虚拟现实技术与应用精选(九篇)

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第1篇：虚拟现实技术与应用范文

关键词：虚拟现实；医学教学；交互性；心脏

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）32-7786-02

Abstract： Virtual reality is a computer systems which can create and experience the virtual world. People can operate， control and reach some special purposes in this system. The application of technology about virtual reality in medicial fields has been paid close attention to. This paper investigates the application and realization about technology of virtual reality used in heart medical education.

Key words： Virtual Reality； Medical Education； Interactivity； Heart

1 概述

虚拟现实是指用计算机生成的一种逼真的三维环境，在电脑模拟产生的一个虚拟世界中，用户可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物，它是计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术等许多相关学科领域交叉、集成的产物。虚拟现实系统具有三个基本特征：浸没感（Immersion）――用户在模拟环境中的真实性，交互性（Interactivity）――用户对模拟环境内物体的实时可操控性），构想性（Imagination）――虚拟现实技术具有广阔的可想像空间及环境。虚拟现实强调了在虚拟系统中的人的主导作用，实时交互性是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一，也是虚拟现实技术的精髓。

虚拟现实技术开始于军事领域的需求，现在已开始从高端领域全面走向专业应用领域，在娱乐、教育、艺术方面的应用占主流，发挥的作用也越来越大。

2 虚拟现实技术在医学教育中的应用

虚拟现实技术正在广泛地应用于各个领域，在医学领域的应用备受关注。

国外的起步较早，美国作为虚拟现实的发源地，早在上世纪80年代就进行了人体解剖图像数字化资料研究，90年代末，开展了虚拟解剖学、虚拟放射学、虚拟内窥学等学科的计算机辅助教学。目前，已研制出了人体虚拟解剖，一套完整的人体虚拟解剖系统，学生利用在虚拟的组织和器官问的模拟操作感受触觉反馈，使学生更快地掌握手术要领和技术。从而提高诊断和治疗水平。

我国与国际相比，虽有一定的差距，但目前已引起政府、科技界的高度重视，九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把虚拟现实列入了研究项目。目前，已成为当今最有影响力的高新产业技术之一。国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。从2004年首届虚拟现实峰会举办以来，中国虚拟现实峰会已成为业内具有重要影响力的业内活动。绿色医疗研究院也在2012年的峰会中正式宣告成立，伴随着我国医疗事业和IT技术的不断发展壮大，虚拟现实在医学课堂教学、实验教学、临床培训等领域得到了广泛应用 。采用虚拟现实系统来辅助医学教学，可以使教师与医学学生以三维的形式看到人体结构的形状、位置及器官间的相互空间关系等，从不同角度，真实模拟及分析，从而获得前所未有的直观感受，不仅降低了成本，而且是传统的文字、二维图像、生物标本所不能达到的学习效果。

3 虚拟现实技术在心脏医学教学中的应用与实现

心脏是人体重要器官之一，是一个结构复杂、快速活动的立体器官，一直都是临床医学研究的重点。心脏病很可怕，它限制人的活动、降低生活质量，甚至威胁人的生命。然而更可怕的是人民缺乏对心脏病的认知。虚拟现实技术的发展使得三维虚拟心脏的教学应用成为可能。不仅可以应用于医学学生的教学中，也可以应用在心脏的科普教育中。

虚拟现实在医学教育的应用与实现需要以下几个步骤：三维虚拟心脏的建模、三维心脏模型的表面纹理贴图处理、虚拟心脏动画及交互功能的仿真。

适当动画可以让画面更生动有趣，便于表述心脏的工作及病变情况。用FFD修改编辑器和动画的设计，可以充分体现心脏的跳动过程。完成了对心脏结构及血管系统的可视化处理后，最后将在3DMAX中完成的模型及刚体、柔体动画导入虚拟现实引擎平台，在后期引擎中调整贴图色彩、优化作品，编写交互脚本及交互界面设计，程序调试正常、作品。

用计算机系统可以帮助医学生试验不同的选择，分析病理问题，操作虚拟的心脏模型，不会危害到患者，对心脏的医学教学、病理分析、科普教育起到了一定的辅助作用。

4 小结

本次设计虽然仅仅涉及了心脏结构及心血管方面的虚拟现实应用，取得了较好的效果。下一步，我们将继续研究技术，并结合硬件，融合较完整的心脏病理知识，向临床实践靠拢。在医疗诊断、手术模拟方面进行实践与应用。随着我国医疗事业和IT事业的不断发展壮大，虚拟现实在医学中的应用将更广泛、深入。

参考文献：

[1] 田茵.基于虚拟现实技术的医学教育应用[J].电脑知识与技术，2013（27）：6165-6166.

[2] 李伟光，付晓男.虚拟现实技术在现代医学中的应用研究[J].电脑知识与技术，2009（12）：3200-3201.

[3] 田茵.虚拟漫游系统的设计与实现[J].科技信息，2008（36）：72.

[4] 田茵.虚拟现实技术在网络中的应用[J].电脑知识与技术，2007（3）：715-717.

第2篇：虚拟现实技术与应用范文

关键词 虚拟现实技术 仿真技术 临床教学

引 言

虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户沉浸到该环境中，实现用户与该环境自然交互的技术[1，2]。虚拟现实技术具有多感性、存在性、交互性、自主性特点[3～5]。目前与医学相关的虚拟现实应用主要包括仿真手术、虚拟内窥镜检查和模拟放射外科等。

1 虚拟现实技术在医学教学中的应用概述

虚拟医学手术仿真训练在与医学相关的虚拟技术中是难度较大的一种。在手术训练领域较前沿的是美国波士顿力学研究中心，他们采用的方法是利用偏振眼镜观看场景、虚拟手术器械模拟操作。在国内，大部分研究工作集中在对医学图像的三维重建及其可视化等基础技术方面，尤其在基于计算机图形学的医学图像三维可视化算法研究领域取得较大的成果。华中科技大学从2000年开始构建“虚拟人”，在人体器官虚拟建模方面取得很大进步。实现医学模型360°旋转和任意倍数的缩放，还可以自由观察模型的内部结构等。虚拟现实手术仿真训练是一种技术难度较大的应用。与其它虚拟现实技术应用相比，它要求虚拟产生多层次、多种形态、相联关系复杂的三维虚拟人体组织；人机交互性强，要求定位和反馈精确度高。如何利用虚拟技术设计出一种宫腔镜模拟培训装置来解决临床教学和培训的问题，成为亟待解决的难题。

笔者通过将原有的医学图片、物体，由二维图像转化为具有真实立体感的三维空间的模型，有效地解决医学模型不能旋转和缩放的瓶颈问题。再通过利用虚拟现实技术提供的三维模型，受训者使用软件时可以观察医学模型的立体全貌，就像在现实生活中观察事物一样，可以任意从各个方向和位置了解物体的特征和属性。当移动物体时，物体也能依据一定的自然规律作相应的动作和位置变化，真正地具备事物本生的生理属性，让受训者得到一种身临其境的真实感。

2 虚拟宫腔镜培训模拟器的设计

采用电子腔镜手术的器械实物模型，配合计算机多媒体技术和先进的图形三维重建算法，利用虚拟现实技术构建模拟训练装置。通过三维重建技术构建虚拟人体宫腔的立体模型，训练操作者的一些腹腔镜操作基本技术而非整个手术过程。为使模拟器下的操作更加接近临床实际手术，还可配套各种材料制作的手术训练模型，如子宫模型、子宫囊肿切除模型、宫腔模型等。这些模型都部分模拟手术实际情况，操作者可以在这些模型上完成相应手术，通过在这些模型上的训练，受训者可以很快适应和掌握这些手术。

2.1 模型的设计与制作

制作长、宽、高分别为35cm×35cm×30cm的训练箱（模拟人体腹腔，如图1）。按照临床手术方式在模拟人体腹腔上预留Trocar（穿刺锥）及摄影器械部位。模拟人体腹腔的上部为不透光的亚克力玻璃材质，其目的在于使操作者无法直接观察到操作，于模拟腹腔中放置普通光源作为腹腔镜之冷光源系统，该光源可调节并可照射不同的手术野。以普通摄像头代替腹腔镜CCD摄像头，固定于训练箱上，并与计算机之视频采集卡相连。通过视频采集软件以影像的形式出现在电视的屏幕上。练习者自预留之穿刺孔插入腹腔镜手术器械并可通过观看屏幕，完成相关手术技术的训练及操作（如图2、图3）。

