虛擬現實技術及其應用精選(九篇)

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第1篇：虛擬現實技術及其應用范文

【關鍵詞】虛擬現實技術 高校教育 應用 局限性

一、虛擬現實技術的發展

虛擬現實技術（Virtual Reality）主要借助計算機技術及其硬件設備，實現一種使用者可以通過多種感官感覺到的虛擬場景或物體，簡稱VR或靈境技術。

虛擬現實研究的歷史可以追溯到上個世紀50年代，有學者在這方面展開探討。1965年，Sutherland在《Ultimate Display》一文中正式提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設備以及聲音提示的虛擬現實系統的基本思想；90年代是虛擬現實技術的大發展階段，虛擬現實的內涵隨著技術設備發展而不斷深入，基于圖形渲染、基于圖像渲染建模技術和基于互聯網的分布式虛擬現實技術得到長足發展；應用范圍也隨著研究的深入而不斷擴展，從原來的軍事模擬和宇航訓練逐步擴展到工業制造、遠程醫療、互動娛樂、商業宣傳、教育等諸多領域。

二、虛擬現實系統的四個層次

虛擬現實技術的三個基本特征是“Immersion”（沉浸）、“Interaction”（交互）、“Imagination”（構想），其中交互性和沉浸性是虛擬現實的最重要的特征。當前 虛擬現實技術在各個領域都有應用，因為不同的需要，所以成形的虛擬現實系統也各不相同，但根據其虛擬特征傾向，可以劃分為四個層次：

1.桌面式虛擬現實系統，又稱為簡易虛擬現實系統。利用普通計算機便可以實現虛擬環境的輸出，在顯示上直接利用計算機屏幕或投影來讓參與者觀察，交互上直接用鍵盤或鼠標來與系統進行控制。這一類虛擬現實易受周圍真實環境的干擾，沉浸感較差，嚴格來說不能稱之為“虛擬現實系統”，但由于結構簡單，成本較低，所以比較普及，特別是在建筑和工業設計、游戲開發、教育培訓中應用廣泛。

2.沉浸式虛擬現實系統。這類系統主要利用各種高檔工作站、高性能圖形加速卡和交互設備，通過聲音設備、力與觸覺傳感器、頭盔式顯示器或立面投影器等，以排除外界干擾，將參與者與外界真實環境完全隔離，使其完全沉浸在虛擬世界中。這類系統比較復雜，價格昂貴，難以普及，一般用在航空和軍事訓練等高端領域。

3.分布式虛擬現實系統。一般是沉浸式虛擬現實系統的發展結果，利用網絡將幾個不同位置的虛擬現實系統連接起來，充分利用不同區域的各種資源，為某一共同目的協同創造一個虛擬環境，用于更復雜任務的研究。

4.增強式虛擬現實系統，也稱為混合虛擬現實系統。允許參與者看見現實環境中的物體，將真實環境和虛擬環境疊加融合在一起，形成對真實物體更多的解讀。該類型系統主要借助于位置跟蹤技術和穿透型頭戴式顯示器，將計算機產生的圖形和參與者實際的即時環境精確融合，以達到虛擬和現實有機結合的目的，這是今后的主要發展方向。

VR技術的應用范圍非常廣泛，在國外VR技術的教育應用非常普遍，涉及各個不同的用途和層次，而且也并非只有發達國家應用，發展中國家在教育中應用VR技術也日益增多。在美國，許多大學將虛擬現實技術引入到課程教學中，如美國休斯敦大學建立的“虛擬物理實驗室”可讓學生通過計算機模擬包括萬有引力定律在內的各種力學實驗，并且可以讓學生控制重力大小、方向等各種參數的變化；北卡羅萊納大學開發的“化學虛擬實驗系統”則可以讓學習者手動操控分子運動，使分子結構按照使用者的操作進行組合，并產生相應現象反饋，加深學習者對分子結構的理解。

三、虛擬現實系統在高校教育中的應用

在我國，有許多高校將虛擬現實技術與WEB技術結合起來，展開基于網絡的教育應用。如北京航空航天大學開發的虛擬北航和華中師范大學開發的數字校園，都可以使用戶通過WEB在計算機生成的虛擬校園中進行漫游和交互操作；而清華大學、山東大學、華南師范大學等學校則將虛擬現實技術與網絡課程結合起來，為課程教學提供仿真和模擬操作，加深學習者的感性認識和理解。

縱觀國內外虛擬現實與教育的結合實驗項目，我們可以總結出其大致的應用形式：其一是實驗仿真，利用虛擬現實技術打造實驗仿真平臺讓學習者“親身體驗”實驗操作或動手訓練，學習者不必真正面對危險的、昂貴的或不可能實地操作的實驗項目或環境，這種虛擬現實環境既可滿足大部分教學和訓練的要求，又可大大減少經費的投入。其二是虛擬現實課件（教學演示），教師直接將仿真平臺在課堂上進行教學演示，為課堂教學提供直觀生動的內容，加強學習者的感性認識。其三是空間仿真，通過虛擬現實技術還原某一物理空間，并且允許使用者對虛擬空間進行控制。例如數字化校園可以允許使用者按照自己的路線在虛擬校園中進行實時漫游，虛擬圖書館可以允許讀者隨意地翻閱書本。

四、目前虛擬現實在教育中應用的局限

在這些實驗案例中，不難發現，當前教育中應用的虛擬現實系統有以下幾個方面的局限：

一是大多為簡易型虛擬現實系統。建立在PC機和屏幕顯示的基礎之上，交互也大多限于鼠標和鍵盤操作，研發也僅限于軟件層面的開發，究其原因，一方面是因為教育應用中經費的限制以及使用者數量巨大，另一方面則是因為PC機的普及和計算性能越來越優越，足以滿足當前階段使用者的需要。

二是大多為單人場景平臺。也就是在某一位使用者進入該虛擬環境時，周圍看不見協作者或伙伴，是孤獨的沉浸，只考慮了虛擬環境中的人機交互，卻極少顧及虛擬環境中的人際交互。

三是針對教學活動的虛擬現實系統更多地關注知識內容本身，對虛擬環境和虛擬教學手段較少關注。例如多數虛擬實驗系統中，只呈現實驗操作對象模型，對實驗室的環境少有顧及，系統的真實感大打折扣；且虛擬操作過程正確與否僅限于系統提示，少有外界互動溝通機制。

虛擬現實技術雖然研究已久，技術也相對成熟，但是，目前高校教育中，虛擬現實技術的應用并不普遍。要想把這種技術更好地和教育結合起來，其在教育中的應用形式和應用方法還有很多細節需要進行進一步的研究。

參考文獻：

[1]胡小強.虛擬現實技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2009.

[2]楊忠偉，康瑞存，謝青.虛擬現實技術的研究[J].測繪與空間地理信息，2009，32（2）：161-163，166.

[3]郭天太.虛擬現實技術在高等教育中的應用及其意義[J].寧波大學學報，2006，28（1）：103-106.

[4]于靜洋，蔡坤.虛擬現實技術及其在高校教學中的應用[J].教育信息化，2006，（4）：74-75.

第2篇：虛擬現實技術及其應用范文

關鍵詞： 虛擬現實；攝像機跟蹤；虛擬演播室；色鍵；視頻公開課；虛擬課堂

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8454（2014）02-0077-04

數字虛擬演播室是虛擬現實技術在影視節目制作上的一項技術應用，隨著計算機技術飛速發展和色鍵技術不斷改進，虛擬演播室進入了成熟的實用階段。傳統的色鍵技術只是將演播室拍攝的主持人進行摳像，并沒有記錄主持人和攝像機的位置及透視關系，所以畫面立體感不強，一般只適合制作兩維的合成畫面節目。而虛擬演播室是將攝像機拍攝到的畫面進行摳像然后和事先制作好的虛擬場景進行合成，攝像機拍攝時使用跟蹤技術，從而可以使得攝像機拍攝的畫面可以和虛擬場景完美融合，不管是攝像機運動還是主持人的活動，合成的畫面都會展現自然的立體效果。[1]

一、虛擬演播室技術的形成、發展及其原理

1.虛擬演播室技術的形成

虛擬演播室技術來源于虛擬現實技術。虛擬現實技術實際上就是采用技術的手段營造出一個虛擬的環境，給人以真實的感覺。換句話說，就是使用技術的手段欺騙我們的感官，讓我們把虛擬的環境當成是真實的世界。在這個人為營造的虛擬世界里，我們可以實現所有我們想要的事情，可以這么說：“只有想不到，沒有做不到”。沉浸其境、實時交互作用、自由構想構成了虛擬現實的基本特征。[2]

