虚拟现实技术的概念范文

导语：如何才能写好一篇虚拟现实技术的概念，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。

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关键词：虚拟现实；虚拟现实技术；概念设计；产品开发

中图分类号：U662.3 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0114-02

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|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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    虚拟现实系统中装载有触、听、视、动等多种传感及反应装载,使用户能感受到触觉、听觉、视觉以及嗅觉等多种信息,从而充分发挥设计者的多种感知性,加强产品设计的成功性。

    虚拟现实系统能够实时的与用户进行交互、参与以及显示,将用户的设计与制造活动提升为人机一体的主动活动,从而构成融入性的智能开发系统。

    2.虚拟现实技术在机械设计与制造中主要应用领域

    2.1虚拟产品的概念设计

    概念设计作为机械产品在设计过程中的一个重要阶段,其产品最终成本约有60%~70%受到概念设计的影响。虚拟现实技术在概念设计方面的应用主要表现在以下两个方面:(1)在机械产品的概念设计过程中,采用虚拟现实技术,不仅能够便于为设计者提供手势跟踪以及语音识别的输入方式,而且设计者也可随时方便的在三维虚拟环境中,对产品和零件的各类形态的模型进行修正与改变,同时还能通过三维空间对设计对象进行观察与操作,从而获取更多关于产品及零件在形状和式样方面的信息,进而实现在产品设计上得到较为满意的效果。(2)在概念设计中通过虚拟现实技术的应用,还能够使设计者的设计表达以及设计思路更加形象与清晰,让人能得到充分、直观的交互感受,从而保证产品开发的成功率,并极大降低了设计产品在投放市场时的风险性。通过虚拟现实技术,还可以使产品的设计更多的关注产品使用者的感受,例如在开发设计某健身器械时,可以通过虚拟的健身器械环境让消费者在购买前能够对设备的功能进行提前体验,并根据市场的反馈和用户的喜好,对产品的生产进行的选择和重组。

    2.2虚拟设计

    虚拟设计即虚拟现实技术应用于产品的开发设计,也就是设计人员首先设计出一个虚拟的机械产品,然后再系统的对所设计的产品进行研究、检查以及分析,以检验产品是否满足相应的设计要求,并对可能出现的问题及缺陷进行及时修改,从而使产品的设计更为完善。应用于机械设计的虚拟设计系统,主要包括了两个部分,一个部分是虚拟设计系统的主体,即虚拟环境生成器;另一个部分则是外围的设备,主要包括数据传输装置、信号控制装置以及人机交互工具等等。当前虚拟设计系统的应用于机械设计方面的主要有两种设计方法,一种是采用VR-CAD系统,使虚拟现实技术能充入引入到CAD环境,这种机械设计环境中的对象不仅能有丰富的外形,而且还具备材料特性、表面硬度、重量等一系列物理及功能作用等方面的信息;另一种则是利用现有的CAD系统直接产生模型,然后再将模型转换成能够得到虚拟现实软件支持的各类格式,从而方便将模型输入到虚拟现实软件的环境中,并实现对虚拟产品设计的完成,并使用户能充分得到各类增强效果设备的应用。

    2.3虚拟制造

    虚拟制造是指通过虚拟现实技术,并在现代化计算机技术和网络技术的支撑下,利用计算机群组进行协同作业,从而实现机械产品在工艺规划、加工制造、质量检验以及产品管理等一系列产品制造的过程,实现机械产品制造过程在计算机系统上的映射,也进一步加强了机械制造过程中各级的控制与决策能力。当前虚拟现实技术应用于机械制造中,主要有三种方式,即分为以设计为中心的虚拟制造、以控制为中心的虚拟制造以及以生产为中心的虚拟制造。例如:通过虚拟现实技术在设计阶段即对轴类不仅进行虚拟装配,并对可能出现的错误与缺陷进行随时修改,确保装配流程的顺畅;在对齿轮、轴类等两家的加工过程中,采用虚拟制造技术,选择出最极爱的机床加工参数以及刀具的路径,并对产品设计的可加工性、完善性以及合理性进行分析与评定,从而有效避免加工过程中可能出现的一系列加工缺陷等等。通过虚拟现实技术在机械制造中的应用,不仅提高了产品一次成功率,而且极大降低了原有的设计制造费用,优化了产品设计,避免的设计中存在的缺陷与问题,确保了产品质量。

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1虚拟现实技术的定义和主要内涵

那么虚拟现实技术是什么样的呢？正如其字面所示的那样,就是用现在先进的硬件技术和软件技术来虚拟现实中的事或者物以达到人们能够轻易地对其进行操作与处理的目的。虚拟现实技术所包含的内涵主要有如下几个:(1)首先虚拟现实技术应当是一个计算机系统,该系统能够创造虚拟世界并且允许人们进行体验。(2)虚拟现实技术是一种以用户为核心的、足够先进的计算机接口。(3)虚拟现实技术能够让人把自己所熟知的空间与计算机系统处理信号时的处理空间保持一致。(4)虚拟现实技术是可以让人通过计算机看见并且能够操作比较复杂的数据,且能够和其交互的一种操作方式。(5)虚拟现实技术是一种具有三维的合成环境的媒介,人们能够按照自己的愿望从任何一个视点自由且实时地完成设计、探测和模拟。

虚拟现实技术是一种应运而生的技术,然而在早期的应用之中主要是用在互动娱乐上面。随着硬件条件不断地升级、软件技术不断地得以提高,虚拟现实技术才能够在工程设计、机械设计制造、医疗、电子商务、教育和军事等方面进行较为成熟的应用。由于现在虚拟现实技术趋于日渐成熟,所以其在各个领域当中发挥的作用不可忽视,对此要跟上技术前沿发展的脚步,关注虚拟现实技术的继续发展。

2机械设计制造中的虚拟现实技术的主要特征以及关键技术

虚拟现实技术同样也在机械设计制造领域中有所应用,由于机械设计制造领域当中涉及到机械模型设计、模具设计,而这些用虚拟现实技术能够方便快速地设计机械模型、对机械模型进行仿真,并且能够快速地对不满意的地方进行修改。

虚拟现实技术是一种集计算机技术、仿真技术、传感与测量技术以及微电子技术等为一体的新型技术。它的学术特点体现在各个学科间的相互交错,因而其应该具备以下几个主要特征。