2.2 三维仿真建模

2.2.1 建立宫腔的三维模型 通过Virtools5.0软件，对人体的宫腔模型进行重建，采集相关的CT、MRI数据，进行重建，然后将模型三维化，并植入开发的操作平台系统软件中。

2.2.2 设计手术器械的操作环境和相关模型 结合手术的要求和特点，对手术器械进行三维模型的建立，经过贴图后形成真实的可操作模型器械，然后通过专门的力反馈设备进行运动特征定义，使之与实际的操作器械运动位置联动，形成逼真的操作感受。当培训者在操作器械做宫腔镜模拟手术时，可以实时看到虚拟手术宫腔模型的变化和手术效果。

2.3 基本手术操作模型及常见手术模型的设计

宫腔镜外科手术之不同于传统外科手术在于其通过特殊器械经腹壁孔道间接地处理病灶，术者必须通过观看二维的显示屏来指导操作。不能直观地看，不能用手直接感知。这就要求术者要适应屏幕及熟练地通过腹腔镜手术器械来完成传统手术中用手来完成的操作。我们通过设计一定的操作模型来规范操作并可对操作进行评估（表1）。如桔子拨皮操作、充水指套手术模型等。传统的宫腔镜手术模拟训练通常是一些简单的缝合、结扎、切开操作，该操作方法枯燥，久而久之让训练者失去练习兴趣[6]。而手术训练模型则将各种常用手术操作融合于一个手术过程之中，增加操作的趣味性及可评估性。如囊肿手术模型中，若结扎阑尾根部不彻底，则操作中会有水流出，意味着手术不很成功。

2.4 宫腔镜操作训练

宫腔镜器械多为直线型的，而打结等操作需要不断弯曲操作，且由于在平面的显示屏幕上只能看到模拟腹腔内器官的平面影像，看不到立体影像，难以判断纵向深度，定位困难，因此，完成打结这个操作很费时，也不方便，有时为打一个结，可以耗时达5分钟，甚至更长。培训中实验组先在输液管上训练各种打结方法，单结、方结、外科结等，更直观地反映其存在的问题，缩短培训时间。

3 临床应用结果

3.1 培训形式和方法

宫腔镜训练模拟器以一个箱体来模拟人体的宫腔，然后在箱体内可以设置一定的手术模型，例如：桔子拨皮模型、小型实验动物模型、软管绕线打结模型、离体猪肠缝合模型来分别完成不同的手术操作项目，还采用虚拟现实技术对手术模型进行三维建模，连接六自由度的力反馈设备，来实现手术的操作训练，使操作者获得真实的训练感受。

为更好地达到宫腔镜训练模型的培训效果，且更有针对性培训学生薄弱环节，特制作操作考核指标。通过每项操作得分，可更直观地反映其存在的问题。

培训授课采用桌面电脑工作站操作，在平时的教师授课时，多采用桌面电脑工作站操作，桌面虚拟现实沉浸体验来进行互动教学；对于手术预演、远程手术教学时采用医学专家会议厅多媒体演示，可以更好地实时互动，操作起来一目了然，增加专家互动的机会和途径。

由于采用网络云技术，大量的信息数据存储和计算，存储于医学院自建私有的云里，可以实现高速地存储和分析，对于三维数据的计算和现实，缩短了系统的响应时间，同时满足大量受训人员使用软件系统的需求，并且解决培训地点和时间的差异问题[3，4]，可以满足足够多的用户在不同地点和不同实验场地，并行使用软件的数据库和其他操作。手术培训教师在培训时通过云技术网络系统，对所在班级的受训者进行全程实时监控，可以在同一时间进行屏幕多分屏显示，进入任何一个操作窗口都可看到学员操作的实际情况，还能通过网络实时语音操作界面，对学员进行解说和提示。与此同时，学员每次在模拟器上的操作情况和成绩都被记录在系统后台数据库中，便于教师分析和查阅。

3.2 虚拟系统培训效果

选择2008～2010年3年参加培训的医师，每年学员随机分为2组，每组各60名。实验组使用虚拟培训系统，对照组使用传统手术教学，未使用虚拟培训系统。2组操作考核成绩有显著差异。见表2。

4 讨论和结论

虚拟手术操作可以使医务工作者沉浸于虚拟的场景内，通过视、听、触觉感知等多种感官了解和学习各种手术实际操作[6]。由于宫腔镜训练模拟器具有低代价、零风险、多重复性、自动指导的优点，迅速高效地提高学习者手术及其他操作的技能。

通过对宫腔镜手术设备投入成本也应该加以控制，让其物尽其用[7]。设计这种简易训练模型成本低廉、取材容易、制作简便、模拟逼真。能较好地训练医学生掌握宫腔镜手术的基本技能。虚拟现实技术在医学训练方面的应用展现出良好的前景。

宫腔镜手术模拟训练器的设计与应用加入对学生做综合的评价，提高其评价功能教学的深层次发展和全面评估[2，5]，为受训医生进行评分评价考核，为医学院和教学医院的培训医学专家提供教学指南和考核培训者和受训者双方质量管理于一体的一系列综合评估管理系统。打造无痛医院开创微创手术，为医院的手术教学工作提供新的途径和手段。

参考文献

[1] 胡小强.虚拟现实技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2005：68-72.

[2] 罗伟，李珊珊，魏晓峰，等. 仿真手术刀在虚拟外科手术系统中的应用与研究[J].生物医学工程学进展，2010：31（3）149-152.

[3] Hunter JG.The case for fellowship in gastrointestinal and laparoendoscopic surgery.[J]. Surgery 2000，132： 523–525.

[4] 曾芬芳，虚拟现实技术，[M]上海： 上海交通大学出版社，2005：125-129.

[5] 赵沁平.DVENET分布式虚拟现实应用系统运行平台与开发工具[M].北京：科学出版社，2005：128-133.

第3篇：虚拟现实技术与应用范文

一、虚拟现实技术的原理及主要类型

（一）原理

虚拟现实技术，是计算机领域里仿真技术、计算机图形学、传感器技术等多种技术的一种融合，是一门极具挑战性的交叉的且前沿的学科和新型领域。其主要是计算机通过三维信息构成逼真的虚拟环境，并借由特殊的如数据手套、头盔显示器等设备提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，并且在用户进行位置移动或改变时，设备上的传感器会即使的把这些信息传达给计算机，计算机通过精准的计算重塑场景，因而让人更有种身临其境的感觉。从某种层面上来讲，虚拟技术其实就是一种“欺骗”行为。

（二）主要类型

现在的虚拟现实系统主要有四大类：桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统和增强式虚拟现实系统。桌面虚拟现实系统主要是利用相应的图形工作站、显示器、输入设备这三者来实现，这里的输入设备是用户参与使用的重要工具。而沉浸式虚拟系统则是通过显示器头盔把用户的各种感官“困在”一个虚拟区域内，使用户完全置身于某种虚拟环境中。分布式虚拟系统，又被叫做DVR，是一种基于网络的虚拟环境，在这个系统中，不仅可以使不同地理位置的多个用户或者多个虚拟环境通过网络实现互联，也可以让多个用户同时参与到一个虚拟环境中，以此实现资源的共享或者协同作业。

二、虚拟现实技术的特点

（一）沉浸性

沉浸性又被叫做临场感，是虚拟技术通过多维的方式与计算机联合所创造的一种虚拟环境，可以使用户全身心的沉浸在这个虚拟环境中与之进行交互，进而达到人境合一的感觉，但值得一提的是，在这个环境中用户确实为真实的参与者。