“沉浸 + 交互作用 + 構想 = 虛擬現實”，虛擬現實是信息科學領域中的新技術，由于其廣泛的實用性，引起多學科領域的重視。現在不僅在軍事、建筑、醫療、教育、娛樂、培訓等方面得到應用，而且正在步入電影及廣播電視制作系統之中，形成了虛擬演播室技術。

2.虛擬演播室的發展

1978年，Eugene L.首先提出“電子布景”的概念，他認為將來的電視節目制作不需要真實的布景，演員在一個空演播室里就可以完成節目制作，所有的布景都是使用電子系統生成的。歐洲IMP和VAP公司在1994年的IBC展覽會上首次公開推出了虛擬布景系統。1997年的NAB上，以生產軍用和商用飛行模擬器而聞名的美國Evans & Sutherland公司推出了Mindset虛擬演播室系統，該系統以其優越的性能、簡便的操作以及低廉的價位獲得了一致好評，并被NAB評為當年的十大數字產品之一。

許多虛擬演播室廠家一直進行這一技術的開發研究，并不斷把自己的產品推向市場，國外的相關產品有GMD公司的3DK系統、Orad公司的Cyberset系統、Accom公司的Elset系統、Evans and Sutherland公司的MindSet系統、Discreet Logic公司的Vapour系統等等，其中以色列兩家公司的RT-Set和ORAD系統在業內處于技術領先地位。目前國內也有大洋、新奧特、奧維訊、宏源等多家廠商推出成熟的虛擬演播室產品，其性能并不遜色于國外產品。

虛擬演播室技術發展的歷史很短，而且遠未達到我們的期望。但由于它比實景演播室系統更具有優勢，所以被業界廣泛推薦。除了省時省力以外，虛擬現實技術給我們提供了極大的發揮想象的空間，我們可以把想象中的情景變成現實，制作出超出觀眾想象的新穎的電視節目畫面。 [3]

3.虛擬演播室實現原理

虛擬演播室技術主要由攝像機和主持人的跟蹤與定位、色鍵摳像及三維虛擬場景的制作等組成。它的基本原理是：用攝像機拍攝前景圖像，通過幀延時后，利用色鍵技術與經過數字處理的高清晰度背景圖像合成，而背景圖像的生成受跟蹤攝像機的控制。這樣當攝像機進行變焦、俯仰、搖移等操作時，背景圖像也會作相應的改變。通過這種色鍵合成技術產生的合成圖像，比傳統色鍵產生的圖像要生動、真實得多。虛擬演播室的原理如圖1所示。

“虛擬演播室”中的一項關鍵技術是如何判斷攝像機、主持人、計算機虛擬場景之間的對應位置關系。為了解決這種復雜的位置關系，我們需要綁定攝像機的運動信息，實現真實攝像機和虛擬場景的信息交互。對于攝像機而言，它的運動狀態有推、拉、搖、移、升、降、變焦、調焦、光圈、旋轉，共10個參數，除調焦與旋轉外，其他8個參數在理論上講都是可以做到精確跟蹤的。目前虛擬演播室系統中較為流行的跟蹤技術主要有機械傳感器和圖形識別兩種方式，這兩種跟蹤方式就是下面所要講到的紅外線跟蹤技術和圖形輔助定位技術。

二、數字虛擬演播室的技術發展

1.紅外線跟蹤技術

紅外線跟蹤技術采用紅外線技術來確定演播室里攝像機和主持人的位置信息。我們事先將紅外線接收裝置放置于演播室的頂部，在攝像機和主持人身上安裝紅外線接收器，這樣就可以獲取攝像機和主持人在演播室里的位置信息。紅外線跟蹤技術配合”像素級”深度鍵之后，主持人可以在虛擬場景中自由移動，可以走到虛擬景物的前面或后面，甚至可以走到虛擬景物的里面。

2.圖形輔助技術

圖形輔助定位技術就是使用圖形識別技術來對演播室里的攝像機和主持人的相對位置進行判斷，從而得到他們的位置信息。節目拍攝之前，我們在虛擬演播室藍箱上方安置一臺小型輔助攝像機，在虛擬演播室藍箱對面的墻面或者天花板上安置方格圖案。這樣一來，當節目錄制的時候，我們在藍箱上方安裝的輔助攝像機就會拍攝到演播室攝像機和主持人在方格圖案背景前面的畫面，通過對輔助攝像機畫面分析，便可以得到演播室攝像機和主持人在節目拍攝過程中的位置信息。[4]

3.高清深度鍵技術

以前我們是使用“圖層”深度鍵技術來處理主持人在虛擬場景中的位置關系，虛擬場景中的虛擬物體被分別放置在幾個不同的圖層里，主持人在虛擬場景中的位置是不可能做到連續變化的。目前最新的高清深度鍵技術中，虛擬場景畫面中每一個畫面象素都有其對應的空間位置信息，那么主持人在虛擬場景中自然可以隨意走動。高清深度鍵技術可以讓節目中的主持人、虛擬物體、真實物體表現出動態的位置關系，使得虛擬場景效果變得更加完美和真實。

4.無限藍箱技術

無限藍箱技術又被稱為“垃圾色塊”技術。一般來說，虛擬演播室的藍箱的面積都不會太大（如圖2所示），主持人一旦走動范圍過大超出藍箱便會造成穿幫。所謂的無限藍箱就是指當演播室攝像機在運動中拍攝畫面超出了藍箱本身的時候，系統可以把藍幕以外的畫面使用虛擬場景畫面進行自動填充。這樣一來演播室攝像機便可以不受藍箱面積所限，自由進行運動拍攝，無限藍箱技術無疑從技術層面上把演播室面積進行了擴展。另外，這種技術還可用來制作虛擬天花板。[5]

5.三維遮擋

三維遮擋技術可以讓演播室中的主持人和虛擬場景中的某個虛擬物體（如講臺、桌子、椅子等）互相遮擋形成透視關系，這樣一來主持人在虛擬場景中的真實感得到了大大提升。

6.其它新技術

其它新技術還有很多，如虛擬陰影及鏡像反射（如圖3所示）、虛擬模糊濾鏡、虛擬運動濾鏡等等。

三、數字虛擬演播室系統的分類

隨著虛擬演播室技術的發展，針對其不同的應用領域，其系統類型可大致分為以下幾種類型。

1.三維系統

三維虛擬演播室系統是目前檔次最高的技術、最先進的系統，它最大的特點就是可以實時生成全三維的虛擬場景。全三維的虛擬場景的實時渲染需要具有強大運算能力的硬件支持，所以，三維虛擬演播室中一定有性能強大的圖形工作站或者圖形處理設備對虛擬場景進行實時三維渲染。該系統采用鏡面反射、虛擬陰影以及高清深度鍵等新技術，可以實現完真的三維虛擬場景效果。[6]

2.二維系統

二維虛擬演播室系統實現成本較低，適合類似學校這樣經費相對緊張的單位。該系統的虛擬場景一般為二維圖像，演播室中的攝像機通常是固定機位，所以實現起來相對三維系統來說要簡單許多。對于教育領域來說，對絢麗的畫面效果相對要求不高。該系統適合學校用于制作網絡視頻公開課，可以很方便地將教師講課過程中所涉及到的各類教學資料穿插合成在視頻畫面中。

3.虛擬出席

虛擬出席可以將遠地的實時畫面和本地演播室的畫面完美合成在一起。也就是說，虛擬出席可以實現身處異地的兩個人坐在同一個虛擬場景中進行互動交流。成品節目中，人們看起來他們是在同一個地方進行互動交流的。這一功能也適合用于網絡視頻公開課的制作，如教師在教學活動的過程中便可將身處異地的專家隨時請到身邊與之交流。[7]

4.移動場景

移動場景是一個很有意思的功能，在節目拍攝中，我們可以隨意將需要的視頻或動畫放置在虛擬場景里的任意物體上。當演播室攝像機運動拍攝時，虛擬場景中物體上的視頻或動畫的畫面會隨之發生透視變化。

5.高清數字視頻

隨著視頻技術的發展，電視節目從模擬信號走向了數字型號，視頻畫面的清晰度也從標清走向了高清、全高清。對于目前的數字虛擬演播室系統而言，全高清的節目制作已經成為一種趨勢。

