虚拟现实技术应用研究论文 摘要：虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，在最近几年发展迅速，其应用领域设计到教育、军事、娱乐和医学等许多行业。本文概述了虚拟现实技术的概念、基本特征和技术分类，提出了虚拟现实技术发展的技术瓶颈，阐述了虚拟现实技术应用和优势。 关键词：虚拟现实；沉浸；交互；想象； VirtualReality；Immersion；Interaction；Imagination 1、虚拟现实技术的概念 虚拟现实技术（VirtualRealityTechnology）是一项综合集成技术，它的出现是计算机图形学、人机交互技术、传感器技术、人机接口技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。它利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、嗅觉等各种感觉，使用户通过适当装置，自然地对虚拟现实世界进行体验和交互作用。简单地说，虚拟现实技术就是用计算机创造现实世界。 2、虚拟现实技术特征 1993年BurdeaG在Electro93国际会议上发表的“VirtualRealitySystemandApplication”一文中，提出了虚拟现实技术三个特征，即：沉浸感、交互性、想象性。 沉浸感是指用户可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中和使用户投入到计算机生成的虚拟场景中的能力，用户在虚拟场景中有“身历其境”之感。它所看到的、听到的、嗅到的、触摸到的，完全与真实环境中感受的一样。它是虚拟现实系统的核心。 交互性是指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。它是人机和谐的关键性因素。用户进入虚拟环境后，通过多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用，用户可以进行必要的操作，虚拟环境中做出的相应响应，亦与真实的一样，如拿起虚拟环境中的一个篮球，你可以感受到球的重量，扔在地上还可以弹跳。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运动的程度等，例如，当物体受到力的作用时，物体会沿着力的方向移动、翻到或者从桌面落到地面等。
第 2 卷 第4期2013年7月 集 成 技 术 JOURNAL OF INTEGRATION TECHNOLOGY Vol. 2 No. 4 Jul. 2013 基金项目：国家科学基金面上项目(51275101)。 作者简介：张冬蕊，硕士研究生，研究方向为人机交互界面设计；耿艳娟，助理研究员，博士研究生，研究方向为模式识别、神经康复，E-mail ：yj.geng@https://www.doczj.com/doc/257253436.html, ；徐礼胜，教授，博士，研究方向为生物医学信号处理；张秀峰，研究员，博士，研究方向为康复辅具和设计；李光林，研究员，研究方向为神经康复工程、生物医学信号处理、生物医学仪器等。 虚拟现实手部康复训练系统的设计与实现 张冬蕊1,2 耿艳娟1 徐礼胜2 张秀峰3 李光林1 1 （中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055）2 （东北大学中荷生物医学与信息工程学院 沈阳 110004） 3 （国家康复辅具研究中心 北京 100176） 摘 要 将虚拟现实技术应用到康复医学领域，可有效克服传统康复训练方法的局限性，实现安全、舒适和主动的康复训 练。本文设计并实现了一套虚拟现实手部康复训练系统，系统由交互设备、人机交互软件和虚拟环境三部分组成。交互设备采用 5DT 公司生产的 5DT Data Glove 14 Ultra 数据手套，而人机交互软件运用 Visual Studio 2012 作为开发工具，基于 MFC 编写，实现了用户管理、数据采集、手势信号分类、实时手势识别测试等功能。构建的虚拟场景使用 Flash 游戏，通过 MFC 和 Flash 游戏之间通讯使用者能使用手势信号实现游戏操控。本文的实验结果表明：虚拟现实手部康复训练系统能够指导使用者进行有效的手部康复训练，Flash 康复训练游戏能有效提高使用者进行康复训练的积极性和主动性。 关键词 康复训练；数据手套；虚拟现实；偏瘫 Design and Implementation of a Training System of Hand Rehabilitation Based on Virtual Reality ZHANG Dong-rui 1,2 Geng Yan-juan 1 XU Li-sheng 2 ZHANG Xiu-feng 3 LI Guang-lin 1 1 ( Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518055, China ) 2 ( Northeastern University, Shenyang 110004, China ) 3 ( National Research Center for Rehabilitation Technical Aids, Beijing 100176, China ) Abstract The use of