（二）交互性

交互式是指人们可以在这个特定的虚拟空间中与其呈现的事物之间进行交互，比如用户可以用手去抓握环境中的物体，而这个设备能触发用户的神经，让用户真实的感受到抓取的东西重量，并且场景中物体也会随着用户手的移动而移动。

（三）多感知性

由于虚拟现实技术中配备有各种各样的如听、触、动等的传感装置和反馈装置，这样就可以使用户对事物的了解不再简单的通过眼球去被动接受，而是在听觉、触觉等多种感官下的刺激下的类似于真实的感知。

（四）构想性

由于虚拟现实技术的主要处理核心还是计算机，而且在大数据技术的蓬勃加持下，使得虚拟现实技术具有宽阔的令人想象的空间。因此人们不仅可以借助这一优势对现实存在的环境进行再现，还可以随意的构想客观不存在甚至是不可能发生的环境，这样就在一定程度上拓宽了人们的认知范围。

三、虚拟现实技术在教学中的应用与软件开发研究

（一）虚拟技术在教学中的应用

1、促?M知识学习

虽然中国优秀的教师不少，但在教学的过程中对于某些抽象的、难以理解的知识或者过程，也很难用有限的词语去形容或者描述清楚，即便是网络上的资源很多，学生也能从那些资源中得到一些浅薄的体会，但总的来说还是没有身临其境来的震撼，来的有高度。

2、方便探索学习

建设“创新型国家”、培养“创新型人才”一直是我国竭力的追求。虚拟现实技术在教学中的运用，给学生的提供了这样一个平台。学生在学习过程中提出的一些假设或者建立的某种模型可以通过虚拟现实技术进行仿真，与此同时还可以对其过程、结果、效果等进行观察和验证。比如学生在进行电路设计的时候，可以通过虚拟现实技术对所设计的电路进行模拟，毕竟理论在大部分情况下都是一种理想的概念，但在实际运用中不仅受内因的影响，外在因素也不可忽视。而且这样也可以激发学生创造的积极性，因为以往的学习，即使学生自己设计出了东西，也没有相应条件去进行实验和验证，到最后也只会不了了之，也就不利于学生创造力的培养。

3、开设虚拟实验和技能训练

虚拟现实技术完全就是实验研究和技能训练的福音，学生可以通过虚拟现实技术对多种实验进行虚拟模拟，比如物理中的匀速运动、加速度运动，化学中的金属与酸性物质的反应、氧化物的燃烧等等。此外，对于需要动手操作的一些学生来说，也是大有益处，比如医学院的学生可以通过虚拟现实技术进行动物解剖、人体手术等技能操作，驾校学生也可以通过虚拟技术进行驾驶技能学习，军校学生也可以进行虚拟的军事作战指挥等等，这样不仅降低了学生因技能不熟练而造成的不必要的损害，还可以让学生反复的进行操作实训，直到掌握技能为止。

（二）基于VR的教学软件开发研究

VR可以模仿真实世界的3D窗口，是一种非常优秀的教育媒介。欲实现VR教学软件的开发，必须有一个前提：统一的操作系统软件开发平台。此外，还须得有满足以下几个问题：第一，有一个开放的一整套的专业的VR课堂教学管理系统，包括稳定的网络层、完备的教学指挥系统等，使内容的开发者可以轻松的开发出真正适用于课堂教学的VR内容；第二，课件支持市场上主流的如VR眼镜、头盔等设备，使开发者和硬件商不必考虑兼容性的问题；第三，平台要同VR教育云相连，集中整合优秀的VR教育内容，再打包输送给学校的需求端。这样才能在适配问题、接口问题、教育应用方面没有顾忌。

第4篇：虚拟现实技术与应用范文

【关键词】虚拟现实技术 教育教学

目前，随着虚拟现实技术的不断发展和完善，已经被应用到生产生活的各个领域当中，其中在教育教学方面，主要包括例如军事院校的教学演练、医学院校的模拟实训、体育院校的虚拟训练、工科院校的自动化机床操作、高职院校的模拟汽车驾驶、飞行驾驶等各个学科的教学当中。

1 虚拟现实技术简述

虚拟现实技术，又称灵境技术，是当今迅猛发展的一项综合性的交叉学科，自20世纪90年代以后兴起这种信息技术之后，许多学者用户便倍加关注与重视，虚拟现实技术主要是指综合的利用计算机的图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术以及多传感器技术等相结合，来模拟人们的视觉、听觉、触觉等感官的功能，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。

简单而言，虚拟现实技术就是一种先进的计算机用户的接口，将人们的视觉、听觉、触觉很好的自然的来进行交互，方便用户的操作，减轻用户的负担，从而，提高整个环节的效率。因此，虚拟现实技术主要具备四个方面的特征：多感知性、临场感、交互性以及自主性。

2 虚拟现实技术在国内外教育教学中应用现状

2.1 国外虚拟现实技术在教育教学中的应用现状

美国作为虚拟现实技术的国际顶尖者，拥有着许多的这种研究机构。甚至早在1992年，美国便确认了虚拟现实技术会适用于教育教学领域，将现有的软硬件设备的教学效果与虚拟现实技术的教学效果将比较，说明虚拟现实技术在教育教学中具有很强的实用价值。

同时，英国的很多院校相当的重视虚拟现实技术在教学方面的应用，对该项技术进行研究与开发，并且处于遥遥领先的地位。其中著名的诺丁汉大学对虚拟现实技术项目的研究对于在教育教学上有着相当有益的作用，不断的探索出桌面虚拟现实技术的输入输出设备等都都做出了巨大的贡献。

2.2 国内虚拟现实技术在教育教学中的应用现状

我国的许多高校也在虚拟现实技术刚刚出现不久，便开始关注该领域，先后的进行课题的研究和学术的探讨，比如北京航空航天大学进行的分布式飞行模拟的实验、浙江大学进行的建筑方面的虚拟规划的应用、哈尔滨工业大学所进行的人机交互方面的演示都取得了较好的成效，还有许多的高校也都进行了不同学科的试验，取得一定的成果。

3 虚拟现实技术在教育教学中的应用

3.1 在理论课堂教学中的应用

传统的教学模式是教师的讲与学生的听，现在的许多教学模式已经改变到了普遍的进行多媒体教学的操作，而将虚拟现实技术运用到教学的课堂当中，比如当向学生展示某一概念或展示某一虚幻的场景或环境时，便可以应用这种智能的虚拟现实技术来进行教学，制作和操作上都简单实用，这样，便能很好的来弥补传统课堂单一的不足，使学生更加直观的了解所学的内容。

3.2 在专业技能课程中的应用

在我国的众多高校中，更注重的是学生的专业技能操作，在这个过程中，可以充分的体现虚拟现实技术的临场感，学生可以在这个虚拟场景中扮演不同的角色，来进行和现实社会相同的操作，比如模拟汽车驾驶和飞行驾驶、模拟果树栽培的技能、模拟体育某项运动的练习、，模拟电器维修等各种职业技能的演习。通过搭建这样的仿真场景，让学生真正的参与其中，反复的练习操作，可以有助于学生掌握职业技能。

3.3 在实验实训课堂中的应用

将虚拟现实技术作为辅助实验实训课程的教学工具，可以调动课堂的学习气氛，比如说：虚拟现实技术可以虚拟历史上的著名人物，给学生一种穿越的感觉；又比如学生可以虚拟为老师，老师虚拟为学生，这样师生身份互换，大家可以一起畅所欲言，互相交流讨论；再比如英语课堂上可以虚拟英语的情景和环境，将虚拟人物进行导入，与不同情景的人物进行交流等。对于有些实验课程，有些耗时耗力的实验，导致很久才会检验出实验结果，这时就可以利用虚拟现实技术，根据实验所需进行配置，非常便捷，又可重复使用。

3.4 在远程教育系统中的应用

目前互联网的发展尤为迅速，使得以互联网为基础的远程教育系统具有巨大的发展前景，远程教育突破了时间空间的限制，可以虚拟教师、实验设备等，虚拟现实技术不单可以向互联网上的学生提供身临其境的生活中随处可见的情境，还可以重现曾经发生的某个场景或环境，让学生对内容进行唤醒，目前，有些远程教育的学院已经开始利用虚拟现实技术来进行网上教学，这要求投入大量的人力及物力，势必会取得较大的成果。

