虚拟现实技术论文篇（1）

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。

想象性是指通过用户沉浸在“真实的”虚拟环境中，与虚拟环境进行了各种交互作用，从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而可以深化概念，萌发新意，产生认识上的飞跃。因此，虚拟现实不仅仅是一个用户与终端的接口，而且可以使用户沉浸于此环境中获取新的知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构思。这种构思结果输入到系统中去，系统会将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。如此反复，这是一个学习——创造——再学习——再创造的过程，因而可以说，虚拟现实是启发人的创造性思维的活动。

3、虚拟现实技术的分类

虚拟现实是从英文VirtualReality一词翻译过来的，Virtual就是虚假的意思，Reality就是真实的意思，合并起来就是虚拟现实，也就是说本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，让你感觉到就如真实的一样。

实际应用的虚拟现实系统可分为四类：

一、桌面虚拟现实系统，也称窗口中的虚拟现实。它可以通过桌上型机实现，所以成本较低，功能也最简单，主要用于CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、建筑设计、桌面游戏等领域。

二、沉浸虚拟现实系统，如各种用途的体验器，使人有身临其境的感觉，各种培训、演示以及高级游戏等用途均可用这种系统。

三、分布式虚拟现实系统，它在因特网环境下，充分利用分布于各地的资源，协同开发各种虚拟现实的利用。它通常是浸沉虚拟现实系统的发展，也就是把分布于不同地方的沉浸虚拟现实系统，通过因特网连接起来，共同实现某种用途。美国大型军用交互仿真系统NPSNet以及因特网上多人游戏MUD便是这类系统。

四、增强现实又称混合现实系统。它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统，既可减少构成复杂真实环境的开销（因为部分真实环境由虚拟环境取代），又可对实际物体进行操作（因为部分系统即系真实环境），真正达到了亦真亦幻的境界，是今后发展的方向。

4、虚拟现实技术发展的瓶颈

虚拟现实技术的发展过程中遇到的问题很多，可以归结为3大难题：

4．1虚拟现实设备的“贵族化”。要构建一个高质量的虚拟现实系统，首先需要昂贵的外部设备，无论是高分辩率的头盔显示器HMD，还是立体投影显示器，无论是空间定位器，还是高精度的数据手套，都是价格不菲。其次，为完成复杂场景的实时渲染，还需要高性能的图形工作站以及相应的软件。在一些专用领域，但普通的信息系统用户可能会望而却步。

4．2繁琐的三维建模。基于图形的虚拟环境首先要解决的问题便是三维造型。当图形渲染技术在向实现真实感大踏步前进的时候，生成精确三维模型的过程还像二十几年前一样困难。在三维激光扫描技术上的进步提供了简化模型构造过程的一些承诺。然而，这些自动化模型获取方法也验证了真实世界的几何是极端复杂的。大部分的模型仍需要人工绘制，而且需要聘请高水平的专业人士，所以其费用是相当惊人的。比如在电影《坦克尼克号》中，为实现场景三维建模及各种特技处理所花的人工费用高达2500万美元，这笔钱足以制造一艘同样规模的真船。繁琐的三维建模也是制约虚拟现实技术发展的严重障碍。

4．3数据量大。虚拟现实技术要想得到很大的发展，需要与Internet结合，这恐怕已是不争的事实。目前虚拟现实技术应用的数据量仍然很大，在现有网络整体速度较慢的情况下，Internet用户必须等待较长时间，这往往令人难以忍受。我们应该在虚拟现实系统中考虑数据压缩问题，这个问题可能现在还未引起人们的重视，但是随着应用的深入，这是一个不可回避的问题。

5、虚拟现实技术的应用前景和优势

虚拟现实技术的应用极为广泛，Helsel与Doherty在1993年对全世界范围内已经进行的805项虚拟现实研究项目作了统计，结果表明：目前在娱乐、教育及艺术方面的应用占据主流，其次是军事与航空，医学，商业，另外在可视化计算、制造业等方面也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。

（1）医学虚拟现实技术应用大致上有两类。一是虚拟人体，也就是数字化人体，这样的人体模型医生更容易了解人体的构造和功能。另一是虚拟手术系统，可用于指导手术的进行。

Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具（如手术刀、注射器、手术钳等），虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。但该系统有待进一步改进，如需提高环境的真实感，增加网络功能，使其能同时培训多个使用者，或可在外地专家的指导下工作等。

（2）娱乐、艺术与教育丰富的感觉能力与3D显示环境使得虚拟现实技术成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对虚拟现实的真实感要求不是太高，故近些年来虚拟现实技术在该方面发展最为迅猛。如Chicago（芝加哥）开放了世界上第一台大型可供多人使用的虚拟现实娱乐系统，其主题是关于3025年的一场未来战争；英国开发的称为“Virtuality”的虚拟现实游戏系统，配有HMD，大大增强了真实感；1992年的一台称为“LegealQust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了自学习功能，大大增强了趣味性及难度，使该系统获该年度虚拟现实产品奖；

（3）军事与航天工业模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为虚拟现实技术提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统，以提供坦克协同训1练，该系统可联结200多台模拟器。利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先进的多快好省的研究战争、培训指挥员的方法。战争实验室在检验预定方案用于实战方面也能起巨大作用。1991年海湾战争开始前，美军便把海湾地区各种自然环境和伊拉克军队的各种数据输入计算机内，进行各种作战方案模拟后才定下初步作战方案。后来实际作战的发展和模拟实验结果相当一致。

（5）商业虚拟现实技术常被用于推销。例如建筑工程投标时，把设计的方案用虚拟现实技术表现出来，便可把业主带入未来的建筑物里参观，如门的高度、窗户朝向、采光多少、屋内装饰等，都可以感同身受。它同样可用于旅游景点以及功能众多、用途多样的商品推销。因为用虚拟现实技术展现这类商品的魅力，比单用文字或图片宣传更加有吸引力。

（6）科技开发虚拟现实技术可缩短开发周期，减少费用。例如克莱斯勒公司1998年初便利用虚拟现实技术，在设计某两种新型车上取得突破，首次使设计的新车直接从计算机屏幕投入生产线，也就是说完全省略了中间的试生产。由于利用了卓越的虚拟现实技术，使克莱斯勒避免了1500项设计差错，节约了8个月的开发时间和8000万美元费用。利用虚拟现实技术还可以进行汽车冲撞试验，不必使用真的汽车便可显示出不同条件下的冲撞后果。

在虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起，成为人类探索客观世界规律的三大手段。用它来设计新材料，可以预先了解改变成分对材料性能的影响。在材料还没有制造出来之前便知道用这种材料制造出来的零件在不同受力情况下是如何损坏的。

以上仅列出虚拟现实技术的部分应用前景，可以预见，在不久的将来，虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯，并将深入到人们的日常工作与生活。

6、总结

虚拟现实技术是本世纪发展的重要技术之一，作为一门科学和艺术将会不断走向成熟，在各行各业中将得到广泛应用，并发挥神奇的作用，二十一世纪将是虚拟现实技术的时代。

当然，虚拟现实技术还是一门年轻的科学技术，尚存在不少有待解决的问题。例如，在计算机生成的虚拟环境中，操作者每次转动头部，计算机必须更新三维图像，由于更新的数据太大，以致计算机还无法完成实时运算。这就造成了系统滞后。再如，美空军的虚拟现实模拟器产生的视觉运动信号与人的感觉之间也存在差异，容易引起头痛、眩晕等。

但不管怎样，虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域，它会随着时间的推移日臻完善，发挥的作用也将会越来越大。

7、参考文献

【1】李云华虚拟现实技术综述重型机械科技2004（4）

【2】张志鹏劳奇成虚拟现实技术的概况及应用精密制造与自动化2005（3）

【3】谢晶妮张茂军虚拟现实发展趋势展望计算机工程2002（7）

虚拟现实技术论文篇（2）

一、引言

随着我国经济的稳步增长和基础建设规模的加入，建设项目的规模越来越大、结构形式日益复杂，对土木工程学科管理的科学性、精确性要求越来越高。实现土木工程的信息化、智能化、可视化和集成化成为土木建筑工程项目管理现代化的要求和本领域的研究热点。虚拟现实技术(VirtualReality,VR)是综合性与集成性极强的高新技术，在军事、医学、设计、艺术、娱乐等多个领域都得到了广泛的应用。土木工程中的虚拟现实技术涉及土木工程领域的各个学科，已显示出一定的实用性，技术潜力十分巨大，应用前景非常广阔[1]。

