、三维地形生成、计算机标图作业平台等功能，探索教学中解决军事地形学初学者对三维地形的理解瓶颈，同时改革了教学环节和考核方案，增加教学实施过程中的信息化程度。在教学中初步取得了一些进步。

参考文献：

[1]郭齐胜.战场环境仿真[M].北京：国防工业出版社，2005.

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【关键词】虚拟现实技术；大学生；创新创业；应用

1 课题的背景研究

课题的提出是在创新创业教学方面利用“互联网+”的技术，在虚拟教学情景、分析情景和实践教学环境现状的基础上，引入虚拟现实技术，构建虚拟的教学情景和教学实践环境，用虚拟现实技术之“长”弥补现有创新创业课程教学之“短”，以达到提高教学效率、培养高素质应用型人才的目的。引入虚拟现实技术，构建虚拟实践教学环境，用虚拟现实技术之“长”弥补现有实践教学环境之“短”，以达到提高教学效率、培养高素质应用型人才`的目的。课题在于解决创新创业课程中，教学实践环境不能满足人才培养需求之间矛盾，加强先进信息技术在创新创业课程中的运用。

2 课题的研究思路、方法及过程

2.1课题研究思路

本课题的研究思路：提出问题――理论综述，分析问题――引入技术，模型构建――实证研究，提出方案――验证总结。

2.1.1引出问题从目前大的社会环境和创新创业课程实践教学的不足以及教学环境不能满足岗位任职需求的现状入手，找准矛盾所在，引出关键问题。

2.1.2分析问题通过总结和明确实践教学的内涵和地位，分析实践教学环境存在的主要问题，论证构建虚拟实践教学环境的重要性和必要性，为课题研究工作奠定基础。

2.1.3引入技术虚拟现实技术作为当前最具代表性的信息技术，其沉浸性强、交互性好、效果逼真等优势，可以很好地弥补创新创业实践教学环境中存在的不足，有效提高教学质量和效率。

2.1.4提出解决方案，分析对比多种构建虚拟实践教学环境的技术平台，选取最适合创新、创业的教育实践教学的构建方法。

2.1.5验证总结通过开发运用创业综合演练虚拟教学环境，一方面验证课题所研究方法的可行性和实用性另一方面改善院校在综合演练教学环境中的不足。

2.2研究方法

2.2.1文献资料查阅法

通过阅读大量国内外有关虚拟现实技术的研究文献，了解和借鉴这些领域的基本理论、科学研究思路和研究方法及最新研究成果。

2.2.2问卷调查与专家访谈

对武汉市高校实地调查，访谈在校大学生、高校教师和相关组织，了解大学生对创新创业课程的认知、响应程度，响应的驱动因素、障碍因素等。数据采集经历访谈调查、试调查及问卷调查三个阶段，预计共发放问卷500份。

2.2.3比按分析法

课题进行横向和纵向对比，分别从空间和时间角度出发，比较分析同一支持体系关键要素在不同情境下大学生响应程度的差异。

2.3实施过程

2.3.1实施的步骤

文献梳理+问卷调查+专家访谈――研究课题、分析框架――相关文献综述――创新思维、创业实践+教学课程设计+实践教学环境设计――基于虚拟现实技术的创新创业课程构建。

2.3.2实施步骤

2.3.2.1本课题组成员，从课题立项初，2016年5月份左右就开始着手进行调查问卷的设计，并于2016年9月开学时开展调查问题，历经2月份的调查及分析，形成了调查报告――《大学生创新创业教育调查研究》。

本次调查共发放问卷150份，其中回收140份，有效问卷131份，问卷有效比率为93.57%。所有的分析都是基于有效问卷的分析。由于湖北工业大学工程技术学院属于理工类院校，男生所占比例较大，其中男女比例分析见表1。

2.3.2.22016年10月份至今，课题组成员按照预定目标，进行课题各部分的研究，形成最终研究成果――《“基于虚拟现实技术在大学生创新创业课程中的应用研究”课题研究报告》，并在创新创业课程中组织学生进行创业之星的比赛。