四、虛擬演播室的教育應用

數字虛擬演播室系統的應用非常廣泛，如影視節目制作、電視廣告、綜藝節目、現場訪談、體育賽事轉播、財經互動、氣象預報、遠程教育等應用領域。而目前數字虛擬演播室在教育領域的應用也愈發的廣泛和深入。隨著多媒體教學的日趨普及，傳統的教學方式已經逐漸不能滿足現代教學的需要。多媒體教學以其生動形象、靈活多樣的表達方式越來越受到學生的喜愛。那么我們想到更多的是如何將教師所進行的多媒體教學活動過程完美記錄下來，制作成網絡視頻課，以便放在互聯網上供大家分享。

目前很多學校都在研究制作網絡課程，從早期的簡單錄制教師上課畫面以及教師電腦畫面的分屏網絡課件（如電大系統應用于遠程教育的TOD課件、IP課件）到現在的全智能錄課系統，[8] 網絡視頻公開課制作在很多學校已經變得非常普及。雖然網絡視頻公開課的制作因為應用了智能錄課系統而變得異常簡單，但是其形式也僅限于全程簡單錄制，教師上課講到的內容并不能很直觀地穿插在畫面中。而數字虛擬演播室在這方面可以很簡便地做到將穿插教學中的各種圖片、動畫、視頻和教學活動畫面進行無縫疊加。所以在現代化教學模式中，數字虛擬演播室可以將教學活動及相關教學資源進行高度集成、融合，方便快捷地制作出高質量的網絡視頻公開課。[9]

隨著虛擬現實技術以及網絡技術的發展，在不久的將來，我們還會看到虛擬演播室可以通過網絡將各個學習移動終端連接起來（如智能手機、iPad平板電腦、筆記本等），學生可以通過這些移動終端向位于虛擬演播室的教師提問，教師可以通過虛擬教學系統將提問學生的視頻轉發到所有在線的移動終端上，以這樣的方式突破空間的限制，實現虛擬課堂教學。

五、結束語

技術永遠都在進步，數字虛擬演播室也不例外。虛擬演播室技術取代了傳統的色鍵摳像技術，制作技術手段也愈發先進，從二維虛擬演播室到三維虛擬演播室，隨著網絡技術的不斷發展，通過網絡還可以實現虛擬演播室和終端用戶的互動交流。只要我們能想到的，從技術層面來上說，就一定可以實現。技術永遠是為我們所服務的，隨著對數字虛擬演播室技術研究的不斷深入，其實際應用一定會越來越廣泛、越來越深入；隨著虛擬現實技術的研究不斷深入，數字虛擬演播室會走向互聯網和移動終端互動，從而改變我們的生活。

參考文獻：

[1]方莉萍.電視節目制作中的虛擬演播室技術[J].中國有線電視， 2007（Z2） ：920-923.

[2]魏偉，馬歌.虛擬現實技術在高等教育中的應用和展望[J].中國教育信息化，2012（1）：83-84.

[3]李昌.淺析虛擬演播室的發展[J].現代電視技術， 2011（6）：112-113.

[4]王宇飛.虛擬演播室的類型及其在電視節目制作中的優勢[J].中國有線電視， 2004（Z2）：112-114.

[5]孫墀.網絡直播數字三維虛擬演播室系統改造方案[J].廣州大學學報（自然科學版），2012（2）：65-69.

[6]朱巍峰，李震陽.數字化三維虛擬演播室系統的設計與實現[J].計算機技術與發展，2010（12）：213-216.

[7]何一輝.虛擬演播室系統與網絡課程資源建設的研究[J].中國教育信息化，2012（1）：23-25.

第3篇：虛擬現實技術及其應用范文

關鍵詞：虛擬現實技術；優勢；水文地質研究

中圖分類號P64 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）66-0124-01

水資源作為維持人類生存必不可少的一種資源，任何水資源問題的出現都將威脅到人民的生命安全。因此，水文地質研究工作一直是國家工作中的重要環節。虛擬現實技術作為一項行之有效的高科技研究手段，隨著近來水資源問題的頻發，在我國的水文地質研究工作中得到了極為廣泛的應用，并為我國的水文地質研究工作起到了極大的作用。本文就闡述了虛擬現實技術的相關問題以及其應用優勢和條件，分析了其在我國水文地質研究工作中的應用，并談論了其在水文地質研究工作中的研究步驟。

1 虛擬現實技術相關問題分析

虛擬現實技術是信息時代的高科技產物，它是由美國人在上世紀80年代末創造出來的，其英文縮寫為VRT。這種虛擬現實技術主要是通過計算機的應用來實現的，它使用計算機營造一種虛擬逼真的環境來模擬人在真實界面中的活動，從而實現對于人的聽覺、視覺、運動等行為的把握。在應用這種虛擬技術時，研究人員首先借助一些特制的裝備，將自己沉浸在這種虛擬環境里，獲得比較真實的感受；然后，通過使用虛擬的設備對虛擬環境中的對象進行操作，最終實現一種比較立體的工作構想。

這種虛擬現實技術在應用中具備非常多的優勢，而這些優勢主要可以從幾個方面來分析：首先，VRT具有實時表達的功能，它能夠根據時間、地點的轉換來反映事物的變化。再者，它還具有立體表達的功能，可以實現對于事物多個側面的展示，并且還能夠精細地展現事物各個方面的細微差別。此外，VRT還可以模擬尚不存在但有可能出現的事物，從而得到虛擬的研究結果，為現實世界的研究提供信息支持。

但是，虛擬現實技術的工作要獲得健康的運行，還必須具備一些必要的條件。最為重要的就是，VRT作用的發揮必須依靠大量的信息資料，信息資料的儲備越豐富，其虛擬工作的結果也就越貼近于現實，進而也就可以更好地為各項工作提供借鑒。

2 虛擬現實技術在水文地質研究中的應用

近年來，隨著信息技術的快速發展，再加上水文問題的頻發，虛擬現實技術在水文地質研究工作中得到了極為廣泛的應用。本文接下來就簡單闡述幾點其在水文地質研究工作中的具體應用情況，以及其應用的步驟。

2.1 虛擬現實技術在水文工作中的應用

首先，VRT利用其虛擬技術中三維可視化的功能，可以真實地展現含水層以及隔水層在低下的分布，同時呈現出含水層厚度以及其空間變化。再者，虛擬現實技術還利用其虛擬系統對地下水流的運動規律，以及水運動的特點、流向、流速與流量等做出真實的展現，有時還可以展示儲水量的變化。此外，VRT技術在地下水水質的檢測工作中也發揮著極大的作用。VRT技術通過虛擬地下水在天然的狀態下的變化，分析出影響水質變化的主要因素，從而達到對于水質的保護性管理。而且，它還可以虛擬一個地下水的水質實驗室，通過對一些相關的資料進行分析，從而模擬出地下水流的變化，以及含水層的相關特征，并通過展現地下水流中溶質的變化及發展，為地下水水質管理提供一些新的管理思路。最后，VRT技術還在水文地質的環境研究中發揮著作用。虛擬現實技術通過其技術中虛擬為出現事物的功能，達到對于水文地質的環境變化的模擬，比如對于地下水沉降規律的模擬、地面沉降實時的檢測等，從而使工作人員掌握到地下水文環境有可能發生的變化，進而針對這些變化采取一些保護措施。在水文地質環境中的虛擬現實技術應用，還可以用來對水資源實施科學的規劃。

2.2 VRT技術水文地質工作中的研究步驟

虛擬現實技術作為一項高效的信息技術，它在水文地質工作中的具體實施過程是極其復雜的，工作人員必須將每一個步驟都嚴格的控制好，才能真正實現其作用的發揮。首先，工作人員必須按照技術要求，以及實際的數據特點，還有計算機自身硬件的承受能力，來建立一個虛擬的現實數據庫，將所有的與當地水文地質有關的數據收集在內，比如氣象數據、水文數據、地質資料等，使這個數據庫為工作提供充足的數據。其次，工作人員還要根據水文地質條件來建設一個三維的地質模型以及地下水的水流模型，實現對于地下水的實時模擬。最后，工作人員還必須建立一些應對實際問題的專項模型以及實時的預測模型等，實現對于具體工作的模擬監控。

3 結論

虛擬現實技術作為一種高效的計算機技術，對于水文地質工作發揮著極大的作用，因此，工作人員必須加強對這種技術的研究及把握，推動這種技術的作用的發揮，實現對于水資源的保護及合理地開發。

參考文獻

[1]劉凱，毋河海，胡潔.虛擬現實技術在地球科學中的應用現狀與前景展望[J].河南大學學報：自然科學版，2007 (4).