3.5 在特殊教育教学中的应用

特殊教育是我们全社会所关注的，将虚拟现实技术引入到特殊教育的教学当中，利用于东跟踪器，可以采用基于运动跟踪的方式来获取手语三维运动的数据，通过获得到的准确数据，来进行特殊教育的教学，目前，已经由中国科学院开发法了集语音、情感、体势为一体的中国手语合成系统，这一系统对于听觉障碍的人们来使用电视、电话、网络等媒体有很大的帮助，会为他们的生活带来许多的便利。同时，借助标准化的手语，也可以提高教育者的整体标准，改善这群受特殊教育人群的生活环境，使他们更加强烈的感受到社会的存在感。

4 结束语

总之，虚拟现实技术已经被越来越多的教育从业者所重视，虚拟现实技术在教育教学中有着相当广阔的发展前景和深刻的现实意义。虚拟现实技术在教育教学上能够为全体的师生提供较为逼真生动的模拟环境，同时，又可以师生共同参与，分角色扮演，大大的不同于传统的教育模式，来突破传统教育教学的缺陷，能够很好的培养学生的各项技能，在信息化教育的大趋势下，将虚拟现实技术在教育教学中不断的开展推进一定会促进我们教育教学的良好发展。

参考文献

[1]张亚威， 王中帅.浅谈虚拟现实技术无线[J].互联科技，2014（07）.

[2]李建荣，孔素真.虚拟现实技术在教育中的应用[J].研究实验室科学，2014（03）.

[3]诸葛.浅谈虚拟现实技术在教学中的应用[J].教育观察，2014（01）.

第5篇：虚拟现实技术与应用范文

关键词：虚拟现实技术 建筑领域 应用

随着社会的发展进步，计算机科学逐步走进到我们生活的多方面的同时，也改变了传统的建筑设计方法。虚拟现实技术综合利用多种高新技术，创造出一个非常真实的虚拟世界。在建筑设计中运用虚拟现实技术可以实现设计人员的创作过程在其系统创建的可视、可听、可感的三维虚拟世界中完成。虚拟现实技术在建筑领域中不但提供出了创新的表现手法，同时也为创作方法和定义带来了变革。

一.计算机技术的引入

计算机技术在建筑设计中的应用已经走向成熟，不过在早期的建筑领域中，主要表面在模仿传统工具的使用方式，对传统的图纸、针管笔等的使用办法进行简易的模仿。比如计算机协助设计重点是用来协助工作者将设计、计算、画图、资料备份与处理，这些繁琐的项目都是由计算机完成，而设计者的工作重点在于创造性的构思，最后由计算机利用图形设备把最终的设计结果展示出来。随着技术的创新，虚拟现实技术――VR可以制造出一个身临其境的感觉，它是一项综合性的计算机图形交互技术。它将多项功能合于一体，包括计算机图形学、多媒体、多传感器等，通过计算机建立的三维空间图像来实现目标，传统的计算机协助设计是以静态的，而虚拟现实技术是利用视觉、听觉以及触觉，通过图表或者是动画的形态呈现，在建筑领域中可以应用到设计、施工、装修等。

二.虚拟现实技术在建筑领域中的应用

1.建筑设计领域

在建筑设计领域中，不仅需要空间形象思维，还需要周全用户的感受，是一个创新的设计过程，其中包括规划、设计等。建筑物的最终效果会受到多方面的因素影响与限制，比如：设计人员的艺术境界、生活阅历、设计的经验与水平等。在相同的建筑设计功能要求的基础上，每一位设计人员的作品都会有不同的外形、不同的格调。如果是采用真实感的三维图形的虚拟现实技术来设计，就可以把设计人员的构思利用视、听、触的方式展现出来，能够使用户、专家犹如身在其中，并给予意见和建议，使设计达到最优化。而且还可以减轻设计者的工作强度，减少设计周期，提升设计质量，降低投资。

2. 建筑施工领域

虚拟现实技术可以用于建筑施工领域，可以对繁杂的方案给予对照与优化。比如在设计大型的土方工程挖运系统的时候，在日挖土量一定的环境下，怎样确定挖土机与载重汽车的最佳匹配，从而使挖运系统达到最佳的整体效益就是最优设计。大型土方工程挖运系统中，挖土机与运土载重汽车的匹配方案繁多，如果把所有方案的效益逐一进行对比，是无法实现的。对于这一类似的问题可以采用虚拟现实技术来进行对比、优选。另外，一些有的大型工程项目来说，如果投资不幸没有成功，那么就会带来非常大的经济损失。对于这一类似的问题，也能够通过虚拟现实仿真技术来给予仿真试验及评估，之后再进行裁决。还能够对一些不确定因素给予预先模拟。

3. 建筑装修领域

建筑装修设计的综合过程十分的繁杂，在以往的设计过程中，装修设计人员依照建筑图纸组织出虚拟的室内模型，然后将设计理念运用到室内的模型中，最后通过多种视图等方式来展现设计效果。不过这种分散的平面展现方式不能使施方和用户全方位的明白装修效果。此外，琐碎的工作量与费用估算过程不能使用户快速无误的对装修方案给予评选。虚拟现实技术将实际房间的模型输入到电脑，设计人员在需要装修的空间内，根据其构思去进行装饰并改进，可以随时转换自己在空间中的位置，对所设计的结果进行多方位的观察，并进行动态装饰，直到最终确定结果，非常的轻松简单。在将来的装饰工程中，虚拟现实技术能够代替目前的实际模型，彰显出虚拟现实技术强大的生命力。同时有效的提升了装修设计的效率，方便了设计人员与用户之间的沟通，使用户的满意度达到最佳。

4.虚拟现实技术的动态漫游

利用虚拟现实技术在空间数据库的帮助下能够构造出三维虚拟环境，在这种环境下我们能够与计算机完成以视觉为主体的全方面的动态互动交流。建筑模型能够进行可视化的动态显示与可视点的判别等功能，包括多角度观察，进行放大，能够漫游、旋转、以及任意确定路线的飞行或者是点面结合行驶的效果。虚拟现实技术在建筑设计中还能够让我们在一个虚拟的环境下从多个角度去观察与欣赏它内部、外部空间的动感形象与平面布局。虚拟现实技术所产生的融合性，比传统的模型与效果图更加的形象与完整。视景虚拟与动态漫游技术，也是衡量方案的主要手段。利用虚拟现实技术在设计工程中能够实时动态展示设计的方案，能够实时对设计方案进行和规划，及时的发现问题并予以改进。

三.总结

建筑施工非常的复杂，在整个过程中会出现很多无法解决的难题。随着网络技术与计算机的快速发展，虚拟现实技术在建筑领域中的作用逐渐重要起来，尤其是在三维可视化发展的地理信息系统、虚拟和真实两者的合成等技术的支持下，虚拟现实技术发挥着重大的作用。

参考文献：

[1]赵能. 虚拟仿真技术在建筑设计中的应用研究[D].长沙理工大学，2009.

[2]陈正华，王向阳，韦建中. 虚拟现实技术在建筑领域的应用[A]. 中国土木工程学会计算机应用分会、中国建筑学会建筑结构分会计算机应用专业委员会.计算机技术在工程建设中的应用――第十二届全国工程建设计算机应用学术会议论文集[C].中国土木工程学会计算机应用分会、中国建筑学会建筑结构分会计算机应用专业委员会：，2004：6.

第6篇：虚拟现实技术与应用范文

关键词:虚拟现实技术;教育类游戏;建构主义;virtools

中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)19-5334-03

The Application of Virtual Reality in Educational Game

WEN Ya, ZHAO Zi-yun

(Information Technology Depatment in the HuaZhong Normal University, Wuhan 430079, China)

Abstract: As a teaching method that teaches throughlively activities, educational gaming is of great significance in instructing the learning of audiences.In view of the currently immature situation of educational games in our country, combined with Constructivism Learning Theory, this paper analyses the cognitive behavior and learning features of human in virtual environment, and discusses the key technology of realizing teaching application. Finally, it takes the educational game "The Adventure of Computer Mainframe" as an example to achieve the teaching of virtual game.