3 虚拟现实技术应用在创新创业教育上的理论依据

3.1知识的正向迁移在传统学习环境中难以促进大学生学习

在传统的学习环境中，学生通过进行讨论或阅读的方式学习被认为是在头脑中进行的同化作用。在特定的条件下，有些学者认为这种学习方式并不是积极有效的学习方式。Dede et.al（1997）认为抽象科学概念的掌握需要学习者建构关于现象的智力模型，而这种模型经常混合了难以理解的抽象性概念等不可见因素。因为在现实世界中没有实际的物体能够被感知，学生学习起这些概念的时候就不能进行类推，从而不能在头脑中建构相应的认知结构模型，学生也就不能够在头脑中形成知识的正向迁移。例如创业中，企业的成立，及财务人员的工作职责，通过抽象的知识很难让学生掌握。

而在F实生活中，又会发生了许多现象，有时是会扭曲科学原理甚至和科学原理相矛盾。例如Dede et.al[1997]提到：现实世界中的摩擦力的存在会使正在移动的物体的运动速度减慢而最终停下，这就和牛顿的第一运动定律相矛盾。在学生学习这个物理知识的时候就会在头脑中产生错误的概念，形成错误的认知结构：物体的移动本身需要力；而不是正确的概念：物体的改变需要力。现实世界中的现象经常是被扭曲的，是与客观实在不相符合的。如何正确的认识世界，如何把现象与本质区别开来并通过现象揭示本质。在这方面，我认为，虚拟现实技术会是一个很好的认知工具。

3.2建构主义是虚拟现实技术在创新创业教育中应用的理论依据

建构主义学习理论是认知学理论中的一个重要分支。建构主义学习理论认为知识不是通过教师传授得到，而是在一定的情景下即社会文化背景下，学习者借助其他人，以及利用必要的学习资料，通过有意义的建构方式去获得。建构主义学习理论认为学习环境中的四大要素是“协作”、“情景”、“意义建构”、“会话”。从行为理论到认知理论，再到建构主义，情景化的学习是适应时展需求的，并在“以人为本”的教育理念下的一个重要学习理论。倡导情景化学习的专家认为：只有把学习置于物理和社会的情境中，并使学习者能够运用具体所学到的知识，这才是有意义的学习。

在传授知识的过程中，情景创设需要发挥一定的技巧。在多数教学中，学习的情景创立需要真实的教学情景。事实上，很多场景是难以在现实生活中进行真实场景的创建，而通过虚拟现实技术，学习者就可以通过在预先设计好的场景中，利用真实的触觉、听觉、嗅觉等感觉器官的刺激，进行交互式学习体验。这样学生的反馈信息，以及对其进行的控制信息都可以跟踪学习者的进程，使教育者能够及时对学生的学习和行为情况进行必要的干预，达到建构主义所倡导的教师作为引导者的身份指导学生学习的作用。

4 虚拟现实技术在创新创业教育训练中的应用

需求是推动虚拟现实技术迅猛发展的主要动力。目前，虚拟现实技术在教育训练中已经得到共识，它在提高教学质量、节省教育训练经费，提升学生实操，降低创业失败率方面有重要作用。

4.1教学与训练

利用虚拟现实技术模拟企业进行操作训练，开发虚拟现实辅助教学软件，例如“创业之星”，以提高大学生的能力素质，实现与岗位无缝链接的有效手段。学生需要肩负着为企业制定产品的研发任务，为了更快的适应市场，引入虚拟现实技术，进行模拟，达到了很好的教学效果。

4.2虚拟实际环境

利用虚拟现实技术生成相应的创业环境数据库，包括工商部门注册、厂址的租赁、产品的设计、营销渠道的开发等，并通过网络技术为大学生创造一种逼真的立体职场，以增强身历其境的感觉，提高初创企业的成活率。

