虚拟现实技术论文十篇

虚拟现实技术论文篇1

关键词:概念设计虚拟现实技术产品市场

一、产品概念设计与市场

概念设计是工业设计领域中的一个重要方面。国外大公司的产品设计部门包括:1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(Manufacturingdesign)制造设计。由此可见，产品的概念设计的主导地位和重要性。

1概念设计的内涵

概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”，让学生进行座椅的开发设计。步骤是，首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理，并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事，从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为，在民间曾有这样一个说法，就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上，取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后，就断了药，从此不再吃药，这也意味着孩子走向健康。所以，将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时，用折断了的钥匙做椅架为主题，由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略)，于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。

这是传统的产品概念设计。当然，产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化，设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中，产品概念的构思是丰富的，人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。

2概念设计与产品市场

完成概念设计只是第一步，能不能进行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市场为开发商或企业带来效益等，这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距，是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中，只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中，如何减少做“分母”的被动，扩大见效益的百分比，仍是最关键的，是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。

3虚拟现实技术促使概念设计的市场化

为了更好地接近产品的市场需求，目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，计算机辅助工业设计的发展，尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品，让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，就大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程，保证产品开发一次性成功，加快开发进程，甚至使设计者和用户融为一体，设计出满足市场需要的产品。

二、虚拟现实技术与虚拟产品

1虚拟现实系统(VirtualReality，VR)

虚拟现实系统又称为虚拟现实环境，是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动，观察周围的景物，还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象，听到的是虚拟环境中的音响，感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:

1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)这种方法产生虚拟环境的步骤为:

①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;

②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;

③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。

2)基于图像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:

用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像，将获取的景物图像，通过图像处理技术，按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上，用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。

2虚拟现实系统的常用设备及要求

虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外，还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。

3虚拟产品(VirtualProduct，VP)

虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物，是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真，设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。

三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景

在概念设计中，如采用头脑风暴法进行方案创意时，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多地关注产品使用者的感受，而非产品本身。比如，针对不同用户及爱好者的要求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议，邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。

为了适应激烈的市场竞争，设计厂家不能坐等用户找上门订购产品，而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告，再与计算机网络技术结合起来，使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品，并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时，还可以通过Email对产品提出意见和建议，让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力，为设计厂家谋得更多的市场份额。

若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望，通过网上游览，将信息反馈到各商家，商家则会主动争先与厂家联系，网上定货，使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争，各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。

参考文献

1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究，1999，6

2熊曼辰等数字化与概念化工业设计ICME2000论文集

虚拟现实技术论文篇2

【关键词】虚拟现实电子商务网络

1引言

虚拟现实(VirtualReality)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Web3D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Web3D[1][2][3]技术的，而Web3D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(VirtualRealityModelingLanguage——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3DSMAX)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。

3.2QuickTimeVR。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。QuickTimeVR是其中一种新的媒体数据格式。它包含了对象影视(ObjectMovie)、全景影视(PanoramicMovie)和多节点影像(Multi-NodeScene)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QuickTimeVR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QuickTimeVR的专业开发工具，如VRToolBox等，使得开发用于电子商务的QuickTimeVR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3DSMAX和Maya。在Cult3D的交互功能设计软件Cult3DDesigner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(ViewpointExperienceTechnology)，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3DSMAX中导出ASE文件，在Viewpoint的核心应用程序ViewpointSceneBuilder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。Flas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Flas。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

1GongJianhua.DistributedVirtualGeo-Environments.Journalof

InmageandGraphics2001.9:879~884

2ErnestH.PageandJeffreyM.Opper.InvestigatingtheApplication

ofWeb-BasedSimulationPrincipleswithintheArchitecturefora

Next~GenerationComputerGeneratedForcesModel，Future

GenerationComputerSystems，v.17n.2，Oct.2000，pp.159~169

3YLi.KWBrodlieandNPhillips.Web-basedVRTraining

SimulatorforPercutaneousRhizotomy.InJDWestwood，HM

Hoffman，GTMogel，RARobbandDStredney(eds)，Medicine

MeetsVirtualReality2000，IOSPress，pp.175~181.2000

4TheVirtualRealityModelingLanguage.ISO/IEC14772～1:1997.