Key words: virtual reality; educational game; constructivism; virtools

随着教育信息化的不断发展,电脑教育类游戏开始越来越多的应用到教学实践之中。教育类游戏可以理解为一类在教育与学习理论指导下,将学习因素与游戏因素进行了有机结合的具有一定积极意义的电脑游戏软件。教育类游戏的出现既满足了学习者游戏的需求,又可以使他们学习科学文化知识。但由于开发理念、技术等还不够成熟,国内的电脑教育类游戏仍处于起步阶段。

目前,国内大多数教育类游戏都采用二维或者伪三维技术,在场景的真实性和游戏的吸引力上显得远远不够,影响教学效果。采用虚拟现实技术制作教育类游戏,通过三维视角能够将目标物全面呈现,易于学习者直观的接受与理解,从而获得很强的置入感,达到更好的学习效果。

1 虚拟现实游戏中的行为认知

基于虚拟现实的教育类游戏是一种结合互联网、计算机及多媒体技术开发的电脑游戏。在游戏中可以由计算机全部或部分生成多种感觉环境,使学习者产生身临其境的感觉。游戏可以真实再现已经消失的历史场景,对具有危险性的物质进行探究,与现实生活中肉眼不可见的生物进行交互等等,这些都在传统教学中不可实现。

建构主义学习理论是认知学习理论的一个重要分支,该理论不同于以往传统的客观主义仅仅将学习者作为知识灌输对象,它强调学习者对所学知识意义的主动建构,以及主动性、社会性和情境性。基于虚拟现实的教育类游戏在很大的程度上满足了建构主义所要求的理想学习环境。首先,在游戏中根据教学的需要创建出适合教学的场景,学习者在场景中可以产生身临其境的感觉;其次,学习者个人能力能够得到积极主动的发挥,对培养创新型人才具有重大的意义。

虚拟现实游戏中,学习者是主体,并且存在一个“虚拟替身”,由“虚拟替身”代表主体参与其中。游戏为学习者提供感官整体交互,使其产生虚拟真实感。与此同时,立体信息空间也有利于实现创造性的学习方式,为发散性思维奠定基础,从而开发学习者的学习潜能和兴趣,使知识水平进一步的提高。

2 实现虚拟现实游戏的关键技术

虚拟现实游戏所要展现的仿真三维场景和虚拟人物,都需要通过三维建模软件制作。maya是目前最优秀的三维制作软件之一,集成了Alias/Wavefront 最先进的动画及数字效果技术,无论是建模、渲染、动作都可以达到优秀的视觉效果。

virtools是一款强大的虚拟现实开发软件,可用于制作具有沉浸感的虚拟环境,让参与者生成诸如视觉、听觉、触觉等各种感官信息,是一种新研发的人机交互系统。它具备丰富的行为模块,根据模块的搭配可以实现多种功能,在三维教育类游戏的开发方面具有突出优势。

交互的实现是虚拟现实游戏技术中最重要的部分,而Virtools 应用程序突显了3D交互技术的强大功能。Virtools采用流程图式的编辑接口,开发人员拖曳所需要的行为交互模块就可以构建击复杂的互动应用脚本,从而实现对话、行走、碰撞等多种效果。在虚拟现实游戏中通过Virtools丰富的行为模块的组合就能实现学习者与“虚拟替身”和虚拟场景的交互,从而达到学习的目的。

3 科普游戏“电脑主机探险记”设计方案

“电脑主机探险记”是一款基于虚拟现实技术的教育类游戏,其主要目的是介绍与电脑主机相关的基础知识。受众为青少年群体,由于青少年的认知能力有一定局限,他们的思维是直觉性的,抽象程度不高,而游戏的三维界面正好可以带来直观的体验,符合青少年的认知特点。

3.1 故事结构设定

游戏中玩家在电脑机箱里经历了一次冒险之旅。为了寻找到走出机箱的正确的出路,玩家需要先后经历光驱、硬盘、电源、CPU、内存条、电源这六大关卡,最后才能离开机箱完成游戏。

3.2 角色和场景设计

本游戏中主要角色有两个:小男孩和机器人。小男孩是玩家扮演的角色,而机器人是NPC,它以电脑作为头部,从而体现出电脑游戏的特色。

本游戏的主场景在机箱内部,机箱内部结构都是按照真实电脑部件所构建,使玩家有一种直观的认知。为了增强视觉效果,在建模时对大部分部件(比如机箱外壳、光驱、电源)的处理均采用了比较鲜艳的颜色。

3.3 题目设计

本游戏共设六道关卡,每个关卡3题,共18道题目,每道题的形式都为四选一的单选题。每个关卡中的题目都是由易到难,使玩家不会因为题目的过于简单或过难而失去玩此游戏的兴趣。当玩家答错或答对题目后,NPC会有相应的对话以鼓励玩家继续思考答题。

3.4 游戏规则

本游戏以知识豆积分,答对一题可获得5颗知识豆,答错一题失去2颗。考虑到答错题目后所带来的挫败感,可能会大大降低玩家对游戏的兴趣,系统会预先提供给玩家10颗知识豆。这样即使在最坏的情况下,即玩家在每道题均为第四次选对的情况下,分析可知也能顺利答完10道题,也就是达到第四个关卡。具体游戏流程及规则如图5所示。

游戏最后会根据知识豆的多少来划分为四个等级,设定相应游戏结束界面。通过不同的等级激发玩家的兴趣,提高游戏的可玩性。

1) 100颗知识豆,即没有一次答错。

2) 80到100之间,即答错次数较少。

3) 60到80之间,机答错次数较多。

4) 60以下,即打错次数很多。在游戏过程中,一旦知识豆少于0颗,则游戏结束。

3.5 游戏操作方法

本游戏通过键盘和鼠标控制角色的行为。方向键上下左右分别控制前进、后退、左转和右转,使用空格键Space与NPC机器人对话,字母A、B、C、D键回答问题,鼠标左键拉动游戏视图上下或左右移动,鼠标中键实现对视图的放大和缩小。另外玩家答完题目之后需要寻找半透明绿色的踏板,踩上踏板就能移动到下一关卡。

3.6 Virtools中三维交互的设计

在Virtools中三维交互的实现是本游戏的关键技术。游戏根据建构主义学习理论,设计了一系列的玩家与虚拟环境的交互行为,在实践中促使学生对知识意义进行构建。这种交互设计体现在控制角色动作、改变游戏视图以及对话答题,其中对话答题是本游戏的核心交互行为。

对话过程中,首先通过键盘输入信息,然后通过对应的消息接收模块来获取消息,执行交互行为。在答题环节设定与不同选项相应的键盘事件,主要以Key Event模块配合文字显示模块Text Display完成功能,用Show模块执行文字的显示,这样可以对选项的正确与否作出判断。由于多个关卡、多道题目具有相同的键盘事件,但是事件所触发的机制不同,因此禁用脚本模块Deactivate Script和启用脚本模块Activate Script 就显得非常重要。当玩家回答某个问题的时候,其他问题的相关脚本需要全部被禁用,避免了键盘控制的混乱。

合理的循环机制也是交互设计的重点,它保证游戏规则的合理性和正确性。当玩家回答正确时通过消息传递机制,获得知识豆并进入下一环节;而回答错误时则需要设定脚本流程的循环,减少知识豆数量并返回初始答题状态,直到问题答对为止。脚本循环中将空格键的按下状态作为答题结束的标志,通过空格键对所应的Key Event模块的输出接口与Show模块的输入接口连接,来实现答题过程中的机制循环。在virtools中设定键盘事件的模块有Key Event模块和Key Waiter模块,而其中只有Key Event能够多次接收消息,这是在循环机制中值得注意的问题。

3.7 游戏

游戏的最终应用环境为网络,在virtools中通过Go To Web Page模块就可以对所网页的地址进行设置,并用virtools自带的Create Web Page将游戏以网页的形式,玩家在浏览网页的时候,就可以点击玩此游戏。

4 总结

基于虚拟现实的教育类游戏作为一种先进的教学方式,应用于教育领域具有独特的优势。游戏利用三维仿真场景为再现教学内容提供了平台,学习者通过与虚拟环境中的场景进行交互,加强了对所学知识系统的建构。现阶段要实现虚拟现实游戏在教育领域的广泛应用还受到很多技术方面的限制,但其本身具有很大的拓展空间,相信随着网络信息技术的不断发展,这种应用会越来越广泛。

参考文献:

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[3] 芦姗.简述历史教育小游戏“信差快跑”设计方案[J].电脑知识与技术,2009,5(25):7240-7241.