第4篇：虛擬現實技術及其應用范文

關鍵詞：機械設計;虛擬現實 技術

前言

伴隨著科學技術的不斷發展， 人類社會步入了嶄新的世紀， 經濟的全球化和社會的信息化， 促使市場競爭日益激烈， 制造企業為了在競爭中求得生存和發展， 必須以最快的上市速度， 最好的質量， 最低的成本和最優的服務， 滿足不同顧客的需求。這就要求企業生產活動必須具有高度的柔性， 對市場需求的變化做出快速反應， 虛擬現實技術由此產生。

1.虛擬現實的內涵和特點

虛擬現實是實際制造過程在計算機上的本質實現， 即采用計算機仿真與虛擬現實技術， 在計算機上群組協同工作， 實現產品的設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢驗以及企業各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程， 以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬現實雖然不是實際的制造， 但卻實現實際制造的本質過程， 是一種通過計算機虛擬現實來模擬和預估產品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題， 提高人們的預測和決策水平， 使得制造技術走出主要依賴于經驗的狹小天地， 發展到了全方位預報的新階段。與實際制造相比較， 虛擬現實的主要特點是：

（1）產品與制造環境是虛擬現實， 在計算機上進行產品設計、制造、測試， 甚至設計人員或用戶可“進入”虛擬的制造環境檢驗其設計、加工、裝配和操作， 而不依賴于傳統的原型樣機的反復修改;還可將已開發的產品（部件）存放在計算機里， 不但大大節省倉儲費用， 更能根據用戶需求或市場變化快速改變設計， 快速投入批量生產， 從而能大幅度壓縮新產品的開發時間， 提高質量、降低成本。

（2）可使分布在不同地點、不同部門的不同專業人員在同一個產品模型上同時工作、相互交流、信息共享， 減少大量的文檔生成及其傳遞的時間和誤差， 從而使產品開發以快捷、優質、低耗響應市場變化。

2.虛擬現實技術在機械設計與制造中應用

（1）虛擬產品概念設計。概念設計（Conceptual Design）是創造性思維的一種體現，概念產品是一種理想化的物質形式。概念設計是指對產品起始的設計構思，目的是為了捕捉產品的基本形態。概念設計是產品設計過程中的重要階段，因為產品成本的60%～70%是概念設計決定的。虛擬概念設計使用虛擬現實技術，為設計者提供基于語言識別和手勢跟蹤的輸入方式，設計者可隨時、方便地在三維虛擬環境中操縱產品及零件并改變或修改產品的各種形態建模，并可以在三維空間中對設計對象進行觀察和操作，其目的是獲得足夠多的有關產品式樣和形狀的信息，從而達到滿意的效果。虛擬現實技術在產品概念設計中的應用，使設計師的設計思路和設計表達更加清晰、形象、逼真，讓人更多了一種直觀的、親切的交互的感受。這樣的開發設計大大減少了投放市場的風險性，保證產品開發一次性成功。設計時可以針對不同用戶及愛好者的需求，在不同的虛擬環境中，讓他們親自體驗修改模型的感受，充分感受了自己所喜愛的產品在虛擬環境中的“真實”情況。

（2）虛擬設計。虛擬設計（Virtual Design）就是設計人員設計一個虛擬的產品，來分析、研究、檢查所設計的產品是否滿足設計要求，有問題及時修改，使產品設計更為完善，或者說虛擬現實技術用于產品的開發設計。虛擬設計涉及到許多的學科和專業技術，屬于多學科交互技術，在工程設計上，目前提出兩種基于虛擬現實的工程設計方法。一種是利用現有的CAD 系統產生模型，再將其轉換成虛擬現實軟件支持的格式，然后將模型輸入到虛擬現實軟件的環境中，完成虛擬產品的設計，用戶充分利用各種增強的效果設備，如頭盔顯示器等產生臨境感。另一種是VR-CAD 系統，將虛擬現實技術引入CAD 環境，這種設計環境中的對象不僅具有外形，而且還有重量、材料特性、表面硬度以及一些內在的物理性能、功能作用等信息。對象之間相互作用時能反映出對象內部結構狀態等隨外部輸入的實時改變。設計者直接在虛擬環境中參與設計，采用虛擬設計可以對產品的外形設計、產品的布局設計、產品的運動和動力仿真設計，避免可能出現的干涉和其它不合理問題;同時可以檢查運動構件工作時的運動協調關系。

（3）虛擬制造。虛擬制造（Virtual Manufacturing）是實際制造過程在計算機上的映射，即采用計算機仿真與虛擬現實技術，在高性能計算機及高速網絡的支持下，在計算機上群組協同工作，將與產品制造相關的各種過程與技術集成在三維的、動態的仿真真實過程的實體數字模型之上，實現產品設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢驗以及企業各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造技術在制造業中得以成功地推廣應用，其中在航空航天、汽車等領域中的應用尤為典型。虛擬制造在汽車領域的應用涉及到汽車的整個生命周期，它可以在汽車生產設備、工裝和模具，甚至校車的設計之前，很容易地生產系統和工藝過程進行建模、修改、分析及優化。比如，通用電動車部（General Motors ElectroMotive Division，EMD）早在1997 年就利用UG II 軟件，建成了第一個完全數字化的機車樣機模型，并圍繞這個數字模型并行地進行產品設計、分析、制造夾模具工裝設計和可維修性設計。此舉顯著降低了研制費用及生產成本，大大增強了全球競爭能力。由此可見，虛擬制造用虛擬樣機代替具體物理模型，對產品的全壽命周期進行展示、分析和測試，對存在問題的地方進行修改，提高產品一次試驗成功率，減少設計制造費用，縮短設計開發周期，降低研發成本，提高研發水平，保證產品質量。

4.結束語

現在，虛擬現實技術在工業領域中獲得較為成熟的運用，但仍是初級階段。可以預見得到，虛擬現實技術將逐漸應用到設計制作的各個環節中，為設計制造業的蓬勃發展提供無限動力。

參考文獻：

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[4]劉美珍，劉劍雄，劉偉達.虛擬制造技術及其應用綜述[J].機電產品開發與創新，2006（01）

第5篇：虛擬現實技術及其應用范文

關鍵詞：虛擬現實技術；三維虛擬環境；人機交互；三維圖形引擎；沉浸式

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2012）33-8066-03

伴隨著制造企業信息化進程的不斷發展，仿真建模在產品制造中的應用也由分散到集成，由局部到全局，并且更加注重可視化技術的應用和與用戶之間的交互[1]。采用虛擬現實技術為相關裝置構造虛擬環境可以擺脫傳統仿真培訓系統中所存在的一些不足，例如在軟件仿真中，主要以圖、圖表、照片和現場錄像等傳統多媒體方式為表現手段，真實感和臨場感都較為欠缺；而在物理仿真中，系統復雜、龐大難于實現，虛擬現實技術可以在很大程度上提高場景的沉浸感和真實感。

1　三維虛擬環境框架

虛擬環境的開發涉及了網絡技術、并行處理技術、人工智能、高性能計算技術、模式識別、傳感技術、計算機圖形學、圖像處理等技術，還涉及社會學、美學、氣象、通信、物理、數學等學科，復雜程度可想而知。虛擬現實要達到實現自然實時交互和逼真的多種感覺的要求，其組成主要應包括幾方面：虛擬環境生成系統，產生實時的圖像；用以確定參與者位置和動作的定位跟蹤系統；提供虛擬空間多用戶協同交互功能的網絡接口；含有CAVE、PowerWall、立體顯示設備的沉浸式顯示系統；提供立體聲源和判定空間位置的音效系統；提供參與者感知力與壓力的反饋的觸覺和力反饋系統。

虛擬環境[2]框架的功能主要體現在：首先支持對象的屬性和交互的訂購，同時提供回調和事件的通知機制，支持HLA的各種時間管理策略，從而達到在全部聯邦范圍內的對象可以根據已給定的時序和消息傳遞關系來工作；其次是提供與各種對象定位、創建、刪除等相關的服務，并且分類、統一組織管理不同功能和不同性質的仿真實體，即是對虛擬場景的結構和組織管理；最后還可以通過事件驅動和回調函數機制和場景對象組織、仿真對象管理功能集成，沉浸式人機交互設備和接口的集成。