5徐明娟等.基于VRML虚拟场景交互方式的研究，CCVRV2004，

p717~721

6谢翠等.基于Web的仿真综述，CCVRV2004，p544~548

puterGraphics

(SIGGRAPH''''96)，pages99～108，August1996

虚拟现实技术论文篇3

结合虚拟技术的特征和它在产品展示中的一些应用实例，从中我们可以了解到，基于虚拟技术的家电产品展示设计是将家电产品设计成虚拟的模型，并整合声音、视频、图像、动画等新媒体元素，营造具有沉浸性、交互性、构想性的虚拟的展示环境，在这样的环境中消费者可以对虚拟展示的家电产品进行放大、缩小、旋转等全方位的观察，还可以完成改变颜色、造型及材质等一系列的设计动作，结合必要的一些设备实现家电产品工作原理、工作过程等功能。。由此可见基于虚拟现实技术的家电产品展示不仅仅是一个动画演示媒体，还是一个开放、互动且具有一定展示设计功能的虚拟场景。

二、虚拟现实技术在家电产品展示设计中的应用优势与价值

随着社会经济的发展科技的进步，在高速发展的经济时代的今天，人们对目前生活具有极大的便利性追求，网络信息充斥着各个角落，带给了我们极大的便利性，传统的静态的产品展示极大阻碍了人们的视线。传统的展示方式，已经让人们产生了审美的疲劳，已经不能够满足当代产品展示的基本需求，不能够体现产品的展示独特性、创新性和艺术性。使得人们只有亲自去购买现场才能够了解和体验产品属性。产品虚拟展示设计可以利用计算机技术营造出一个仿真的虚幻的坏境，设计者可以通过漫游动画、三维效果图等方法来展示产品设计效果，让决策者、设计者以及消费者来感受、认识、理解和评价。传统展示方法有一个类似的缺点，就是不能以人的视角深入其中，得不到全方面的设计效果和观察，而应用虚拟现实可以很好的做到这些。消费者可以从不同角度，实时真实互动地看到产品设计效果，虚拟展示是一种交互体验性、便利性相结合的新型展示手段，极大的满足了经济信息时代人们的需求。

（一）虚拟现实技术可以自由、人性化的互动式体验

目前，在市场销售活动中，家电产品的展示比较广泛的应用展示方式仍然是实物展示。但家电产品不同于其他的产品，促成消费者购买家电的众多要素中品牌口碑、技术领先、产品功能、安全性能、外观设计、产品质量、绿色环保、节能效果前8项指标使其无法全面的开放式的展示，一般消费者在观察及选购的时候自由度较低，不能够获得最佳的体验感。而基于虚拟现实技术的小家电产品虚拟展示方式更注重消费者体验，更关注提升用户的自由感知。在虚拟家电产品展示中，虚拟现实技术引入家电产品展示效果更加逼真，消费者可以根据需要放大细节，变换视角，实时修改颜色、造型、材质，从而挑选自己喜欢的款式进行交互式体验等，同时还可以通过网络与其他在线的消费者交流经验，从而可以在愉快轻松的体验中产生购买的欲望、坚定购买信心。消费者还可以及时与设计者进行沟通、探讨设计中存在的问题，进行协同化、协作化交流，这也是传统的实物展示和网络静态的图片展示无法比拟的，这也是较多消费者较喜爱的演示方式。基于虚拟现实技术的展示设计带来新奇、人性化且自由的互动式体验方法也有助于发掘潜在消费者。

（二）连续、直观的视觉效果

在目前较为常见的家电产品实物展示方式中，消费者受外在的条件影响很大程度上受到限制，以图片、文字或Flash多媒体技术往往只能提供家电产品的平面图，给消费者的信息量有限，与实物相比也有一定的差距，而且缺乏互动性。家电产品展示中应用虚拟技术，以虚拟的三维模型为家电展示的表现形式，不仅仅能全方位地展现家电产品，而且还能对它任意缩小、旋转，、放大获得多角度、多方位、连续性的展示。虚拟现实技术对产品可以进行实时渲染，具有传统的静态的展示不可比拟的优势，互动性体验的浏览方法使其比多媒体的展示方式更为先进。应用虚拟现实展示形式，不仅能够展示出家电产品外形的各个面面，再加上消费者通过人性化的互动性操作，对家电产品进行深入观察，能够有更全面的了解，使购买机率增加，从而为商家带来更多利润。