[4] 雷超,戴国忠.三维交互体系结构的研究与实现[J].计算机研究与发展,2001,38(5):557-562.

第7篇：虚拟现实技术与应用范文

一、计算机虚拟现实技术的基本概念

虚拟现实技术主要是指由各种传感装置、硬件以及计算机软件构成的三维信息化人工虚拟环境。简而言之，虚拟现实技术就是运用高端技术及设备营造出虚拟环境，使人拥有“置身其中”的感受的同时，还可以实现与虚拟环境的交互。

二、计算机虚拟现实技术在高校体育训练中的应用分类

目前，计算机虚拟现实技术在体育训练系统中的应用类型主要有两种：一种是沉浸式，即训练者需要借助三维头盔、立体眼镜、立体环绕声耳机等设备，才可以体验到比较逼真的立体环境。该方式的优点是可以使训练者完全沉浸于虚拟环境中进行交互操作，同时缺点也非常明显，即设备要求齐全、成本高、操作复杂。另一种是非沉浸式，通常只需要借助于计算机，为训练者营造出平面的虚拟环境以供学习，如制作训练视频等，该种方式虽不能像沉浸式一样营造出立体的虚拟环境，却仍然能够为训练者带来丰富的听觉和视觉信息，操作较为简便。因此，我国高校体育训练中应用较多的是非沉浸式的虚拟现实技术。

三、计算机虚拟现实技术在高校体育训练中的应用策略

（一）塑造虚拟训练情境

虽然任何体育运动形式都有一套系统的训练规则，但训练中遇到的情境仍然是千变万化的，加之学生对知识的理解和接受能力差异，这样就会导致教师的口头讲解效果大打折扣。然而，教师如果能够运用计算机虚拟现实技术，将训练情境制作成教学视频，不仅可以为学生直观地展示训练情境，节约物质投入，弥补现实条件受限的不足，甚至还可以尝试提前将教学视频发给学生，在不影响训练效果的前提下，鼓励学生自学，培养学生自主训练与学习的能力。计算机虚拟现实技术的科学合理应用，对学生来讲，不仅可以增加学习的趣味性，还可以提高学习效率；对于教师而言，一方面可以使自己的教学达到事半功倍的效果，另一方面又可以不断提升计算机操作技能。

（二）采集测算运动数据

“更高、更快、更强”的奥林匹克精神充分表达了体育运动的意义。因此，运动数据的采集和测算就显得十分重要，且在很多项目中，运动数据在很大程度上是?\动效果的关键衡量标准。相比于运用传统工具对运动数据进行的采集、测算，运用计算机虚拟现实技术对运动数据的采集和测算更快速、更精确、更全面。[1]值得注意的是，运用传统采集工具只能采集到学生们的外在数据，而无法采集心理数据，长久以来，教师只能根据自己的观察，来把握学生们的心理状况，得出的数据并不准确，且会因教师的水平和经验等方面的不同而千差万别。运用计算机虚拟现实技术中的智能化仪器等设备，不仅可以轻松地采集到准确的心理数据，还可以对这些数据进行科学、快速地分析。

（三）课程回放及分析训练效果

第8篇：虚拟现实技术与应用范文

【关键词】 虚拟现实电子商务网络

1引言

虚拟现实(virtual reality)是通过多媒体技术与仿真技术相结合,生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境,用户以自然的方式对虚拟环境中的对象进行体验和交互。然而当前的电子商务大多是基于web的,要在其中普及由视觉头盔和数字手套等设备构成的力反馈式交互虚拟现0实是极其困难的(一是技术原因,二是资金原因)。但是以键盘、鼠标和显示器等常规输入输出设备在客户机浏览器中构成交互环境的网络虚拟现实技术却日趋成熟和完善,这些以web 3d技术为基础的网络虚拟现实技术同样以模拟自然、体验逼真和交互极强为目标,在相当程度上高效、经济地实现了虚拟现实系统的目标。

由于网络虚拟现实技术的出现,不仅促进了虚拟现实技术的普及应用,而且也给电子商务带来了新的应用空间,有效地提高了电子商务的质量。因此,充分认识虚拟现实技术在电子商务中的重要性、研究网络虚拟现实技术的特点及其应用规律,从而进一步促进电子商务的发展,已成为当前电子商务中的一个重要课题。

2虚拟现实在电子商务中的作用

2.1虚拟现实技术的特点。

临场感:用户感觉到沉浸于在浏览器中所呈现的虚拟环境中。

多感知性:用户能以视觉、听觉等多种形式感知信息。

交互性:用户能以接近自然的习惯,用常规的输入、输出设备对虚拟环境中的物体或场景进行操作和得到反馈。

真实性:虚拟环境中的物体运动接近符合物理定律。

高效率:虚拟环境中三维空间的建立和显示不过分依赖客户机的硬件性能并可实时渲染,所需传输的数据量小且可流式传输。

2.2虚拟现实在电子商务中的作用。由于网络虚拟现实技术的上述特点,它在电子商务中正起着独特的作用:

真实感强:缩小网上购物与真实购物环境间的差别,是一个接近现实场景的虚拟智能购物商城。

激发购买热情:网上产品展示的目的不仅仅是展示产品,而更重要的是通过让客户更多地了解产品而提高产品的购买率。通过网络虚拟现实技术可将用户在购买过程中产生的假设进行虚拟,呈现相应的结果或效果。这样有利于激发用户的购买热情。

拓展电子商务的内涵:internet作为有效的商业信息的交通通道被广为接受,网络虚拟现实技术的应用使电子商务的内涵被大大地拓宽和延伸了。

3网络虚拟现实技术

目前网络虚拟现实技术大多是基于web 3d[1] [2] [3]技术的,而web 3d技术主要由实时3d建模和动态显示两部分组成。通常实时3d建模和动态显示分为两种类型,一种是基于几何模型,另一种是基于图像。这两种技术方案各有其特点,前者可方便地建立以任意角度进行观察的3d空间,但计算量大,因而对硬件要求较高,对复杂模型的建模过程较为困难;后者采用图像镶嵌方式实现实时建模,开发成本低,计算量小且效果逼真,但数据量较大。

各种网络虚拟现实技术为了能在网络这一特殊环境下不断发展,都不仅具有鲜明的技术特点,而且也都尽量扬长避短,形成了各自的技术风格,这也为我们在电子商务中针对不同展示内容选用最为合适的网络虚拟现实技术打下了良好的基础。有鉴于此,研究和对比分析各种主流网络虚拟现实技术是十分必要的。

3.1vrml(virtual reality modeling language——虚拟现实建模语言)[4]是专门用于在网上建立虚拟现实的设计语言,它采用基于几何模型的实时建模和动态显示方法。vrml可以用于建立真实世界的场景模型,也可建立虚构的三维空间。vrml提供了所谓的6+1度浏览,即沿三轴方向移动场景和旋转场景,同时还可以建立与其他3d空间的超链接。

vrml文件是文本文件,它可以用文本编辑器编写生成,其文件扩展名是.wrl。由于vrml语言语法规则较为复杂和严格,靠人工编写vrml文件工作量极大,因此一些三维建模工具(如3ds max)以可视化方式建立3d空间并自动生成vrml文件,提高了开发效率,但这样生成的vrml文件数据量比人工编写的文件大得多。

vrml适用于构造虚拟三维环境,而对于表达现实世界的真实场景和物体则略感不足。

3.2quicktime vr。quicktime是apple公司开发的数字图像影视技术规范,它包含多种媒体数据的压缩/解压缩技术。quicktime vr是其中一种新的媒体数据格式。它包含了对象影视(object movie)、全景影视(panoramic movie)和多节点影像(multi-node scene)等几种形式,其文件扩展名是.mov。