virtual reality technology in limb rehabilitation training could overcome the limitations of traditional rehabilitation methods, realizing the safe, comfortable and active rehabilitation training. In this paper, a rehabilitation training system based on virtual reality was designed for the recovery of impaired hand functions and evaluated in healthy projects. The training system was developed by using an interactive device, a human-computer interaction software and the virtual environment. The 5DT Data Glove 14 Ultra was used as the interactive device. The human-computer interaction software implemented with Visual Studio 2012 consisted of user management module, data collection module, classification module and real-time gesture recognition module. For the virtual environment (VR), a flash game was developed and used, which could be controlled by hand gestures through the communication between the VR environment and users. The proposed training system could be bene ? cial in improving the outcome of the hand function rehabilitation. Moreover, the use of flash games could improve the enthusiasm and initiative of the users effectively in rehabilitation training. Keywords rehabilitation training; data glove; virtual reality; hemiplegia
第一章智慧课堂虚拟现实 1.1智慧课堂 1.1.1系统概述 在学校，课堂教学环节是学生接受系统教育最重要的一环，做好教学互动环节，是掌握好教学环节的质量，提高教学水平的关键。现行的教学过程中，传统的签到环节、疑问确认环节、提问互动环节、课堂小测试环节存在诸多问题。签到过程中，使用纸张签到，效率低且存在代签现象，结果不便于教师统计；提问互动环节和课堂小测试的环节中，教师给出简单选择后，学生举手或者口头回答，不能获得准确的统计数据，教师只能根据大体情况来判断是否进行教学，没有准确的数据，更不能考虑后期的数据挖掘和数据统计工作。传统的教学方式已经不适应现代化教学的需要，基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、资产管理、环境智慧调节、视频监控及远程控制于一体的新型现代化智慧教室系统在逐步的推广运用。智慧教室作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，给教育行业带来了新的机遇。 1.1.2智慧课堂功能 智慧教室系统打通教学流程的课前、课中、课后、课外各环节，使用专项定制的人人通学习机，可与学校现有的课程中心、网络教学平台、资源平台、电子书包进行灵活畅通对接互通。智慧教室课堂系统根据学校的现有信息技术架构，提供了数据中心版、私有云服务版、公有云服务版多种灵活的部署实施方式，为学校的教学模式创新与落地提供个性化、灵活逐级扩展、安全稳定的技术与服务水平。 智慧课堂系统的特色: ●颠覆传统教学，提高学生知识应用力、自主思考力、探究学习力 ●无线多屏互动技术，权限控制、跨平台多点交互 ●大数据挖掘分析，助力教师针对性制定教学方案
●满足各种需求的定制服务 ●个人学习空间满足进阶式教学 多种教学互动场景与功能推动探究式教学模式、启发式教学模式、讨论式教学模式等创新型教学理念的研究与实现，并同时支持多种教学终端（电子白板、人人通学习机、PC、笔记本等等）。 智慧课堂允许学生和教师在开课前掌握预习情况，并在课堂上导入课前作业进行讲评，老师主持与指导学生进行探究式小组教学活动，系统自动采集课堂信息生成质量报告。 1.1.3智慧课堂布局 智慧教室系统由交互式电视、书写电子白板、微课笔、智慧课堂系统、学生学习终端、短焦投影机等主要功能模块组成，教师教学登录到智慧课堂平台，，实现无尘教学，保护师生的健康，老师可在电子白板上进行书写、绘制讲解分析。老师使用的智能终端受学校管理员通过智能中控设备统一管理，在云平台中心存放大量丰富的教学资源，学生及老师可以在线查阅或者下载到本地，与此同时，老师也可以将备课资料存放到云平台，当上课需要时，直接调出来使用即可。 在学生平板电脑上安装智慧课堂电子书包系统，平板电脑无线网络连接到班级AP上，学生可以自行分组讨论教学问题，也可以与教师进行教学互动，灵活的教学方式使整个教学更加生动，学生更易及时掌握课堂知识。