(1)多感知性。因为要求虚拟现实技术能够虚拟出现实世界,并让我们人类更好地进行体验,其就必须具备多感知的特性:这不仅仅包括视觉、触觉、听觉,还应当包含有嗅觉和味觉。

(2)存在感。要求让用户有种在现实世界中的存在感。虚拟世界中的所有的一切,用户都能明确的感觉到,并且能够触摸得到、看得见、闻得到以及感觉得到。

(3)自主性。用虚拟现实技术创造出来的虚拟世界中的物体必须按照物理学规律进行运动。实时地显示、交互和参与,把人的主要活动提升成人机合一的活动,完成了自主性的职能开发系统。

(4)交互性。这是虚拟现实技术中的重要特性,是指用户能够对虚拟环境中的各个物体进行操作并且能从物体中得到某些反馈信息。人机交互是虚拟现实系统中的一种近乎自然的交互,使用者能够利用多种交互手段例如电脑键盘、鼠标进行交互,并且支持更多的设计行为。

(5)沉浸性。对于虚拟世界,观察者的情感反映就是沉浸性,由于虚拟现实技术能够虚拟出非常逼真的现实世界,用户利用触觉、听觉、视觉来感受发生在虚拟世界中的一切,可以虚拟出机械创新的设计环境,并且产生一种身临其境的感觉。

虚拟现实技术在机械设计制造中关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图像生成技术、立体展示和传感技术、应用系统开发技术和系统集成技术。而在机械设计制造中用的最多的技术就是动态环境建模技术、实时三维图向生成技术以及立体展示和传感技术。这些技术在实际工程运用当中是相当重要的,用得好就能事半功倍,能够设计出更好的产品、制作出出色的产品。

3虚拟现实技术在机械设计制作中的应用

虚拟现实技术在机械设计制作中的应用应当包括前期的概念设计、中期的产品虚拟设计以及后期的虚拟制作。下面对各个时期虚拟现实技术的运用给予一些简要说明。

(1)前期虚拟概念设计。概念设计是指一个产品该如何设计,需要考虑到那些方面的因素、问题以及所花的时间、资金等很多综合情况,属于创造性思维的体现。虚拟现实技术在这个阶段中为设计者提供一定的语言识别录入和手势跟踪的输入,使设计者更为方便有效地完成产品各个模块的建模工作。

(2)中期虚拟设计。是指设计人员设计一个虚拟的产品,然后对其进行相关测试来判定是否满足设计的需要。

(3)后期虚拟制造。就是用虚拟现实技术模拟产品的制作过程,能够及时发现制作过程中的错误,避免实际生产制造中的损失。

在制造业中已经成功地推广应用虚拟制造技术,尤其是在汽车、航空航天等领域的应用特别典型。虚拟制造能够在汽车生产模具、工装与设备,甚至是设计校车之前,就很容易地在工艺过程与生产系统时进行分析、修改、建模及优化。例如,早在1997年通用电动车部就利用UGII软件,建成了世界上第一个完全数字化的机车样机模型,并围绕这个数字模型并行地进行产品设计、分析、制造夹模具工装设计和可维修性设计。例如,波音飞机公司设计777飞机的时候,就是使用了虚拟制造技术,从设计、装机、测试都是在计算机中完成模拟的,分散在全球各地的波音公司的技术人员能够从777客机难以数清的零部件中,随意调出其中任何一种在计算机上进行讨论、研究、观察,所有的零部件都是三维实体模型。

4结语

现在,虚拟现实技术在工业领域中获得较为成熟的运用,但仍是初级阶段。可以预见得到,虚拟现实技术将逐渐应用到设计制作的各个环节中,为设计制造业的蓬勃发展提供无限动力。

参考文献

[1] 卫良保,鲁永春.基于Pro/E二次开发的叉车门架数字化虚拟制造[J].起重运输机械.

[2] 李周复,李强,董国庆,等.基于虚拟设计制造技术的FL-洞模型架车开发[J].航空制造技术,2010(10):72～75.

[3] 郑玉冬.浅谈人机工程分析软件在虚拟制造中的应用[J].机械,2010(S1):45～47.

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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。

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关键词：虚拟现实技术;工业设计;应用分析

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2015）35-0059-01

21世纪随着信息化时代到来，虚拟现实技术得到了较大的发展，其在工业设计中的应用，对于促进工业发展来说，起到了巨大推动作用。现代工业化发展过程中，对工业进行有效设计，将直接影响到工业生产的质量和效率，加强虚拟现实技术在工业设计中的应用和发展，是当下工业发展的必然选择。本文对虚拟现实技术在工业设计中应用的研究，注重于现代工业设计更加趋向于高科技信息技术发展这一方向，就新兴产业应用于虚拟现实技术实现自身发展的相关情况，进行了研究和分析。

一、虚拟现实技术概念

虚拟现实技术产生于上个世纪80年代，是由美国人拉尼尔提出来的，这一技术一经提出，就在工业设计中得到了探索和应用。虚拟现实技术是一种三维环境技术，利用计算机仿真技术、人工智能技术、遥感技术以及虚拟现实技术等现代最新技术，并结合了计算机、统计学等学科知识，让人能够实现一种视觉、听觉以及嗅觉的感官体验。虚拟现实技术是人们利用计算机对复杂数据进行有效处理，实现可视化操作目标。利用虚拟现实技术进行工业设计，可以更好地对工业设计进行仿真处理，有利于解决工业设计中出现的相关难题①。

二、虚拟现实技术在现代工业设计领域中的应用

（一）现代工业设计特点分析

要想弄清虚拟现实技术在现代工业设计领域中的应用问题，就必须对现代工业设计特点进行了解。就当下工业设计发展情况来看，现代工业设计主要表现在以下几方面特征：（1）现代工业设计融合了科学、文化、艺术等学科，注重于产品造型设计;（2）现代工业生产更加注重于绿色化生产，设计的工业产品能够进行有效地回收利用，实现能源、资源的节约，并且设计过程中，还要兼顾地方、国家的文化特色;（3）注重于产品品牌以及产品的功能、性能和质量，确保工业产品在日益激烈的市场竞争中，能够占据有利的地位，获取较大的竞争优势。

