虚拟现实系统的特点精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的虚拟现实系统的特点主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：虚拟现实系统的特点范文

[关键词]虚拟现实 工业旅游

随着计算机技术的飞速发展,涉及计算机图形技术、人机交互技术、人工智能、传感技术等领域的虚拟现实技术在近阶段同样高速发展。虚拟现实技术通过计算机模拟出一个三维的虚拟世界,为用户提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟,令用户如同身临其境。由于虚拟现实技术所具有的突出特性,目前虚拟现实技术已广泛应用在军事、医疗、教育、文化、航天、水利、城市规划等方面,无形中改变着我们的工作、学习、生活的方式,因此也成为学者们当前关注和研究的热点。

工业旅游是伴随城市化和工业化高速发展而产生的,是融合知识、观光、休闲的一种旅游项目。工业旅游在满足大众好奇心的同时,也可以宣传企业文化、提升企业形象,随着工业旅游的深入发展,将来也可以成为企业新的经济增长点。工业旅游最早出现在西方,人们把倒闭、废弃的工矿企业重新进行改造,转变成为工业博物馆、景观公园、艺术表演场地、设计公司的办公场所等现代实用场所,逐渐发展成为工业遗产旅游。随着工业遗产旅游的发展,旅游开始进入生产经营中的工业企业,从而形成现在完整的工业旅游概念。我国在经历了几十年的工业高速发展后,工业企业逐步成熟,对于工业旅游的认识不断深入,近年来越来越多的工业企业开始加入到工业旅游中,并呈现出一种快速增长的趋势。

一、虚拟现实技术涉及了多种学科的技术,综合利用了多种先进技术装备,具有如下三个主要的特点

1. 沉浸性。指用户感觉完全置身于虚拟世界中,被虚拟世界所包围。由于虚拟现实技术提供的多感知性,用户不仅具有常见的视觉、听觉感知,还具有触觉感知、嗅觉感知、运动感知等。通过多感知性,使用户沉浸于虚拟世界中,由被动的观察者成为主动的参与者,参与虚拟世界的活动。

2. 交互性。在虚拟现实系统中,交互性的实现相比以往的人机交互方式有了巨大的改变,不再像以往那样完全依赖于键盘、鼠标,借助于虚拟现实系统殊的硬件设备,人与虚拟现实世界可以通过自然的方式进行交互,例如人的走动、头的转动、手的移动等等。

3. 想象性。虚拟现实技术不仅可以虚拟构建真实存在的环境,还可以构建人们的想象空间,从而去体现设计者的思想,实现一定的目标。虚拟现实技术为人类认识世界提供了一种全新的方法和手段,为人类去探索和研究已知以及未知的问题提供了新的方法及思路。

充分利用虚拟现实技术所具有的鲜明特点,在工业旅游中发挥虚拟现实技术的优势,从而完善、促进工业旅游。

二、增强工业旅游中知识的传播与普及

在工业旅游过程中,工业企业或多或少都会对工业企业的制造流程、制造工艺进行一定的介绍,但是由于制造流程、制造工艺涉及的知识专业性、理论性较强,有些很难通过讲解员的讲解完全说明,并且很多机器设备内部结构也是无法直接观察到的,因此目前的讲解方式还不能十分有效的进行知识传播。但是通过虚拟现实技术,就可以完全解决这些问题,通过对厂房、机器设备的虚拟构建,在计算机的虚拟平台上就可以构建任何我们需要的部件,不仅可以渲染动画进行工作原理、工作流程的介绍,还可以提供计算机终端设备供参观者模拟操作,从而极大提高知识的普及和传播。

三、增强工业旅游中的冲击力、感染力

由于虚拟现实技术是以计算机平台为基础的,因此通过虚拟现实技术生成的虚拟环境、虚拟模型都可以利用计算机的图形技术进行画面的优化,从而为参观者呈现出精美绚丽的画面。在拥有了优质画面的前提下,充分发挥计算机多媒体技术的优势,声觉、触觉等设备营造出完整地虚拟现实环境将给予参观者多感官的刺激,带给参观者强劲的冲击力、感染力。

四、增强工业旅游过程中的安全性

在工业企业中,总是有些区域是具有一定危险性的。在参观过程中,由于人员数量多,人员的组成结构复杂,增加了工业企业管理上的难度。而利用虚拟现实技术,可以在实地参观中避开潜在危险区,通过在虚拟厂区系统中模拟游览来替代实地参观,从而彻底避免危险情况的发生,增强工业旅游的安全性。

五、增强工业旅游企业的宣传方式

通过虚拟现实技术完成了虚拟厂区的整个系统之后,可以利用系统在多种途径进行知识传播和企业宣传。例如:在多媒体放映厅进行大屏幕播放、装载在单机上供使用者单机操作、还可以通过互联网使普通民众在网络上进行浏览操作、通过系统导出数据刻录在光盘等媒介后,用户可以在个人电脑上进行浏览。总而言之,虚拟现实技术可以极大丰富工业企业现有的宣传方式。

六、增强工业旅游企业的规划管理能力

通过扩展系统功能,可以为工业企业提供一个全三维可视化的规划管理系统平台,在管理系统中工业企业可以对厂区的改建、扩建规划方案进行可视化的评估论证,为规划方案的修改完善提供有力的支持。同时对于厂区中的地下管线等隐蔽设备,通过系统可以进行可视化的管理,从而极大提高地下管线等隐蔽设备的管理、维护水平。

本文从虚拟现实技术入手,对虚拟现实技术在工业旅游方面的应用进行了阐述,结合虚拟现实的技术特点对它在工业旅游应用中的优势进行了初步的介绍,对于虚拟现实技术在工业旅游中更深入的应用,有待于以后的研究。随着工业旅游的不断发展,虚拟现实技术的进步,虚拟现实技术与工业旅游的结合必将更加紧密,推动工业旅游更加蓬勃的发展。

参考文献:

[1] 张 洁 李同升:我国工业旅游发展的现状与趋势[J].西北大学报(自然科学版),2007年6月,第37卷第3期.

[2] 莫毅华:基于VRML的可视化技术在科普展教中的应用[D]:(硕士学位论文).华中科技大学,2006.

[3] 黄心渊:虚拟现实技术及应用[M].北京:北京科学出版社,1999.

[4] 方 丽:虚拟校园的研究与实现[M].西安科技大学,硕士学位论文,2007.4.

[5] 丁爱玲 周琳等.计算机图形学.西安电子科技大学出版社,2005.7.

第2篇：虚拟现实系统的特点范文

关键词：虚拟现实技术；建筑景观设计；应用

虚拟现实技术是当今世界使用范围非常广的一门高科技技术，它是一种利用计算机生成虚拟世界，并使人们进行虚拟体验沉浸到虚拟环境中的计算机仿真系统。虚拟现实技术是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体传感技术、网络技术等的几何。它能够通过视觉、听觉、嗅觉、味觉以及触觉等多种感觉进行实时模拟和交互，并在多个方面都有应用，例如医疗、航空、交通、教育、文化、城市设计及建筑等，对社会进步和人们生活质量的提高起到很大的促进作用。它具有沉浸性、交互性和想象性三个特点。

1虚拟现实技术的分类

虚拟现实技术是一项划时代的技术。根据其“沉浸”程度和交互程度的差异，可以分为四种类型。

1.1沉浸式虚拟现实系统

该系统是一种比较高级的虚拟现实系统，它能够为用户带来置身于真实世界的体验，使用户沉浸其中。该系统的优点是沉浸性高，缺点是价格昂贵。

1.2桌面式虚拟现实系统

该系统将计算机屏幕作为用户与虚拟世界产生交集的工具。它的设备是初级图形工作站或个人计算机，采用自然交互技术、立体图形等，产生三维立体空间的交互场景。该系统技术简单、实用性强、成本低，因此应用较为广泛。