虚拟现实简介及行业发展前景 一、虚拟现实简介 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 百科内容： VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术
模拟系统。 概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。 虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。 二、虚拟现实分类 行业概况： 北京傲唯刃道科技有限公司甘健先生认为：供求关系是一个行业能否快速发展的前提。目前来看，市场需求是很大的，而供应方面却略显不足，尤其是拥有核心知识产权，专利产品及服务质量过硬的企业并不多，行业整体缺乏品牌效应。在需求旺盛的阶段，行业需求巨大，
考试科目：虚拟现实技术（全校选修课） 一、总体要求： 撰写论文作为期末考试成绩，论文的Word排版要工整、规范、美观，没有错别字。正文用小四号字体、宋体、1.5倍行距，题目用小二号字体、加粗，一级标题用小三号字体、加粗，二级标题四号字体、加粗，正文中的英文字符或者罗马数字用Times New Roman字体。论文的封面填写清楚相关个人信息，报告正文的页眉中也要正确的填写学号和姓名，正文页脚中要填写页码。封面不能填写页码，正文第一页的页码为1。Word排版严谨性占10分。 二、论文内容组织结构要求： 自拟题目，独立完成，不得抄袭，严禁从网上大段拷贝文字，图文并茂，不少于6000字。包括但不限于如下方面（比如下内容还丰富有意义会酌情加分）： 1．虚拟现实的概念、特征及应用领域。（5分） 2．虚拟现实涉及的关键技术总结，从多个技术方面分别阐
述。（35分） 3．国内外虚拟现实研究的最新进展，搜索资料，完成调研综述。（35分） 提示：可搜索https://www.doczj.com/doc/257253436.html,/页面上的各个学术论文数据库。 4．本门课程的主要收获（学习心得）以及期望进一步学习的知识点。（5分） 5．论文小结及对本课程的建议。（5分） 6．参考文献。（5分） 注：参考文献目录按GB/T7714—2005的要求填写，该要求可从网上搜索下载。 7．第一页须写明：题目、作者、作者单位、摘要、关键词，示例：
加分点：能结合自己专业提出应用需求、应用场景设想、虚拟现实与自己专业结合点的可加分，最高可加至总分100分。 三、需提交的材料： 2010-2011学年第2学期期末考试
论文虚拟现实技术
浅谈虚拟现实技术 摘要虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是近年来新兴的借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。概括介绍了虚拟现实技术的概念、特征及应用领域，涉及的关键技术，最新研究进展，应用与前景展望。 关键词虚拟现实技术，研究现状，相关应用，信息安全 一．虚拟现实的概念、特征及应用领域 虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观而自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境中。虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，其核心是建模与仿真。 虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。常用的有立体头盔、数据于套、三维鼠标、数据衣等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环境中的传感装置，如摄像机、地板压力传感器等。 （虚拟现实技术穿戴的装备）
GrigoreBurdea和Philippe Coiffet在著作“Virtual Reality Technology”一书中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，即人们称道的“3I”特性：交互性(interactivity) 、沉浸感(Illusion of Immersion) 和构想性(imagination)。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。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。构想性是指借助虚拟现实技术，使抽象概念具像化的程度。另外还有多感知性(Multi-Sensory)。所谓多感知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。 所以，“3I＋M”就是虚拟现实系统的基本特征。 自1968年Ivan Sutherland发表一篇名为“The Ultimate Display”的论文至今，虚拟现实技术已经伴随着计算机技术的进步得到长足的发展。