现代工业设计注重于当下市场经济发展一般规律进行有机结合，牢牢把握市场发展情况，对产品进行有效设计和规划，确保产品能够符合供需规律，以期获得更好地经济效益。现代工业设计注重结合市场发展规律，产品设计更加专业化、效率化②。

（二）虚拟现实技术在现代工业设计领域中的应用分析

1.虚拟现实技术影响现代工业设计方法。工业制造过程中，前提是必须进行工业设计，一个在市场中占有率较大的工业产品，在其生产前期，必然要经过详细的设计，才能获取人们的认可，扩大市场占有额。传统工业设计过程中，采取了二维设计方法，这种设计方法对工业产品造型把握较为困难，缺乏立体感，工业造型整体的性能也较难把握。利用虚拟现实技术后，解决了二维设计中存在的难题，可以让人们在设计过程中，对工业产品的造型、功能以及性能进行有效把握。

2.虚拟现实技术在当下工业设计领域中的重要性。现代工业设计过程中，应用虚拟现实技术，使设计者在进行工业产品设计过程中，能够更好地对产品的性能进行有效把握，对设计过程中可能存在的问题进行及时更改，提升工业产品设计性能。除此之外，虚拟现实技术在工业设计中的应用，能够缩短产品设计周期，提升产品制造效率，更好地促进现代工业的发展和进步。当工业产品设计完成后，设计者可以利用虚拟现实技术对工业产品进行使用，在很大程度上降低了市场运营风险。

三、我国虚拟现实技术发展现状及未来发展趋势

我国现代工业设计与西方发达国家有着较大的差距，虚拟现实技术在工业设计中的应用，尚处于发展阶段，相关技术手段并不成熟。加强虚拟现实技术在我国工业设计中的应用，改变我国工业发展不平衡、发展过程中污染较为严重的现实问题，是当下虚拟现实技术应用必须要考虑的一个重要议题③。

我国虚拟现实技术在未来发展过程中，将得到较为广泛的应用，加大对这一技术的资金、技术投入，使其能够在工业设计中发挥应有作用，是当下该技术应用必须考虑的一个课题。近年来，我国国内很多企业在进行工业设计中将虚拟现实技术进行应用，并对该技术进行了相应的改进，使之更好地符合于当下工业发展现状。随着经济全球化趋势进一步加强，工业竞争加剧，我国加工制造业更加注重对虚拟现实技术的研发和应用工作，并注重这一技术在工业发展领域的作用，相信不久的将来，这一技术将会得到更大的发展和进步。

四、结语

综上所述，通过对虚拟现实技术概念的分析以及当下我国对虚拟现实技术的应用现状，我们不难看出，虚拟现实技术在现代化工业设计中，发挥着极为重要的作用。因此，为了更好地实现我国工业化发展，必须要加强对这一技术的研究和应用，使之能够更好地服务于我国工业化发展，提升工业设计效率，改善工业设计中的不足。

注释：

①冉洋，朱飞，陈康.虚拟现实及增强现实技术在工业设计中的应用[J].激光杂志，2010（01）：04-06.

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关键词 建筑漫游动画 制作 虚拟现实技术

中图分类号：TP3 文献标识码：A

近年来随着网络在全球范围内的发展，虚拟现实技术在建筑漫游动画制作中的应用日趋广泛。虚拟现实技术和传统技术相比，使用建筑漫游动画进行设计可以使设计人员在进行施工之前就对设计方案浏览，及时发现问题并且进行研究，为满足业主要求奠定基础。同时使用建筑漫游动作制作虚拟现实技术可以向业主将规划区完整的展示，将公司竞标实力增加。目前建筑漫游系统是多种多样的，真正到达虚拟现实技术还需要进一步提高制作能力。

1 虚拟现实技术概述

1.1 概念

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR，又被称为幻真、灵境）是近年来出现的高新技术，也称人工环境或灵境技术，是可以最大限度逼真模拟自然中的动作、听以及视等行为的技术。

1.2 特征

虚拟现实技术的主要特点为感知性、交互性以及沉浸性。感知性的意思是引导用户在网络信息技术中依靠自己的认知能力和感知能力将知识全方位的获取，将用户的主观能动性发挥，寻找科学的解答方式。交互性是指用户可以在虚拟现实技术环境中的操作能力在自然中进行反馈。沉浸性是指用户为主体在虚拟现实环境中存在。

1.3 虚拟现实技术的实现方式

虚拟现实技术的实现方法主要有交互技术、数据收集、场景构建以及三维建模等新式。其中三维建模技术是实现虚拟技术的重要前提，场景构建是进一步完善虚拟现实技术；而交互技术是实现虚拟技术的核心和关键环境，交互技术主要分为传统几何建模交互技术和图像交互技术；收集数据主要是指收集和虚拟技术有关的照片、地图和数据等。

2 虚拟技术在建筑漫游动画制作中的应用

2.1 建筑建模

为将视觉效果良好的实现，可以使用图像数据的方式以及图形建立模型的方式进行建模。图形建立模型的前提是按照业主的要求将建模大小的场景和建模工具确定。目前建筑漫游动画制作中普遍使用的建模工具是使用对象技术将模型建立的更加容易并且直观，但是目前许多建模工具要考虑到细节场景问题，要考虑虚拟现实技术中的实效性。

建筑建模主要分为几何建模、物理建模。其中几何建模在建立模型前要考虑到各方面的细节问题，第一点是建立模型的形状、轮廓和属性；第二点是分析各个数据之间的关系特征；第三点是分析各个对象之间的说明信息和数值。物理建模主要是对光照、颜色、纹理以及材质等进行处理。物理建模中好的纹理可以将大量的细节建模代替。获取材质时应该首先想到可以应用到的材质，比如视点距离，针对不同用户的要求，建模材料有不同的来源。在建模中为节约时间可以将用户的图片扫描之后经过图片处理软件进行处理。

2.2 环境集成

在完成建筑物之后，可以将模型和环境结合形成有机整体。环境主要包括水、天空以及地面等。在建筑漫游动画制作的过程中可以根据用户所提供的地形图形成完整的建筑模型，用贴图的方式给建筑模型加入草地、公路以及泥土等。同时创建天空时可以根据建筑模型的背景图像或者位图等建立真实的天空，建立水可以创建简单水的材质使用同名贴图以及反射等材料形成。