5 课题研究价值

利用虚拟现实技术作为实践教学模拟实际职场环境并应用于教学，除了可以很好地解决院校经费有限、时间有限、有此实践风险性高、硬件设备磨损严重等问题外，还可以逼真地模拟各种教学所需的市场情景，进行多种形式的教学训练，这是传统教学所o法比拟的。

将虚拟现实技术引入教学，有利于深化院校教学改革，促进院校信息化建设；有利于改善院校教学条件，创造接近实际的专业技能训练环境，实现与岗位的接轨，提高培训学生的岗位任职能力；有利于教师合理地进行教学设计一，更新教学内容，改进教学方法，灵活有效地开展教学活动；有利于学生自主创新地进行体验、探索学习，充分调动潜力，集中精力，提高能力。对于创新创业教育理下科专业的实践教学，通过了解实验仪器的结构、原理及使用，科学验证或展开演绎课程的理论，从而加深学生对理沦的认识。而对于一专业方面的实践课程，培养学生的动手能力是十分重要的。

例如利用虚拟现实技术在模拟环境中，建立了诸如财务、商场、银行、股市、房地产、电子商务、旅游场景、人力资源开发等虚拟经济环境。为此，可以建立各种虚拟实口环境，利用虚拟现实技术展现那些在传统教学模式中无法实现的教学过程及效果。

参考文献：

[1]Dede C，Salzman.Using Virtual Reality Technology to Convey Abstract Scientific Concepts[M].1997

[2]Young M.F.Assessment of situated learning[J].1995

[3]Jan Herrington，Ron Oliver.Using Situated Learning and Multimedia to Investigate High-order Thinking[J]Journal of Educational Multimedia and Hypermedia 1999.401-402，选自《当代教育与技术译丛：教育技术的心理学研究》[C].北京师范大学出版社，2003.71-79，131

[4]张闯.我国应用型本科教育实践教学研究[D]南昌大学，2007.12

[5]杨士平，赵国旗.高职教育院校实践性教学地位和原则[J]中国军事教育，2005.04：54-56

[6]胡小强.虚拟现实技术应用基础[M].北京：中央广播电视大学出版社，2006.11

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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SIMNET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。:

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关键词：虚拟现实技术；水文地质；研究应用

中图分类号：P64 文献标识码：A

虚拟现实技术主要是利用计算机生成的虚拟现实的环境逼真的模拟人在自然环境中的听觉和视觉等行为而进行的人机界面的新技术。利用虚拟现实技术的实时表现、沉浸感、与计算机交互的功能可以建立起相关的水文地质模型，从而实现对地下水质、水流及环境地质的深入研究，以促进人们对地下水的开采及提高工程建设的可靠性。

一、虚拟现实技术概述

1概念

虚拟现实技术主要是指利用计算机生成的虚拟环境对人在自然环境中的视觉、运动、听觉等行为进行逼真模拟的人机界面技术。虚拟现实技术是由美国的VPL.Research公司创始人于1989年所创造，通常情况下被称为虚拟现实。虚拟现实技术主要有沉浸、交互、构想三个基本特征，对于虚拟现实系统的发展主要有两个基本方向，一是基于虚拟现实技术的发展，二是基于万维网和因特网的三维图形环境的发展。虚拟现实技术自从20世纪90年代开展以来，利用其虚拟环境与现实无限贴近的特点，使实际环境中难以进行模拟和实现的复杂结果得以简单的表现出来，并实现了对各种不同条件的预测和结果计算，对于现实环境中各方面的发展都起到了良好的促进作用。当前，虚拟现实技术主要应用在军事、电子仪器检测、远程高等教育、模具制作、新产品开发等方面，对人类的生产、生活产生了巨大的影响。