1.3增强式虚拟现实系统

该系统能使用户既可以看到真实的世界，也可以看到叠加在真实世界上的虚幻因素。也就是说同时将真实与虚幻结合起来，创造出似真似幻、亦真亦幻的世界。

1.4分布式虚拟现实系统

该系统是将在不同位置的用户或将多个虚拟世界通过网络连接起来，实现资源和信息共享的系统。它是虚拟现实技术应用的新境界。

2虚拟现实技术在建筑景观设计中的应用优势

虚拟现实技术这一概念从提出到现在，虽然只有短短的不到二十年时间，但却为人类各个领域的发展开辟了广阔的天地。其中，虚拟现实技术在建筑景观设计中有着非常明显的优势。

2.1能够创造虚拟世界

虚拟现实技术能够创造和体现虚拟世界。将虚拟现实技术应用于建筑景观设计中，能够使设计过程可视化，建筑师能够产生一种正在身处设计场地的感觉，并对建筑物的布局、功能、优缺点等有详细的了解，从而设计出更加科学的图纸。

2.2拥有强大的图形处理能力

虚拟现实技术拥有强大的计算与图形处理能力。它最大的特点是能够脱离原物体而对其视觉、嗅觉、听觉等进行具体表现。例如在对已经被毁坏的建筑群进行复原设计时，就可以利用该技术对这些已经不存在的建筑进行复原。

2.3能够对复杂的施工方案进行计算

利用该技术能够在虚拟环境下对待建场地、周围场景、机械设备、结构构件等进行创造，形成三维模型，并且模型具有动态性能。然后使模型进行虚拟的模拟操作，如此即可对复杂的施工方案中的具体情况进行观察，并对不合理的地方进行修改。

3虚拟现实技术中制约其在建筑景观设计中的应用因素

1）在目前的技术条件下，所使用设备的性能及种类等都远远没有达到虚拟现实技术所定义的标准，使得虚拟现实技术的许多功能都无法实现。而且所使用的设备及软件等价格昂贵，在许多建筑院校都经费缺乏的情况下，虚拟现实技术的应用受到了限制。2）虚拟现实技术是与计算机紧密相连的，因此在进行应用时，会涉及到一些非常专业的计算编程方面的知识。但绝大部分建筑设计人员并没有计算机编程的基础，而专业的编程人员又对建筑方面的知识一知半解，限制了虚拟现实技术的应用。3）虚拟现实技术的一部分理论的算法并不是很成熟及完善，阻碍了它的应用。例如快速生成立体图的技巧、虚拟图像生成的算法等。而且一部分实时效果的实现并不理想，例如对光照的模拟。此外，虚拟现实技术的专业性过强，与传统的计算机辅助建筑设计工具并没有实现很好的连接。4）虽然现阶段提倡建设信息化和数字化社会，但建筑学院的教学中对数字建筑和信息建筑的教学水平较低，大部分都停留在传统绘图或CAAD制图阶段，相应的使用虚拟技术进行绘图及设计的课程并不多见，并且对相关的计算机技术等也没有系统的介绍。

4虚拟现实技术在建筑景观设计中的应用

虚拟现实技术在建筑景观设计中的应用是多方面的，例如文化遗产的复原、新型建筑物的设计、城市规划、建筑教育以及其他方面的使用。

4.1文化遗产的复原

文化遗产一般由于经历了漫长的历史的风霜雨雪，因此变得残破甚至消失。虚拟现实技术能够在现有技术的基础上对文化遗产的原貌进行修复，或对已经消失的文化遗产进行创造，使人们能够看到它们当时的风貌。例如在对残破的古村落进行修复时，可按照以下流程进行。

4.2新型建筑物的设计

新型建筑物设计是相对于建筑复原而言的。新型建筑物的设计既要进行形象的空间思维，又要将用户的感受考虑进去。而且一旦开始施工所产生的成本都是不可逆转的，因此对设计的准确性提出了很高的要求。虚拟现实技术能够创造出一个真实的场景，使设计师产生一种身在待建场地的感觉，极大的增加了设计的准确性、科学性及可行性，同时节省了时间及设计成本，并提高了设计质量。

4.3城市规划

虚拟现实技术在城市规划中的应用非常广泛，例如制作大比例尺的城市模型、对城市的环境及规划进行考虑等。在城市规划中使用虚拟现实技术，能够将各种设计方案与现实环境融入起来，且能够观察出设计方案对现实环境的影响，从而对方案的合理性及科学性进行评估，最终缩短设计时间、节约设计成本，同时提高设计的可行性及建成之后的美观度。此外，虚拟现实技术还在建筑教育以及其他领域都有较为广泛的应用，促进了这些领域的发展。

5结语

综上所述，虚拟现实技术对各个行业的发展都起着重要的推动作用。但目前该技术受自身一些缺陷及技术方面的制约，使其作用的发挥受到阻碍。因此要加大对相关技术及设备的研究力度，使虚拟现实技术能够更好的为社会进步和人们生活质量的提高做出自己的贡献。

作者:曹晓丽 潘颖 单位:兰州文理学院数字媒体学院

参考文献

[1]常林梅.虚拟现实技术在建筑景观设计中的应用研究[J].数字技术与应用，2014,（8）

[2]陈薇,冯炜,焦泽阳等.虚拟现实技术与沿江景观研究[J].建筑学报,2011,(6)

第3篇：虚拟现实系统的特点范文

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。

第4篇：虚拟现实系统的特点范文

关键词：虚拟现实技术 教育 虚拟实验 三维

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0108-03

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真）是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

虚拟现实技术在很多方面都可以应用，但是其在教育领域的应用和研究尤其为人们所关注。虚拟现实技术在教育领域的应用，必将带来教育教学方式、方法乃至理念的变化。诚如教育界一位专家所言：“崭新的技术，必将带给我们崭新的教育思维，解决我们以往所无法解决的问题。一些新技术的应用，必将给教育带来一系列的重大变革。这种变革不仅仅体现在教育方式、方法的多样化，更体现在教育理念的更新上”。[1]如今，虚拟现实技术就充当了这一崭新技术的角色。在教育领域，特别是在科学研究、虚拟仿真校园、虚拟教学、虚拟实验、教育娱乐等许多方面虚拟现实技术都有着广泛应用。

1、虚拟现实的组成和特点

1.1 虚拟现实系统的组成和功能

一个典型的虚拟现实系统主要包括以下五大组成部分：虚拟世界、计算机、虚拟现实软件、输入设备和输出设备（如图1所示）。与虚拟世界交互的过程大致是：参与者首先激活头盔、手套和话筒等输入设备为计算机提供输入信号，虚拟现实软件收到由跟踪器和传感器送来的输入信号后加以解释，然后对虚拟环境数据库作必要的更新，调整当前的虚拟环境场景，并将这一新视点下的三维视觉图像以及其他（如声音、触觉、力反馈等）信息立即传送给相应的输出设备（头盔显示器、耳机、数据手套等），以便参与者及时获得多种感官上的虚拟效果（如图2所示）。

1.2 虚拟现实的特点

多感知性（Multi-Sensory）是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

浸没感（Immersion）又称临场感，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使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。

交互性（Interactivity）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）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

构想性（Imagination）强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

由于浸没感、交互性和构想性三个特性的英文单词的第一个字母均为I，所以这三个特性又通常被统称为3I特性。[2]一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。

2、虚拟现实技术在教育领域中的应用

虚拟现实技术在教育领域有着广泛的应用，尤其在科技研究、虚拟校园、虚拟教学（实验）、教育娱乐等方面。[3]