（三）提升家电产品的营销性能

为了争得消费市场份额，销售商竞争非常激烈。他们不断探讨最新的零售手段，以寻求销售额增加的新办法。最有效的销售方式就是展示。从有销售业开始，销售者怎样向消费者展示家电产品就是一件非常值得探究的事情。可以说家电产品虚拟展示是最目的最直接的提升家电产品的销售量。

三、结语

虚拟现实技术论文篇4

【关键词】虚拟现实技术；通用技术；深度融合

【中图分类号】G434 【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2017）06-0056-03

教育部在2003年首次颁布了《普通高中技术课程标准（实验）》，技术教育正式被纳入普通高中教育范畴。通用技术课程作为一门全新的、高度综合的技术课程，定位于培养孩子善于观察、动手实践，并从生活中捕捉和发现实用型新技术应用于生产生活的学科。2016年9月，教育部提出了全面发展学生的核心素养。其中明确指出通用技术学科的核心素养为：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。要求学生通过该课程的学习，能够学会或掌握通用技术的基础知识和基本技能，掌握技术及其设计的一般思想方法；具有一定的技术探究、运用技术原理解决实际问题以及终身进行技术学习的能力；形成和保持对技术学习的兴趣和学习愿望，具有正确的技术观和较强的技术创新意识；养成积极、负责、安全地使用技术的行为习惯，发展初步的技术能力和一定的职业规划能力，为迎接未来社会挑战、提高生活质量、实现终身发展奠定基础。

随着科技的进步，教育教学的技术和手段也在不断发展和丰富。传统的教学方式和手段已经无法满足通用技术课程核心素养和课程目标的要求，因此，适时引入新的教育技术手段是十分必要的。本文将虚拟现实技术与通用技术课程内容相结合，以实际教学中对我国古代经典结构的赏析为例，讨论如何实现两者的深度融合，以解决传统教学方式的弊端。

虚拟现实的定义与功能

1. 虚拟现实的定义

虚拟现实的英文名称为Virtual reality（简称VR）。Virtual意味着用户感知到的世界并非真实的，而是由计算机技术虚拟生成的；reality一词的含义是现实，泛指存在于真实世界中的各种事物。两个单词合起来称为虚拟现实，也叫灵境技术。美国是最早进行虚拟现实理论和应用研究的国家。80年代中期，我国开始引进VR技术，并作为国家重点研究项目进行研究。北京航空航天大学计算机系是对VR技术进行研究的权威单位之一，在虚拟环境中物理特性的表示和处理、虚拟环境网络设计等多个领域取得良好发展。

目前，虚拟现实系统主要分为4种，即桌面式、增强式、沉浸式和网络分布式虚拟现实系y。篇幅所限，本文主要介绍的是沉浸式虚拟现实系统，是将图形工作站和交互设备连接，通过声音、力与触觉等方式，利用2面投影墙，有效地屏蔽周围现实环境，使得学生完全沉浸在虚拟世界中。

2. 虚拟现实的功能

虚拟现实系统的功能非常丰富，本文中所涉及的功能主要包括展示介绍功能、部件拆装功能和轨迹动画功能。

（1）展示介绍

虚拟现实系统的主要功能就是为观察者提供身临其境的真实体验。系统中的古建筑与结构案例向学生展示了我国古代的经典结构设计的过程，介绍了榫卯和斗拱等结构的部件名称和使用方法。让学生有极为直观的感受。

（2）部件拆装

虚拟现实系统可以对案例中模型的不同零部件进行拆卸和组装。这一功能可以让学生了解和体验结构设计和搭建的方式，有针对性地观察经典结构不同组成部分的位置和比例，从而帮助学生从技术角度欣赏到结构的强度和稳定性。