如今，众多的设备可被用于虚拟现实，包括头戴式显示器、数据手套、动作捕捉系统等[1]。虚拟现实技术已经在诸如建筑设计、军事仿真、虚拟制造、游戏娱乐、医学等领域得到广泛的应用。在教育、心理学、环保、文化艺术领域，虚拟现实技术也得到越来越多的关注[2]。 二．虚拟现实涉及的关键技术[3] 虚拟现实的关键技术主要包括：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，系统集成技术，实时三维计算机图形技术，广角立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，触觉、力觉反馈技术，立体声、语音输入输出技术。 动态环境建模技术：虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，目的就是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。 实时三维图形生成技术：三维图形的生成技术已经较为成熟，那么关键就是“实时”生成。为了达到实时的目的，至少保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。
8.3.2 场景模型的构建 建立了消防车的3ds模型后，我们就可以来定义一个消防车类了。消防车类中包含车身、云梯、吊篮成员对象，这些对象通过前节介绍的3ds载入类C3DSLoader来定义。此外我们在吊篮上安置一个消防水枪来模拟喷水效果，为此用前章定义好的粒子系统类CparticleSys来定义一个水枪效果对象。为实现云梯的交互运动，增加了云梯水平旋转的变量theta，和俯仰运动的变量phi。车身的运动由变量Position来控制。其消防车类的定义如下： //注：以下代码写在文件Motor.h中 #include "gl/glut.h" #include "3DSLoader.h" #include "Particle.h" class CMotor //消防车类 { public: float Position[3]; //车位置 float theta; //云梯支架旋转角 float phi; //云梯俯仰角 //定义3ds载入对象 C3DSLoader m_3DSMotor; //车身 C3DSLoader m_3DSSupport; //云梯支架 C3DSLoader m_3DSLadder; //云梯 C3DSLoader m_3DSBasket; //篮子 CParticleSys m_WaterGun; //水枪效果 CMotor(); //构造函数 virtual ~CMotor(); //析构函数 void DrawMotor(); //绘制车 void Init(); //初始化 }; 车身模型，云梯模型和吊篮模型的载入以及水枪的初始化通过成员函数Init来完成，其实现形式如下： //注：以下代码写在文件Motor.cpp中 void CMotor::Init() { m_3DSMotor.Load3DSModel("3DSModel\\武警学院车身1.3DS"); m_3DSSupport.Load3DSModel("3DSModel\\云梯支架.3ds"); m_3DSLadder.Load3DSModel("3DSModel\\云梯.3ds"); m_3DSBasket.Load3DSModel("3DSModel\\吊篮.3ds"); m_WaterGun.SetPosition(0,0,0); //水枪位置 m_WaterGun.SetMode(0.5,100, 10,-0.8,1); //粒子系统模式设置 m_WaterGun.Init(PI/2,PI/3);//水枪方向 } 消防车的绘制过程在成员函数DrawMotor中来完成，其实现形式如下： //注：以下代码写在文件Motor.cpp中 void CMotor::DrawMotor()
《虚拟现实》课程标准 一、课程概况 注：课程类别填公共基础课、专业基础课、专业核心课、岗位方向课。 二、专业对课程要求 虚拟现实课程是岗位方向课，操作性强,应用前景广阔。该课程主要以学习VR交互的实现流程与技术。课程主要考核学生制作VR游戏的模型制作、UI设计、交互功能等。重视学生分析问题和解决问题能力的培养，使他们具有进一步学习相关知识和技能的能力。另外通过该课程的“教、学、做”一体化教学，培养学生良好的创新能力，提高学生的职业技能与职业素养，为培养创新型、发展型的高素质数字媒体技术人才服务。 三、课程培养目标 1、总体目标 通过学习这门课程使学生掌握Unity的基础知识，熟悉Unity游戏制作的工作流程、创作方法。更重要的是让学生能熟悉VR制作与开发的整体设计与实现过程，提高学生实践操作能力。同时培养吃苦耐劳、爱岗敬业、团队协作的工匠精神和诚实、守信、善于沟通与合作的良好品质，为发展职业能力奠定良好的基础。 2、知识目标 （1）掌握虚拟现实技术基础知识； （2）掌握Unity3d软件的基本使用流程； （3）掌握三维交互的基本原理。 3、能力目标 （1）能操作Unity软件，完成地形的制作； （2）掌握虚拟场景中的UI设计流程；