2优点

虚拟现实技术是一种综合了众多优点的新技术，在其应用的过程中，自身所具有的优势得到了充分的显示。虚拟现实技术的主要优势为：①实时表达，虚拟现实技术最大的一个优点就是可以在不同的时间、不同的地点进行环境变化的虚拟，可以随时反应事物的动态变化过程，从而提供有效的数据信息。②三维立体表达，虚拟现实技术由于较多的与计算机技术连接，将计算机的立体表达优势充分显现出来，可以实现对所要表达内容从不同的角度进行展现和研究。③反映细致，对于研究物体，即使是再细小的差别，虚拟现实技术也可以将其充分的反应出来，并且能够实现对研究物体全貌的综合研究。④实现对事物发展的预测，虚拟现实技术的应用不仅可以实现对已存在事物的细致表达，同时还可以实现对尚未存在但可能发生的事物变化进行虚拟反映。⑤反映结果全面，建立虚拟的现实系统，不仅可以实现对事物发展过程的虚拟，还可以根据不同的条件，虚拟出不同的结果。⑥为研究发展提供了新的方向，虚拟现实技术的应用为对各种未知环境的探究提供了新的研究放向和研究方法。

3应用条件

虚拟现实技术具有较强的实现事物三维可视化的功能，但需要用海量的数据资料作为支持。基础资料越是全面、丰富，虚拟出来的结果就越贴近现实。

二、虚拟现实技术在水文地质中的应用

1虚拟现实技术对地下水流的表达

在水文地质研究中，地下水流的运动规律是其研究的重要组成部分，地下水流的运动是一个动态的变化过程，也是目前水文地质研究中最活跃的研究因素。在研究地下水流时，虚拟现实系统不仅可以利用自身实时变化的功能对地下水流的运动变化进行虚拟的表达，以充分的表现出地下水流的特点，还可以对地下水开采后对地下水的变化情况进行虚拟，使人们充分了解在开采利用地下水后对含水系统造成的影响，从而使人们采取相应的措施或者是减少对地下水的开采。在对地下水流研究的虚拟过程中，不仅可以实现对地下水的可视化管理，还可以由此虚拟出相应的开采方式和管理方案，并利用虚拟现实技术对其进行不断的完善和表达，从而实现对地下水流研究的可靠性和科学性。

2虚拟现实技术对含水层的表达

在以往的研究工作中，只能够通过剖面图来展示隔水层和含水层的分布特点，在平面图中则通过含水层厚度的等值线来表现含水层的空间分布特点，这样进行研究分析，既不够直观，也不够全面，对于含水层和隔水层的变化状况研究起到的作用不大。虚拟现实技术中的三维可视化功能能够将地下含水层与隔水层的分布、空间的变化情况及含水层的厚度很好的进行真实再现，对于深入研究隔水层和含水层有很大的帮助，同时，随着虚拟现实系统中资料的不断完善，人们对地下含水系统的研究也更加深入、全面。

3水文地质环境问题

随着经济的快速发展，人口不断增长，人们对地下水的开采利用也不断的增长，导致过分开采，从而引发了地下水位持续下降、地面沉降、水资源枯竭、土壤沙漠化等环境地质问题，对人类的居住环境形成了巨大的威胁，严重影响了人们生活质量的提高。由于虚拟技术既可以对存在的事物发展过程进行虚拟，也可以对尚未存在但可能发生的事物进行虚拟，将其利用在水文地质环境的监测上，则可以实现对开采地下水可能引发的各种环境问题进行虚拟分析，从而制定出相应的对策或减少对水资源的开发，以减少环境问题给人类带来的灾害。

4地下水水质的虚拟表现

当前，由于经济快速发展，造成环境污染严重，影响到了地下水的水质，也影响到了人们对地下水的开采使用。利用虚拟现实技术，可以对地下水在自然状态下的变化进行虚拟，从而找出对地下水水质影响较大的因素，以实现对水质变化更深刻的理解，为人们提供有效的控制水质恶化的方法，使地下水质逐步转为良性循环，水质恢复正常。在研究地下水质时，可以建立相应的水质虚拟实验室，将可能影响地下水质的因素都虚拟出来，并对这些影响因素进行分析研究，找出相应的解决方案，以实现对影响因素的良好控制，从而改变地下水的水质，以保证人类的生活质量。