2.1 科技研究应用

当前许多高校都在积极研究虚拟现实技术及其应用，并相继建起了虚拟现实与系统仿真的研究室，将科研成果迅速转化实用技术，如北京航天航空大学在分布式飞行模拟方面的应用；浙江大学在建筑方面进行虚拟规划、虚拟设计的应用；哈尔滨工业大学在人机交互方面的应用；清华大学对临场感的研究等都颇具特色。有的研究室甚至已经具备独立承接大型虚拟现实项目的实力。 虚拟学习环境虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动的灌输，有本质的差别。 虚拟实验利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室等等，拥有传统实验室难以比拟的优势。

2.2 虚拟实训应用

利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。同时，虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。包括军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、果树栽培技、电器维修技能等各种职业技能的训练，由于虚拟的训练系统无任何危险，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，学员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。

2.3 虚拟仿真校园应用

虚拟校园是虚拟现实技术最早的具体应用。如天津大学早在1996年，就基于国际标准在SGI硬件平台上最早开发了虚拟校园。那时国际互联网刚刚进入中国，网络教育还未开始，己有如此的杰作，实在难得。随着网络时代的来临，网络教育迅猛发展，先后有浙江大学、上海交通大学、北京大学、西南交通大学等著名高校，采用虚拟现实技术建成了虚拟校园。虚拟校园对虚拟现实技术与教育的结合，起到了很好的推广、促进作用，基于教学、教务、校园生活的三维可视化虚拟校园是下一个发展方向。虚拟现实为高校扩大招生后设置的分校区和远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，使资源由一校"独占"变为多校区"共享"。解决因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行的问题。利用虚拟现实系统，使学生通过校园网络便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解，提高教学效果。

3、虚拟现实技术在汽车专业实践教学中的应用

3.1 虚拟实验室的优势

虚拟现实技术可以使枯燥的实践教学内容变得生动而有趣，而且虚拟实验能将若干知识点串联起来，起到汇总和系统化的作用。虚拟实验一般是通过虚拟实验室而进行的。与现实的实验室相比，虚拟实验室有以下优势：（1）教学内容视觉化，利用虚拟现实技术实现数控教学仪器、设备、加工产品的立体展示。传统教学中，学生都是通过书本来察看各种教学仪器设备的平面图形，或在现场观察实际的教学设备外形来获得各种感性认识。平面的图形限制了学生的空间想象能力，实际现场教学又增加了学校的投入。采用虚拟现实技术，可以构建一个与实物同样的三维物体，将各种教学仪器、设备和产品进行实物虚化，将这些物体以立体形式存放在虚拟教室中，只要进入这个虚拟空间，就可随时随地地认识这些仪器设备，而且可观察到设备内部的结构，可辅助数控技术教学的学习过程，增强理解能力，提高学习效果。[4]（2）学习中的交互性好，系统可以根据学习者的情况，提供选择菜单和按钮，确保学习互动性；沉浸感真实感强，系统提供高逼真模拟环境，让学习者能够感受真实环境，沉迷学习环境。（3）提高学生学习效率，减轻教师教学负担。采用各种平台开发的虚拟现实技术可以使枯燥表格、数字和程序、实验实习、安装流程等变得生动而有趣；（4）节省教学成本，提高教学效率。由于设备、场地、经费等硬件的限制，导致一些实训项目无法进行。而利用虚拟现实系统，学生在实训室可以进行虚拟仿真，获得与真实实践一样的体验。在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。（5）效果好。由于有丰富的虚拟电子元器件和虚拟仪器仪表，从根本上克服了出于实验室的仪器仪表在品种、规格、数量上的限制，可以在虚拟实验室实现验证型、测试型、设计型、纠错型、创新型等多种实验和实践。有条件的学生，只要拥有一台计算机，就拥有了一个虚拟实验室。（6）降低教学风险，确保人身和设备安全。教学中许多昂贵的实验、培训器材，由于受价格的限制而无法普及或有许多实验是根本不可能做的，但是利用虚拟现实技术，建立虚拟实验室，学习者便可以走进这个虚拟实验室，身临其境般的操作虚拟仪器，如进行各种虚拟的数控系统的连接与组装。这种实验既不消耗器材，也不受场地等外界条件限制，可重复操作，直至得出满意结果。虚拟实验室的另一优点还在于其绝对的安全性，不会因操作失误而造成机器磨损及人身伤害。（7）打破空间、时间的限制。利用虚拟现实技术，学生可以在在单机操作实训项目，甚至可以彻底打破时间与空间的限制；此外，虚拟现实系统同时还可为远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，由局域网或英特网作虚拟实验室或校园的链接，可对各个终端提供开放性的、远距离的持续教育，还可为社会提供新技术和高等职业培训的机会，创造更大的经济效益与社会效益。[5]

3.2 汽车专业实践教学虚拟技术的实现

采用虚拟仿真技术后，改变了传统汽车教学现场作业的方式。“专用车虚拟仿真系统”就是在计算机上提供一个实时的三维的虚拟环境，通过生动的视觉、听觉等效果，使人获得身临其境的感觉，用虚拟的方法来实施汽车的构造教学、模拟分解、模拟装配、模拟调整等教学。

基于VR/UG虚拟仿真技术的“专用车虚拟仿真系统”主要实现以下功能，第一可以动态、实时展示三维虚拟总部件，学生通过将观察视角切换至动力装置、底盘（传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统）、液压系统等部位，采用透视和剖分等效果，将操作动作和零部件内部动作紧密的联系在一起，在操作的过程中对零部件内部工作过程有一个直观形象的理解。（如图3所示）。[6]

第二，对整车及各部件进行逐步分解和装配调整对专用车拆装维修和调整过程进行虚拟模拟，学生可以按照技术规范和步骤要求将整车或部件成一步步地分解开，或按照技术规范和步骤要求将分散的零件组装成一辆整车（如图4所示）。通过拆卸与装配操作，熟练掌握重要零部件的组成结构和特点以及拆卸装配顺序和注意事项，通过反复训练提高学生组装能力。

第三，自动演示整车及各总成部件的分解和装配过程，可以先观看整车、各部件的模拟分解和装配过程的演示（如图5所示），使用者可以选择不同的视角、不同的部位，并可以不同的速度来学习。

虚拟现实技术的实现过程整体上是按照三维模拟造型、虚拟场景建造、建立数据库、编写应用程序这四个步骤进行。首先是实施全车的三维模拟造型，可以采用的造型软件有3D MAX、UG和PROE 等专业三维造型软件。造型完毕后，采用先进的VIRTOOLS虚拟引擎，利用3D MAX构建三维场景，实现模拟交互。采用SQL SERVER和ACCESS建立网络和单机版数据库。最后，编写各项管理控制，该程序涉及3D文件的管理、虚拟场景的管理、数据库的调用等等，使该项目成为一个完整的系统体系。系统采用高性能计算机处理大规模虚拟场景和复杂装备三维模型，保证虚拟训练系统运行稳定、可靠。

3.3 虚拟现实技术应用于实验教学中的几点不足

虚拟现实技术在实验教学中的实现快速、方便、简洁，非常逼真地模拟了整个实验的过程。但是与实际实验手段相比存在一些不足之处。[7]虚拟现实技术的缺陷如下：（1）缺少“实物感”。例如学生在实验中，通常用的实验器具、实验设备等只是一个虚幻的东西，只能看到，并不能摸到，从而缺少一种实物感。（2）虚拟技术很难完全反映现实实验教学的复杂性。如在化学实验中遇到的一些特殊的现象、反应的一系列变化等，学生难以真正学到其中的复杂变化及积累这方面的知识。（3）学生在实际的实验中，即便操作正确，也有可能存在一些其他的现象，这些现象在虚拟教学实验中绝对不会出现。实际实验过程中问题的出现可以锻炼学生自己分析问题、解决问题的能力，从而明显提高学生的动手实践能力。

4、结语

虚拟现实实验教学可以弥补了传统实验教学的一些不足，学生处于三维立体的虚拟实验环境中，体验真实实验环境中的感觉，促进学生自主思考、主动参与程度较高，与传统实验教学手段相比具有新颖性。将虚拟现实技术应用于汽车类课程的教学具有传统教学方式无可比拟的优势，但是，虚拟现实技术也存在一些不足。虚拟环境是一个理想化的环境，它没有也不可能充分考虑到汽车实际运行时所碰到的所有问题。因此，虚拟技术还必须与实物实验、制作及调试传统的教学方式相结合，通过优势互补，才能达到完美的教学效果。

参考文献

[1]孙丽，刘宏，邓向辉.虚拟现实技术在教育领域的应用研究[J].科技风，2011（21）：122.