根據軟件模塊[3]的分層結構，我們把系統分為三個層次，如圖2所示，即用戶界面層、交互層和數據服務，虛擬環境和仿真管理層。

界面層提供的用戶界面輸入可以接收用戶對數據的訪問請求，然后經環境和仿真層的相關轉換成為對數據服務層的訪問請求，然后數據服務層將其處理后通過中間層傳送給界面層進行最終的輸出。

實現虛擬場景的基礎是三維圖形引擎。現在，開發者較多使用可以提供功能強大模塊的較為流行的繪制引擎，例如OpenGVS、CG2公司的Vtree和Multigen公司的Vega等，但是它們也存在很多不足：商業引擎開發缺乏靈活性，因為其一般都不提供底層開發接口，從而限制功能的擴展；商業引擎無法渲染出較為逼真的場景效果，浪費GPU的處理能力從而影響系統實時性；由于其功能繁多，產生冗余代碼也多，影響其運行效率。

介于以上圖形引擎的諸多不足，OpenSceneGraph（OSG）作為虛擬場景圖形引擎，是一個跨平臺的、開放源碼的、高效的三維圖形引擎，目前應用于高性能圖形設計領域中，例如虛擬現實、游戲、仿真、科學可視化等。OSG不僅提供基于OpenGL的面向對象的框架，還有加快圖形應用開發的附加功能模塊和可擴展接口庫。

2　基于情景上下文的虛擬交互

隨著虛擬現實技術的不斷發展以及人機交互在其中所占有的重要地位，虛擬環境和其參與者的人機交互作用賦予了新的內涵。沉浸式虛擬環境[4-5]讓用戶有一種“身臨其境”的感覺，這也正是用戶與對象之間進行交互的過程，其歸根結底要解決如何操作和改造虛擬環境中的對象。

2.1　語義對象與交互行為

“信息透鏡”概念指的是界面對象通過視圖的不同縮放比例來顯示相對應的外觀信息，這是Jazz在可伸縮用戶界面中提出的早期語義對象的概念；再如“按需提供細節（the　mantra　of　detail.on.demand）”的技術[6]是Ben　Shneiderman在信息可視化系統中提出的。

語義對象的定義可以從實現面向語義的高層交互隱喻的目標這個角度來詮釋，一個語義對象由交互構件（interaction　component）、圖形構件（graphics　component）、規則構件（rule　component）、和應用構件（application　component）　行為構件（behavior　componen0構成.在虛擬環境中的虛擬對象，它的語義一般包括一系列行為狀態和規則事件。換句話說，存在于虛擬環境中為用戶所感知的對象或者物體（包含其交互上下文的語義信息和外觀幾何信息）按照相應的規則反饋和相應所發生的交互事件，繼而完成相應任務。

通過我們分析觀察的上文所提及的事件，　在人機交互中多由用戶所觸發，一般分為虛擬場景中用戶化身的位置變化即化身位置感應（PositionRps）和用戶在虛擬對象[7]上進行各種交互操作的用戶手勢操作（GestOpt）。語義模型可以很好的解決場景圖處理不好交互語義的問題，它是具有特定應用含義和組織形式的場景構成模式，達到易于操作處理用戶界面的目的。

在實際操作中，我們一般會遇到的例如對象在化身可操作范圍內時處于“可操作”狀態，離開操作范圍后變為“不可操作”狀態，或者鼠標的各項操作和三維手勢等。

1）規則構件[8]：在我們的現實世界里，有很多操作都會有特定的先后順序，比如先倒水再喝水，在虛擬世界中我們把它看作是是否響應事件和如何響應事件，規則構件則表達了虛擬對象的交互規則和約束。另外，在現實世界里某些對象具有特定的供給屬性，比方說人可以在水里游泳卻不可以在陸地上，這就說明了水具有可以游泳的供給，而陸地不具備，所以規則構件還含有某些特定的供給屬性，這也同時決定了某些對象的交互特性。

2）圖形構件：在某些情況下，當我們需要對圖形構件進行更進一步的抽象來實現高層交互語義時，接收的輸入內容含有復雜的交互行為指令，這時圖形構件就發揮了作用。它包含了虛擬對象的諸如紋理、顏色、材質、形狀等屬性、語音信息以及動態特征等，方便同一層次中的交互行為。

3）應用構件：當用戶和虛擬環境發生交互時，當圖形構件提供相應的視聽覺方面的線索于反饋時，應用構件表達與之相關的應用任務，并由交互構件觸發執行。

4）交互構件：交互構件可以處理基本的交互事件如點擊和拖拽等，還可以處理完成給復雜的例如三維手勢的交互性操作。它主要做了處理接收和交互分發的工作，處理接收轉化用戶的交互操作以及語義對象能夠相應的交互事件，將其發送給行為構件來執行。為實現復雜的交互操作，分析和推理交互事件通過調用規則構件來進行。

5）行為構件：行為構件反應了虛擬環境中相應對象的各種行為，在人機交互的過程當中，通過調用圖形構件的功能來實現執行對象的行為。這些行為描述了語義對象對對象狀態變化和語義對象對用戶交互動作的響應。行為構件接收交互構件所發來的查詢命令，將反饋狀態的信息發送給交互構件，交互構件因此來分析判斷最終決定執行何種交互行為。

語義對象體系結構[9]中的各個構件之間通過查詢規則狀態、反饋對象的行為規則及狀態或者功能調用來實現它們之間的通信，實現從輸入“事件”到輸出“反饋”的流程。在虛擬環境中，通過加入交互語義IS=來識別虛擬對象需要執行的交互任務。交互對象為Object，用謂詞邏輯演算表達式來描述的觸發交互行為的規則為rule，參與者和相應的交互對象所產生的動作為action，交互結果即所執行的交互任務為task，交互產后后的多感知通道級視聽覺和觸覺等的反饋為feedback。

綜上所述，我們通過一張圖來說明語義對象解析和響應交互事件的過程：首先，經過系統的分析整合，用戶的實際操作封裝成交互事件傳遞給正在交互的虛擬對象；其次，語義動作的生成，通過查詢該虛擬對象的語義規則然后將交互事件附上特定的語義屬性；最后，系統判斷做動作反饋還是進行導航，還是選擇、操作或者控制任務，如果是反饋，則包括紋理、材質或顏色等可視化表達信息和旋轉平移等幾何變換。

如何讓用戶根據實際感知來和虛擬環境進行交互？通過人機接口系統將虛擬環境中的壓力、音響、圖像等信息傳送到這個封閉回路系統中的重要角色用戶的感官，并及時的將用戶的行為反應通過傳感器進行測試來調整生成的序列。

所以，隨著技術的日益完善，人已不再是被動的接受者于虛擬現實系統相對立，而是一個不可或缺的關鍵角色，這種觀念引導著更加和諧的人與虛擬環境的關系，也讓人機交互更加的人性化、真實化。

3　結束語

虛擬現實主要通過使用計算機及其外部設備生成虛擬環境，并且能夠實現對其中的實體進行控制和交互操作。操作者能夠很好地融入到虛擬環境中，達到一種身臨其境的感覺。

它是集傳感器技術、計算機圖形學、計算機仿真、人工智能、人機接口等多種高科技為一體的人機交互技術。作為一種高級的人機交互技術，虛擬現實的研究主要圍繞著提高系統的構想性、沉浸感、交互性來進行。隨著對人類感知系統的不斷深入研究，三維圖形技術和多傳感器技術的不斷發展，虛擬現實作為一項實用技術，廣泛的應用于很多領域，例如娛樂、訓練、產品原型設計、教育、醫療、遙控操作等。

虛擬現實研究的熱點也是重要的研究領域為虛擬環境，它是通過計算機生成聽、視、觸覺等感覺作用于用戶，使用戶產生“身臨其境”感覺的交互式視景仿真系統。該文所構建的仿真虛擬環境的沉浸感還不足，可以通過結合虛擬現實技術中的傳感器技術、人工智能等技術來加強，考慮逐步增加其它交互通道。

參考文獻：

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[7]　王煒，包衛東.虛擬仿真系統導論[M].長沙：國防大學出版社，2007.