2.3 实现程序

在所有的建模工作完成之后，可以使用合理的软件对建筑动画模型进行收集，在集成的过程中根据用户的不同需求有不同程序的实现程度。最简便的做法是生成视差的图像，设置出不同的路径，使用计算机软件对建筑模型进行编辑，同时用户可以在指定的程序中进行浏览。这种系统将触觉省略，主要优势是对计算机硬件没有过高要求，在计算机上就可以实现。除此之外，还有一些模型更接近于真正的虚拟现实技术，用户可以在模型的场景中自由浏览，在浏览的过程中用户可以使用数据手套以及头盔等增加对虚拟现实技术的沉浸感。

3 结语

总而言之，随着社会经济的迅速发展，建筑漫游动画制作的虚拟现实技术在我国各个领域都得到应用，其有着极大的技术潜力，有广泛引用前景。但是在制作过程中虚拟现实技术还存在着一定的技术问题，为提高建筑漫游动画制作的虚拟现实技术发展，还需要对虚拟现实技术进行研究，以提高系统的逼真性、沉浸性、想象性以及交互性等内容，最终促进我国网络技术的进一步发展。

参考文献

[1] 姚嘉毅.解读建筑漫游动画――以广东轻工职业技术学院为例[J].广东轻工职业技术学院学报，2009（02）：73-77.

[2] 米锐.虚拟现实技术在校园景观设计中的应用――以长江职业学院校园景观设计为例[J].湖北成人教育学院学报，2012（02）：122-123.

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Virtual Reality即为虚拟现实, 它又叫作真实虚拟环境或者虚拟环境, 其利用电子计算机的电子三维空间现实化合成技术为基础。运用听觉、触觉和视觉, 用动画和图表的形式综合展现虚拟的建筑空间, 使观看的人们可以达到对建筑眼见为实。虚拟现实动画不仅能够对发生的现实时间进行再现和预演, 而且还能对建筑的虚拟空间进行制作, 因为虚拟现实动画具有强大的场景再现性, 而广泛地在建筑设计、军事预演、娱乐、医学和教育等领域应用。虚拟现实动画的预演和再现的功能让其得到了大量建筑设计师的使用与热爱, 在建筑的设计与建造过程中都有着很重要的作用。虚拟现实动画与现代建筑设计应用相辅相成紧密联系不可分割。建筑的基本设计是建筑的核心灵魂, 而虚拟现实动画则是展现建筑概念的手段及方法。只有将二者完美地联合在一起, 才能完成实用且富有创造力的作品, 例如芝加哥非洲历史博物馆虚拟交互应用 (如图1) , 以满足人们对于建筑的物质审美与实际使用的双重标准追求 (如图2) 。因为虚拟现实动画技术的不断升级进步, 只有将优秀的虚拟现实动画技术与建筑设计者的设计理念相互结合才能完成最优秀的建筑设计, 更好地为客户和社会服务。

二、虚拟现实动画在建筑展示中的意义研究

在建筑设计的传统方式之中, 建筑的设计过程往往有较长的设计周期和大量的设计费用, 并且很难对建筑的设计方案进行修改, 所以对建筑的前期设计预览十分重要。传统的建筑设计过程就是包括设计草图、建模、建筑效果图等, 只够为建筑的最终效果提供简单的方案, 而不便对建筑进行多视角全方位的立体高精度分析。而虚拟现实动画技术则通过综合运用人机交换技术、传感技术、人工智能技术和图像计算机技术, 综合运用电子计算机来制作出三维的虚拟空间, 让建筑设计者和施工者能够更加直观性地体验建筑空间, 通过对虚拟现实动画的了解来体验建筑的设计方案, 建筑的虚拟现实动画是立足于虚拟与现实的实际关系之上的, 精确地透过人对于虚拟动画的用户需求以及对虚拟世界的综合感知进行全方位分析, 已达到现实建筑和虚拟现实动画的完美契合, 从而全方位地提升虚拟现实动画的展现效果。它的意义有以下的几个方面。

(一) 提供更完善的设计:

首先在建筑设计的传统过程中, 大部分设计师都是通过文字资料、设计草图和建筑设计者自身的设计经验与艺术思维来进行建筑设计的。但是对于设计建造难度较高或者全新的建筑形态或者建筑领域来说, 设计师很难在设计过程中对于建筑进行有效定位, 设计者十分依赖个人对建筑的经验, 往往还会导致建筑的实际情况与预定的建筑设计方案有很大差别。同时因为传统建筑设计的局限性, 很多设计问题只有在实际的施工过程中才会被发现, 然后再由施工方对建筑问题进行归纳、整理、分析, 再将问题给施工方进行反馈。而这一过程浪费了大量的时间、人力和物力, 致使建筑施工效率低下。而如果运用虚拟现实动画进行建筑设计的话, 设计者就能够在建筑施工前全方位地观察建筑的整体情况, 从多个角度全方位了解设计方案中的不足, 更加直观地对建筑的空间、结构、光影乃至音效不断变化进行详尽了解 (如图3) , 并对方案加以调整。

(二) 加强设计师与客户之间的沟通能力:

通过虚拟现实动画所建造的虚拟三维空间, 可以让简述的设计者与建筑用户在项目规划、建筑设计等方面用动态三维的方式对建筑的空间概念进行详尽认知。而在建筑的设计过程中, 设计师根据建筑用户提供的需求及建筑场地等情况设计出建筑方案, 将完整的建筑设计方案以及建筑设计理念交予用户, 并对其进行相关交流。而在传统建筑设计过程中的模型、草图与文案只能够让客户大致地对建筑的相关信息进行了解, 客户往往专业能力不足, 不能够完全了解建筑师的设计方案, 而草草对方案进行决定, 双方的交流也会出现一些问题。而用虚拟现实动画的方式能够更加直观地对建筑概念进行展示, 为客户提供一个完整的建筑流程, 详尽地描述建筑过程的各个环节, 及可能出现的问题。例如建筑的空间和建筑的周围环境等, 客户介意更加直观且全面地对建筑空间进行了解。通过建筑的虚拟现实动画展示, 为客户提供更加直观的认知平台, 充分地对设计师的设计方案进行审批, 使其能够更好地理解设计并参与到设计的过程中去, 也能够让设计师更加了解客户需求, 并了解到自身的设计不足, 对设计进行必要的修改与完善。