（3）掌握C#编程在Unity中的使用； （4）Unity在实际项目中的开发能力。 4、素养目标 （1）具有正确的职业观； （2）具有胜任相关工作的良好业务素质； （3）具备基本的审美修养和创造性思维能力； （4）具备运用所学知识分析和解决问题的能力。 四、课程设计思路 《虚拟现实》课程目标的设计主要遵循前导课程的掌握情况以及学生个体能力发展方向的需求与特点，旨在体现《虚拟现实》课程标准的整体性、灵活性。 1、根据实际项目制作为教学主线，整个课程内容由以下几个模块组成，构建由“Unity 基础知识——UI交互——C#编程语言——项目开发”的课程内容体系，每个模块都有相关的项目与任务来支撑。运用“以训带练，以练带学”的教学方法构建以实践为主渠道的教学体系。以能力培养为主线，把知识传授、能力培养和素质教育融为一体。 2、在教学中，采取个别辅导、分组教学等多种手段，激发学生学习的主动性和创造性。让学生学会发现问题、研究问题，并能独立解决问题。 3、以推动学科建设为目的，不断更新教学手段和方法，学习其它先进的教学成果来丰富课堂教学，使本课程的教学始终适应专业发展的要求，并为学生后续的专业学习提供强有力的支撑。 五、课程内容设计 1、课程整体设计
关于虚拟现实的感想 以《黑客帝国》为代表的许多作品中，经常出现能够以假乱真的虚拟现实的故事设定。而如今，原本只是构想出的虚拟现实，已经逐渐深入到人们的生活中。 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。 他给用户提供了更自然的交互方式，从而减轻了用户的负担，提高了效率。与从最早的人机会话，到目前被广泛应用的视窗操作相比，虚拟现实在技术上有了质的飞跃。 虚拟现实是用计算机合成的人工世界。那么，生成虚拟现实需要解决以下三个主要的问题： 1）以假乱真的境界：如何使观察者产生与现实环境一样的视觉、触觉与听觉。 2）互动性：如何产生与观察者动作相一致的现实感。 3）实时性：如何形成随时间推移的现实感。 为了实现和在真实世界中一样的感觉，就需要有能实现各种感觉的技术。人在真实世界中是通过眼睛、耳朵、手指、鼻子等器官来实现视觉、触觉（力觉）、嗅觉等功能的。人们通过视觉观看到色彩斑斓的外部环境，通过听觉感知丰富多彩的音响世界，通过触觉了解物体的形状和特性，通过嗅觉知道周围的气味。总之，通过各种各样的感觉，使我们能够同客观真实世界交互，使我们浸沉于和真实世界一样的环境中。 如今，虚拟现实已经广泛应用于军事、医疗、探测等容易收到条件限制的领域之中。使原本需要消耗巨大成本或是无法完成的工程得以顺利展开。 不仅如此，如果要想使VR系统更能够让人产生真实感，那么在这个环境中，则必然要存在受其他事物影响的因素。因为这个世界是人与人，人与物的相互影响的结构，而非一条单一的已经被设计好并被告知的道路。在VR系统中，使用户的行为能够影响其他用户的行为，或者反之，都将能更好的产生现实感。 虚拟现实的广泛用途，把计算机应用提高到一个崭新的水平，其作用和意义显而易见。此外，还可从更高的层次上来看待其作用和意义。一是在观念上，从“以计算机为主体”变成“以人为主体”。二是在哲学上使人进一步认识“虚”和“实”之间的关系。 虚和实的关系是一个古老的哲学问题。我们究竟是存在于客观世界中，还是处于自身的感官世界中，一直是唯物论和唯心论争论的焦点。以视觉为例，我们看到的一切，都是视网膜上的影像，更进一步的说，是传送到大脑的神经脉冲。曾有一句话被沿用了很久，“眼见为实”。而虚拟现实使之产生了二重性，看到的的景物对人的感官来说是实实在在的存在，但它又确实是虚拟的。可是按照虚拟的东西行事，又会得到正确的结果。“虚”与“实”之间原本清晰的界限在逐渐的被淡化。 随着技术的发展不依靠繁重设备的虚拟现实技术终将到来。
虚拟现实技术的历史与发展 摘要：虚拟现实技术作为一种综合多种科学技术的计算机领域新技术,已经涉及众多研究和应用领域,被认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特性以及发展历史和发展趋势，并对虚拟现实技术的应用前景进行展望。 关键词：虚拟现实技术发展历史发展趋势 一、虚拟现实的概念和特性 虚拟现实(Virtual Reality，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[1]。虚拟现实技术作为一种新的技术，主要有三个特性，分别是沉浸性、交互性和构想性。 1.沉浸性，是指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉。 2.交互性，在计算机生成的这种虚拟环境中，人们可以利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样，比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西的感觉，而且可感觉到物体的重量。 3.构想性，虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的联想，因而可以说,虚拟现实可以启发人的创造性思维。 二、虚拟现实技术的发展历程 虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：1963 年以前，蕴涵虚拟现实技术思想的第一阶段；1963年~1972 年，虚拟现实技术的萌芽阶段；1973 年~1989 年，虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段；1990 年至今，虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。 