二、虚拟现实技术及其特点

虚拟现实技术，又称灵境技术，是20世纪末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、传感器技术等多个信息技术分支，大大推进了计算机技术的发展。VR技术是把抽象、复杂的计算机数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物。它的技术实质在于提供一种高级的人机接口。利用VR技术所产生的局部世界是人造和虚构的，并非是真实的，但当用户进入这一局部世界时，在感觉上与现实世界却是基本相同的。因此，虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间。它以模拟方式为使用者创造了一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参与者可直接参与和探索虚拟对象所处环境的作用和变化，仿佛置身于现实世界中。一个身临其境的虚拟环境系统是由包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音像技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所以，虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术。虚拟现实技术具备以下三个方面的特性。

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像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。

2．交互性

虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

3．多感知性

由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。

三、虚拟现实技术在土木工程中的应用

1．虚拟现实技术在土木工程中的应用前景

在土木工程中，长期以来人们不得不用抽象的概念表示非常丰富的内容，如用平面图、剖面图、立面图等平面图形成一些规定的符号来表示三维的立体建筑，用比较抽象的图形和精练的语言来描述复杂的场景，以传递大量的信息。但这一种信息处理与传递方式受到信息接受者所从事的职业、知识结构及理解能力的影响，交流起来非常困难。

VR技术的发展为我们克服这一困难提供了极其有效的手段。用虚拟现实既能表示真实的世界，也可以表示虚拟的世界。表示真实世界时，可以突破物理空间和时间的约束，做到能“超越现实”；在表示虚拟世界时，又能使其中的虚拟物体表示出三维逼真感，以达到身临其境的感受，最后形成一种“人能沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用的三维信息空间”。VR技术为用户提供了一种新型的人机接口，它利用计算机生成交互式三维环境，不仅使参与者能够感受到景物或模型的逼真存在，并且对参与者的运动和操作做出实时准确的响应。

2．虚拟现实技术在土木工程中的应用领域

由于具有上述的优势特征，虚拟现实技术在土木工程中得到了广泛的应用，并且具有广阔的应用前景。现阶段，虚拟现实技术在土木工程中的应用主要有以下几个方面[2]。

（1）在虚拟施工过程和施工结构计算中的应用[3]

在实际工程施工中，复杂结构施工方案设计和施工结构计算是一个难度较大的问题，前者难点关键就在于施工现场的结构构件及机械设备间的空间关系的表达；后者在于施工结构在施工状态和荷载下的变形大于就位以后或结构成型以后。

基于虚拟现实的复杂结构施工方案设计是指利用虚拟现实技术，在虚拟的环境中，建立周围场景、结构构件及机械设备等的三维CAD模型（虚拟模型），形成基于计算机的具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配的结果，在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改。复杂结构施工涉及的因素较多，起重机的布置位置、高度，缆风绳着力点的选择，构件堆场的位置，起重机的开行路线，构件起吊路线等，都是施工方案设计必须考虑的问题。若对这些问题考虑得不够，则工程施工的进度、成本等都会受到影响，甚至导致安全事故的发生。

建筑结构施工前往往要对施工方案进行受力状态复核。如在大跨空间结构施工中，不仅要考虑施工过程的安全性、可行性，还要考虑结构本身在施工过程中安全性、可靠性。某展览中心，钢结构屋盖支承在钢桅杆上，桅杆两端为锥形，与下部混凝土结构铰结。为了减小钢桁架的变形，更为了维持结构的稳定，在钢屋盖桅杆和混凝土之间，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、稳定索)和撑杆，形成一个稳定的结构体系。在钢结构的施工中，不同的支撑方案、不同的拼接方案，在结构的不同部位会引起不同的效应，而随着连接杆件的安装，这些施工阶段的应力将残余在结构部位上，并影响到最终的结构受力安全性；并在结构就位过程中，有可能失稳和变形。这就需要进行施工过程的精确分析。用虚拟现实技术可以对不同的方案，在短时间内做大量的分析，从而保证施工方案最优化。

（2）在工程项目招标投标中的应用

建筑业是我国的支柱产业，建筑市场的过度竞争已是长期的事实。现代建筑工程项目的运作，业主处于绝对有利的地位。在有限的时间内，如何使业主和评标的专家很好地了解招投标文件的编制和被认可的程度直接关系到承包商有没有中标的机会。因此，承包商在注重投标文件的技术可行、报价合理的同时，也非常注重投标文件的包装。尤其是大型工程、国家重点工程和国际工程的招标投标，往往在项目企划阶段就已经开始这方面的运作[4]。

借助虚拟仿真系统，把不能预演的施工过程和方法表现出来，不仅节省了时间和建设投资，而且不用项目经理的现场答辩，方案的优劣就一目了然。这无疑大大增加了承包商中标的几率。

（3）在可视化计算领域的应用

可视化计算将是今后一个重要的发展方向。在科研中，人们会遇到大量数据，为从中得出有价值的规律和结论，需要对庞大的数据量进行认真分析。对科学计算取得的数据进行可视化加工或三维图形显示，可通过交互改变参数来观察计算结果的全貌及其变化，实现参数化及可视化计算，虚拟现实技术产生了飞跃式的发展。

在运用有限元法进行结构分析时，利用虚拟现实技术则可以通过颜色的深浅给出三维物体中各点力的大小，用不同颜色表示出不同的等力面；也可以任意变换角度，从任何点去观察。还可以利用VR的交互性能，实时修改各种数据，以便对各种方案及结果进行比较。这样就使工程师的思维更加形象化，概念更易于理解。把可视化计算技术应用于超大型复杂结构的设计、工程控制和结构分析中，将增强计算软件的前后置处理能力。例如，在桥梁工程控制和结构分析的可视化计算中，倒退(拆)分析结构倒拆动态演示、结构理想施工线型显示、施工阶段主梁形心线的设计曲线和实测拟合曲线的显示、前进分桥结构拼装动态演示、施工预告图形显示、主梁内力图显示、危险截面应力分布图显示等等。更重要的是能借助图形或图像来进行实时动态地控制结构的重分析和获取施工控制数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的过程。

四、结语

虚拟现实技术在不断发展，专用于计算机图形和多媒体信息处理的高性能DSP芯片可使处理能力提高上百倍，三维图形算法和参数化建模算法等可使虚拟现实技术更加成熟。目前，虚拟现实技术还有很多不完善的地方，尤其在土木工程的研究方面，我们应努力建设虚拟现实技术实验室，开发有价值的虚拟现实工程系统，使其在工程设计、施工、管理和可视化计算等方面得到更广泛的应用。

参考文献

[1]张跃．土木工程中的虚拟现实技术[N]．科技日报．1997年6月23日．

虚拟现实技术论文篇（3）

虚拟现实技术有沉浸感、交互性、想象力等三大基本特征。

(1)沉浸感:沉浸感可理解为浸入性，虚拟现实技术的发展已经可以使人“沉浸”在计算机模拟出来的虚拟环境中而不分真假，让使用者感觉已经成为了虚拟世界中的一部分，从而使用者从被动的观察者成为主动的参与者。理想的虚拟环境是可以达到让使用者难分真假的程度，由于目前科学技术发展的局限性，虚拟现实系统研究与应用比较成熟的只有视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸和嗅觉沉浸。

(2)交互性:交互性主要指使用者操作虚拟物体和从虚拟环境中得到反馈信息的程度。交互性是虚拟现实技术同传统多媒体技术差别最大的地方，强调人机交互的自然性，如植物的摇动、水系的流动、鸟虫的鸣叫等。当学生在虚拟环境中抓住一个实体，其感受都与自然环境中一致或者极为相似。但交互性的有效性和实时性就需要回馈设备等强大的硬件系统和特殊设备支持了。