(三) 给予用户更加直观的建筑体验:

当今人们了解世界的主要方式之一就是互联网, 而通过互联网的虚拟现实动画设计, 客户能够更加直观地上网预览建筑模型。在互联网上随时随地观察虚拟的建筑设计。通过设计者在电脑中对建筑进行的模型搭建与细节处理, 观察建筑结构, 并对周围环境及建筑中可能出现的状况进行有效分析。通过在电子计算机中对虚拟现实动画进行建筑的景观搭建与制作视频, 将音频、影像与图像相结合, 并添加一定的环境渲染特效和后期合成, 最后将虚拟现实动画展示给受众。在现今的房地产发展中, 投资人和设计者都充分地利用虚拟现实动画的各项优势, 制造建筑的三位图像世界。因为虚拟现实动画技术综合运用了人体的听觉、视觉、触觉等感知特点, 这样能够更用户加直接地体验到建筑在三维虚拟环境中的变化, 身历其境。在现有的虚拟现实技术之中, 因为现今有很大一部分客户对于所购买或投资的建筑只有一个内心的概念, 而传统的建筑设计非专业人员也不能完全了解到, 这就像在设计师与客户之间施加了一层隔膜, 而虚拟现实技术就可以让他们更加直观地对建筑进行了解。还可以根据客户所提出的需求对建筑进行一定的整改, 再为客户展现更新的建筑产品效果, 也方便了客户与设计师的沟通, 增强了客户对于建筑物的深切体验与审视, 加深了客户对于建筑的内部了解, 而刚能刺激消费者对于建筑本身的购买欲望与建筑价值。

(四) 虚拟现实动画具有真实性:

虚拟现实动画最重要的特性就是真实性, 其具有传统建筑设计所不具备的真实感官体验。真实的感官体验是指在三维的虚拟环境之中, 虚拟环境的所有信息均被大众所广泛接受的广度和宽度。在虚拟现实动画中不仅能够对建筑本身主体进行展示, 而且还可以展现出建筑的周围环境与建筑完工后整体的建筑形态与使用价值。我们还可以通过虚拟现实动画来还原一些古建筑和自然景观, 这样对于古建筑和自然景观的保护和研究都具有十分重要的意义。

(五) 有助于文物的研究与保护:

我们还可以通过虚拟现实动画来还原一些古建筑, 这样对于古建筑的保护和研究都具有十分重要的意义。在很多的博物馆中, 都有一些异常珍贵或者极易氧化、损坏的历史文物或者残旧的古建筑并不能展出, 而虚拟现实动画技术就可以完美地解决这一问题。可以在博物馆中设立虚拟展示厅, 现场的所有文物都由虚拟三维的计算机屏幕展现, 这样不但能够完整地展出相应的文物, 而且还不会对文物产生一丝一毫的破坏。通过虚拟现实动漫的展示同样可以提高珍贵文物的保护效率, 为文物编档便于日后对文物进行相应的维修保护与研究, 同时也为广大人民群众提供了更多参观文物的途径。将一些无法移动甚至已经消散无法修复的古建筑, 进行复原在一定程度上也能够为古建筑提供相应的保护。举个例子, 综合运用虚拟现实技术可以对发掘出的建筑物进行全方位综合展示, 放入还原的虚拟历史场景当中, 可以让观众在三维虚拟的环境中进行全方位的观察, 可以更加直观地对建筑物所处的历史时代及环境进行全面的认识。这样不但提高了群众对于历史文物的参观热情, 还提升了景观的综合参观效益。而且在建设虚拟动画场景的过程中, 在计算机生成虚拟三维的过程中, 即便是已经不存在或者破损的建筑物依然可以重现。一个很好的例子就是我国对于故宫虚拟现实动画的作品天子的宫殿, 通过计算机生成的虚拟动画, 就可以让观众利用计算机更加深入地对建筑物进行了解。

三、总结

对建筑物进行设计是一项非常复杂的工作, 一个地方的建筑物往往承载着一定的文化品味、历史传统、人文精神与其独特的地域文化。这样就会在建筑的过程中遇到很多的问题, 而虚拟现实动画技术的出现与发展就在一定程度上减轻了很多的技术复杂性。而且伴随着虚拟现实动画技术的不断创新发展, 虚拟现实动画技术在审批、施工和设计建筑等多个建筑环节中都发挥着越来越重要的功效, 要怎样将虚拟现实更多运用在实际的建筑中, 要不断探寻其特有的能力而且要发挥其应有的功效。伴随着科学技术日趋成熟, 虚拟现实动画技术必将在未来的建筑设计与建造过程中发挥越来越重要的作用。

参考文献

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[4]朱红燕.虚拟现实技术在建筑漫游动画制作中的分析[J].科技展望, 2016, 26 (23) :13.

[5]绪言, 王禄.建筑动画虚拟技术的应用研究[J].现代交际, 2016 (14) :146-147.

[6]绪言, 马勃洋.虚拟现实技术在建筑动画中的应用探究[J].大众文艺, 2016 (11) :58.

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【关键词】建筑表现;虚拟现实;三维设计

1.虚拟现实的概念及运用领域

虚拟现实(VirtualReality)也称虚拟环境或虚拟真实环境,它利用计算机生成的三维空间形象实现的目标合成技术,通过视、听、触觉,以图表及动画方式呈现,让观看者“眼见为明”。

虚拟现实的概念在计算机发展的早期就被提出了,但当时的运用并不算广泛,那个时候构建一个虚拟现实系统,需要昂贵的外部设备。除了在一些专用领域使用以外,普通用户只能望而却步。

随着计算机硬件技术的飞速发展,让普通计算机上运行和显示复杂场景有了可能。以前高不可攀的虚拟现实系统也就可以在随处可见的普通计算机上构建起来了。

除了以前的军事、航空航天领域之外,在娱乐、教育、医学、商业、制造业等都有不同程度的运用。

2.虚拟现实在建筑行业中的运用范围

虚拟现实在建筑行业的应用领域可包括:建筑物模拟、室内设计模拟、城市景观模拟、施工过程模拟、物理环境模拟、防灾模拟、历史性建筑模拟等。

在建筑和规划领域,使用虚拟现实演示单体建筑、居住小区乃至城市空间,可以让人以不同的俯仰角度去审视或欣赏其外部空间的动感形象及其平面布局特点。

设计者可将自己的设计方案动态形象地展示,以充分表达自己的方案,提高中标率。中标后对甲方、乙方而言,可通过虚拟现实方式审视。双方可逼真快捷地进行设计数据的修改,使设计臻于完善,直至满意。