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关键词：虚拟现实;环境设计;空间;交互性

1、对虚拟现实技术的基本认识

（1）虚拟现实的概念

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，）也称灵境技术或人工环境。①虚拟现实是能够建立和体验一定范围的虚拟真实世界的计算机技术，利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟环境，借助传感头盔、数据手套等专业交互设备，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟体验，让使用者犹如身临其境一般，可以实时感知到虚拟世界中的各种对象并能够与之互动。

（2）虚拟现实的基本特征

虚拟现实是依靠现代高科技信息技术设备的多维交互空间，使用者在其中能像在真实自然环境下一样，感知到环境中的多种特征，其中最主要的特征是“浸入感”（Immersion），也称之为沉浸感、存在感等。

在虚拟现实技术中，设备的使用者对设备所传达的信息做出接收、认知、反应和反馈等动作，且设备能根据使用者的动作、语言等命令做出图像或声音的调整，这体现的是虚拟现实的“交互性”（Interaction），这一特征让使用者占据了积极主动的地位，可以自然地与身边的事物交流互动，而不是被动地适应设备。

“构想性”（Imagination）是虚拟现实中的第三大特征，或称之为“自主性”，它是环境设计人员最为青睐的特征，无论是多么不可思议的建筑、街道、城市乃至世界，都可以在虚拟现实技术下一一实现，当然也可以将未来的真实环境先行建构起来，其可支配的优点和开阔的想象空间，有利于人类打破传统的思想局限，提升认知境界。

除以上三大特征外，虚拟现实中另有“多感知性”（Multi-Sensory），它是使用者在通过虚拟现实环境中感知到视、听、触、嗅、动等信息，以此获得真实环境一般的体验和感受。

2、虚拟现实技术与环境设计结合运用的必要性

（1）弥补了环境设计中的不足

在对环境设计的过程中，可能常常出现由于物资短缺、经费拮据等方面的问题没有解决而使设计工作无法顺利进行，造成设计方案无法达到预期的效果。虚拟现实技术则恰好弥补了这一漏缺，设计人员可以仅仅依靠计算机设备来完成具体场景的展现，获得真实场景一样的体会，从而不仅减少了成本开支，同时还丰富了感性知识，提升了对设计场景内容的理解和掌握。

（2）避免了实际操作带来的潜在威胁

在对环境设计的过程中，有些设计工作执行起来可能会成为对设计人员的潜在危险，常规的方式是通过电视录像来代替实际操作，虽然避免了对人体造成的伤害，但是将设计人员获得感性知识的机会也同样“避免”了。如果通过对虚拟现实技术的运用，可以使设计人员在虚拟环境中自由地进行各项操作和试验，既可以避免人身受到伤害，同时也通过虚拟现实的设备获得了感性知识，进而可以提高现实环境中的安全性。

（3）打破了时间和空间的限制

虚拟现实技术可以不受时间和空间的限制，设计人员可以从内部到外部进行全面细致的观察和研究，分析各个区域的情况和各个区域之间的联系，从而了解整个设计功能的使用效果，方便发现问题并采取合适有效的措施加以改进和解决。设计人员还可以根据季节或一天中时间的变化切换相应的场景，显示夏天或秋天、白天或黑夜的效果。点击某个建筑或室内，可以观察它的整个建造过程，以及建造后几年甚至几十年才能观察到的变化，从而可以促进环境设计质量上的革新。

（4）提高了项目成本预算的精确度

利用虚拟现实技术可以提高项目成本预算的精确度，它能够将大型城市规划、室内外装修以及复杂的房屋建筑做成虚拟环境，设计人员能在虚拟环境中对项目成本进行估算，可以避免一些不必要的经济损失。