第6篇：虛擬現實技術及其應用范文

關鍵詞：地理教學；虛擬現實；教學手段；教學技術

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）48-0165-02

一、引言

虛擬現實技術最早起源于美國，由美國人拉尼爾在上世紀80年代最早提出，之后在國外迅速傳播開來并得到飛速發展。目前已經在教育、軍事以及醫學等相關領域發揮了重要的作用。虛擬現實技術在我國的研究相對較晚，隨著計算機技術和三維空間技術的不斷發展，人機交互技術的不斷完善使得人們能夠與虛擬世界進行溝通和交流，并且讓操作者和參與者能夠感受到身在其中的感覺，直接與其中實物進行相互作用。雖然當前虛擬現實技術在我國的研究還處于起步階段，但是我國很多科研院所和高校都已經認識到這一技術的發展前景，逐步將這一技術作為當前熱點來研究。我國有關部門已經制訂了對虛擬現實技術進行研究的計劃，并結合我國國情開展其應用范圍的拓展。

作為“科學之母”的地理學，其主要研究的是地球表層自然要素與人文要素相互作用及其形成演化的特征、結構、格局、過程、地域分異與人地關系等，其研究的地理空間內時空跨度很大的各類自然現象及其變化原因和形成的機理，包括大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈和人類出現后發生的一系列變化。我國高校地理教學經過幾十年的發展也不斷改革創新，已經取得了一定的成果，但是，在教學手段上一些傳統的教學方式如教師口頭描述，使用地理掛圖以及多媒體的應用等仍然在高校地理教學中廣泛使用，新的教學手段的推廣范圍有限。地理學科對于學生理性思維的要求比較高，其中一些機制機理的內容如地質結構的演變過程、大氣的運動過程以及降水的形成過程等都需要學生通過動態演變來接受教學內容，而教師僅僅口頭描述或使用掛圖很難達到良好的教學效果。這也是當前高校地理教學過程中一直存在著的教師“教”與學生“學”之間不能有效連接的現象。

如何使高校地理教學手段的改進和學生學習效率的提高相銜接，就使得虛擬現實技術在高校地理教學中有了發展的空間。如何將虛擬現實技術有效地應用到高校地理教學中去，發揮其強大模擬現實的功能，是高校地理教育教學工作者的首要任務。

二、虛擬現實技術概述

（一）相關概念

虛擬現實技術綜合運用了計算機技術、人工智能技術、傳感技術以及人機交互技術，利用計算機生成的三維圖像模擬人體的視聽嗅觸等感覺，將人對虛擬世界的感觸通過計算機自然的融入其中，從而實現人體對虛擬世界的體驗。

（二）虛擬現實技術的基本特征

1.自主性。即失重現象。在虛擬環境中各種物體的運行規律遵循失重狀態下物體運行規律，即任何物體在受到外力作用的情況下，都會改變自身原來的運行軌跡。

2.多感知性。在虛擬現實環境下，人體的各種感覺并未消失，視聽味觸等感覺依然存在，參與者身在其中仍然能夠感知這些感覺，從而使得參與者能夠有置身其中的感覺。

3.交互性。即人機交互功能。參與者和操作者能夠利用操縱裝置與相關裝置進行交流和互動，也可以通過相關設備感知其中的內容，如物體的重量可以通過手來感知，并能實現物體的運動。

4.沉浸性。虛擬現實技術通過利用計算機模擬產生的三維立體圖像，完全符合人體的感知感覺特征和相關的心理生理特征，能夠使參與者和使用者在虛擬現實環境中感受到現實世界一樣的感覺，進行交流和互動。

三、虛擬現實技術在高校地理教學中的應用

高校地理教學與現實密切聯系，對于一些地理特征需要進行深入的分析和研究。雖然當前高校地理教學中已經應用了各種教學方法，但是對于虛擬現實技術在高校地理學科中的應用還有一定的差距。本文列舉了幾個高校地理教學中常用的地理知識與虛擬現實技術相結合的方法，以此來說明虛擬現實技術在高校地理學科教學中有非常重要的作用。

1.虛擬現實技術在地震教學中的應用。隨著近幾年地震在全世界的頻繁發生，以及地震過后所產生的巨大社會影響。地震現象已經被世界各國高度重視，高校對于地震的研究也越來越深入。地震是由于地殼在其內在應力和外在應力的共同作用下，使得聚集的構造應力突然釋放，以震源為中心，向四周以震動彈性波的方式不斷傳播開來，從而引起地面不斷顫動的現象。作為教學和研究的重要領域的高校，在開展地震教學和研究中的作用越來越重要。在傳統的高校地理教學，尤其是地震知識教學過程中，更多的是采用教師口頭描述和講解的手段進行，對于地震產生的機理和發生過程中的相關動態過程也只能采用平面圖或立體圖的方式，無法讓學生直觀地去觀察，而只能通過想象和經驗推斷來學習，其效果并不十分理想。虛擬現實技術能夠生動地模擬地震發生的機制和原理，讓高校學生非常直觀地觀察并且感受地震不同震級所產生的不同災害，讓高校學生能夠從不同角度對這一現象進行跟蹤，增強學生對這一知識的理解的準確性，大大提高了這一學科的教學效果。

2.虛擬現實技術在地質結構教學中的應用。高校地理學科是一門非常直觀的學科，其中一些教學內容如地震的產生、地殼板塊的運動、地質結構的形成以及一些常見的自然災害如火山、地震等的演變都是教學中的重點和難點。地質結構非常復雜，需要教師和學生有非常好的三維動態理解能力，但是由于資料和教師水平的限制，很難讓學生一次就能理解相關知識。虛擬現實技術的應用能夠很好地模擬地質結構的三維立體結構，模擬地質構造和板塊運動過程中的各種現象，生動地再現巖層的演變過程，利用動態的效果成功地渲染這一地理知識的演變過程，并且能夠利用虛擬現實技術中的傳感設備獲取大量數據，再現物體的原始形態和三維結構，將地質結構中的不同層次構造和任意角度的地質屬性通過數據連接生動的表現出來，克服了傳統教學中無法采用圖像進行教學的弊端。虛擬現實技術在這一知識教學中的應用最大程度地實現了地質結構快速、大范圍的重建問題，有效地提高了教學效率。

3.虛擬現實技術在地理環境教學中的應用。傳統的地理學科教學是將某一地理知識或地理環境單獨拿出來進行講解，忽視了整體地理環境的相互作用，人為地割裂了地理環境之間的關系。利用虛擬現實技術進行地理環境相關知識的教學，可以利用計算機和網絡傳感技術將現實中的地理環境按照一定的尺度進行虛擬設置，可以是大尺度也可以是中小尺度，將地理環境以及社會環境和政治經濟環境全部進行虛擬化，讓高校學生和參與者深入其中，進入到特定的三維地理空間中去，與該環境中的事物進行交流和互動，并且感受如果其中的某一個地理因子發生變化，將會引起什么樣的相關變化。這種模擬現實環境的教學還可以按照操作者或者教學者的意愿調整地理環境，如可以調整云層的厚度和高度，設置雨天或雪天，根據太陽和月亮的升降變化調整光線的亮度等。由此可見，虛擬現實技術能夠有效的將地理學科中的枯燥知識轉變為生動的容易讓學生接受的知識，為高校教師的教學提供了一個良好的教學平臺，提高了教學效率。

4.虛擬現實技術在潮汐教學中的應用。潮汐在高校地理學教學中是非常重要的知識點。潮汐是在月、日引潮力作用下海洋水體發生周期性的伴隨有潮位垂直漲落的水平運動。在國外，科研院所利用虛擬現實技術對潮汐數值進行模擬，得出可視化與虛擬現實系統，并且達到了預期的研究目的和效果。目前我國學術較高的高校地理教學中常采用潮汐數值模擬，即通過離散化潮汐運動的控制方程，用近似求解方法模擬潮汐運動特征，達到對潮汐場及其變化規律的認識，但這種方法缺乏直觀性和形象性，而且使用的離散化潮汐運動的控制方程對于一般高校和學生不是很好掌握的，所以體現在整體上是教學效果差、學生感覺難等一系列效果。利用虛擬現實技術實現潮汐模擬達到可視化效果，可使師生在虛擬環境中交互操作該對象，真正實現了人與自然的交流與互動，得到潮汐變化的動態過程。