（3）轨迹动画

轨迹动画是虚拟现实系统的独特之处，古代建筑案例中的建筑可以将建筑的整个建造流程以动画的形式展现在学生眼前。特别是椽和柱的搭建顺序、榫和卯的契合方式以及斗和拱的承重分配。

虚拟现实与通用技术课程设计

1. 课程目标

《经典结构的欣赏》是高中通用技术必修2第一单元结构与设计第四节的内容。学生经过之前的学习对于结构的定义、类型、方向与稳定性已经有了很好的理解，并实际动手设计过简单的结构。本节课的课程目标是学会观察结果的实用性和美，以及能够从技术和文化角度欣赏并评价典型结构设计的案例。要求学生能够从结构的功能、强度、稳定性、创新、成本和工艺等角度，对结构设计的优缺点进行评析。还应该具备从历史、民俗和审美等角度欣赏典型结构设计的能力。重点需要观察结构是如何在实现基本功能的同时兼顾其他功能，欣赏独特结构的材料运用，以及经典结构所传递的文化信息、时代特征和民族特征。

2. 课程设计

通常情况下，《经典结构的欣赏》传统教学方式包括展示经典结构的图片资料或视频资料，介绍经典结构的历史背景和建造过程，有些老师还会根据自身掌握的专业知识向学生拓展一些建筑的基础理论。让学生对于我国古代的经典建筑进行思考、讨论和评价。

借助虚拟现实技术，教师可通过现有的建筑结构案例带领学生进入虚拟建筑的内部，了解整个建筑的结构。也可以通过虚拟现实系统的部件拆装和轨迹动画功能模拟结构设计和搭建的整个过程，给学生带来身临其境的体验，从而激发学生的学习积极性与探究欲望。课程设计流程如图1所示。

首先，用虚拟现实系统中的“永城殿”案例来引入课程，带领学生体验经典结构的魅力。使用虚拟现实系统向学生展示保留最完整的古代殿堂，由外而内地介绍每一个部分，包括结构的构成与装饰花纹的寓意。让学生对于整个建筑的结构进行整体的欣赏。在欣赏的过程中，教师适时提出问题，要求学生记住该案例最吸引你的地方。

然后，学生就老师提出的问题进行分组讨论，记录并汇总答案。学生带着问题的欣赏是非常有针对性的，不仅可以激发学生的学习兴趣，同时还可以对自己印象深刻的内容进行描述和思考。教师对于分组讨论的结果进行归纳，并引导学生提出评价建筑的角度。

接下来，打开虚拟现实系统中的“结构建筑”案例，展示“大木作”“转角斗拱”“柱间斗拱”和“柱头斗拱”，如图2所示。在进行虚拟展示的过程中向学生介绍榫卯结构和不同类型斗拱结构的理论知识与历史背景，帮助学生切实体会斗拱的构成方法和受力方式、认识榫卯结构的使用功能和不同种类。使用部件拆装功能将整体结构进行分解，让学生直观地了解“什么是斗，哪个是拱”，充分体验“何为榫卯，怎样连接”。与此同时，可以使用轨道动画的功能向学生展示古代建筑结构的虚拟搭建过程，帮助学生了解结构搭建的顺序。体验完毕后，学生从技术和文化两个角度，针对之前归纳的经典建筑评价体系做出讨论和修改，并在教师的帮助下形成最终的评价标准。

最后，学生欣赏“故宫全景”案例，根据经典结构评价标准对故宫内的宫殿和凉亭等经典建筑结构进行评价。教师对学生的评价做出点评，同时总结本节课的知识点，强调经典结构评价标准的使用方法。

3. 技术手段

沉浸式虚拟现实系统最大的特点是可以为40名学生提供同步的教学讲解和展示，且由于使用洞穴式的屏幕布局，能够有效避免其他真实环境的干扰，现实感极其强烈。在展示的过程中，教操作手柄和主视角眼镜介绍和展示案例中的知识点。在动手实践环节，学生可以轮流进行操作体验，观看结构组成部件、练习拆卸和装配、实现轨道动画的虚拟过程。虚拟现实技术作为本节课的技术支撑为学生带来了身临其境的真实体验。通过三个虚拟案例，将经典结构的组成部分和搭建过程展示给学生。