(3)想象力:虚拟现实技术具有十分开放的构想性。使用者沉浸在虚拟的环境中，除了体验真实的自然感觉，还可以想象一些客观不存在的超越自然的环境。虚拟现实技术可以提供这种丰富想象空间的特点，能够使学习者增加兴趣，提高学习效率。

2.虚拟现实的软件系统

想要实现虚拟现实必须硬件和软件相互配合，软件系统是实现VR技术的关键。

(1)Virtools:是一款功能强大，整合丰富的产品，它能将各种复杂的3D模型，2D图片及声音文字很好地整合在一起，开发具备丰富行为模块的3D虚拟环境，已经运用于多种3D产品当中。

(2)VR－Platform:这款软件比较方便，可以在配置不是特别高的计算机上使用，运行流畅，但同时效果也有一定的损失，能够满足基本的3D浸入和360度视角观察。

(3)Quest3D:该款极具实用性的产品，有着良好的交互性，支持导入文件的格式非常多，音频视频都可以灵活方便的加载，Quest3D可以满足大多数编辑者的应用需求，利用它可以比较方便地创建出复杂的图形程序。

(4)EONStudio:在处理已经建模的3D模型时这款软件较为方便，可轻易在导入的模型上加入设计的动作。

(5)Converse3D:是一款比较成熟的整合软件，在兼容性方面比较突出，运用起来高效并稳定。

(6)WireFusion:这款软件在web3D中应用较多，不需要用户独立的编程，而采用简单的拖放式操作，就可以轻松地建立动态的web3D网页。

(7)CityMaker:是国内自主研发软件，很有专业的针对性，在建立虚拟建筑和虚拟城市方面有很强的应用能力，是一款面向规划与建筑行业的专用软件。当然，各种软件复杂多样，设计目的不同所以倾向性也各有不同。当前，适合园林植物景观设计教学的有Virtools、EONStudio、WireFusion软件。但是，大多数软件使用费用较高，并且专业方向不明显，与行业的结合不够紧密，使用时经常需要二次开发(如天正CAD、中望CAD)。

二、VR技术在“园林植物景观设计”教学中的应用

VR技术应用于“园林植物景观设计”教学是科学技术发展所产生的新形式。区别于传统教学，VR技术的优势非常明显。在VR技术应用现实系统中，按照项目分析、方案设计、施工图设计等教学流程完成“园林植物景观设计”课程作业。

1.项目分析阶段

在“园林植物景观设计”虚拟项目教学中，许多学生常常无法亲临项目现场进行实地考察，可以采用VR技术进行场地分析、环境评判，并通过网络平台，进入到虚拟项目的场地内部，全面了解项目的周边环境，包括气候条件、地质条件、交通状况、人流分布、水系分布、土壤条件、植物资源、历史文化等现状特征。

2.方案设计阶段

在方案设计阶段，学生需要将一些景观节点定位定量地表达出来，包括植物配置平面图、立面图、剖面图及局部效果图。采用VR技术使学生能够进入虚拟的场地空间中，直接摆放、移动、组合各种园林植物，反复调整植物种类、位置、数量，综合对比不同植物组合的景观效果和空间形态，较大程度弥补了传统教学中学生对植物空间与环境无法进行综合感知的缺陷，进一步激发学生的创作灵感。

3.施工图设计阶段

在该阶段，可采用VR技术对植物种植模式和植物空间组合进行高度仿真，模拟植物的栽植位置、植株大小及材料种类，最终完成植物种植总平面、体现高程和剖面的竖向组合图、植物与各种景观要素搭配立面图等，其间反复调整植株数量和树木株行距获取最佳的生态效益和景观效果，可以直观地展示出植物群落的景观特征和空间形态。

三、虚拟现实技术在“园林植物景观设计”教学中应用的难点

1.程序设计难点

园林植物景观设计是风景园林本科生的重点学习内容。随着季节的变化，四季中同一地点植物也会有着完全不同的景观效果，所以如何编写基于VR技术的程序，体现出植物景观的时效性，也就成为VR技术应用的难点。

(1)将植物群落四季交替的数据信息输入VRML的场景数据库中，当学生需要观察不同季节植物景观特征时，实时改变场景信息即可。但数据的获取较难，可以在教学中利用OnyxComputing公司的TreeProfessional，这款插件有一定的树木参数库可以利用。

(2)动画技术比较成熟，四季的情景很容易模拟，但运用在VR技术时缺点极为明显。动画每帧的顺序都是固定的，编辑好的，这样就大大降低了VR技术实时调整的交互性，同时动画无法提供操作人自然的物理互动，所以浸入性也大打折扣。

2.硬件支持难点

各种植物三维模型是由许多面组成的，达到理想的虚拟效果需要计算机有很强的运算能力。一株枝叶丰富的景观树模型大概需要几千个面，如果仿真一个很大的植物种植场景，可能产生上千万，上亿的面，对于计算机硬件的压力是十分巨大的。

3.教学推广难点

虚拟现实技术的应用需要较高专业水平和较强的计算机技术应用能力，而目前一些高校同时具备专业能力和计算机技术水平的教师较少，严重制约了虚拟现实技术在“园林植物景观设计”教学中的应用与发展步伐。

虚拟现实技术论文篇（4）

近年来，随着经济的快速发展，我国的城市化进程越来越快，许多公共环境需要进行设计，虚拟现实技术的运用能够形成逼真的虚拟环境，以刺激公众的听觉、视觉、触觉等感官，使公众享受身临其境的感觉，也能够集中公众的注意力，加深记忆和印象，增强环境艺术设计的画面感。

2.虚拟现实技术可以减少费用损失

在建设一个重大工程之前，人们可以通过虚拟现实技术构建建筑的结构和图形，为建设项目提供框架引导。设计人员根据虚拟图的引导能够更精确地设计图纸、进行材料预算，从而减少不必要的损失，节省资金。

二、虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用

1.应用虚拟现实技术弥补环境艺术设计的缺陷

在环境艺术设计的过程中常常会出现现实条件限制的情况，如场地缺乏、经费不足等，导致环境艺术设计不能正常进行。而虚拟现实技术可以模拟各种场景，弥补了环境艺术设计中的缺陷。

2.应用虚拟现实技术避免实际操作潜在的危险

在环境艺术设计中因为各种现实条件的限制和危险情况的存在，人们为了保障生命和健康安全往往不直接参与现实情境，进而不能亲身体验。虚拟现实技术的应用可以帮助人们模拟这些无法亲自参与的情境，人们可以在这种模拟的环境下进行作业，既避免了潜在的危险，又得到了切实的感受。

3.应用虚拟现实技术打破空间和时间的限制

虚拟现实技术是一种超空间、超时间的技术，它可以打破空间和时间的限制，模拟任何一种场景，从巨大的宇宙天体到渺小的微尘粒子，从几亿年前到当今，设计人员都可以在模拟的环境中探索研究，打破了空间和时间的限制。如在研究恐龙时代时，由于恐龙在地球上已经销声匿迹，人们无从考证与研究，但是通过虚拟现实技术，人们可以模拟出恐龙生存的时代。人们置身其中，与恐龙零距离接触，加快了对恐龙时代的研究进程。这种场景的模拟就是打破了时间和空间的限制，模拟出了人们想要的真实场景。

4.应用虚拟现实技术模拟环境艺术设计中需要的现实体系

因为现实条件的各种限制，环境艺术设计不能全部采用真实的环境来试验和操作，它需要虚拟现实技术模拟出环境艺术需要的真实场景。虚拟现实技术可以模拟人物、动物、植物等，使设计者在一个人性化的环境中自然地交流和工作。如世界著名的西安天幕广场，利用虚拟现实技术给观者创造了一个大型天幕，人们在天幕之下仿佛置身在浩瀚的星空中，非常具有震撼力。这一场景的模拟淋漓尽致地发挥了虚拟现实技术的功能。