[2]王艳丽，王彩峰，路晓亚.虚拟现实技术简述[J].福建电脑，2011（02）：79-81.

[3]叶愫，王昊鹏.教育中虚拟现实技术的应用研究[J].电脑知识与技术，2008（20）：301-302.

[4]张志鸣.现代模具设计与制造教学实训中虚拟现实技术的应用[J].模具制造，2012（03）：87-89.

[5]周玉海.先进制造技术中虚拟现实技术的应用与开发研究[J].南方职业教育学刊，2012（02）：23-26.

第5篇：虚拟现实系统的特点范文

虚拟现实技术是使用计算机对现实世界进行逼真模拟的技术，是近年来研究的热点具有广阔的应用前景。文章主要介绍了虚拟现实技术的发展历程以及应用现状。

【关键词】虚拟现实 计算机仿真 发展 应用

1 虚拟现实技术的基本概念

虚拟现实（Virtual Reality）技术是计算机仿真技术与计算机图形学、人机交互技术、多媒体传感技术以及移动网络技术等多种技术的集合。虚拟现实技术可以对计算机虚拟环境下的感知行为进行高度逼真的模拟，使人有身临其境的感觉。近年来结合移动互联技术，移动智能终端、大数据、人工智能等新技术的应用，虚拟现实技术具有广阔的应用前景，是当前研究与应用的热点。

2 虚拟现实技术的基本特点

虚拟现实技术是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，立体显示技术，对使用者的肢体跟踪技术，以及声光电的触觉反馈、移动数据传输、多种形式的数据交互等技术。作为近几年应用的热点的技术，虚拟现实技术具有以下几点显著的特点。

2.1 逼真性

虚拟现实技术通过对物体的几何形态进行处理，使计算机呈现的物体具有更加逼真的形象。使用计算机三维成像技术，就像处于真的世界一样可以对虚拟环境进行控制和操作。

2.2 可模拟性

虚拟现实技术的可模拟性主要体现在它可以对物体的的运动状态进行模拟，可以形象的模拟物体的运动状态和运动形态。

2.3 可操作性

虚拟现实技术能够按照操控者的意愿控制虚拟世界的物体进行移动，从而实现操控者控制虚拟世界。

2.4 可通信性

虚拟现实技术还可以进行远程交互，不同地方的人可以利用虚拟现实技术实现如同面对面的进行会谈。

3 虚拟现实技术发展

虚拟现实技术技术的发展主要有以下三个阶段：

3.1 探索阶段

虚拟现实技术在20世纪50到70年代起源于美国。1962年由美国人Morton Heiling设计的“全传感仿真器”问世，同年Like Lider教授首次提出了交互计算的思想，并得到了应用。而虚拟现实的思想是Ivan E.Sutherland在1965年的终极现实的文章中首次提出。

3.2 实用阶段

这一阶段主要是虚拟现实技术从实验室和理论走向实用的过程。先是“媒体研究室”的创建，这个研究室开发了一种集成的媒体技术，即计算机和听觉、视觉、广播与网络的一体化。然后是虚拟可视环境头盔系统（VIVEDHMD）的开发，至此虚拟现实技术系统开始逐渐的被呈现出来。

3.3 快速发展阶段

这一时期主要是20世纪80年代到21世纪初这一阶段。在航天领域，宇航员利用虚拟现实系统模拟太空中从运输舱取出望远镜等物品的空间操作；在飞机制造领域，虚拟现实技术在波音777飞机设计过程中发挥了重要作用。特别是英国超景公司，该公司开发了在电脑屏幕可以游览的“超级城市”立体图像，这个系统可以真实模拟生活环境和场景。到目前，虚拟现实技术在医药、工业、设计等领域都有广泛而深入的应用。

4 虚拟现实技术的应用

4.1 工业应用

在工业设计中的应用主要是将虚拟现实技术与概念设计结合起来，简称为虚拟概念技术。传统的概念设计需要花费大量的人力和物力，严重影响了企业的竞争力。现在国外很多公司已经开始在产品的设计作过程中应用虚拟现实技术，利用虚拟现实技术产品的成本、性能和质量主要是在概念设计方面就被确定下来，从而大幅节省设计成本。

4.2 军事应用

虚拟现实技术近几年在军事领域的应用越来越广泛。虚拟现实技术可以让士兵在虚拟环境中进行训练，这种虚拟环境类似于真实的战场；战术训练模拟器能够为士兵提供真实的战场战术训练；利用虚拟现实技术还可以模拟真实的军事演练，提高士兵的协同作战能力。

4.3 航空应用

航空应用领域主要是提供逼真的模拟训练环境。飞行员可以利用飞行仿真器进行飞行控制训练，宇航员可以进行太空行走训练。这种环境无疑要比真实的训练环境安全很多，同时还兼备真实感。

4.4 通信应用

虚拟现实技术的可通信性决定了它在通信行业也有十分广泛的应用。利用这一技术处于不同环境和空间的办公人员可以实现逼真的交流和指挥。“虚拟会议室”系统就是一个典型的应用，与会人员不受地点限制的同时，远程逼真交流还可以提高会议效率。

4.5 医学教学应用

虚拟现实技术在医学教学领域具有广阔的应用前景。在医学教学和训练中，研究人员和学生能够使用虚拟现实技术对虚拟人体模型来进行操作。在虚拟环境下，学生可以对虚拟人体模型的组织器官和结构进行实时三维观察，甚至可以利用虚拟现实技术建立虚拟手术室，学生可以对虚拟人体组织进行逼真手术操作。虚拟现实技术的应用能够使操作者体验真实的人体结构，预测手术结果。利用虚拟现实技术还可以实现专家远程实时会诊和手术。所以，虚拟现实技术在医学及教学中具有重要的现实意义。

4.6 教育和娱乐应用

虚拟现实技术在人们日常生活的娱乐和教育方面同样应用广泛。这些领域与人们的生活息息相关，人们可以观赏虚拟现实电影，或者去看场虚拟舞台剧；还可以在虚拟教室里听老师讲课，模拟真实的物理实验室等等。有些游戏公司还推出了虚拟现实游戏。这种游戏可以让人在虚拟环境下直接与对手对决，真实感与刺激性兼备非常受玩家欢迎，收到非常好的经济效益。

6 结束语

总而言之，虚拟现实技术近年来的快速发展，在许多领域都有十分广泛的应用且前景广阔。我们相信在不久的将来，随着技术的进步和研究的深入虚拟现实技术会为人们带来更加震撼的体验，甚至改变人们的生活方式，为生产生活创造更大的社会价值。

参考文献

[1]洪炳熔，蔡则苏，唐好选.虚拟现实及其应用[M].北京：国防工业出版社，2015（09）：4.

[2]张世昌.先进制造技术[M].天津：天津大学出版社，2014（04）：6.

[3]梁艳霞，聂如春.基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计[J].机械工程师，2013（04）：110.

[4]朱书华等.虚拟加工技术及其在曲轴生产中的应用[J].机械工程师，2015（03）：3.