由于过去quicktime是mac系列机上的数字视频规范,因而制作quicktime vr的开发工具大多在mac机上运行,缺少pc机windows上的开发工具,而现在已出现了许多windows上的quicktime vr的专业开发工具,如vr toolbox等,使得开发用于电子商务的quicktime vr影视更为便捷和高效。

3.3cult3d是cycore公司基于java开发的网络虚拟现实技术,它具有独特的渲染方式,可动态显示极高质量的图像且不依赖3d加速卡等硬件,所产生的文件(.co)数据量小且可保留建模工具中所建立的贴图,并可以在3d物体上设计各种交互和添加声音,特别适合于在网络上表达3d对象。

cult3d技术本身并无创建3d模型的能力,它依靠专门的3d建模工具软件来建立3d模型,并通过安装在这些软件中的插件导出所需的3d模型。支持这一功能的3d建模软件有3ds max 和maya。在cult3d的交互功能设计软件cult3d designer中为3d对象设计动作和交互并输出用于网络的压缩文件。

cult3d技术的弱点是不易表达360°的全景虚拟环境。3.4viewpoint是viewpoint公司的网络虚拟现实技术,其正式名称是vet(viewpoint experience technology),它的前身是著名的metastream技术。由于viewpoint开发的虚拟现实文件数据量小、可流式下载、动态显示图像质量好以及可实时交互控制改变纹理贴图,因此被广泛用于在网上表达3d对象。viewpoint技术可以根据网络条件状况自动调整显示3d对象的细节和播放帧率,因此它对网络带宽适应能力较强。

通常开发viewpoint的虚拟现实文件是从3ds max中导出ase文件,在viewpoint的核心应用程序viewpoint scene builder中导入ase文件,并对相应3d场景的有关元素(如:材质、动画、交互动作和场景定义信息)进行编辑和设计,最终输出可在浏览器中播放的viewpoint数据文件(.mts和.mtx)。

3.5flash是macromedia公司开发的矢量动画技术。flash动画采用网上流式播放技术,在安装了flash播放器的浏览器中可以流畅地播放flash动画。在flash中制作动画时,不仅可在开发环境中绘制矢量对象,而且还可以导入外部矢量图形文件、位图图像文件、多种格式的声音文件甚至还可编辑视频文件。flash现在被广泛用于开发网络交互矢量动画,然而用它也可进行网络虚拟现实的开发。

用flash开发虚拟现实数据文件,主要是采用其脚本语言actionscript控制交互,进而控制通过导入序列图像或已拼接的360°全景图像而形成的3d对象或全景虚拟环境。由于用actionscript进行虚拟现实交互控制的灵活性较大,因此所开发的虚拟现实数据文件也具有较强的个性,同时因为flash并非专门用于开发虚拟现实的,所以开发时的步骤较为复杂些。

4虚拟现实在电子商务应用的实例分析

4.1 电子商务模型的建立。网络虚拟场景的建立和图形工作站中的场景的建立有着很大的区别,它首先强调的是模型的简单化,这是由虚拟现实的实时性要求决定的。在响应速度和场景的真实性发生冲突时,应牺牲一定的真实性,只要能在视觉上达到基本真实即可。因此,常用一些简单的框架来代替复杂模型,但为了保证一定的真实性,可采用贴图的方式来弥补视觉上的不足。贴图有以下两种制作方法:一种是使用绘画软件进行手工绘制、另一种是对建筑物的各个观察面进行拍照,然后用扫描仪扫描成相关贴图材质。第一种方法的颜色可限定在256色内,其压缩的比例较大,贴图文件较小,生成的场景文件也较小,适合网上传递和实时性的要求。后一种方法视觉效果好,但文件的压缩比例较小,贴图文件较大,生成的场景大,在网上传递和实时性方面不如前一种方法好。无论用哪一种方法都需考虑贴图的分辨率和尺寸,为了便于下载和渲染,在质量和大小允许的情况下,一幅贴图限为320×240(或240×320)像素、分辨率为72dpi,用jpeg压缩(采用最高压缩比)后约为20k字节。

根据以上所述的贴图制作方法,虚拟场景中的对象模型可分为以下几类:①由简单几何体组成的简单模型:该类模型常用作远处物品的替身,在lod方法中采用;②赋予手绘贴图的模型;③赋予照片材质的模型;④ 赋予手绘和照片混合材质的模型;⑤具有全部细节的精致模型。

4.2电子商务交互查询功能的建立。为电子商务模型加入交互和查询功能可采用两种方法:通过编程加入相应的交互和查询功能,利用vrml的辅助工具来完成交互和查询功能的加入[5]。后一种方法比较适合普通的用户。

kinetix制作了特殊的vrml输出嵌入程序,可以输出场景,包括几何、材质、动画制作等,嵌入程序也可制作特殊的vrml辅助工具来规定场景的交互元素。运行vrml嵌入程序vrmlout.exe即可安装vrml嵌入程序。

通过vrml嵌入程序,可设置以下辅助工具:

anchor:可将某一实体作为热点,当被点击时取出网上所指定的文件。若为vrml场景文件,则该场景被下载显示。若为其他类型文件,由浏览器决定如何处理;

touchsensor:对从指定设备的输入产生相应的事件,这些事件表示用户是否指向特定几何体,同时也表示用户何时何处按下定位设备的按钮;

proxsensor:接近感知器,指定当用户进入、离开或在立方体的区域内移动时产生的事件;

timesensor:在时间变化是发出事件,可用来控制动画,也可用于某一时刻进行某项活动,或于某一时间间隔中产生事件;

navinfo:描述有关观察者和观察模式的物理特性;

background:设定场景的背景;

fog:设置雾化的效果;

sound:设定声音片段的有效范围,以产生随距离改变的音响效果;

billboard:是某一对象随用户一起旋转,以使之始终面向用户;

lod:允许浏览器在物体表示的不同层次细节间自动切换;

inline:可在文件中引入外部文件的场景,避免重复制作。

通过以上辅助工具,就可制作出电子商务场景及其交互和查询功能。

4.3多分辨率渐进传输。服务器接收了用户端的请求后,通过网络把三维几何数据传送到浏览器进行显示,最理想的方式是渐进式传输[7] [8],这样客户端在下载完最简单的一级模型数据后就可以进行显示与交互,而不用整个模型传输完毕。渐进式几何传输要求模型具有多分辨率表示形式,这对网络的传输和客户端的绘制都有很多好处。

本文将3d场景数据组织成一个统一的数据结构,实现递进的传输不同类型的模型表示。本文利用分布式虚拟环境中通用的递推算法(dr)来预测视点的运动算法[6]来预测用户的位置,该方法简单而通用,并且能有效的减少网络上的数据流量,结合benefit累积和方法, 实现了有限的网络带宽下的优化3d场景传输的一个有效的策略。考虑到网络的不稳定性和网络的传输质量,作者采用了自适应流控技术,以保证不同质量的网络连接下不同场景绘制质量的仿真的顺利进行。另外本文考虑了传输动态物体和不同表示形态的静态物体到多个用户的问题。本文的内容集中在3d数据组织管理和优先传输排序策略以及3d图形传输协议上,目的在于实现服务器和客户端之间高效的3d场景传输。

4总结

本文介绍了虚拟现实技术在电子商务领域的应用。相关技术包括虚拟场景的构造、系统结构、网格数据的传输以及客户端的交互查询方式。与传统的电子商务系统相比,本系统具有更好的沉浸感和交互性,虽然目前离理想的虚拟现实境界仍有较大差距,但交互性强、触发事件种类多、动态渲染及显示质量高、可任意链接url或其他3d空间、适宜网上应用、虚拟现实数据文件共享性强以及开发效率高等技术特征,现已成为网络虚拟现实技术发展的趋势。随着网络虚拟现实技术的不断发展,将为系统的开发提供更大的空间和更完善的功能。