在商品房交易中,消费者可以亲身体验小区建成后的三维虚拟环境,了解室内空间、周边环境、固定设施的配套情况。动感十足的虚拟现实可刺激用户的购买欲,有助于销售,缩短售房周期。

3.虚拟现实在建筑表现领域中的运用现状

当然,技术的运用是需要跟市场需求紧密相关的。一个功能完善,交互性强,设计合理的虚拟现实系统由于涉及的技术较广,需要专门的开发平台,如Multigen Vega、Virtools、Quest 3D等软件,需要辅助建模的工具如3dmax、maya等,需要较多人员分工协作,开发周期较长,从而成本也比较高,很难符合更广泛的市场需求。所以为了顺应市场的需求,在运用的初级阶段,建筑表现领域更多的采用以下几种更便捷,更容易实现,成本更低的方式来达到比较简单的虚拟现实表现。

1)模型浏览器

比较有代表性的是中视典公司(省略)开发的VR-Platform、创图科技(省略)开发的WEBMAX。这些软件适用性强、操作简单、功能强大、可视化程度较高、所见即所得,所有操作都是用设计师可以理解的方式(不需要程序员的参与),可以让设计师将所有精力投入到效果制作中来,从而有效降低制作成本,提高成果质量。比较适合建筑行业设计人员使用。而它们能实现的功能也比较简单,仅仅是把现成的三维模型场景打包,实现简单的路径浏览或行走浏览功能。对于一般的需求,比如楼盘展示、单体建筑展示已经基本够用了。但如果客户提出更多要求,比如样板房展示当中经常需要体现出来的更换家具、更换材质等功能就难以实现了。

2)360全景

当我们希望简单方便的重现某一场景,基于图像的360全景技术就成为最好的选择。360全景技术虽然在交互性和多感知性上并不能与三维建模技术相提并论,但是由于是基于图像,使用者看到的是真实场景,视觉沉浸感要比三维建模的方式强。在并不要求很强的交互性和多感知性时,360全景实现的虚拟现实是完全足够的,而且随着技术的发展,360全景的交互性和多感知性只会越来越强。更重要的是,360全景虚拟漫游实现起来不但非常方便,而且技术门槛和成本都很低。

目前,业界对全景图的基本制作方法是:在固定的视点用照相机或者摄像机按照一定的方式(通常是按照均匀角度绕轴旋转360度)采集图像,采集之后的图像输入计算机进行图像拼接、整合等处理,生成无缝全景图像,最后再用计算机经过投影展示出来,并且提供局部的有限的漫游功能。虽然全景视图有其自身的局限性,比如视点单一,只能在场景内部实现漫游等,但是由于该技术具有极强的可操作性,而且技术也相对成熟,已经成为应用最为普遍的基于图形绘制技术之一。目前全景视图主要应用在:虚拟环境、游戏设计、电影特技效果、虚拟博物馆等等。在商用领域比较著名的有Apple的QuickTime VR、IPIX Viewer、Live Picture、IBM的Hot Media等系统。

4.虚拟现实在建表现领域中的发展方向

当然,随着技术的不断成熟和普及、硬件的日益发展,随着客户要求的越来越精益求精,虚拟现实技术当中更加丰富的功能也必将越来越多地投入到市场化运用当中。

比如笔者曾和我市一家地理信息技术公司合作,在某个规划项目里,将虚拟现实技术与地理信息数据的运用结合起来。我们采用现有的卫星影像数据产生的三维地形,将其运用地理信息处理软件ArcGIS输出为3dmax软件支持的网格模型,并在其基础上创建规划项目当中的建筑群、道路、桥梁等三维模型,从而实现了更加接近真实环境的规划方案表现。

在建筑规划以及市政建设的领域,对虚拟现实的高层次要求也比较突出,在这样的项目里,对于场景的细节真实感程度并无过高要求,而是需要具有辅助市政规划、帮助政策决策、信息查询的功能,所以需要实现不同系统的现实和隐藏及信息检索,比如新旧建筑、水电煤气管线、交通枢纽、通讯网络等。这样全方面的运用和实现就不再是简单的模型浏览器或全景技术能够胜任的了,这方面的运用也有所发展,但真正投入市场化也还需要一定时间的研究和优化。

5.结语

虚拟现实技术本身就是一个正在不断发展的新兴技术,而怎样将虚拟现实技术运用在建筑表现领域中也将是一个不断深入的课题,虽然在现阶段还不能非常完善地将最新技术运用到市场当中,但随着技术的不断发展,市场的不断成熟,我们相信虚拟现实在建筑表现当中将会成为更重要的表现手段。

参考文献

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【关键词】虚拟现实;虚拟仪器;电子教学

2010年的年初，詹姆斯.卡梅隆的3D电影《阿凡达》席卷了全世界，这部电影完全颠覆了人们心目中传统电影的概念，艺术表现技术发生了质的飞跃，为全世界展现出了宏伟壮观的视觉效果，特别利用了三维立体的电影技术，现在的电影艺术里已经把这项技术作为重要的卖点。电影不仅让观众深深体验到前所未有的三维的视觉和心灵的冲击，同时3D技术也成为了人们关注的焦点。近年来，随着科学技术的成熟，3D技术应用于越来越多的领域，除了全国人民都比较熟悉的3D电影技术，电视与游戏的3D技术也正在兴起，同时虚拟社区的3D商店和虚拟现实技术也逐渐走进了高校的电子教学中。虚拟现实技术在电子测量领域的应用非常广泛，其中也包括电子设计和虚拟实验等。虚拟系统中的编程语言LabVIEW等课程是高校理工科学生和必修课程。目前国内的大学都配有虚拟电子实验室，其中大量应用虚拟现实技术的电子实验教学软件。为了方便教学，学校专门建立虚拟电子实验图像的交互式的教学平台，由电子计算机辅助教学，并且还可以对电路和虚拟实验的非损耗设备进行定期检测，教学设备的类型多样，实验成本低且效率高。