第6篇：虚拟现实系统的特点范文

虚拟技术慨述

虚拟现实技术是将现实世界映射到虚拟世界的技术，随着人类对客观世界认识的不断加深和新技术的不断产生，虚拟现实技术的内涵在不断扩展。目前，常用的又包括计算机图形(CG：Computer Graphic J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在内的最新发展成果。事实上，虚拟现实技术是以计算机技术为核心的一系列新技术的集成。

虽然人们对于什么是虚拟现实并无统一的认识，但是诸多学者却公认虚拟现实具有浸没感 (Immersion)、交互性(Interactivity)和构想性(Imagination)的特点，简称为所谓浸没感，又称临场感 ，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度，理想的模拟环境能够使用户全身心地投入到由计算机所创建的三维虚拟环境中，如同在现实世界中的感觉～样：交互性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 )；而构想性则强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以构想客观不存在的甚至是不可能发生的情境。

由于虚拟现实具有的以上特点，而虚拟现实技术是利用计算机技术对现实世界中已知的客观规律进行模拟，因而在各种领域中得到了广泛的应用，最常见的应用莫过于各种场景逼真的游戏，玩家在虚拟的环境中可以过着现实生活中向往却无法实现的生活，身心得到一种接近现实又超越现实的体验。除了用于娱乐之外，虚拟现实技术在规划、设计和人员培训方面也有着突出的表现，在民航安全管理中也有不少应用。

虚拟现实技术在民航安全管理中的应用

安全是民航运输业的生命线。虚拟现实技术应用于民航行业，从航空器设计、机场应急救援演练、事故模拟再现、事故征候调查仿真、到各类行业运行人员(飞行人员、机务维修人员及空中交通管制人员 )的教育培训与训练，不仅在很大程度上提高技术水平，而且将节约资金、大大提高运行安全水平。从国内外参考文献看，虚拟现实技术在民航行业的应用主要包括以下几个方面：

(一)人员培训

空中交通管制人员、飞行人员和机务维修人员的培训中广泛应用了虚拟现实技术。以我国某软件股份有限公司开发的CDZS机场塔台视景模拟机、DRS航管雷达模拟机和 DPS程序管制模拟机为例，这些系统是为训{练机场塔台管制员而设计的大型虚拟现实系统，能真实再现塔台管制工作环境，以 360。开阔的机场和近空视景 ，逼真的飞机滑行、起飞、降落 ，各种天气如雨、雪、雾以及夜航等，通过预先设计出的各种繁忙和危险情况用以对塔台管制员进行系统训练，并可以对训练结果进行评估，同时支持多种训练组合方式，是培训空中交通管制人员的主要手段和标准设备。虚拟现实技术的应用更加真实地模拟机场复杂、大流量的运营环境提供高画质、高清晰度视景，具有很好的沉浸感，因而具有较好的训l练效果。

模拟机是各种虚拟现实技术的综合应用，在高性能计算机为核心的虚拟环境处理器的支持下，利用二维或者三维的显示技术创造逼真的虚拟环境，使用各种传感器感受用户操纵动作或者身体方位作为输入，计算出相应的响应并输出反馈给用户。使用模拟机可以将现实中较少发生的危险状况模拟出来，使受训l者短期内反复操作以至熟练掌握却不面临任何实际的危险，避免了训练事故，提高了训练水平，在飞行员、机务维修人员和管制员的训练中占有极其重要的地位。自2006年以来，随着具有我国自主知识产权的飞行训练器的出现，攻克了原来由空客、波音垄断的盲点和局面。

对于机务维修人员的培训，亦可应用模拟机。如飞机试车是项高技术、高风险的工作，用飞行模拟机替代飞机进行试车培训，机务人员一方面可以熟悉试车的相关规程和工作步骤 ，另一方面也可以有效地降低飞机成本，更为重要的是规避了因误操作带来的一切风险。

(二)计算机辅助设计

航空器设计耗资巨大而且时间漫长。采用虚拟现实技术，将设计图纸转变成三维模型，并可与实物一样进行装配 ，使设计人员有如身临其境观察航空器及其部件的外形、内部结构及布局效果，甚至可以进行计算机模拟的强度、刚度、振动、风洞等试验，及时发现问题并可以随时修改设计，避免了生产试件所需的大量时间和资金浪费，提高了安全性。

(三)安全管理

美国国家航空和宇宙航行局 (NASA，National AviationSpace agency)启 动 了航 空 安全计 划(ASP：Aviation SafetyProgram)，广泛使用了虚拟现实技术。该计划通过对航空系统建模和监控，向管理者提供实时详尽的数据以支持决策，进行事故预警，从而达到避免事故发生的效果，具体措施包括：通过虚拟现实的训I练设备，加强训练 ，避免人为因素造成的事故 ：通过探测恶劣天气，并向飞行员提供及时、准确的天气信息 ，增强低能见度下的情境意识从而避免事故；向飞行员提供合成的视景，显示地面地形及目标、空中交通管制状态、着陆进近模式以及跑道表面状况等信息，提高着陆安全性。

利用虚拟现实技术，搭建数字化得的民航运行系统

随着我国民航行业的迅速发展，各种先进技术陆续被引进，上文提到的各种训练设备在我国都有应用，也有了很好的效果，但是从应用领域来看都是单项局部的应用，未能体现民航运行高度系统性的特点。虚拟现实技术在我国民航运行安全管理方面的应用还不充分，还有较大的扩展空间。从民航运行的系统性出发，本文提出利用虚拟现实技术搭建数字化的民航运行系统的观点。

物质世界的发展变化规律是可以被认识的，虚拟现实技术是将现实世界的物质及其演变规律映射到数字空间，从而更加有利于人们认识客观世界。虚拟的“现实”空间有多大内涵有多丰富，取决于人们对客观世界的认识程度。民航运行系统是完全“人造”的系统，理论上说，利用虚拟现实技术可以制造出一个与实际完全相同的“数字化”的运行系统，人们可以利用这个系统对民航运行进行更加深入的研究，解决民航运行中存在的难点和热点问题，尤其是由于种种人为原因、组织失效造成的“系统性”问题。下面对当前民航运行安全管理中存在的几个方面问题进行探讨，用以说明数字化民航运行系统的应用。

(一)机场设计安全问题

机场运行安全在很大程度上受设计水平影响。由于目前我国在机场布局规划和设计中主要还是靠经验和参考同等级别机场的布局规划，许多机场都存在由于先天缺陷而造成的对运行的困扰，甚至造成各类不安全事件的发生。例如跑道滑行道系统设计的不合理可能导致跑道侵入事件，停机坪滑行路线和停机位设计缺陷则可能导致车辆与航空器抢道、车辆刮蹭甚至航空器与航空器刮蹭的事件，而候机楼通道设计缺陷则可能造成楼内控制区边界上的薄弱点，形成空防安全的隐患与威胁。另一种情况是在更改设计时，由于缺乏科学的评估手段，对更改设计的影响估计不足，破坏了原有设计的完整性和系统性，从而引发运行中的问题，这种情况更为常见。

机场运行涉及众多航空器、保障车辆和人员，要在图纸上预见并避免未来运行中的问题的确不是一件容易的事情。因此，虽然机场立项、设计、施工、竣工验收到最后投入运行，中间经过多次专家评审，但是仍然难以避免有考虑不周而遗留下的问题。

如果采用虚拟现实技术，在机场初始设计结束之后利用图纸进行建模，根据预期的吞吐量设置相应的参数，配置相应数量的运行车辆和运行人员，使机场在计算机中先行“运行”起来，统计模拟运行中的不安全事件，分析引发原因中的设计因素，修改设计以避免“木已成舟”后再发现设计中的缺陷，实现机场的设计安全。

(二)航班延误的评估与应对

航班延误是一个长期存在而又令人无可奈何的情况。造成航班延误的原因很多，可能是航路上的天气原因，也可能是流量控制原因，也可能是由于航空公司飞机调配造成的，还有一种可能是航空公司为了提高飞机利用率而安排了实际上难以准确执行的航班计划，造成航班延误。