四、結語

從以上分析可知虛擬現實技術在高校地理教學中應用非常廣泛，是加強高校地理科學教學質量和手段的最有效途徑。借助于虛擬現實技術，高校地理科學不僅能更好地宣傳自己、深化理論研究水平，而且能更好地為國民經濟建設出力。雖然目前虛擬現實技術仍有許多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術障礙，但隨著各種硬、軟件的發展，這一技術會不斷提高其逼真性、虛擬性和可普及性，可以預見在不遠的將來，虛擬現實技術必將在地理科學教學中取得更廣泛、更深入的應用，給地理科學帶來重大的變化契機。

參考文獻：

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第7篇：虛擬現實技術及其應用范文

關鍵詞 計算機網絡 前沿技術 技術分析

中圖分類號：TP39113 文獻標識碼：A

1現代計算機網絡的前沿技術分析

1.1 GIS與“數字地球”

GIS簡稱地理信息系統，地理信息系統通常泛指用于獲取、儲存、查詢、綜合、處理、分析和顯示地理空間數據及其相關信息的計算機系統。隨著人造衛星的出現和計算機的普及，地理信息系統在人們的生產和生活中扮演著更加重要的角色。以往的傳統模擬地圖仍然存在局限性，比如信息滯后、儲存受限、傳輸方式單一和模擬能力有限等問題。而地理信息系統脫胎于地圖，它與地圖一樣，也具有載負和傳輸地理信息的功能。同時它還具備了以下特點，（1）提高了空間信息的幾何精度；（2）擴大空間信息儲蓄量；（3）便于空間信息的轉換和傳輸；（4）擴大地圖制圖功能；（5）便于精確、快速計算；（6）便于地圖自動分析。GIS正在快速發展起來，但是它仍面臨著地圖學的挑戰。隨著信息科學的不斷發展，GIS也對地圖學提出了不少挑戰并且推動地圖學的發展。

數字地球是一種利用巨大地球空間數據對人類賴以生存的地球所做的三維、多級、多分辨率的數字化整體表達，它同時也為人類提供一個網絡化的界面體系和超媒體的現實虛擬環境。數字地球概念的提出，是空間技術、信息技術及其應用技術發展到一定的產物。要在電子計算機上實現數字地球不是一件簡單的事，它需要諸多學科的支持，特別是信息科學技術。數字地球被應用在多個方面，比如精細農業、智能交通、Cybercity、專家服務和現代大戰等方面。數字地球的提出是全球信息化的必然產物，它是一項長期的戰略目標，需要經過全人類的共同努力才能實現。同時，數字地球的建設與發展將加快全球信息化的步伐，在很大程度上改變人們的生活方式，并創造出巨大的社會財富，為人類社會的發展作出巨大貢獻。

1.2虛擬現實技術

虛擬現實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供體驗者聽覺、視覺，觸覺等方面的感受，讓其覺得身臨其境一般。虛擬現實是多種技術的結合，包括實時三維計算機圖形技術、廣角立體顯示技術、對觀察者各種觸覺，感覺網絡輸出輸入技術。虛擬現實技術的應用比較廣泛。在醫學方面，虛擬環境中，可以建立虛擬的人體模型，便于學生了解人體的各個器官結構，而且能讓學生進行虛擬手術，便于學生的學習；在娛樂方面，豐富的感官享受和3D顯示環境成為理想的視頻游戲工具，令玩家能感覺身臨其境，更加富有真實感；同時，虛擬現實技術在藝術領域具有的潛在應用能力也是不可估量的，它可以使觀賞者更加了解藝術家的思想藝術；在軍事航天方面，模擬訓練一直是軍事方面的重要課題，虛擬現實技術的應用可以讓士兵們進行模擬軍事演練，提高他們的戰斗能力及應變能力。在其他方面，虛擬現實技術也得到廣泛應用，比如還有室內設計、工業制造等等。虛擬現實技術的發展仍然存在著阻礙，比如沒有真正進入虛擬現實世界的方法，如何輸入的困擾，缺乏統一的標準和容易讓人感到疲勞。

1.3網絡技術云計算和下一代網

云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問， 進入可配置的計算資源共享池，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。云計算的特點是超大規模化、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴展性、便宜等等。云計算在現代社會得到廣泛應用。同時，云計算是商業模式的創新，云計算通過互聯網提供軟件與服務，并有網絡瀏覽器界面完成。云計算有三類典型的服務模式，分別是“軟件即服務”，“平臺即服務”和“基礎設施即服務”。通過云計算衍生出來的技術還有云儲存、云游戲等等。21世紀10年代，云計算作為一個新的技術趨勢已經得到了快速的發展。云計算帶來一個前所未有的工作方式，也改變了傳統軟件工程企業。

1.4智能信息處理技術

智能信息技術是近年發展起來的，它通過結合計算機技術、通信技術、電子技術及控制技術實現信息的采集、處理以及顯示的自動化。隨著經濟的發展，網絡的普遍普及，智能信息處理技術將得到更加廣泛的應用。智能信息處理技術可分為智能數據采集、智能信息處理和智能數據顯示三部分。它具有智能，準確，高效三個特點。它被廣泛應用于語音處理、音像處理等數據處理。在這個信息化的時代，信息作為記載我們人類生活數據的載體，智能信息處理技術將會得到更大的重視。

2結語

隨著信息化時代的到來，我國的現代計算機網絡的前沿技術發展速度明顯增快，現代計算機前沿技術的發展關系著我們的日常生活、國家的文化發展水平，世界的先進程度等等。所以我國新一代也要致力于現代計算機行業的研究，探索出更加先進的網絡技術，幫助我們解決生活中的問題，為世界網絡文明發展做出貢獻。

參考文獻

第8篇：虛擬現實技術及其應用范文

關鍵詞：虛擬現實技術 虛擬環境 計算機發展 新型計算機

計算機技術的不斷發展與應用方面的不斷提高使得虛擬現實技術也相應同步地快速發展。尤其是計算機的發展將趨向超高速、超小型、平行處理和智能化，量子、光子、分子和納米計算機將具有感知、思考、判斷、學習及一定的自然語言能力，使計算機進入人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術革命，更加帶動虛擬現實技術的快速發展，對人類社會的發展產生深遠的影響。

1 虛擬現實技術概述

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。該技術集成了計算機圖形（CG）技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機技術輔助生成的高技術模擬系統。

虛擬現實技術的發展與應用離不開計算機技術的發展，兩者是相輔相成的關系，如果要正確認識和剖析并把握虛擬現實技術的應用與發展，就必須深入研究計算機技術的變化與發展趨勢，這樣才能有利于我們未來更好的掌握與應用虛擬現實技術。

2 計算機技術在虛擬現實技術的應用

自從1944年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術迅猛發展，傳統計算機的性能受到挑戰，開始從基本原理上尋找計算機發展的突破口，新型計算機的研發應運而生，計算機技術的發展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。專家預計虛擬現實技術也會因此得到迅速發展。尤其是三維計算機圖形學技術、采用多種功能傳感器的交互式接口技術和高清晰度顯示技術在虛擬現實的應用中起著重要作用。此外，智能化的超級計算機和新型高性能計算機不斷發展。這會更有利于虛擬現實技術方面的快速發展。虛擬現實技術通過計算機對復雜數據進行可視化操作以及實時交互的環境。與傳統的計算機人-機界面（如鍵盤、鼠標器、圖形用戶界面以及流行的Windows等）相比，虛擬現實無論在技術上還是思想上都有質的飛躍。

3 虛擬現實系統的技術特點

3.1 虛擬現實有效地建立虛擬環境主要集中在兩個方面，一是虛擬環境能夠精確表示物體的狀態模型，二是環境的可視化及渲染。

3.2 虛擬現實僅是計算機系統設置的一個近似客觀存在的環境，它是硬件、軟件和設備的有機組合。

3.3 用戶可通過自身的技能以6個自由度在這個仿真環境里進行交互操作。

3.4 虛擬現實的關鍵是傳感技術。

3.5 虛擬現實離不開視覺和聽覺的新型可感知動態數據庫技術，并需結合高速的動態數據庫檢索技術。

3.6 虛擬現實不僅是計算機圖形學或計算機成像生成的一幅畫面，更重要的是人們可以通過計算機和各種人機界面與機交互，并在精神感覺上進入環境。它需要結合人工智能，模糊邏輯和神經元技術。