一、虚拟现实技术概述

一般来说，只要是通过三维模型实现人机交互的操作就都可以被称为虚拟现实的技术。虚拟现实的定义还可以用更为严格概念表述：就是指通过虚拟仪器的操作，然后应用到相应的实际场景中，并赋予这个场景一定的功能显示。例如3D汽车模型，当车辆的三维模型制作出来后，可以允许用户选择这个三维模型所处的背景，可以是运行在城市或乡村的路上，它允许用户编写动作脚本为这个虚拟模型进行定义，满足各个要素后得到的才是最完整的“虚拟现实”。

虚拟现实还应该具有以下的特点：

多感知性：这个特点是指虚拟现实不仅能够表现出来计算机技术赋予的特点，通常它还具有听觉、触觉、运动甚至包括味觉、嗅觉的感知功能。

浸没感：又称临场感知，这个特点是指模拟环境的仿真度达到理想的状态，使身临其境的用户难以分辨真假，用户全身心投入到计算机创建的三维虚拟环境中，所有的环境是真实的，就像在现实世界中一样。

互动性：用户在虚拟环境中的可操作程度以及反馈程度，具体的说就是用户可以通过直接接触的方式来控制虚拟环境中的对象，并能感觉到物体的重量等具体信息，用户也可以直接操控视觉对象。

构想性：它是指虚拟现实技术可以创造出一个广泛的空间，可以通过想象扩大用户的认知范围，可以不受真实环境限制而随意的想象，哪怕是现实环境中不可能发生的。

二、在电子教学中应用虚拟现实技术

现在我们所说的虚拟现实技术的本质主要是指人与计算机之间信息交流的技术，针对虚拟现实技术的特点，我们可以把这一技术应用于电子教学过程中，提高教学质量。

1.虚拟教学与虚拟实验

虚拟现实技术能够为为学习者提供丰富的学习资源和学习材料，借助于虚拟现实技术，教师和学生可以在虚拟环境中观察到一些关键问题，让学生在亲身体验中获得实践经验，大大提高了他们对抽象知识的理解能力和对所学内容的控制能力。虚拟实验主要是利用虚拟现实技术建立各种虚拟实验室，根据教学的需要可以在任何时间内，并以任何形式虚拟各种各样的教学设备，教学内容可以不断更新，使教学训练能够与科技的发展速度同步，为学生提供生动逼真的学习环境。

2.虚拟仿真校园

以虚拟现实技术为基础建立远程教育平台，为学生提供移动学习空间，因为高校扩招，目前学校的学生人数已经达到了一定的规模，相比而言学校的教学资源出现了紧张的现象，远程教育通过课程目录和网站程序的交互式远程教学，为每个远程终端开放继续教育，可以提供更多的学习机会和专业技术培训，也能为社会创造更多的经济效益。

三、虚拟仪器在电子教学中的优势

在教学过程中，完整的测试仪器会由许多不同的仪器组成， 这些虚拟仪器和计算机网络互连，网络模块可以建立通信系统与远程应用工具交流信息，通过互联网电子邮件系统的功能为远程实验教学创造了有利条件。

虚拟仪器拥有强大的数据处理功能，它以计算机技术为核心技术，使用虚拟仪器可以很容易地测量变量，并且清晰的显示测量分析的过程。而传统仪器的测量存在一定误差，虚拟仪器的测量速度快、精度高，优势比较明显。

虚拟实验的设计和测试是各种电子电路等电路虚拟实验的反馈，教师可以设计计算机“虚拟组件”和“虚拟测试仪”工作平台，学生通过远程网络学习后访问学校的虚拟实验室系统，执行应用程序即可进行虚拟实验，测试的结果和模拟分析过程都会存储在磁盘上，有且于学生对于学习结果的巩固。

虚拟电子实验室为学生创建了一个理想的测试环境，构建新的教学模式，促进学生的创新能力，教学结果的验证实验方案也可以选择解决具体生活中的问题，如数字电路课程结束后，学生可以把虚拟实验室中的操作用于声控灯、报警电路、控制电路和控制电子交通灯的电路设计，不仅可以提高学生学习的积极性，还有助于提高教学质量和学生的动手操作能力。教师还可以利用虚拟电子实验室设计一些高难度的综合设计，例如数字钟里的计数、译码和分频电路对于钟表数字显示的控制，集成的组合逻辑电路和时序逻辑电路等，进一步培养学生的能力。

参考文献

[1]胡长涛，徐淑娟，朱翠兰.虚拟校园漫游系统的研究与实现[J].机电产品开发与创新，2011（02）

[2]陈路，吴成明.基于VRML的虚拟场景构建的优化[J].电脑学习，2008（06）.

[3]李欣.虚拟数字校园场景建模研究[J].浙江师范大学学报（自然科学版），2005（04）.

[4]朱岩，鲍泓，张姝，孙悦，马楠. 场景三维仿真漫游系统设计与实现[J].北京联合大学学报（自然科学版），2010（04）.

[5]张伟.Web3D技术在网络课程建设中的应用[J].电脑学习，2009（06）.

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关键词：虚拟现实技术；电视节目；文化传播

引言

虚拟现实技术是一种通过计算机而生成的可让人感觉身临其境的三维立体型模拟环境，此环境与人类生活环境极为相似。相比于二维平面，利用虚拟现实技术所创造的三维空间可让人更加直观地感受静止空间和虚拟世界。虚拟现实技术打破了时间和空间的局限性，给传统媒体的发展带来了巨大的挑战，同时也影响了现有媒体节目的制作方式，丰富了媒体节目创作者的思维，为我国影视业的发展提供了更加广阔的空间。

1 虚拟现实技术概况

1.1 虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术，简称“VR”技术，即虚拟仿真技术，又叫“灵境”技术，是利用计算机技术结合相关需求以创造一个虚拟的环境，人在这个虚拟的环境当中可充分发挥五官功能，让人感觉身临其境，使人获得一种非常真实的虚拟体验[1]。虚拟现实技术集计算机技术、图形学、实时跟踪技术、立体显示技术等于一体，是一种高度集成的新型科学技术。