航班延误具有累加效应和扩散效应，一个航段的延误极可能导致该飞机执行的后续航段继续延误，甚至由于打乱原有的时刻表占用跑道、滑行道和停机位而使正点到达的其他飞机无法落地或者出发航班无法正点起飞，造成更多的航班延误和机场保障的混乱，航班密度大的繁忙机场受到的影响更大。准确的预测航班延误 的后果 ，及 时采取 应对措施 ，可以最大程度地降低航班延误造成的影响。

采用虚拟现实技术计算航班延误的后果，可以对延误的后续影响和扩散影响得到直观的评估结果，航空公司可以根据评估结果灵活调整飞机派遣计划，机场也可及时调整跑道、滑行道以及机位和登机 口的分配 ，而 民航主管机关也可根据评估结果及时发现航空公司虚占航线的情况。

(三)机场容量评估和扩容

机场容量同样是一个系统性的问题。影响机场容量的因素很多，包括空域容量、跑道滑行道容量、机位数、货运能力和候机楼布局乃至地面交通限制等。一个机场的容量符合“木桶效应”规律，即取决于航空器运行流程、行李和货物流程及旅客流程中的“瓶颈”环节，对机场容量进行评估，或者要采取恰当的措施实现机场扩容，本质上是要找到这个“瓶颈”。实际生产运行中，由于以上众多因素相互交织，相互影响，很难准确找到影响机场容量的根本原因。

采用虚拟现实技术，可以将这些因素统统视为变量，调整某一个变量数值，而保持其余变量不变并观察容量的变化，依次类推得到机场容量对各个变量的经验公式，从而方便地找到不同运行条件下的容量“瓶颈”，使得评估结果和扩容措施有了科学的依据。

第7篇：虚拟现实系统的特点范文

中图分类号：TU831；TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0230-01

1.前言

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一个新兴的计算机图像学领域[1]，同时它集合了许多其他领域的最新科研成果，比如需要计算机图形学的图形学知识、人机交互技术的达到接近现实交流体验，以及传感技术来探测用户的个人状态数据等诸多领域。目前的虚拟现实技术主要被应用于景点展示、观光旅游、广告展示和房地产以及城市规划等行业中。本文首先对传统的虚拟现实技术做了概要性的简述，同时提出基于游戏引擎的虚拟现实开发的特点进行描述，之后具体介绍如何实现基于UE4引擎的虚拟现实开发技术，最后是对本文的总结和未来工作的展望。

2.虚拟现实的实现方法

2.1 传统虚拟现实开发方法

传统意义上的虚拟现实实现方法主要可以分为两大类：

第一类是固定虚拟现实动画，它是采用三维动画软件，首先设定好虚拟的场景和环境之后，确定具体的拍摄要求和细节，然后利用摄像器材按照固定的路径和角度，进行实地拍摄，并将拍摄的视频放入三维动画软件中，从而生成可以观看的虚拟显示的动画短片。其特点是制作难度低，迅速快捷。同时这类方法的缺点是，所有的路线和效果都是固定的，最终的体验用户只可以按照预设的路线进行观看和浏览，而无法按照自己的意愿，和视角去选择和体验，这大大降低了真实感。

第二类是利用专业的三维GIS仿真平台或者其他专业的三维仿真平台来开发虚拟现实场景。这类方法可以生成高真实感的虚拟现实环境，用户在佩戴专业虚拟现实眼镜或者其它设备后，可以产生身临其境的感觉。但是这类方法的投入往往非常高，需要高度真实的建筑、环境皮肤数据，以及大量的各个角度的视频数据，而且开发难度也非常高，需要专业的团队支持去进行开发。

2.2 基于游戏引擎的虚拟现实开发

游戏引擎是一些已经编写好的软件和实时图像处理模块的集合，主要用于方便程序员在游戏开发中可以快速利用这些模块来开发出新的应用或者游戏，可以分为二维和三维游戏引擎。随着引擎技术的不断更新和发展，目前已经包含很多不同功能的组件，例如物理引擎、音效引擎、碰撞检测引擎以及场景管理引擎等等，甚至目前一些高级的游戏引擎已经开发出人工智能类的技术，从而大幅地提高了游戏开发速度和游戏体验效果。

虚拟现实中，现实感是最大的要求，所以对视频渲染的速度提出了非常高的要求。针对人类视觉的特性，每秒20帧是一个肉眼可以观察的界限，低于它则会明显的降低用户的真实体验感。这对传统的虚拟现实方法提出了很大的挑战，而由于游戏引擎从设计之初，就是基于用户体验而设计的，所以它能很好的满足这方面的要求，以UE4引擎为例，目前已经支持64位色动态高精度渲染，同时支持DX11，APEX和NVIDIA 3D技术，可以打造出非常逼真的效果。并且支持物理引擎PhysX和碰撞引擎，以及3维声源位置设置、多普勒效应，可以打造出高真实感的触碰和声音效果。从而给用户带来高度逼真的现实体验感。

游戏引擎自生的这些优势，可以为其在虚拟现实开发中谋得越来越重要的地位。本文以UE4引擎为例，基于此开发校园的虚拟现实环境[2]。

3.基于UE4实现虚拟现实

本节将详述基于虚拟开发工具包（Unreal Development Kit，简称UDK）来制作一个虚拟的学校场景，通过建筑、植被、地形以及喷泉水池这些元素塑造一个虚拟现实的校园，基本流程如图1所示。

最开始的在Auto CAD和3D MAX中的设计流程，由于篇幅所限，在本文中不做介绍，主要对UDK中的设计和虚拟现实场景渲染技术做简要描述。

首先地形模块的编辑和渲染，需要用到terrain editor mode工具，它是UDK中的一个专业地形编辑工具，比如可以选择笔刷把地形抬高压低，抹的均匀一点，增加一点地形噪声等等，还可利用灰度的位图自动生成三维地形。当地形编辑好后，需要给地形添加材质， 比如编辑某一块为沙地、或者草地等等。同时在地形上可以添加不同的多个材质，并且支持添加装饰物，例如在草地上的石头小路等等，这极大的方便了后期的开发步骤。

在地形编辑完成后，需要进行建筑物的编辑和渲染，在此处本文采用了多边形的建模手段，同时在具体的建模细节上，需要尽量删除多于的多边形，因为这样可以加快整个系统的渲染速度，减少系统负担。在建模完成后，需要采用置换贴图、法线贴图、烘培贴图等纹理映射方法。其中烘培贴图方法是一种把MAX光照信息渲染成贴图的方式，之后将烘培后的图像贴回场景中；置换贴图方法则是使用一个高度贴图制造出几何物体表面上点的位置被替换到另一位置的效果；法线贴图使用中XYZ轴和每一个物理位置上的分量来表示其RGB值，从而实现图像渲染。在我们的实际虚拟现实场景中，怎样灵活地使用各种贴图方法很大程度上，将决定最终的渲染效果和用户体验感，一般而言建议多使用法线贴图，应为该方法可以有效的降低模型的面数，从而提高系统渲染速度。

在建筑的渲染结束后，需要利用UDK中的Unreal Lightmass（简称UL）光照系统，来进行光照的渲染。UL可以结合区域阴影和漫射效果来模拟一系列真实环境下的复杂光源交互作用。同时在光照系统渲染时，需要注意避免使用天空光源，并注意增加光照的区域和间接光照区域的对比，从而使得系统的真实感更好，提高用户体验。