参考文献

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5徐明娟等.基于vrml虚拟场景交互方式的研究,ccvrv2004,

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第9篇：虚拟现实技术与应用范文

目的 了解虚拟现实（VR）康复对由脑血管疾病所致运动功能障碍的康复效果。方法 对实验组和对照组利用VR康复、传统康复对急性脑梗死患者进行对照康复治疗。 结果 在康复治疗4 w、康复治疗12 w后，实验组在肢体运动FurgMeyer量表评分、FurgMeyer躯体平衡功能评分、日常生活能力Barthel指数方面均显著优于对照组。结论 VR康复治疗可有效改善由脑血管疾病造成的躯体、肢体运动功能障碍，提高患者日常生活活动能力。

【关键词】 虚拟现实技术；运动康复；运动障碍；运动训练

在运动康复领域，虚拟现实（VR）技术最重要的用途在于对受损的运动功能进行康复性训练。康复训练的目的是使机体在最短的时间里通过针对性的练习消除由于损伤造成的功能障碍。决定康复训练效果的关键因素包括康复训练的运动负荷是否适度，运动范围是否全面，运动方式是否符合日常的生活习惯等。VR可以提供精确的测评、辅助、监控、训练等技术，从而充分保证运动康复训练的有效性。目前，国内尚未看到将VR技术应用于脑梗死后遗症运动康复治疗研究的相关报道。本研究旨在探讨运用VR技术对由脑血管疾病所致运动功能障碍的康复治疗效果。

1 对象与方法

1.1 研究对象

被试为2008年4月至2009年1月在郑州市第二人民医院、郑州大学第五附属医院神经内科及康复科住院治疗的脑血管疾病人员。入组标准依据1995年第四届脑血管病学术会议通过的诊断标准，需经颅脑CT或核磁共振确诊的初发脑梗死患者，患者遗留有肢体运动功能障碍，但没有严重认知障碍及精神疾患，病程在3 w内，格拉斯哥昏迷计分（GCS）≥8分，生命体征稳定。排除标准为脑血管病发病前已有痴呆表现及精神疾病，认知障碍较严重及语言不能者，重要器官如心、肺、肝、肾等有严重疾患，有神经肌肉骨骼病变可能干扰功能恢复且无法坚持治疗的患者。随机抽取符合入组标准的被试患者60例，年龄44～67〔平均（54.9±9.6）〕岁，随机分为对照组30例，其中男17例，女13例，平均年龄(56.23±10)岁；实验组30例，其中男16例，女14例，平均年龄(55.98±8.43)岁。被试两组成员在年龄、性别、疾患、患肢肌力、运动功能障碍上差异无显著性。

1.2 实验方法

两组的基础治疗均为神经科的药物治疗。对照组采用传统运动康复疗法，治疗措施包括：①肢体在床上功能位摆放；②按时变换；③功能障碍肢体各关节的被动运动和主动运动；④上肢的辅助功能（坐起）训练；⑤腰背肌功能训练；⑥重心的坐位及站立平衡训练；⑦步行训练；⑧自主生活能力训练。运动功能的康复训练根据不同阶段采取的不尽相同，治疗师采取一对一方式。治疗时间是每日两次，每次45 min，每周5 d，持续12 w。对实验组进行VR康复疗法，其VR技术的生物反馈系统为桌面式。康复仪器包括MyoTrac Train治疗仪、Sunlight Tetrax平衡仪，MyoTrac Train软件支持是MyoTrac Clinical治疗仪的工作基础，SunlightTetrax平衡仪原理与MyoTrac Train治疗仪相同，均需要根据患者不同的状态阶段选取相应的康复方案。治疗时间是每日两次，每次45 min，每周5 d，持续12 w。

1.3 评价标准

判定偏瘫患肢康复前后运动功能恢复情况采用FurgMeyer肢体运动功能积分量表；采用Barthel指数（BI）作为日常生活活动能力（ADL）评分法：总分100分，得分越高，ADL越好。评分60分以上的，基本上能完成ADL；60～40分需要帮助；40～20分需要很大帮助；20分以下完全需要帮助。两组分别于康复治疗前、康复治疗4 w后、康复治疗12 w后采集数据。

1.4 统计分析

采用SPSS13.0软件包统计分析，数据资料以x±s表示。

2 结 果

被试两组成员在年龄、性别、疾患、患肢肌力、运动功能障碍上经统计学分析，差异无显著性。对照、实验两组的FurgMeyer肢体运动功能评分、ADLBI评分在康复治疗前初次测次经统计学分析无显著性差异，表明两组被试在肢体运动功能障碍程度、ADL级别上无差异，然而两组被试治疗后相同时间再次统计分析，其结果呈现显著性差异（P

3 讨 论

VR技术是一种利用计算机生成模拟环境，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〔1〕。VR具有沉浸性、交互性、构想性等特点〔2〕。按照沉浸度可分为非浸入式、部分浸入式和完全浸入式，按其实现虚拟环境功能的高低可分为：桌面式、浸入式、分布式和混合实现系统〔3〕。

VR技术运用于康复治疗的科学原理及优势在于，它能为进行运动康复训练的患者提供每次练结果的实时反馈和每组练习后的成绩反馈，这两种形式的反馈有利于提高患者的结果知晓感〔4〕。VR技术不仅能够通过编制虚拟环境提高运动康复训练的趣味性，而且能够以形式多样的反馈不断激发并维持患者重复练习的动机。VR技术的发展，从根本上改变了传统的运动康复方式，将劳和逸真正结合起来。

偏瘫是最常见的脑梗死后遗症，是指一侧肢体肌力减退、活动不利或完全不能活动，还常伴有同侧肢体的感觉障碍，如冷热不知、疼痛不觉等，有时还可伴有同侧的视野缺损。康复医学是以运动学和神经生理学为理论依据，采取各种手段对患者进行科学性、系统性、综合性治疗。运动疗法是康复医学中最基本的治疗方法，运动疗法对消除或减轻患者功能上的缺陷，控制病态的异常和帮助患者最大限度地恢复原有的运动能力，具有显著作用。

VR技术在模拟真实生活场景，提供日常生活技能训练方面具有传统康复训练不可比拟的优越性。实验研究表明，基于VR技术的运动康复训练具有以下的优越性；第一，虚拟环境可以使患者产生一种身临其境的感觉，以自然方式与虚拟环境中的对象进行互动，从而提高患者主动参与的积极性。由于VR技术可以使虚拟环境与真实环境非常相似，患者能够将在虚拟环境中学到的运动技能很好的迁移到现实生活环境中。第二，VR技术不仅能够简化患者的康复训练任务，并且虚拟教练比人类教练的动作更具有一致性。第三，VR技术能够以多种形式提供反馈信息，给予患者相应的鼓励、暗示或建议等，从而使原本枯燥单调的运动康复训练过程变得轻松、有趣。第四，VR技术允许用户进行个性化设置，可以针对患者个人的实际情况将运动训练、心理治疗及功能测评有机地结合起来，制定适当的运动康复训练计划〔5〕。

本研究显示，基于VR技术的脑血管疾病运动功能康复治疗，对于最大限度的恢复患者的肢体运动功能、促进日常生活活动能力的提高，较之传统康复治疗，具有显著疗效。VR技术能够为患者提供身临其境的极富真实性感受的虚拟环境，从而积极促进患者参与康复训练的积极性和主动性，有效克服传统运动康复训练的局限性，使患者最大限度地回归家庭和社会。

参考文献

1 徐茂云，卢兆桐，刘世君.虚拟现实技术在医学中的应用进展〔J〕.实用医药杂志，2007；24 (11)：137981.

2 杨轶璐，胡 英，刘纪红，等.虚拟现实技术及其在现代医学中的应用〔J〕.信息与控制，2003；32(3)：2515.

3 陶维东，孙弘进，陶晓丽，等.浸入式虚拟现实技术在心理学研究中的应用〔J〕.现代生物医学进展，2006；6(3)：5862.