第一阶段：虚拟现实技术的前身。虚拟现实技术是对生物在自然环境中的感官和动作等行为的一种模拟交互技术，它与仿真技术的发展是息息相关的。中国古代战国时期的风筝，就是模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景，风筝的拟声、拟真、互动的行为是仿真技术在中国的早期应用，它也是中国古代人试验飞行器模型的最早发明。西方人利用中国古代风筝原理发明了飞机，发明家Edwin A. Link 发明了飞行模拟器，让操作者能有乘坐真正飞机的感觉。1962 年，Morton Heilig的“全传感仿真器”的发明，就蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。这三个较典型的发明，都蕴涵了虚拟现实技术的思想，是虚拟现实技术的前身。 第二阶段：虚拟现实技术的萌芽阶段。1968 年美国计算机图形学之父Ivan Sutherlan 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD 及头部位置跟踪系统，是虚拟现实技术发展史上一个重要的里程碑。此阶段也是虚拟现实技术的探索阶段，为虚拟现实技术的基本思想产生和理论发展奠定了基础。 第三阶段：虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段。这一时期出现了VIDEOPLACE 与VIEW两个比较典型的虚拟现实系统。由M.W.Krueger 设计的VIDEOPLACE系统，将产生一个虚拟图形环境，使参与者的图像投影能实时地响应参与者的活动。由M.MGreevy 领导完成的VIEW 系统，在装备了数据手套和头部跟踪器后，通过语言、手势等交互方式，形成虚拟现实系统。 第四阶段：虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。在这一阶段虚拟现实技术从研究型阶段转向为应用型阶段，广泛运用到了科研、航空、医学、军事等人类生活的各个领域中，如美军开发的空军任务支援系统和海军特种作战部队计划和演习系统，对虚拟的军事演习也能达到
第23卷第2期2007年2月 甘肃科技 Gansu Science and TeclnOIOgy Vol.23 No.2 Feb.2007 ［2］王楠.等.建设工程造价控制与案例分析.武汉：武汉理工大学出版社，2005. 虚拟现实在工科实践教学中的应用 张兰华，黄伟奇 （三峡大学，湖北宜昌443002） 摘要：文章介绍了虚拟现实的特点，并分析了虚拟现实技术在工科实践教学中的优势和局限性，最后探讨了虚拟现实技术在工科实践教学的应用。 关键词：虚拟现实；实践教学；人机交互 中图分类号：!728 1 虚拟现实的特点及构成 虚拟现实（iirtuaI ReaIity，简称iR）是一种可以创建和体验虚拟世界（iirtuaI WOrId）的计算机系统。其中虚拟世界为全体虚拟环境（iirtuaI Envi-rOnment）或给定仿真对象的全体，它是由计算机产生，通过视、听、触觉等作用，使用户产生身临其境感觉的交互式视景仿真。因此，一个身临其境的虚拟现实系统是由包括计算机图形学、图像处理与模式识别、多传感器、语音处理与音像以及网络等技术所构成的大型综合集成环境。 与传统的人机交互技术相比，虚拟现实具有三个最突出的特征：交互性，沉浸感和构想性.其中，交互性是指参与者通过使用专用设备，用人类的自然技能实现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）；沉浸感是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度；构想性则是使iR技术的应用能解决在工程，医学，军事等各行业的实际应用问题，使人有可能从定性和定量综合集成的虚拟环境中得到感性和理性的认识，进而深化概念，产生新意和构想，主动地寻求，探索和接受信息，而不是被动地接收。 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.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。 2 虚拟现实技术在工科实践教学中的优势2"1工科实践教学的意义 大学生实践教学是高等教育的重要教学环节之一，是指导学生理论联系实际、培养学生综合素质与创新意识的重要途径，在人才培养中尤其是在工科人才培养中有着其他教学方式不可替代的特殊作用。实践教学的内涵包括实验、实习和实训，是基于专业知识、职业岗位能力和职业素质结构要求而设置的不同的实践教学环节，是三个不同类型的实践教学形式，同时也是相互关联和相通的，各自在实践教学中完成不同的任务。实验是为具体课程教学设计，作为课堂理论教学的辅助，通过实验，使学生对课程理论和知识点加深理解。创新实验是非验证性的、激发创新思维的实验。实习是专业教学阶段性的认识性实践教学，是理解专业知识，熟悉专业设备和基本掌握操作技能的必要实践环节，同时也使学生了解本专业所对应的岗位、所从事工作的内容和对工作人员能力和素质的要求。实训是对学生包括单项能力和综合技术应用能力进行的训练（含课程设计、毕业设计等），也包括职业岗位实践训练，是应用性实践教学。通过各种实训，使学生能够掌握从事专业领域实际工作的基本操作技能和基本技术应用能力，尤其是综合实训，通过模拟项目、模拟案例对学生进行解决实际问题的综合能力训练。2"2虚拟现实在工科实践教学中意义 在实践教学中利用虚拟现实技术，许多动作程序可以先在计算机模拟环境中演练，然后再到现场实物操作。这种教学方式不仅可以验证书本知识，