4. 评价与反思

将虚拟现实技术应用到通用技术课前后对比，教学效果反差十分明显。笔者作为通用技术一线教师感觉非常强烈。传统教学过程中，教师使用多媒体技术激发学生学习兴趣的有效性越来越差。在信息过载的现代社会，学生每天接触各种形式的多媒体信息多如牛毛，且大多数以娱乐为主。因此，以介绍知识为主要内容的多媒体信息很难吸引学生的眼球。

使用虚拟现实技术三个内容不同却又主题相关的案例进行教学，能够最大程度地确保学生有持续的课堂关注度。在引入环节使用“永城殿”案例，能够激发学生的学习兴趣和探究欲望，从技术角度和文化角度让学生有非常感性的认识。教师提出如何对经典结构进行评价的问题，让学生思考。“结构搭建”案例让学生持续关注结构搭建，并细致了解我国经典结构搭建的技术过程和历史文化，实践动手进行虚拟搭建。通过小组讨论的形式尝试建立经典结构评价体系。“故宫”案例让学生根据自己提出的评价体系对我国经典建筑进行评价，巩固所学知识。整个过程以学生探究式学习为主，教师引导式教学为辅，真正实现探究式学习。

讨论与展望

虚拟现实技术作为新兴技术能够最大限度地激发学生的兴趣、引发他们的关注。虚拟现实系统提供的3D效果和真实感能够抓住学生的兴奋点，从而保证他们对所学内容的持续关注。让学生在不知不觉的真实体验中了解知识，理解和掌握所学内容。与此同时，虚拟现实系统还能够为学生提供现场虚拟实践的机会，让学生能够学有所用、融会贯通。

通用技术学科作为技术类学科，强调的是学生的实际动手能力。通用技术课程的基本目标是促进学生全面而富有个性的发展，进一步提高学生的技术素养。因此，通用技术教材中的许多内容都可以借助虚拟现实技术带给学生全新的学习体验，让学生在体验中实践、在体验中创新。虽然在现阶段，由于各种原因虚拟现实技术尚未在学校实现普及，虚拟现实与学科教学的融合也仅仅停留在探索和讨论阶段，距离全方面覆盖尚有一段距离，但是，随着科技的不断发展和教育改革的不断深入，虚拟现实技术在教育教学中的应用必将更加广泛。技术实践类课程作为先行者，需要努力探索，寻找虚拟现实技术与教育教学的融合点，为虚拟现实技术的学科全覆盖贡献出自己的力量。

（作者单位：北京市第六十五中学）

参考文献

赵伯岩. 浅谈通用技术核心素养的构建[J]. 通讯世界，2016（8）.

李光雷. 虚拟现实技术在高中通用技术课程中的应用初探[J]. 中国医学教育技术，2011（6）.

虚拟现实技术论文篇5

关键词：计算机 虚拟技术 教学 应用

【中图分类号】TP3-4；G642

1 计算机虚拟技术

计算机虚拟技术是对物理计算机中的资源开展分配的技术，如在物理计算机中，可以利用虚拟技术来构建具有独立硬件资源的虚拟机，并且可以运行多个相同或者不同的操作系统。从计算机虚拟技术的优势来看，计算机虚拟技术具有着更高的资源利用效率、更好的隔离性与安全性、更低的成本、更高的兼容性能以及更加便捷的管理，这些优势也决定了计算机虚拟技术可以在计算机教学中具有一番作为。

2 计算机教学中虚拟技术所具有的优势

从计算机教学实践方面来看，计算机虚拟技术的应用可以为计算机教学活动的开展创造一个接近与真实情境的教学环境，从而使计算机实践教学活动需求得到满足。在计算机教学过程中，计算机虚拟技术所具有的优势主要体现为以下几点：

2.1 在计算机教学中，计算机虚拟技术的使用与维护更加便捷

在计算机教学过程中，可以在使用计算机虚拟技术的基础上，在一台计算机中制造模拟计算机，这些计算机有着独立的内存、操作系统与硬盘，并且可以独立运行，因此，在使用计算机虚拟技术开展计算机教学的过程中，即便是某一台虚拟机出现故障，真实存在的计算机以及其他虚拟机都不会被破坏，而对于出现故障的虚拟机，我们可以通过删除重建来完成维护，在此过程中，硬件部分并不需要更换。