虚拟现实技术论文篇（5）

2VR技术对产品工业设计的影响

典型的工业设计过程通常都是基于物理样机，在设计和试制过程中难以避免地会陷入反复试错的设计循环之中，这就将直接导致人力、物力的浪费和开发周期的延长。如果利用虚拟现实技术则可以减少设计过程中物理模型的数量，通过应用虚拟现实技术使产品设计的各个阶段实现可视化，可以对产品的造型、材料、人机工程、装配、检修过程、模拟仿真、加工工艺性能等进行预测及交互式的评价和优化。由于它灵活的特性，则可对其进行实时修改和评估，使设计师、工程师、市场营销人员、业主或其他参与者之间的交流更顺畅，从而简化设计流程，提高设计效率，给产品设计带来全新的理念和方式。

2.1工业设计方案展示与评估

在传统的工业设计中，设计师主要用平面的手绘图或者不同角度的三维效果图来表达设计思想、展示设计成果。而基于虚拟现实技术的工业设计则打破了传统的设计模式，在沉浸式的虚拟现实环境下，交互展示设计方案，更关注用户的体验感，而非产品本身。在进行设计评估时，在虚拟环境中利用专业设备（3D眼镜、头盔显示器、交互式手柄、数据手套等）进行交互，从而获得逼真的体验感。全尺寸的车辆外观、内装及司机室的三维立体影像能实时地显示，甚至还可以邀请专家和业主一起参与到设计中来，通过手持控制终端激发预设的参数命令对车辆的造型、色彩、装饰风格等进行直观的选择与搭配，亲自体验产品的最终效果，并对模型提出修改意见，实时观察设计和修改过程。

2.2人机工程分析

产品的舒适性、可操作性是评价设计的重要指标。以往，对于产品的人机工程分析往往是参照相关标准来进行，再结合物理样机进行评估。而在虚拟人机工程系统中，通过产品的三维数据和内置的人体模型数据集成，可以实时进行司乘人员的可视性、可达性、空间适应性、特定姿态的舒适性分析等。同时也可针对人体动作疲劳度的分析来校核并优化设计方案，及时发现设计方案中人机工效方面的不足，避免了设计方案在人机工效方面的“硬伤”。降低返工所带来的时间上和成本上增加的风险，缩短设计周期，使交付评审的设计方案更为准确，更具说服力，并给予设计方案理论以及数据方面的支撑，各种评估参数也可以输出成分析报告，并可以根据模型的修改实时更新。

2.3虚拟装配

在虚拟装配系统中，工作人员可以在虚拟环境下通过专用设备（立体显示系统、头盔显示器、跟踪定位器、三维鼠标、数据服、反馈数据手套）直观地实现人与虚拟产品的交互操作，对设计的机构进行装配检验，实现产品的虚拟装配和调试，并检查可能存在的干涉问题和其他不合理问题。

2.4虚拟试验及制造

车辆交付使用之前，都要进行试验，传统的产品开发模式下，产品的各种性能实验是通过样机和物理模型来实现的。随着VR技术在轨道交通行业的应用，物理试验模型已逐步被数字模型代替，基于数字模型，不仅可以对车辆的造型、结构关系等进行验证和评价，还可以在虚拟场景中，结合分析软件对数字样机进行分析计算，并实时将验证结果展现出来。设计人员即可及时进行调整，而不必等到列车在行驶试验进程中出现问题时再进行设计修改。虚拟现实技术还能模拟产品的制造过程，即产品虚拟制造。就是利用计算机仿真技术、信息处理技术对产品制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，过程是虚拟过程，生产的产品也是虚拟产品。虚拟制造过程包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。它是应用软件或虚拟数控技术对加工工艺及模具成型过程进行仿真，按照设计精度等的要求，通过模拟加工，选择最佳的刀具路径和加工参数。通过产品的虚拟制造，对产品性能和可制造性进行预测和评价，可以在生产之前发现潜在的工艺问题，进而采取相应的措施，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本。

3基于VR技术的工业设计流程

相比现有的工业设计流程，引入虚拟现实技术后，带来的改善主要在以下三个方面：

1）在产品方案设计阶段，应用虚拟现实技术可以实现逼真的、交互式的设计界面，用户可以直接绘制可视化的产品数据模型。

2）在方案评估及验证时，虚拟数字样机让用户可以交互、协同地评审、分析和测试产品数据模型。

3）可以实现虚拟装配与虚拟制造。VR技术的应用实现了新产品开发技术的一个巨大飞跃，三维交互的设计方式给设计师提供一个更直观、更自由的工作环境。虚拟现实技术可以极大地弥补现有的CAD—RP产品开发流程的不足。基于VR技术的设计流程可以由现有的串行向并行的设计方式转变。

4应用VR技术的优势

1）增强工业设计手段：利用VR技术向产品开发决策者、市场营销人员、工程师及客户逼真地进行工业设计方案展示，将未来产品三维立体真实地呈现出来，让参与者身临其境的在车内外漫游，还能实时改变造型、颜色、材质，满足不同业主的个性化需求。

2）提高产品设计质量：在产品设计阶段，利用VR技术模拟产品开发全过程，预测产品性能，产品的可制造性、可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。

3）降低样车试制成本：利用VR技术的逼真展示、人机交互、虚拟装配、事故模拟及虚拟实验等技术进行设计评估，减少物理样机的试制成本。利于有效组织生产制造，缩短产品开发周期、降低成本，提升设计质量与生产效率。

4）利于售后检修维护：利用VR技术真实展现设备的维修过程，制作虚拟样机电子检修维护手册，包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等，以一种新型的方式让操作员工更直观地学习了解针对具体装配维修的检测维修方式。

虚拟现实技术论文篇（6）

虚拟现实技术有沉浸感、交互性、想象力等3大基本特征。一个典型的VR系统，主要由专业图形处理软件、硬件系统(包括VR和VR软件，数据库)、输入和输出设备等部件组成。交互性是指通过输入和输出设备的用户，在虚拟环境中对象的范围是可操作的以及与自然环境的反馈程度，它的用户和虚拟环境之间接近虚拟环境中的交互方式是自然可取的。身临其境的参与感，也被称为是虚拟现实技术最重要的特征点，用户利用交互设备和自己的知觉系统，接触到虚拟现实环境中的真实程度。园林景观设计中VR技术的运用产生了巨大的影响，虚拟现实技术正在改变传统规划设计方法的许多方面。一方面，为创造景观虚拟现实技术提供了一种新的艺术表现手段：另一方面，它使景观规划设计方法和观念发生改变。计算机网络技术与虚拟现实技术相结合实现网络虚拟化，让更多的市民通过网络可以看到和听到设计师的作品，理解设计意图，参与景观规划设计。

1.2、园林景观设计中VR技术的关键技术

支持图形建模的软件工具有很多，由于3DSMAX对VRML有较好的支持功能，因此对园林景观设计师而言，3DSMAX是较为合适的建模软件。它不仅支持VRML程序的输出，同时还可以在VRML程序中通过选择摄像机在三维场景中进行导航设置，在场景中指定活动控件和感应器，丰富实时浏览的内容。所以，对于熟悉3DSMAX的园林设计师来说，VRML是一个很好的选择。景观设计中视景建模是虚拟现实的基础，也是园林设计的关键，要使参与者有沉浸感，必须创建真实的虚拟世界。园林场景的建立主要由AutoCAD和3DSMAX来完成，场景平面图在AutoCAD中处理完后导入3DSMAX中，进行园林模型的构建，然后将这些元素进行整合，整合后的地形模型上再加入如建筑物、小品、植物等充实虚拟环境，最后得到设计者理想的园林场景。三维图形的生成技术较为成熟，目前关键是如何实现实时生成设计中虚拟场景数据量较大的问题，典型的大规模场景，难以达到实时制的技术要求。为此，需要配置高性能计算机，为达到实时目的，至少要在保证图形质量和复杂程度的前提下提高刷新频率，这是影响该技术发展的瓶颈问题。设计师在园林设计方案过程中，需要有功能强大的交互技术作为支持，方便实时更换移动场景中的要素模型，以便于审视和比较设计方案的合理性；VR技术是交互、系统集成、管理模型识别和合成技术等多个技术的综合运用，如何将这些技术合理地运用，最大化地展示设计作品的功能理念是园林景观设计应用VR技术的关键。