当光照渲染设计完成后，需要设计第一人称的观看视角。这需要结合人体工程学，合理地设置第一视角。同时由于在虚拟环境中，用户需要能够与虚拟显示中的物理产生交互，这就需要系统能够模拟碰撞反应，在游戏引擎中，已经有了专业的碰撞测试模块，便于开发。这些物理引擎可以及时检测到用户与环境中的碰撞，并计算相应的碰撞反应。比如低矮的，或者斜坡，在用户经过的时候，会改变视角，从而模拟用户经过时候的视角的变化，增强真实感。

当设计完成所有以上步骤后，UDK提供了专业的打包和工具，可以将整个的设计打包为一个类似于游戏的程序，用户执行程序，就可以进入虚拟显示的体验中。

4.总结

虚拟现实技术在实际的生活和商业应用中，扮演着越来越重要的角色，并且有着十分广阔的前景。但是长期以来，由于开发成本过高，复杂度大等等不利因素，大大阻碍了虚拟现实技术的实际应用。本文结合UE4的游戏引擎技术实现了简单的虚拟现实校园场景的设计，并且验证了利用游戏引擎开发具有开发快速、体验感真实、未来扩充能力强等等诸多优点，希望对未来开发人员在虚拟现实的应用开发中，起到抛砖引玉的作用。

参考文献

第8篇：虚拟现实系统的特点范文

关键词：虚拟现实技术 广西高职教育 应用 探讨

一、引言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提及“大力发展职业教育。发展职业教育是推动经济发展、促进就业、改善民生、解决“三农”问题的重要途径，职业教育要面向人人、面向社会，着力培养学生的职业道德、职业技能和就业创业能力。”职业教育课程具有操作性、实践性强等特点，强调理论和实践训练并重，强调实训教学，突出学生动手能力的培养，以适应将来的工作岗位需要。在当下的职业教育中，最大的问题就是实验设备昂贵、损耗比较严重、型号落后、更新换代难以中上科技发展的步伐，再加上教学模式单一，造成学生缺乏兴趣，积极性不高，动手实践能力差等，违背职业教育的初衷。而广西地处中国西部不发达地区，其高职教育有着和东部发达地区不一样的特点，例如：教育经费不多，教学实验设备缺乏，其中严重缺乏高精尖的教学实验设备，教学设备更新换代的周期过长等。要解决广西高职教育中出现的以上问题，近年来随着多媒体计算机技术、传感器技术、人工智能技术、场景生成技术、仿真技术等的飞速发展，通过计算机软件来创设虚拟现实已经成为可能，可引入虚拟现实技术的应用，促进教育内容、教学手段和方法现代化，对广西高职教育的发展具有革命性的意义。本文就虚拟现实技术的定义、特征和分类进行概述，阐述虚拟现实技术在广西高职教育中的作用，对虚拟现实技术在广西高职教育课堂和实训教学中的应用进行探讨。

二、虚拟现实技术概述

虚拟现实技术是（Virtual Reality，简称VR）又称灵境技术，是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、多传感器技术、网络技术等多个信息技术分支，是计算机技术的综合应用。具体而言，虚拟现实技术就是打胜以计算机为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，相互影响，从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实技术的应用前景十分广阔。一般虚拟现实系统包括五个组成部分：计算机、输入输出设备、软件应用系统、数据库和用户。虚拟现实技术有三个“I”特征：沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）、构想性（Imagination），即所谓的虚拟三角形。虚拟现实技术系统的分类有以下四类：桌面虚拟式现实系统、沉浸式虚拟现实系统、增强式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。在国外，虚拟现实技术已应用于课堂教学，虚拟现实技术作为新的教学媒体，它的出现无疑对职业教育的发展具有革命性影响。

三、虚拟现实技术在广西高职教育中的作用

国家近年来着重发展职业教育，职业教育课程具有操作性、、实践性强等特点，强调理论和实践训练并重，强调实训教学，突出学生动手能力的培养，以适应将来的工作岗位需要。在当下的职业教育中，最大的问题就是实验设备昂贵、损耗比较严重、型号落后、更新换代难以中上科技发展的步伐，再加上教学模式单一，造成学生缺乏兴趣，积极性不高，动手实践能力差等，违背职业教育的初衷。广西地处中国西部不发达地区，其高职教育有着和东部发达地区不一样的特点，例如：教育经费不多，教学实验设备缺乏，其中严重缺乏高精尖的教学实验设备，教学设备更新换代的周期过长等。要解决广西高职教育中出现的以上问题，可引入虚拟现实技术的应用，促进教育内容、教学手段和方法现代化，对广西高职教育的发展具有革命性的意义。虚拟现实技术在教育中的应用是教育技术发展的一个飞跃，虚拟现实技术实现人的临场化，参与者与虚拟环境是相互作用、相互影响的整个系统的两个方面。它营造了自主学习的环境氛围，将传统的“以教促学”方式变革为学习者与信息及环境的交互作用的新型学习方式。虚拟现实技术在广西高职教育中的作用体现如下：

1.创设虚拟情景突破传统的教学模式

将虚拟现实技术运用于教学，可以将以教师为中心的专家传授式教学模式变为以学生为主体的合作型和探索型的教学模式。通过对教师指导性活动的设计和学生自主学习活动的设计，充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用。

2.彻底打破空间和时间的限制

采用虚拟现实技术，可以构成开放性的教学环境，它能够创造一个民主、平等、和谐的氛围，师生间、学生之间可以自由地发表见解，大胆进行各种尝试；它可以实现教材、方法、时间和空间等方面的开放性，使学生可以自行设计和选择实验方式，给学生充分发挥想象力的空间；它可以设计以学生探索为主的模式，允许学生探索和建构虚拟环境，充分发挥学生的直觉思维能力、创造思维能力和实际的创造力；它可以采取实验研究小组的组织形式，让学生以小组为单位，自由探索，热烈讨论，开展学生组与组之间的交流，实现教师与学生之间的多向交流与合作。

3.激发学生学习动机增强学习兴趣

广西高职院校的学生也普遍存在学习目的迷茫、学习动力不足的现象，虚拟技术在职业教育应用中具有职业性、实践性、情境性、过程性和开放性等特性，可以给学生全新的学习体验，能够极大地激发学习兴趣。

4.降低实操实训成本

职业教育中实操实训材料费用昂贵，消耗很大，很少有学校有足够的财力多次进行投资，实操实训十分困难甚至不可能实现，因此在职业教育中也同普通教育一样大力提倡多媒体教学，教师借助电脑、投影仪等多种媒体来辅助教学，而利用虚拟现实技术可弥补实操实训条件不足，给学生提供真实实训机会，也能达到实操实训效果，而且虚拟现实技术建立起来的虚拟实训场所的“设备”和“部件”都是虚拟的，可以根据教学的需要进行随时更新，从而降低实操实训成本。

四、虚拟现实技术在广西高职教育课堂中的应用

目前虚拟现实技术在广西高职教育课堂中的应用主要体现在实物展示、虚拟教学、虚拟实验、技能训练等方面：

1.课堂教学演示工具

在职业教育课堂教学过程中，学生主要通过书本、挂图、多媒体课件查看设备或元件的图形，或在现场观察实际的教学设备外形来获得各种感性认识。虚拟现实技术制作课件来辅助课堂教学，实现教学仪器、设备、加工产品的立体展示，便于学生观察实物的结构，有助于学生了解所学知识。

2.创设虚拟教学情境

虚拟教学主要利用虚拟现实技术创设教学情境，让学生模拟岗位角色，通过对每个角色的工作内容深入分析，将多种需要传达的知识集中到角色身上，在短时间内即可让学生完成零距离的实操体验。应用虚拟现实技术，可以丰富教学内容，可以突破时空限制，恰如其分地演示一些复杂的、抽象的、远离人们日常生活经验的、不便直接观察的自然过程和现象，全方位、多角度地展示科学内涵。这将导致教学内容形式的变化和教学内容结构的变化。