3、虚拟现实技术在环境设计中的运用

（1）虚拟现实技术在室内设计中的运用

虚拟现实作为一种新的室内设计表现方式，它不仅仅是一种呈现效果图的演示媒体，而且还是一个设计工具。设计师在与客户沟通并确定方案之前，就可以通过虚拟现实技术建立一个三维环境，设计师也可以将其设计思想完美的以视觉形式呈现在客户面前，客户也可以进入其中，在设计师建立的设计材料资源库里根据自身的想法和需求调整设计方案，实现人与空间的全方位交互体验，并且可以根据自身的需求与设计师探讨交流设计方案的调整事宜，例如：家具的风格摆放、墙纸的纹理花色、空间结构的划分、色彩搭配甚至室内软装等诸多细节都可以借助虚拟现实来呈现客户最满意的效果。

（2）虚拟现实技术在城市规划设计中的运用

对于全新的可视化交互技术而言，城市规划一直是最为迫切需求的领域之一，借助现代信息技术的支持，城市规划方案的设计人员可以凭借计算机设备使用虚拟现实技术来构建整体规划的方案，包括对建筑单体、建筑专项（道路、桥梁、地形、工程设施等方面）最大可能地真实化表现出来，规划方案的展现带来了感官冲击，使用户得到强烈、逼真的亲身体验，同时，通过数据接口可以在实时的虚拟环境下及时查询并更新项目的数据资料，能为大型复杂工程项目的规划、设计、管理等流程提供便利。经过严格标准设计的三维虚拟环境犹如真实的存在呈现在眼前时，用户在其中随心所欲地观赏、活动，完成人机交互，促使许多细小的设计漏洞也能够轻易地被发现，从而减少实际操作中可能带来的潜在危害和损失。

虚拟现实技术是达成设计师与设计方案的负责部门以及公众之间的有效合作的理想桥梁，通过虚拟现实界面的动态视频合成环境和人机交互等综合技术，设计师不仅能了解到城市规划这一门复杂学科的许多感性知识，还能进一步充分考虑社会、经济、环境等方面的客观要求，切实为城市规划方案和施工设计的最终方向提供了从理性到感性的可视化数据。

（3）虚拟现实技术在展示空间中的运用

展示空间的设立目的在于通过优秀的展示设计来吸引用户的注意力，传统的展示模式是将展示产品的效果图或模型，至多利用三维计算机软件制作的三维效果图或三维动画视频展现在用户眼前，借助展板、展柜、橱窗等静止的载体，最大限度地使用户了解产品。虚拟现实在展示空间上的运用，很大程度上满足了现代信息社会的人类对多媒体信息展示和传播的要求，例如，一款概念车型的展示，用户不仅可以突破空间的局限性，坐在驾驶座亲身体验，而且在虚拟环境中自由地操控产品，可以达到对产品使用的深度了解。

结语：虚拟现实技术在环境设计中的应用，极大地深化人类对设计世界，特别是虚拟现实中将会获得的对未来现实环境的感觉和认识，将环境设计的潜能充分发挥出来，集中体现其浸入感和交互性的特点。虽然现在的虚拟现实技术由于硬件设备比较昂贵，还无法普及到市场当中去，但是随着时间的前进，信息技术的不断完善，市场物价的逐渐平衡，尤其虚拟现实技术越来越强烈地吸引着人们的眼球，其自身强大的设计优势和潜力，最终将会使虚拟现实在设计领域中得到广泛运用并扮演其不可或缺的重要角色。（作者单位：湖南工业大学）

注解：

①凌珀.虚拟现实――建筑设计的新思维[J].建筑学报，1998（12）：24.

参考文献：

[1]陈浩磊.邹湘军，陈燕（1），陈燕（2），刘天湖.虚拟现实技术的最新发展与展望[J].中国科技论文在线，2011（6）：2-4.

[2]刘丹.虚拟现实技术在环境设计中的应用[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2008（34）：458-461.