2、园林景观设计中应用VR技术的意义

2.1、VR技术使景观设计意图直观呈现

园林景观设计要求设计师对空间形象思维要有一个整体的把握，既要考虑公众的要求，又要满足场景功能需要，同时达到与周边环境的相互协调，所以设计过程是一系列的创新过程。如何将规划、设计、施工、维护等工作合理地结合起来，即对项目施工前后所要呈现的效果有一个清晰、明确的方案和思路。VR技术应用在园林景观设计中，可减轻设计人员的劳动强度、缩短设计周期、提高设计准确性和工程质量要求。通常情况下，设计者会通过沙盘、三维效果图、漫游动画等方式展示设计效果，供决策者、设计者、工程人员以及公众理解和感受。以上的传统展示方式都各有其不同的优缺点，但有一个缺点是共同的，即不能以人的视点深入其中，得到全方位的观察设计效果，而运用VR技术则可以很好地做到这一点。使用VR技术后，决策者、设计者、工程人员以及公众可从任意角度，实时互动真实地看到设计效果，身临其境地掌握周围环境和理解设计师的设计意图，这是传统手段所不能达到的。

2.2、VR技术辅助激发设计师创作灵感

园林景观设计中，公众有时无法亲临项目现场进行实地考察，可以采用VR技术进行场地环境分析评判，并通过网络平台进入到虚拟项目的场地内部，全面了解项目的周边环境，包括气候条件、地质条件、交通状况、人流分布、水系分布、土壤条件、植物资源等现状特征。在方案设计阶段，设计者需要将一些景观节点定位定量地表达出来，包括植物配置平面图、立面图、剖面图及局部效果图。采用VR技术使设计者能够进入虚拟的环境空间内，直接摆放、移动、组合各种园林植物、小品，反复调整植物种类位置数量，综合对比不同植物组合的景观效果和空间形态，较大程度弥补了传统平面设计中对植物空间与环境无法进行综合感知的缺陷，进一步激发设计师的创作灵感。在该阶段，可采用VR技术对植物种植模式和植物空间组合进行高度仿真，模拟植物的栽植位置、植株大小及材料种类，最终完成植物种植总平面体现高程和剖面的竖向组合图、植物与各种景观要素搭配立面图等，其间反复调整植株数量和树木株行距获取最佳的生态效益和景观效果，可以直观地展示出植物群落的景观特征和空间形态。

2.3、园林景观设计中运用VR技术是必然趋势

园林景观中常用的设计要素，如植物、地形、水体等都是不规则的形体，用计算机的模型表示会非常复杂。例如，一棵树有成千上万片树叶，做成模型后需要用到的面数量庞大，这对于普通民用计算机来说，实现流畅的VR效果是不可能的。因此，VR技术在园林造景中的应用研究仍处于起步阶段。当前，计算机的运行速度不能满足完全建模情况下园林景观的虚拟现实，那么只能使用贴图(MAP)的方式来模拟其中的植物。使用一张处理好的树木照片，就能在VR中用一个面来表现一棵树，虽然在真实度方面会有一定的损失，但相对于完全建模所需的上百万个面来说，这样操作能减少工作强度。随着季节的变化，四季中同一地点的植物也会有完全不同的景观效果，所以，如何编写基于VR技术的程序，体现出植物景观的时效性，也就成为VR技术应用发展的方向。将植物群落四季交替的数据信息输入VR的场景数据库中，当公众需要观察不同季节植物景观特征时，实时改变场景信息即可。从20世纪80年代提出VR技术应用在园林景观设计中的创新理念，到现在虚拟现实技术得到了很大的发展。与传统风景园林设计思维相比，VR技术突破了传统维度限制的虚拟风景园林，应该是一种相对全面的设计表达系统。未来应用VR技术辅助园林景观设计是发展的必然趋势，现代科技能够将风景园林的物质功能与信息功能分别赋以不同的载体，使一些风景园林的存在形式发生质的飞跃。

虚拟现实技术论文篇（7）

【中图分类号】G434 【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2009)12―0115―04

随着计算机多媒体技术和网络通信技术的迅速发展,信息时代的学习、生活方式都发生了重大变革。作为培养和提高学生动手实践能力、观察能力、分析问题和解决问题能力等方面有着先天优势的实验教学是高校教育改革的关键问题之一。目前,我国传统实验教学环节不足、实验资源不均衡,学生创新能力不足,虚拟实验教学环境研究与建设有利于解决当前实验教学中存在的问题。

为了从整体上把握虚拟实验教学环境发展脉络,拟重点从研究内容入手,探悉虚拟实验教学环境研究现状及发展趋势。虚拟实验教学环境是指开展虚拟实验教学所需要的环境,包括硬件和软件环境两部分。硬件环境包括计算机终端、计算机网络、服务器等,软件环境包括基础软件、虚拟实验教学系统软件、实验教学资源及理论指导等。本文所研究的虚拟实验教学环境是指为开展虚拟实验所搭建的教与学环境,主要指软件方面的环境建设及其应用研究。

一 研究设计与思路

1 研究资料

研究材料来源于“中国知识资源总库”,以“虚拟实验”为关键字进行检索,时间从2005年至2009年1月公开发表的主题中含有“虚拟实验”的期刊论文、会议论文以及学位论文,共437篇,以下从发表时间、研究内容两个维度分别进行统计分析。

2 研究方法与工具

研究材料采用内容分析方法进行研究。内容分析法是对明显的传播内容作客观而又系统的量化,并对量化结果加以描述的一种研究方法。[1]它是教育技术学研究方法的一种,通常是先抽取有代表性的资料样本,然后将资料内容分解为一系列的分析单元,并按预先制定好的分析类别和纬度系统进行评判记录,最终对结果进行统计分析。内容分析法实施步骤包括提出研究问题或假设、抽取样本、选择分析单位、建立分析类目、进行评判记录、定量处理与计算以及解释与检验等几部分。本研究资料采用数据统计工具进行数据管理、统计分析、统计绘图和统计报表。

二 研究结果(即研究现状)分析

1 从时间上看虚拟实验教学环境研究受到的关注程度及其原因

以“虚拟实验”为关键词,时间段分别从1979年到1999年、2000年到2004年、2005年到2009年1月进行检索,题名中包含“虚拟实验”的期刊论文和硕、博学位论文数量如表1所示。从三个时间段检索的论文数量来看,近几年虚拟实验教学环境的研究已经得到了众多学者的广泛关注。可见,对于虚拟实验教学环境的研究已经成为当前教育研究一个新热点,分析其原因是主要信息技术的蓬勃发展已经使部分虚拟实验环境的设计与开发成为现实,并在一定的理论指导下应用于实践,使各类虚拟实验室建设成为可能。而且,虚拟实验环境的研究与实现极大地降低了实验室建设成本,缓解了由于财政压力给实验实训教学环节带来的不利影响,有利于学生实践操作能力的培养,因此,虚拟实验教学环境的研究也就具有了极大的经济效益和社会效益,从而引起了更多学者、专家的关注。

表1 三个时间段检索的论文数量

2 从内容上看虚拟实验教学环境研究的现状及其分析

通过对2005年以来检索的437篇期刊论文、会议论文以及学位论文进行研究内容分析可以发现,虚拟实验教学环境的研究主要集中在以下几个方面:虚拟实验平台与系统的设计与开发、虚拟实验的设计、虚拟实验的教学研究及虚拟实验相关开发技术研究等,在检索的论文中各个方面的研究内容所占比例情况如图1所示。

(1)虚拟实验平台与系统的研究

从图1可以看出,虚拟实验平台与系统设计与开发的研究论文较多,其数量达175篇。可见,计算机技术与网络技术的发展为实验平台和系统的搭建提供了技术支持,虚拟实验的实践研究首先引起了广泛关注。这方面的论文主要是探讨某门课程的虚拟实验平台、系统设计或开发过程,如顾九春等[2]在论文中论述了基于matlab提供的函数和控制系统分析工具箱开发了自动控制原理课程的虚拟实验平台系统,对课程控制系统的设计与开发比较简单,论文中没有进行应用效果的分析。关于虚拟实验平台设计或设计与开发方面的研究论文有66篇。周冬婉[3]在论文中论述了实验系统平台的设计,并实现了简单开发,论文中无应用方面的论述。关于虚拟实验系统的研究论文有109篇。虚拟实验平台、系统研究的论文中进行设计并实现的比较多,在实验中应用的不多,对应用效果分析的就更少了。设计与开发具有开放性、自主性、协作性、交互性以及可扩展性的虚拟实验平台和系统有利于虚拟实验的开展和实施,有利于虚拟实验的共建共享。通过分析以上175篇关于虚拟实验平台和系统研究论文发现,目前虚拟实验平台和系统的开发各自为政,没有统一的规范和标准,很难实现平台和资源的共享。虚拟实验平台和系统的设计与开发研究大都是基于某一门课程实现,开发的技术种类繁多。