虚拟现实技术的应用研究 来源:毕业论文网 摘要：随着计算机技术的迅猛发展，虚拟现实技术的应用日趋广泛和深入。基于此，本文 将深入浅出地对虚拟现实技术的定义、应用领域、未来的发展前景和存在的问题进行介绍，重点阐述虚拟现实技术的应用领域以及相关研究，以期使读者对于虚拟现实有一个相对明 晰的认知。本文内容介绍：在第2部分会对虚拟现实技术进行简单介绍;第3部分将部分应用虚拟现实技术的领域进行介绍;第4部分描述虚拟现实技术研究现状和前景;在第5部分 对全文进行总结。 关键词：虚拟现实技术研究现状虚拟现实应用虚拟现实发展前景 一、引言 虚拟现实对于很多人来讲还是一个比较新的词汇，也可能你听说过，但并不了解，只 是认为佩戴显示设备，观看虚拟出来的内容，有身临其境之感，以为这就是虚拟现实技术。不尽然，那虚拟现实技术究竟指什么呢?本文将为读者解决这个困惑。 二、虚拟现实技术简介 2.1什么是虚拟现实技术 虚拟现实技术即虚拟现实。虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高 新技术。从本质上来说，虚拟现实是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，因此具有多感知性、存在感、交互性、自主性等重要特征。虚拟现实技术并不是一项单一的技术，而是多种技术综合后产生的，其核心的关键技术主要有动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具 应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等五大项。 2.2虚拟现实技术特征 虚拟现实技术主要有四个特征：(1)沉浸性：主要是指让计算机产生一种虚拟的环境，让参与到其中的人有一种和现实世界一样的感觉，就如身临其境一般。(2)交互性：主要是指用户对计算机模拟出的虚拟环境中的物体具有可操作性和从虚拟环境中的物体上得到的 反馈。(3)想象力：主要是指虚拟现实技术它具有很广阔的想象空间，不仅可以模拟出现实存在的世界，而且还可以模拟出不存在的环境。(4)多感知性：主要是指这项技术不仅能够让我们感受到视觉和听觉这两种一般计算机就可以给我们提供的感觉外，还可以给我们提 供触觉、味觉等一般计算机难以模拟出的感觉。 三、虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术在很多领域内均有比较理想的应用，如教育与培训、娱乐与艺术、医学、军事、商业等领域，下面我们将就其中几个比较典型的应用领域展开叙述。 3.1教育与培训
138 虚拟现实技术的国内外研究现状与发展 杨江涛 （铜仁职业技术学院，贵州铜仁554300） 摘要：虚拟现实技术是一项新兴技术，结合了多种技术如多媒体技术、计算及图形技术、网络技术、人机交互技术、仿真技 术以及立体显示技术等等，前景非常的广阔。文章结合了虚拟现实技术国内外的研究现状对虚拟现实技术的发展趋势进行了分析。关键词：虚拟现实；三维现实；分布式中图分类号：F061.3 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）01-0138-01 虚拟现实（Virtual Reality ，简称VR ）是一种综合了多媒体技术、计算机图形技术、网络技术、人机交互技术、仿真技术以及立体显示技术等多种科学技术综合发展起来的计算机最新技术，综合应用了力学、光学、数学、机构运动学等学科。这种技术的特点就是用模仿的方式给用户创造一种虚拟的环境，通过感知行为如视觉、听觉和触觉等让用户有一种身临其境的感觉，并带有交互作用。现在虚拟现实的发展速度越来越快，内容也扩大了很多。 1国外虚拟现实技术研究现状 （1）虚拟现实技术在美国的研究现状。美国是虚拟现实技术的发源地，对于虚拟现实技术的研究最早是在20世纪40年代。一开始用于美国军方对宇航员和飞行驾驶员的模拟训练。随着科技和社会的不断发展，虚拟现实技术也逐渐转为民用，集中在用户界面、感知、硬件和后台软件四个方面。20世纪80年代，美国国防部和美国宇航局组织了一系列对于虚拟现实技术的研究，研究成果惊人。到了现在，已经建立了空间站、航空、卫星维护的VR 训练系统，也建立了可供全国使用的VR 教育系统；乔治梅森大学研制出了一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统；波音公司利用了虚拟现实技术在真实的环境上叠加了虚拟环境，让工件的加工过程得到有效的简化；施乐公司主要将虚拟现实技术用于未来办公室上，设计了一项基于VR 的窗口系统。传感器技术和图形图像处理技术是上述虚拟现实项目的主要技术，从目前来看，时间的实时性和空间的动态性是虚拟现实技术的主要焦点。 （2）虚拟现实技术在欧洲的研究现状。在欧洲，英国在辅助设备设计、分布并行处理和应用研究方面是领先的，在硬件和软件的领域处于领先地位。欧洲其它一些比较发达的国家如德国以及瑞典等也积极进行了虚拟现实技术的研究和应用：德国将虚拟现实技术应用在了对传统产业的改造、产品的演示以及培训三个方面，可以降低成本，吸引客户等等；瑞典的DIVE 分布式虚拟交互环境是一个在不同节点上的多个进程可以在同一个师姐中工作的一直分布式系统。 