1.2 虚拟现实技术的分类

依虚拟现实技术所研究的内容进行分类，虚拟现实技术有虚拟现实技术本身及虚拟现实技术的应用，而依虚拟现实技术的特征进行分类，其可划分为以下四大类：第一，沉浸式。沉浸式虚拟现实技术需借助部分外部设备，如头盔显示器、跟踪设备等，然后结合利用计算机所生成的虚拟世界方能实现人机交互，使人类体验到真实的虚拟世界，感受虚拟现实技术所带来的乐趣。第二，桌面式。桌面式虚拟现实技术，即利用显示器将所生成的虚拟场景显示出来，用户借助部分输入设备以对显示器上的虚拟场景进行控制，从而实现人机交互。第三，分布式。分布式虚拟现实技术，即可实现共享的一种虚拟现实技术，利用网络连接可实现一个虚拟世界的多个体验者的共享。第四，增强现实式。增强现实式虚拟现实技术是利用计算机三维技术将多个虚拟场景进行叠加，使虚拟场景更加接近真实场景，用户利用部分设备可自由欣赏进行叠加后的场景。现增强现实式虚拟场景已广泛应用于旅游业、电影业、展览馆等方面。

2 虚拟现实技术在电视节目当中的应用

虚拟现实技术不仅应用于各类高科技行业，如军事、航天等，而且在娱乐、游戏方面也发挥着非常重要的作用，尤其是在电视节目当中的应用，有效丰富了电视节目制作方式，促进了传统媒体行业的发展。

2.1 虚拟演播室

虚拟演播室就是利用计算机生成虚拟景象，然后再将虚拟景象与现实中利用电视摄像机所拍摄的道具、人物等真实画面以数字化形式进行合成，从而形成虚实结合的视觉效果。在整个过程当中，摄像机所拍摄画面经计算机传输至图形工作站，计算机根据画面情况判断前景物体与摄像机的相对位置及距离，从而得出虚拟场景的最佳大小和位置，并依相关要求生成三维模型的虚拟场景。而在现实拍摄过程当中，主持人或是演员是先于蓝色或绿色幕布前进行表演，然后通过切换台的色键功能分离出人物，并与利用计算机所生成的数字背景进行合成，从而构成一个虚实结合的“假”实景。虚拟演播室可利用相关软件生成所需背景或道具，制造出现实生活当中并不存在或是难以制造的场景，同时还可实现场景的瞬间改变，制造出现实演播室难以或无法制造的效果，摄像机可随意旋转，所制造的空间不受物理空间的影响，还可添加各类虚拟环境、道具等。利用虚拟演播室，导演可打破现实生活中时间、空间和道具等方面的局限，获取更多创造灵感，从而创作出更加震撼、新奇的视觉效果。此外，利用计算机可完成场景的自由更换、修改、制作、保存等，节约了大量人力、物力、财力，有效提高了节目制作的工作效率，同时也加强了演播室的利用效率。

2.2 新闻现场模拟

传统电视节目当中，新闻信息主要包括新闻画面和新闻文本。若无新闻画面而只依靠新闻文本会略显单薄，很难吸引观众，也难以给予人们深刻的印象。随着信息化技术的快速发展，新闻报道已逐步朝技术化道路前进。新闻现场模拟是利用虚拟现实技术对新闻事件进行模拟，使观众能深入新闻现场，包括突发事件现场、事故现场、作案现场等，清晰还原新闻画面和事实，特别是一些现实生活当中很难拍摄到、无法展现或是难以还原的场景，让观众通过“体验”了解事件发生的整个过程。另在进行新闻播报的过程当中，为能提高新闻的可视性，新闻制作过程还可利用数字虚拟现实技术，实现新闻的三维图像模拟，将一些很难还原，或是难以说明的新闻以模拟形式展现出来。

我国央视新闻频道的《朝闻天下》在对美国黄石超级火山爆发的新闻进行报道时，为真实展现火山威力可能要比预计得更强时，就利用了虚拟现实技术，对超级火山爆发的画面进行了模拟，同时模拟了地震波和岩浆活动，使观众能清晰地了解到火山爆发的原因及可能会受到影响的范围[2]。此外，新闻播出当中还有各类利用虚拟现实技术进行模拟的表现，如交通事故现场模拟、犯人作案现场模拟、营救人质演示等。虚拟现实技术使得新闻播出更加直观、生动，一方面有效吸引了观众眼球，另一方面也加深了观众对于新闻内容的印象程度。

2.3 原理流程演示

虚拟现实技术在电视节目当中的应用还体现在对于一些科学技术的展示以及对于一些原理、流程的演示。现实生活当中很多难以拍摄、拍摄成本较高或是无法还原的画面，如发射运载火箭的画面、火箭发射后箭体脱落、分离的画面、卫星是如何被运送至预定轨道的画面等，都可利用三维技术实现数字化模拟。要注意的是，在实现这些画面模拟之前需先建立可对真实外观进行虚拟实体反映的虚拟模型，模型建立之后方可对其进行驱动操作，从而实现虚拟运动的动态化。虚拟现实技术可缩短试验及研发周期，降低其基本费用，同时还可获得较高品质的试验结果。虚拟现实技术还可模仿很多复杂的物理现象，如火箭的发射过程，先利用虚拟技术模拟三维动态场景，然后再利用三维动画和声响使整个发射过程更加形象、直观地展现出来。我国中央电视台新闻频道和中文国际频道就于2011年利用虚拟现实技术实现了神舟八号和天宫一号交会对接过程的三维模拟演示，另中文国际频道在《神八飞天逐梦天宫》的特别节目当中利用三维模拟技术对神舟八号和天宫一号交会对接的原理和过程进行了模拟，并创造出了非常逼真的虚拟环境[3]，使观众能直观地看到神八与天宫的交会对接场景，同时增长了很多新知识。

3 结束语

随着计算机技术的不断发展，虚拟技术在电视节目当中的应用将会越来越深入，使电视节目制作方法愈发丰富，制作效果更为优秀。当前我国电视节目当中利用虚拟现实技术所制作出来的画面已难以辨出其真实性，但人机交互系统方面尚存在欠缺，只能依准备好的方式配合虚拟效果或虚拟场景。相信伴随虚拟现实技术的不断成熟，在不久的将来，虚拟技术必将带给电视节目一场技术性的革命。

参考文献

[1]阎庚顺.虚拟现实技术对电视节目的影响[D].哈尔滨师范大学，2012.

[2]蔡盈洲.虚拟现实对电视的影响[J].中国广播电视学刊，2016（11）：60-64.