图1 虚拟实验研究内容情况

(2)虚拟实验教学研究

虚拟实验教学方面的研究有利于指导虚拟实验教学实践,这方面的研究论文有93篇。教学研究方面的研究内容情况如图2所示,主要包括以下几个方面:虚拟实验理论层次的应用研究,如黄凯旋[4]论述了如何更好地发展实验教学,提出了建立开放式实验与虚拟实验结合的完全开放式实验室,田静[5]在论文中浅谈了虚拟实验在理科实验教学中的应用等;教学模式与方法研究,如朱乾[6]通过“大学物理”虚拟实验系统在实验教学中的应用,对利用虚拟实验教学的教学模式进行了初步的探究,吴伟雄[7]探讨了在电工学教学中采用虚拟实验手段的意义和课堂教学方法等;教学效果分析,如于洪涛等[8]探讨了桌面虚拟实验对言语信息、智慧技能、动作技能学习的作用,最后通过调查问卷法和实验法来验证桌面虚拟实验对言语信息和智慧技能学习的作用,陈柳君[9]探讨了虚拟实验的理论意义,没有具体讨论虚拟实验的应用效果等;其他方面的研究包括虚拟实验的作用、虚实结合的理论探讨与教学改革研究等。关于虚拟实验教学方面的研究,从理论层面探讨的较多,对实际应用效果的研究比较少,这对虚拟实验教学实践而言显然是不够的。

图2 虚拟实验教学研究情况

(3)虚拟实验设计与开发研究

虚拟实验设计的开发是虚拟实验教学开展和实施的前提,这方面的研究论文有74篇。虚拟实验指所有实验过程均在虚拟环境中以虚拟的形式完成,不涉及真实的实验仪器设备的实验,目前虚拟实验的主要形式有实验演示、仿真实验、虚拟仪器三种。[10]其中实验演示主要演示实验的详细操作步骤和实验结果,供学生用于观察实验的实际执行过程,主要是基于某一种或几种技术或工具开发某一门课程或课程一部分虚拟实验,如刘英杰等[11]基于3ds Max和Virtools技术对大学物理实验功能进行了简易设计并对开发流程进行了阐述。仿真实验是利用计算机软件仿真实验环境。学生可以按实验要求组装实验系统,通过改变实验模型的参数进行各种模拟实验,观察其实验显示结果,孙俊峰等[12]在论文中以心理学实验为例,提出了虚拟实验展开的方式,将虚拟实验分为实验准备、交互实验和结果反馈三个阶段。虚拟仪器是在计算机上配置高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用,如张子刚[13]的硕士论文《基于LabVIEW的虚拟实验仪器设计研究》,该论文以PC-DAQ/PCI插卡式结构的硬件平台,采用数据采集板,实现AD7202在Labview中的数据采集。论文重点讲述了虚拟数字存储示波器各个功能模块的软件设计。在虚拟实验设计与实现方面的研究中,虚拟实验被教师上课演示的多,被学生实际操作的少;虚拟实验中验证性实验多,设计性和创新性实验少;虚拟实验以作业方式应用的多,单独开设实验课程的很少。[14]

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(4)虚拟实验设计与开发应用的相关技术研究

计算机技术以及计算机软件技术的发展为虚拟实验研究提供了技术支持和工具,各种技术的发展也促进了虚拟实验的开发。关于虚拟实验设计与开发应用的相关技术研究,主要是把互联网技术、动画技术以及虚拟现实等相关技术(如Java、VRML、Flash、3D等)引入到虚拟实验设计中,从技术的角度深入探讨虚拟实验建设的可行性,主要集中在3D、VRML、Flash等技术在虚拟实验系统构建中的应用,或者此技术在某个实验环节中的应用,或者侧重于网络虚拟实验系统的教学支持系统的设计开发,论文数量有38篇,各种技术使用与研究情况如图3所示。

图3 开发技术研究情况

(5)虚拟实验环境相关标准、规范、管理与评价方面的研究

虚拟实验环境相关标准、规范、管理与评价的研究可以为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。然而,在检索的论文中只有2篇论文对标准化问题进行了简单的阐述。范新伟等[15]的《虚拟实验标准化的研究和解决方案》,在论文中提出了一个虚拟实验标准化信息模型,并提出了信息模型的xml绑定和用Web Service实现的解决方案,作者对虚拟实验的标准化提出了一些见解,并对实践结果进行了初步的阐述,进一步的工作还有待于大量的实践来进行验证和不断的修改完善。李小燕[16]的《虚拟实验中仪器通信的标准化研究》,该论文针对虚拟实验重复开发,复用性差以及互操作困难等问题,提出了一个虚拟仪器间通信的标准化解决方案,建立了仪器间通信的信息模型。在当前的研究中只有2篇此方面的相关论文对虚拟实验的研究是不够的,而且虚拟实验环境的评价和虚拟实验管理方面的研究也是空白。

随着虚拟实验教学研究的发展,各种技术被引入进来,这些技术、协议或标准之间的兼容性,以及虚拟教学平台、系统和已有平台、系统的互操作都需要深入研究。此外,虚拟实验平台和系统的开发也需要一个规范,因此对虚拟实验环境相关标准与管理的研究极为迫切。

3 其他需要阐明的现象

随着多媒体、网络技术的迅速发展,虚拟实验研究得到了众多学者的极大关注,逐渐成为计算机领域与教育技术界研究的方向与热点,特别是虚拟实验教学环境的建构及应用更应引起教育技术领域的关注。但是,就国内目前的研究来看,教育技术领域还没有给予较多的关注,从2005年以来的研究论文结果看,在虚拟实验方面的研究《中国电化教育》有3篇文章、《电化教育研究》上有2篇文章、《现代教育技术》有8篇文章、《中国远程教育》有3篇文章,这对于教育技术的研究方向和热点而言是不够的。再者,虚拟实验教学环境的研究主要集中在计算机领域的杂志或学位论文中,其的期刊方面,一般期刊的论文较多,核心期刊论文不多,在学位论文中硕士论文较多,博士论文不多,这说明对虚拟实验教学环境的研究还不够深入。

三 研究趋势分析

虚拟实验教学环境的研究时间很短,研究中还存在很多不足,但是虚拟实验作为当前教育领域中的重要组成部分,在解决我国教育面临的规模与质量之间的矛盾,克服实验资源不均衡、创新能力不足等问题,有着广阔的发展前景。通过以上分析,虚拟实验教学环境的研究应注重以下几个方面:

1 开展评价、测试、管理等标准和规范的研究

制定虚拟实验平台和系统的评价、测试、管理等标准和规范,为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。针对我国虚拟实验教学的发展现状,研究制定基于统一支撑平台的虚拟实验开发标准,制定虚拟实验的评价、指导、管理和基础软件跨平台规范,实现平台和资源的高度共享,通过多种标准与规范的有机结合,解决分布式的实验教学与现有的教学系统协同工作的问题,从而实现协同工作,提高其共享性和复用性。

2 虚拟实验平台的统一开发

按照统一的标准和规范,开发集实物演示、实物仿真、创新设计、智能指导和管理于一体,具有良好交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台是当前和未来虚拟实验教学环境研究的重要内容之一,从而突破目前的各自为政、没有统一标准、没有协同性平台开发的局面。

3 虚拟实验的多方面设计与开发

在统一标准与规范的指导下的适合教学需要的更多的虚拟实验设计与开发是当前虚拟实验教学研究的内容之一,这有利于为教育提供丰富的虚拟实验资源,从而为广大学习者提供优质的虚拟实验服务,也能够产生很好的经济和社会效益。