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关键词：虚拟现实技术；职业教育；人才培养

虚拟现实技术(VirtualReality)的概念是1989年美国VPLResearch公司创始人JaronLanier提出的，迄今已有二十年的历史。虚拟现实是一项融合了计算机图形学、人机接口技术、传感技术、心理学、人类工程学及人工智能的综合技术。将虚拟现实技术应用于教育教学中就能为学生提供生动、逼真的学习环境，使学生成为虚拟学习环境的一名参与者，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。

一、虚拟现实技术的基本特征

对虚拟现实技术的基本特征，不同的文献有不尽相同的看法，但概括起来主要有三个基本特征。沉浸性（IMMERSION）。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理、心理特点，通过计算机产生逼真的三维立体图像，使用者通过各种交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，与各种对象相互作用，有一种身临其境的感觉；交互性(INTERACTION)。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作；构想性(IMAGINATION)。虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具，为使用者提供探索的空间。通过现有知识和相关提示让使用者在环境中深化概念、萌生创意，进而发现更多的规律和有效的操作。

二、职业教育及其教学特点

我国是一个人力资源大国，但技师、高级技师仅占一4%，而企业需求不断增大，一般发达国家技术工人的技术等级结构为高级工占35%，中级工占50%，初级工占15%。以天津市技术工人的技术等级结构为例，高级工占27%，中级工占39%，初级工占34%。因此，只有通过大力发展职业教育才是建设人力资源强国的重要手段。职业教育的教学特点是强调技能训练，强调教学和训练过程的全程指导，强调培训技能的实用性等。

三、职业教育中应用虚拟现实技术的优势

职业教育主要培养技术型和技能型人才。基于这种定位，职业教育偏重实践教学，提高学生的动手能力和实际的作能力，使他们能掌握一定的技能。然而在实际教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些必要的实验无法进行。利用虚拟现实技术，可以弥补这些方面的不足。

1．教学手段先进可重现操作过程

虚拟现实技术可以使学生直接进入虚拟现实所生成的环境中，与计算机环境进行直观交流，从而丰富感性认识，加深对教学内容和操作技能的理解，提高感知水平和学习动机。特别是对于操作过程，存在的问题和表现现象可以通过虚拟现实技术进行重现，便于学生观察理解和记忆。

2．降低教学成本避免真实操作带来的危险

以往对于危险的或对人体健康有危害的实验，一般采用电视录象的方式来取代实验，学生则无法直接参与实验，获得感性认识。利用虚拟现实技术进行虚拟实验，则可以免除这种顾虑。学生在虚拟的实验环境中，可以放心的去做各种实验，不会出现意外。例如，虚拟的化学实验，可以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸等危险。虚拟的数控加工实验，可避免原材料损耗和由于学员失误造成机床损坏和学员受伤。虚拟的汽车驾驶教学系统，可免除学生操作失误而产生的意外事故。

3．实验可以反复进行，从而提高技能水平

利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练，而且可以反复进行。例如军事作战技能、外科手术技能、汽车驾驶技能、机械设备加工技能、电器维修技能等各种技能的训练。学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。例如，在虚拟的飞机驾驶训练系统中，学生可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。

4．激发学生的学习兴趣

在职业教育中通过虚拟现实技术使学生在虚拟环境中与计算机环境进行直观交流，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。而在虚拟现实环境中进行直观交流，使教学过程变得生动形象，能最大化的提高学生的感知水平和学习动机，提高教学效果。

四、职业教育应用虚拟现实技术的前景

网上互动虚拟世界是人类社会信息时代的发展方向， 是各个行业未来信息化的必然目标。而职业院校应充分发挥自身专业特长构建虚拟现实实验室，不仅能促进校园信息化建设，而且能更好的挖掘职业院校潜能。虚拟现实技术与网络通信以及多媒体技术的结合，是传统信息技术的突破，使教学资源成倍增长。网上互动虚拟世界是人类社会信息时代的发展方向，是各个行业未来信息化的必然目标。