2国内虚拟现实技术研究现状 我国对于虚拟现实技术的研究和国外一些发达国家还存在相当大的一段距离，但随着计算机系统工程以及计算机图形学等技术的发展速度越来越快，我国各界人士对于虚拟现实技术也越来越重视，正在积极进行虚拟环境的建立以及虚拟场景模型分布式系统的开发等等。国内许多高校和研究机构也都在积极的进行虚拟现实技术的研究以及应用，并取得了不错的成果： 北京航空航天大学时国内最早进行虚拟现实技术研究的 单位之一，建立了一种分布式虚拟环境，可以提供虚拟现实演示环境、实施三维动态数据库、用于飞行员训练的虚拟现实系统以及虚拟现实应用系统的开发平台等等，并对虚拟环境中物体物理特性的表示和处理着重进行了研究，并在虚拟显示的视觉接口硬件方面进行开发，并提出了相关的算法和实现方法。 清华大学国家光盘工程研究中心采用了QuickTime 技术实现了大全景VR 制布达拉宫；哈尔品工业大学计算机系成功解决了表情和唇动合成的技术问题等。 3虚拟现实技术的发展趋势 （1）动态环境建模技术。虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容，而动态环境建模技术的目的就是对实际环境的三维数据进行获取，从而建立对应的虚拟环境模型，创建出虚拟环境。 （2）实时三维图形生成和显示技术。在生成三维图形方面，目前的技术已经比较成熟，关键是怎么样才能够做到实时生成，在不对图形的复杂程度和质量造成影响的前提下，如何让刷新频率得到有效的提高是今后重要的研究内容。另外，虚拟现实技术还依赖于传感器技术和立体显示技术的发展，现有的虚拟设备还不能够让系统的需要得到充分的满足，需要开发全新的三维图形生成和显示技术。 （3）适人化、智能化人机交互设备的研制。虽然手套和头盔等设备能够让沉浸感增强，但在实际使用当中效果并不尽如人意。交互方式使用最自然的视觉、听觉、触觉和自然语言的话，能够让虚拟现实的交互性效果得到有效的提高。 （4）大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合当中，对新型的人机交互设备进行一个用，介入计算机中，产生适用于用户的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了要让复杂虚拟环境计算的需求得到满足之外，还需要让协同工作以及分布式仿真等应用对共享虚拟环境的自然需要得到满足。分布式虚拟现实可以看成是一种基于网络的虚拟现实系统，可以让多个用户同时参与，让不同地方的用户进入到同一个虚拟现实环境当中。目前，分布式虚拟现实系统已经成为了全世界的研究热点，我国也由杭州大学、北京航空航天大学、中国科学院软件所、中国科学院计算所以及装甲兵工程学院等单位共同感开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要的软硬件基础环境和网络平台。 2015 （Sum.No 145） 信息通信 INFORMATION &COMMUNICATIONS 2015年第1期（总第145期）
虚拟现实的创新案例——NervGear 什么是虚拟现实技术? 虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。利用这种技术，可以打破现实中我们对现世观念的界限，例如，可以把一组虚拟的建筑物投射到现实中，查看它的实现可行性。又或者把磁场路径这种虚拟的东西在现实环境中展现出来，让学生们更容易去理解。 到目前2015年为止，利用虚拟现实技术的产品有哪些呢？有基于VR技术的SONY公司出品的PlayStation VR、有基于AR技术的microsoft公司出品的hollens。这两大公司各自产品所代表这两大分支最前沿技术。PlayStation VR优点可视角度广，画质靓丽，让人沉浸在虚拟的环境中，但缺点就是需要依靠手柄作为操纵杆，无法做到单凭双手的灵活操作！缺乏直接交互性。而hollens刚刚相反，强大的可操纵性，可以全凭双手或眼镜进行操作(延迟也就0.5秒左右)，而且可以把一组虚拟的画面几乎无瑕疵的投影在现实环境中，但最大的缺点(也是AR最大的缺点)是可视角度仅有20-40度左右，相当之小，使应用扩展范围大大缩小。 其实在我看来，当今的VR与AR技术也只是虚拟现实技术的半成品，真正的虚拟现实应该是人完全沉浸在虚拟的环境中，而不仅是只有视觉，还有听觉，味觉，触觉.可以说与现实世界的生活方式几乎无差别。而这种技术称呼为完全潜行技术。这种技术是利用人脑与机器相互发出的脑电波的交流，使人完全进入一个全新的世界，在这个世界你可以像现实世界一样行走、跑步、呼吸，而实现中你的手脚由于机械装置发出的脑电波暂时阻隔了手脚活动神经的传输，所以不会有任何反应，而利用这种完全潜行技术的机械装置产品称为NervGear。 NervGear的优点是利用完全潜行技术使人完全进入一个虚拟的现实世界，在这里，可以做任何你所能想象的事情，例如可以在这简单准确地画出CAD图、公司各方负责人可以随时随地聚集一齐进行开会、全新玩游戏模式、在医疗方面可以更加准确地，几乎1比1无差别地进行3D打印器官，在教学方面，一切虚拟模糊难理解的现象都可以在这个世界里完全具体地展现出来…………完全潜行技术是AR与VR优点的结合体，一来解决了可视角度的问题，二来解决了操作交互性的问题。