4 加强虚拟实验的指导与管理研究

虚拟实验缺乏有效的教学管理、过程指导和效果评价,导致虚拟实验的优越性在实践教学中难以发挥。因此,应开展虚拟实验过程的智能指导和实验结果自动批改技术等方面的研究;开发虚拟实验指导与管理系统,包括实验知识辅助学习、实验智能指导、实验结果自动批改、实验答疑、实验教学效果评估等功能;开发跨平台的虚拟实验管理系统,为虚拟实验教学环境提供服务并开展应用,并展开视角对使用虚拟实验进行实验学习进行评价的研究。

5 开展虚拟实验应用研究

虚拟实验只有在不断的完善、经过实践检验后,能够取得良好效果才能应用于实验教学和推广,因此,虚拟实验的应用研究对此研究课题具有重要价值。然而,目前虚拟实验教学环境的研究内容主要集中在理论探讨、系统设计与开发、虚拟实验教学平台的开发,未来应加大虚拟实验系统应用于教学的模式与效果分析、虚拟实验系统开发评价等方面的研究,尤其从学生视角对使用虚拟实验平台和系统进行实验学习的评价研究需加强。

四 结语

虚拟实验是信息时代的产物,它在教育、科研等方面有着广阔的发展前景,是当前教育的重要组成部分,是教育教学的重要资源。在构建现代教育创新体系、培养创新型人才的大教育背景下,融合现代教育理念的虚拟实验教学环境的研究必将促进教育教学的蓬勃发展。

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参考文献

[1] 李克东.教育技术学研究方法[M].北京:北京师范大学出版社,2003:228.

[2] 顾九春,王品,宋进桂 等.《自动控制原理》课程虚拟实验平台的设计[J].高校实验室工作研究,2008,(3):50-53.

[3] 周冬婉.电路理论虚拟实验系统的设计与实现[J].中国集体经济,2008,(1):160-161.

[4] 黄凯旋.开放与虚拟的实验教学改革探讨[J].实验室研究与探索,2006,(9):1119-1121.

[5] 田静.浅谈虚拟实验在理科实验教学中的应用[J].教学仪器与实验,2006,(9):11.

[6] 朱乾.基于虚拟实验系统的教学模式[J].实验室研究与探索,2008,(6):84-86.

[7] 吴伟雄,褚莲娣.基于虚拟实验的教学方法研究[J].嘉兴学院学报,2005,(6):105-107.

[8] 于洪涛,杨雪,孙艳丽.桌面虚拟实验的教学效应研究[J].现代教育技术,2008,(1):115-118.

[9][10]陈柳君.实验教学中虚拟实验的有效性探究[J].中国科技信息,2007,(12):203-205.

[11] 刘英杰,杨雪,阚宝朋.基于3dsMax和Virtools的大学物理虚拟实验的设计与开发[J].现代教育技术,2008,(6):88-92.

[12] 孙俊峰,游运华,卢洁 等.基于VRML的心理学虚拟实验设计与实现[J].计算机仿真,2006,(4):283-286.

[13] 张子刚.基于LabVIEW的虚拟实验仪器设计研究[D].长春:长春理工大学,2007.

[14] 李凌云,王海军.网络虚拟实验系统研究现状与发展趋势[J].现代教育技术,2008,(4):111-114.

[15] 范新伟,申瑞民,申丽萍.虚拟实验标准化的研究和解决方案[J].计算机仿真,2005,(1):175-179.

[16] 李小燕.虚拟实验中仪器通信的标准化研究[J].计算机仿真,2006,(6):205-208.

虚拟现实技术论文篇（8）

有学者认为,虚拟技术是指以网络技术、多媒体技术等具有物理实体特征的信息技术为物质基础,建构虚拟技术场域的技术中介手段。这种分析比较明确地表述了虚拟技术实体不是虚拟的,作为存在于现实空间的技术表现形态,它是具有物理特征的技术,虚拟技术的“虚拟”性在于是建构虚拟技术场域,即网络虚拟空间的技术中介手段。虚拟技术实现了波普尔所描述的世界1、世界2和世界3的高度契合与统一,在理论上具有同构性,从这个意义上说虚拟技术是具有革命性的技术形态。也有学者认为,所谓虚拟现实技术,是指在计算机软硬件及各种传感器(如高性能计算机、图形图像生成系统,以及特制服装、特制手套、特制眼镜等)的支持下,生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境,使用户在这些软硬件设备的支持下,能以简捷、自然的方法与这一由计算机所生成的“虚拟”世界中的对象进行交互作用。

从词源看,“虚拟”一词是由英文virtual reality(虚拟现实,又译虚拟实在)派生出来的。在英文中,表示“虚拟的”词语并非unreal(不真实的)、visional(虚幻的)、pretended(虚假的)或fictitious(编造的),而是virtualiter,意为“具有可产生某种效果的内在力的”,源于拉丁语“virtus”、“virtualis”。中世纪神学家兼逻辑学家邓?司各脱曾赋予这个词最初的哲学含义。他从唯史论的基本观点出发,认为事物的概念不是以形式的方式,而是以产生某种效果的内在力量或者能力的方式涵盖其经验性的内容,从而构成形式上统一的现实。因此,事物的概念就是一种虚拟的现实。他试图用“虚拟的”这个词来沟通形式上统一的实在与人们杂乱无章的经验之间的鸿沟,他把虚拟实在赋予事物或过程经验的某些方面,把经验等同于实在。从这个意义上来说,人类思维、意识的发展过程,人类运用概念、符号进行抽象思维来认识自然的过程,就是一个不断虚拟化的过程。人的历史和经验,要依靠文字虚拟过程来传递、保存。印刷文字和图像的物理持性中,包含了虚拟化了的人类经验,使得人不必亲身经历,便可以继承祖先的历史和经验。显然,这种借助意识、概念和符号的虚拟是现实在人脑中的表现形式,同时也是人认识现实世界的方式。

牛津大学出版社出版的《牛律辞典》(1989)对目前计算机及通信等科技领域里经常使用的“virtual”解释是:“not physically exiting as such but made by software to appear to do so from the point view of the program or the user。”可以翻译为:一种由软件生成的非物理存在,但从程序和用户角度来看像真的一样。虚拟特指用0、1数字方式去表达和构成事物及其关系。商务印书馆出版的《牛津高级英语学习词典》(oald)中对“虚拟的”(virtual)一词的解释是:实质上的,但尚未在名义上或正式获得承认。《美国传统辞典》对virtual的解释是:“existing or resulting in essence or effect though not in actual fact,form,or name”,意为“虽然没有实际的事实、形式或名义,但在实际上或效果上存在和产生的”。

“虚拟”一词的当代用法,来自计算机技术和软件工程。在计算机技术中的虚拟存储器、虚拟服务器和企业管理中的虚拟组织等语汇中,“虚拟的”意味着“虽然是无形或非正式的,但在功能上相当于……”。因此具体地说,虚拟就是用数字方式去构成这一事物,或者用数字方式去表达这种关系,从而形成一个与现实不同但又具有现实特点的数字空间。

计算机科学家用“虚拟内存”来代表计算机以这种方式设置的ram(随机存取存贮器)。虚拟内存技术不添加硬件即可扩展计算机的数据存储,例如,在个人计算机上,虚拟内存可以是ram的一部分,仿佛它就是硬盘存储空间。这种虚拟磁盘可以像硬盘那样来用,但却不用受实际的机械磁盘的物理限制。随着计算机和信息技术等的发展,虚拟的意义有了扩展。正如美国学者迈克尔?海姆(michael heim)所指认:“‘虚拟’一词的涵义后来变成了任何一种计算机现象,从计算机网络上的虚拟邮件到虚拟工作组,到虚拟图书馆甚至虚拟大学,可谓应有尽有。在每种情况下,这个形容词所指的是一种不是正式的、真正的实在。当我们把网络空间称为虚拟空间时,我们的意思是说这不是一种十分真实的空间,而是某种与真实的硬件空间相对比而存在的东西,但其动作则好像是真实空间似的。”从数字化虚拟技术的实践应用来看,虚拟技术在电子计算机领域已经获得了非常广泛的应用。“虚拟内存”(virtual memory)、”虚拟存储器”(virtual storage),“虚拟主机”(virtual host/virtual server)、“虚拟光驱”、“虚拟终端”(vpc)、“虚拟专用网”(vpn)成为经常被使用的电子计算机术语。