4 虛擬現實硬件設備與軟件技術和計算機技術的融合

在虛擬現實系統中，硬件設備主要由3個部分組成：輸入設備、輸出設備、虛擬世界生成設備。此外系統還需要虛擬現實的相關技術。

4.1 虛擬現實的輸入設備。有關虛擬現實系統的輸入設備主要分為兩大類：一類是基于自然的交互設備，用于對虛擬世界信息的輸入；另一類是三維定位跟蹤設備，主要用于對輸入設備在三維空間中的位置進行判定，并送入虛擬現實系統中。虛擬世界與人進行自然交互的實現形式很多，有基于語音的、基于手的等多種形式，如數據手套、數據衣、三維控制器、三維掃描儀等。手是我們與外界進行物理接觸及意識表達的最主要媒介，在人機交互設備中也是如此。基于手的自然交互形式最為常見，相應的數字化設備很多，在這類產品中最為常用的就是數據手套。

4.2 虛擬現實的輸出設備。人置身于虛擬世界中，要體會到沉浸的感覺，必須讓虛擬世界能模擬人在現實世界中的多種感受，如視覺、聽覺、觸覺、力覺、痛感、味覺、嗅覺等。基于目前的技術水平，成熟和相對成熟的感知信息的產生和檢測技術僅有視覺、聽覺和觸覺（力覺）3種。感知設備的作用是將虛擬世界中各種感知信號轉變為人所能接受的多通道刺激信號，現在主要應用的有基于視覺、聽覺和力覺感知的設備，基于味覺、嗅覺等的設備有待開發研究。

4.3 虛擬現實的生成設備。在虛擬現實系統中，計算機是虛擬世界的主要生成設備，所以有人稱之為“虛擬現實引擎”，它首先創建出虛擬世界的場景，同時還必須實時響應用戶各種方式的輸入。

通常虛擬世界生成設備主要分為基于高性能個人計算機、基于高性能圖形工作站、高度并行的計算機系統和基于分布式計算機的虛擬現實系統四大類。

4.4 虛擬現實的相關技術。虛擬現實系統的目標是由計算機生成虛擬世界，用戶可以與之進行視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等全方位的交互，并且虛擬現實系統能進行實時響應。要實現這種目標，除了需要有一些專業的硬件設備外，還必須有較多的相關技術及軟件加以保證，特別是在現階段計算機的運行速度還達不到虛擬現實系統所需要求的情況下，相關技術就顯得更加重要。虛擬現實的相關技術主要有立體視覺顯示技術、環境建模技術、真實感實時繪制技術、三維虛擬聲音的實現技術、自然交互與傳感技術等等。

4.4.1 立體視覺顯示技術。人類從客觀世界獲得的信息的80%以上來自視覺，視覺信息的獲取是人類感知外部世界、獲取信息的最主要的傳感通道，視覺通道成為多感知的虛擬現實系統中最重要的環節。

在視覺顯示技術中，實現立體顯示技術是較為復雜與關鍵的，立體視覺顯示技術是虛擬現實的重要支撐技術。

4.4.2 環境建模技術。在虛擬現實系統中，營造的虛擬環境是它的核心內容，要建立虛擬環境，首先要建模，然后在其基礎上再進行實時繪制、立體顯示，形成一個虛擬的世界。虛擬環境建模的目的在于獲取實際三維環境的三維數據，并根據其應用的需要，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。只有設計出反映研究對象的真實有效的模型，虛擬現實系統才有可信度。在虛擬現實系統中，環境建模應該包括有基于視覺、聽覺、觸覺、力覺、味覺等多種感覺通道的建模。但基于目前的技術水平，常見的是三維視覺建模和三維聽覺建模。而在當前應用中，環境建模一般主要是三維視覺建模，這方面的理論也較為成熟。

4.4.3 真實感實時繪制技術。要實現虛擬現實系統中的虛擬世界，僅有立體顯示技術是遠遠不夠的，虛擬現實中還有真實感與實時性的要求，也就是說虛擬世界的產生不僅需要真實的立體感，而且虛擬世界還必須實時生成，這就必須要采用真實感實時繪制技術。所謂真實感繪制是指在計算機中重現真實世界場景的過程。真實感繪制的主要任務是要模擬真實物體的物理屬性，即物體的形狀、光學性質、表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置、遮擋關系等等。

4.4.4 三維虛擬聲音的實現技術。在虛擬現實系統中加入與視覺并行的三維虛擬聲音，一方面可以在很大程度上增強用戶在虛擬世界中的沉浸感和交互性，另一方面也可以減弱大腦對于視覺的依賴性，降低沉浸感對視覺信息的要求，使用戶能從既有視覺感受又有聽覺感受的環境中獲得更多的信息。

5 總結

能看到虛擬現實技術對計算機技術的聯系性非常緊密，并且虛擬現實技術對計算機設備的應用分類也越來越具體，越來越廣泛。相應的計算機設備也應用到虛擬現實技術的對應環節上。虛擬現實技術是一個極具潛力的前沿研究方向，是面向21世紀的重要技術之一。它在理論，軟硬件環境的研究方面依賴于多種技術的綜合，其中有很多技術有待完善。可以預見，隨著技術的發展，虛擬現實技術及其應用會越來越廣泛。

參考文獻：

[1]陳浩磊，鄒湘軍，陳燕，劉天湖.虛擬現實技術的最新發展與展望[J].中國科技論文在線，2011.

[2]王延汀.談談光子計算機.現代物理知識，2004，（16）.

[3]陳連水，袁鳳輝，鄧放.分子計算機.分子信息學，2005，（3）.

第9篇：虛擬現實技術及其應用范文

1.1傳統媒體、現代媒體工業設計教學解析

傳統媒體工業設計教學多以黑板、粉筆、傳統光電式幻燈機和教材等，教師抄寫黑板費時費力，傳統光電式幻燈機和投影器使用過于復雜，且制作投影片周期長。每年有不少教師得咽喉病，是吸入粉筆的粉塵和經常講話導致。現代媒體工業設計教學給傳統媒體帶來了沖擊，現代媒體多以幻燈機、投影儀、電視、電子計算機、語言驗室等，優化了教學手段，提高了教學效率。

1.2新媒體導入工業設計教學應用的研究理念

新媒體的優勢在于它可以對各種資源進行整合加工，能存儲大量的教學資源以供利用，傳播內容主要以文字、語言、圖片、影像等進行組合傳播，根據工業設計教學的特色選擇合適的新媒體進行教學。因此新媒體導入工業設計教學應用的主要目的是為了使師生能更好地利用媒體對工業設計理解深入化、形象化、系統化。

二、新媒體環境下的工業設計教學應用的展示途徑

2.1展示空間布局

工業設計教學一般分為四個特定環境：理論課教室、實踐課畫室、機房和學生畢設展廳，根據每個環境選擇合適的新媒體技術設備設施進行配置與實施。

2.2展示技術選擇

2.2.1全息投影技術

全息投影技術，也成為三維全息成像，是由透明的材料制造成四維錐體，利用光的折射和反射原理而顯示的全方位的360度立體懸浮影像。利用此技術展示工業產品進行立體教學，更容易理解產品設計本身。也可用于畢設展廳，展示學生作品，節約傳統媒體制作成本。

3.2.2網絡課堂

網絡課堂是利用網絡實施在線互動培訓的課堂，它不受地點、形式等的限制。方便學生能實時體驗模擬真實的教學課堂，提供課堂教學資料的下載，也方便教師布置課下作業與在線考試等。

2.2.3微信微博

微信是手機媒體的app應用，可以發送語音短信、圖片和文字等；微博深受歡迎；微博是微型博客的簡稱，是基于用戶信息分享與傳播的平臺。在工業設計教學中，比如師生加入微信班級群，課上共看微博并參與討論等。比如看設計師分享，優秀工業設計資料，了解最新的比賽信息，提供設計靈感等。

2.2.4觸摸媒體

觸摸媒體是無線通信和觸摸技術結合的媒體。在工業設計教學中，液晶觸摸顯示屏可以替換黑板，用平板電腦來控制液晶觸摸顯示屏里課件的放大與縮小，顯示屏可加書寫功能。在畢設展廳中，學生可在液晶觸摸顯示屏體驗工業產品設計方案，如觀看產品色彩切換模式，了解畢設工業設計作品信息等。

2.2.5虛擬現實技術

虛擬現實技術是由一些三維的交互式計算機生成的環境[3]。虛擬現實技術可以做在現實中難以完成或需要高投入的工作。學生在機房可以學習虛擬現實技術，了解工業產品設計的開發模擬程序及其應用，省去工業設計方案帶來的不必要的麻煩。

三、結論