3.构建虚拟实验空间

利用虚拟现实技术，建设信息化的实验室，其中许多“设备”与“仪器”是“虚拟”的，可根据需要重新“虚拟”出新设备和新仪器，并及时跟上技术的发展。虚拟现实技术构建的实验系统逼真、生动，给学习者提供了一个身临其境的学习环境，学生可以将虚拟实验和真实实验的过程和结果进行比较，促进学生虚实结合。

4.创新职业教学模式

使用虚拟现实技术，可以改进教学方式和手段。通过身临其境的和自主控制的人机交互，由视、听、触觉获取“外界”的反应，开展启发式教学；通过学生自我组织、制定并执行实验计划，进行自我评价，开展适应式学习；通过小组或团队的形式，组织学生进行学习，成员间共享成果，开展协作式教学。虚拟现实技术在教学中的应用具有重要的作用，是教学发展的重要方向之一，可以帮助学生更快速、更有效、更准确地揭示自然界的本质和规律。职业教育可采用“虚拟实训+实操实训”相结合的教学方式，开创职业教学新模式。

五、虚拟现实技术在广西高职教育实训教学中的应用

实训教学是体现职业教育特色、促进学生职业能力形成、实现职业教育培养目标的主要途径，目前的实训设备具有很强的专用性，即使学生掌握了某种设备，但对通用设备仍然不能应用自如。随着技术的高速发展，设备的更新永远赶不上实际需要，利用虚拟现实技术模拟各种设备，提供虚拟实训是解决这一难题的重要手段。虚拟现实技术在实训教学中的应用涉及各个学科，目前虚拟现实技术在广西高职教育实训教学中的应用可有如下方面，例如虚拟导游实训、会计账户处理实训、数控实训、数字电路实训、模具实训、汽车结构实训、摩托车维修实训、计算机硬件维修实训、网络安装实训、物流管理实训等，虚拟现实技术在广西高职教育实训教学中发挥了重要作用，尤其在学生技能训练中体现了超凡的魅力。以全面素质发展为基础，以职业能力为本位，以提高职业技能水平为核心的实践实训教学，对虚拟现实教学提出了明确的要求。虚拟现实技术在职业教育实训教学中的应用，为实操实训做好了前期的预习准备，实现了个性化导训，解决了实操实训过程中危险性大、实训费用高、实训时间短等问题。随着虚拟现实技术的发展，虚拟实训教学将在实训教学中发挥更大的作用，推动传统的实训手段向信息化、现代化发展，进而促使实训手段、方兴未艾、内容、模式的变革。

六、结束语

目前国家大力发展职业教育，职业教育要面向人人、面向社会，着力培养学生的职业道德、职业技能和就业创业能力。职业教育课程具有操作性、实践性强等特点，强调理论和实践训练并重，强调实训教学，突出学生动手能力的培养，以适应将来的工作岗位需要。近年来在广西高职教育中引入虚拟现实技术的应用，可以在一定程度上解决诸如教育经费不多、教学实验设备缺乏、教学设备更新换代的周期过长等问题，可促进教育内容、教学手段和方法现代化，对广西高职教育的发展具有革命性的意义，开创广西高职教育发展的新未来。

参考文献

[1] 常广炎.虚拟现实技术在高职教学实验中的研究[J].辽宁行政学院学报， 2014，5： 137-138

[2] 周彩根. 虚拟现实技术在高职教育中的应用[J]. 常州信息职业技术学院学报，2004（12）.

[2] 宣翠仙.虚拟现实技术及其在教育中的应用[J]. 浙江树人大学学报， 2004， 3

[4] 巩微.关于用虚拟现实技术进行远程教学的研究[J].辽宁大学学报， 2002， 1： 36-41

[5] 陈守满，姜建国.虚拟现实技术在教学中的应用[J].计算机应用， 2002， 4： 111-11245第3卷 第4期

第9篇：虚拟现实系统的特点范文

关键词：虚拟现实技术；中等职业学校；教学

近年来，科学技术的迅猛发展，在教学中也出现了各种新的教学手段，诸如多媒体计算机技术、人工智能技术、仿真技术等。但继这些新的教学手段之后虚拟现实技术凭借其独特优势，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域，已被越来越广泛地应用于教育教学中，不断为学生创造更好的学习环境。中职教育也将虚拟现实技术引入自身教学中，并取得了很好的效果。

一、虚拟现实技术

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。它的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域；为智能工程的应用提供了新的界面工具；为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。

二、中等职业学校电类课程教学现状

传统的电类课程的教学实习模式是学生先在教室中进行理论知识的学习，然后再到实习车间进行实习。这样就出现了在理论学习与实践练习相脱节从而影响学生对知识技能的掌握。而且中职学生必须通过反复练习来熟练掌握各种知识和操作技能，这样就必然会带来原材料和设备的损耗，而中职学校投入经费不足就导致电类实验课少上和不上，这样就不能培养合格的高技能人才。

三、虚拟现实技术在教学应用中的优势

虚拟现实技术作为一种新的媒体形式应用于教学具有其它媒体形式无可比拟的优势，这主要表现在：

1．沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图象，学习者通过一定的虚拟现实设备，使学习者置身于虚拟境界中，体会到与现实世界及其接近的教学情景。

2．自主性。虑拟现实场景是一个三维立体的空间，学习者处于虚拟现实场景中具有时实任意活动的自由。因而，利用虚报现实技术来表现教学重点和难点问题，学习者可以根据个人特点选择最佳认知策略，迅速掌握所学知识的精华。虚拟现实技术的这种自主性是其它媒体形式所无法比拟的。

3．交互性。交互性是虚拟现实系统最显著的特征。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，学习者可以利用电脑键盘、鼠标及其他交互设备与虚拟境界中的物体进行交互，使学习者如同在真实世界中一样观察和操作虚拟环境中的对象。

4．多感知性。虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，学习者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知信息，因而可以充分调动各种感官的积极性，进行实时的全方位的学习。

四、虚拟现实技术在电类课程中的应用

1．弥补了教学条件的不足，节约了有限的教育成本

中等职业学校的电类实训课程教学大多按照“一对多”的形式进行，即由于实训工具有限，所以多个学生共用一块电路板。因为教师资源溃乏，所以一个教师管理多个学生。因此导致教学效果大大降低。而利用虚拟现实技术，则可弥补这些条件的不足，虚拟各种实验设备、实习环境和操作过程，大多数的技能可以在虚拟环境中进行训练，不仅学生可获得与真实实训一样的体会，而且节省了购置昂贵的实习设备的费用。虚拟现实技术还可避免实验实习设备的损坏、训练材料的消耗等问题，从而有效节约教育成本。

2．改变了传统教学实习方式

传统的电类课程的教学实习模式是学生先在教室中进行理论知识的学习，然后再到实习车间进行实习。这样就出现了在理论学习时因没有实物所以不能深刻理解的问题。而运用虚拟现实技术，则突破传统实验室的限制，使每一位学习者都可以根据自己的学习特点，在自己方便的时间通过计算机自由地选择适合的学习训练内容，按照适合自己的方式和速度进行学习，可以有效的理论联系实际。这种探索性的学习，模拟训练有利于激发学生的创造性思维，使学习者在具体情境中通过主动的探索获得知识，从而提高学习者的动力。虚拟实验环境大大增加了实验的时间和内容，减少了实际实验的耗材及实验环节中的危险性。

3．虚拟现实技术丰富了课堂教学内容

利用虚拟现实技术，可丰富教学内容，将技能训练搬到课堂中进行，操作过程既无任何危险，学生还可以反复练习，直至掌握操作技能为止。应用虚拟现实技术，还可恰如其分地演示一些复杂的、抽象的、不宜直接观察的自然过程和现象，全方位、多角度地展示教学内容。利用计算机多媒体技术，制作各种仿真课件，创设所需要的某种虚拟情景，让学生进行模拟实验，从而极大的丰富课堂教学内容。