这些计算机专用术语基本上可以解释为:以电子计算机硬件技术为技术基础,以软件技术为技术解决方案,在计算机或网络上建构出来的具有真实硬件功能的虚拟的技术存在方式。这些技术存在方式是建构虚拟世界的技术基础。我们可以发现,虚拟技术既包括硬件技术也包括软件技术,是硬件技术与软件技术高度契合的数字化关系表达方式。今天软件工程师们一般是在一种不是正式的、不是真实的但又是实际的意义上来使用这个术语,也就是说相对于自然的、物理的存在来说,虚拟实在让主体在感觉层面上产生具有效果上的等同性。同时软件工程师们也没有把虚拟实在所构成的空间环境简单地称为可能世界,因为在现实世界中许多不可能发生的现象在计算机系统中能够发生,虚拟蕴含着比可能更宽泛的哲学内容。

从认识论的角度来理解,“虚”是一种主观存在,特指大脑对“实”的感知、认知和加工以及在此基础上形成的意象和意境。意识是大脑的本能,意识运动的机制形成人类大脑的思维。人类通过思维形成对“实”的意象和意境。从本质上来看,“虚”是存在于大脑之中的东西。“虚”的主体或精髓——意识或思维——不能以外在的形式精确再现。但却可以通过语言、动作、表情、文学艺术等形式对其进行描述,我们可以广义地称其为“虚拟”。 正如尼葛洛庞帝(nicholas negroponte)在《数字化生存》中所说:“虚拟现实能使人造事物像真实事物一样逼真,甚至比真实事物还要逼真。”

参考文献:

虚拟现实技术论文篇（9）

虚拟现实技术起源于美国，是包括图形/图像处理、人体器官位置跟踪、音响处理、交互传感、网络通讯及建模技术在内的综合性极强的高新信息技术，“它为人机交互对话提供了更直接的真实的三维界面，并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户具有身临其境的沉浸感”[1].

虚拟现实技术在军事、工程建设等领域得到了广泛的应用，我国 863 高新技术计划将 VR 技术列为关键技术进行研究，此后 VR 技术在我国得以发展。以下是建筑业应用 VR 技术取得的一些成果：

Graphisoft 公司开发了以“虚拟建筑”为核心的 Archi CAD 软件，对设计项目的三维计算机模型可视、可编辑、可定义。Ahmed F. Waly 等人利用虚拟现实建模技术（VR modeling techniques）和面向对象的 CAD 技术开发了集成虚拟计划工具——虚拟建设环境（VCE），该工具可以经济而逼真地模拟主要施工过程，并可检验各种行动方案[2].

二滩电站的展示部分采用了虚拟现实技术，用户可以轻松浏览二滩环境及大坝的任意一个部位[2].国内在对施工过程中结构的仿真和可视化计算方面取得了一些成果，可以模拟各种施工过程[3].上海正大广场工程是我国首次将虚拟现实技术应用于建筑工程的项目。

虚拟企业又称为虚拟组织、虚拟公司等，本文对此不加区分。

“虚拟企业”一词由肯尼斯。普瑞斯等人于 1991 年在向美国国会提交的一份报告中首先提出。“虚拟企业可以视为一些相互独立的业务过程或企业等多个伙伴组成的暂时性联盟，每一个伙伴各自在诸如设计、制造、销售等领域为联盟贡献出自己的核心能力，并相互联合起来实现技能共享和成本分担，以把握快速变化的市场机遇。”[4]自此以后，关于虚拟企业的理论研究成为管理科学中一个研究前沿和热点，并已经在实际中得到广泛应用[5].

虚拟建设的概念由虚拟企业引申而来，是虚拟企业理论在工程项目管理中的具体应用。美国发明者协会于 1996 年首先提出了虚拟建设的概念。

国内外在这一方面的研究成果如下：（1）欧美发达国家近年来的研究主要集中在如何增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作问题上[7]，即研究如何利用 3-D CAD、4-D CAD、VR 等计算机技术将建设项目管理的各项职能进行集成。主要研究项目有：OSCON 项目、ATLAS 项目、SPACE 项目、CAVALCADE 项目、WISPER 项目、OSMOS 项目、DIVERCITY 项目，不少项目已有成果报道等。

（2）目前国内的研究成果有：徐友全做了题为《虚拟建设模式（Virtual Construction）的研究》的博士论文，论文从虚拟企业理论出发研究了虚拟建设模式的思想、组织、方法和手段。论文研究的主要创新点是：虚拟建设模式的思想；虚拟建设模式的组织设计原则；虚拟建设模式的组织模型、组建步骤及协调中心的组织和任务；虚拟建设模式信息系统（PIS/NT）的概念和功能[5].何清华在《虚拟组织在建筑业中的应用——虚拟建设》一文中总结出虚拟组织必须具备的特点，然后提出将虚拟组织应用于建筑业的可行性及挑战性；最后提出虚拟建设的组织模式、特点及对建筑业所带来的意义。彭勇在《虚拟建设——新型的工程项目管理组织模式》中分析了虚拟建设产生的背景，提出了虚拟建设的概念和内涵，并概述了虚拟建设实施过程中信息分类的方法等。

2 、虚拟建设内涵

3 、发展建议

针对上述情况，虚拟建设的实现可以从技术层面入手，进而过渡到组织管理层面，最终实现技术和管理的集成。短时期内，我国建筑业企业应从技术层面入手，加大现代科技特别是计算机技术在工程项目建设中的应用，推进工业化和信息化；同时在企业发展方面，着力发展培养核心能力，特别是要学习、借鉴先进生产和管理的思想方法，不断提高管理水平。这是企业发展的必由之路，也是实现虚拟建设的关键所在。

[1] 梁民、刘珍平、张培仁等。虚拟现实在水坝系统中的实现。计算机应用，1999，19（8）。

[2] Ahmed F. Waly， Wslid Y. Thabet. A Virtual Construction Environment for preconstruction planning. Automation in Construction， 2002 （12）： 139-154.

[3] 袁向荣、高勇利、卜建清。结构工程及虚拟现实技术。石家庄铁道学院学报，2000，13（3）。

[4] 陈剑、冯蔚东著。虚拟企业构建与管理。北京：清华大学出版社，2002（13）。

虚拟现实技术论文篇（10）

    本论文研究基于VRML交互式虚拟产品设计坊的设计和实现。阐述了虚拟现实、虚拟现实技术以及基于VRML的虚拟现实技术的概况,探讨了在第二代Web上的VRML虚拟境界的生成技术,提出了在虚拟产品设计中用Java Applet借助VRML的外部程序接口EAI访问VRML虚拟境界及人-机交互地生成VRML虚拟空间的方法。根据目前国内外虚拟现实的研究现状,利用VRML提供强大的Java脚本语言能力和Java内建的Internet网络支持,探讨在Internet上使用VRML进行构造交互式虚拟现实环境的研究和应用。 本论文重点研究了交互式虚拟产品设计坊空间生成技术及其设计和实现。利用3D Studio MAX R4强大的三维建模和输出功能,将三维场景转化为VRML2.0文件格式输出,从而为建造虚拟现实世界提供了极大的方便。通过VRML的Script节点和浏览器外部编程接口EAI两种机制来扩展VRML场景。利用Java语言来创建程序脚本,从而控制和改变VRML虚拟空间。讨论了VRML技术与其他数据访问技术相结合,实现对数据库实时交互的技术实现方法,并简要阐述了相关技术规范的语法结构和技术要求。 论述了通过利用TCP/IP协议下的Java Socket网络通讯机制以及构造相应的网络通信数据包等方法,实现虚拟产品空间的生成。论文通过建立虚拟产品设计坊来探讨交互式虚拟现实技术在Internet中的实际应用。 论文最后展望了VRML今后的发展及实际应用的扩展。