2.2 在计算机教学中，计算机虚拟技术具有着更高的安全性和耕地的投入成本

由于使用计算机技术可以基于一台计算机模拟出多台虚拟机，因此可以在计算机教学中实现计算机的一机多用，另外，基于虚拟技术模拟的虚拟机具有着较强的环境适应性，这也会降低计算机实训教学中设备完善所需要的投入成本。相对于实体计算机而言，虚拟计算机的运行不会导致实体计算机面临计算机病毒等威胁，因此，从安全性能来看，基于虚拟技术模拟出的虚拟机具有着更好的安全性，而这也降低了计算机实训教学的管理难度。

2.3 在计算机教学活动中，基于虚拟技术模拟的虚拟机可以凭借较强的一致性来实现便捷安装

如果在虚拟技术的使用中，虚拟机的模拟需要复杂的流程和较多的时间，则可能会对教学效率产生负面影响，而事实上，虚拟机中的系统文件都是用映像包来存储，因此，在虚拟机的构建中，我们只需要通过复制映像包就可以完成移植，较强的移植性提高了虚拟机的构建速度，并且可以确保虚拟机配置的一致性。同时，将计算机虚拟技术应用到计算机教学中，可以在很大程度上来完善传统计算机教学中亟待改善的问题，作为计算机教师，只要确保自身的物理计算机具有正常的操作系统，就可以确保教学设备的可使用性，并且虚拟机的便携性、易用性也可以在一定程度上推动计算机教学效率的提升。

2.4 基于虚拟技术构建的虚拟机同样具有着联网能力

因此，对于具有不同教学任务与教学目标的计算机实训教学活动，虚拟机都可以满足其要求。另外，虚拟机的构建本身就可以成为计算机实训教学中的内容，这要求教师引导学生来了解虚拟机构建中的理论与操作方法，并要求学生在计算机实训或者日常生活中进行虚拟机的组建。当然，教师有必要将虚拟机在日常生活中的作用告知学生，如在预防病毒方面虚拟机所具有的良好表现等，从而推动学生学习兴趣和学习积极性的提升。

3计算机虚拟技术在计算机教学中的应用

3.1 构建多系统环境

教学机教学具有着多样化的教学内容，而教学内容的差异对计算机系统环境也具有着不同的要求，为了满足这些不同的计算机系统环境要求，学校可以采用虚拟技术来构建具有多种系统环境的虚拟计算机。无论是搭载哪一类计算机系统，虚拟计算机在完成文件部署滞后就可以通过启动来实现正常运行。而对于物理计算机而言，虚拟计算机仅仅是一个子系统，这种子系统可以对多种操作系统进行兼容从而实现一个物理计算机中系统的多样性。另外，在物理计算机中，可以利用计算机虚拟技术来构建一个虚拟的局域网，局域网中的网络运行情况与真实的局域网网络运行情况相一致，因此，在计算机实训教学中，可以有效解决网卡冲突等问题。

3.2 实现便携式计算机

在传统的计算机教学过程中，学生只能在实践教学课堂中通过上机来对教学内容做出练习，这种时空限制导致了学生在课后并没有太多接触真实操作实验环境的机会。然而计算机虚拟技术在计算机教学中的应用却可以有效突破这种时空限制，这主要是因为虚拟机文件可以让学生通过便携式拷贝设备来进行存储，并带出计算机实验室。只要是在由物理计算机的环境下，学生就可以将这些文件拷贝到物理计算机中并获得如同实践教学课堂中一样的虚拟机体验。这种功能的实现得益于虚拟计算机文件是在宿主机中以文件的形式存储，这让虚拟机具有了十分强大的便捷性与一致性。

3.3 构建网络教室

在计算机教学过程中，传统物理网络教室需要用户进行远程登录，在这种网络教室中，首先较差的隔离性导致物理计算机需要面对更加严重的安全威胁，并且会让物理计算机存在宕机甚至系统崩溃的风险；其次权限较低也是这种网络教室的重要缺陷；再次，在这种网络教室中，资源分配存在着一定的不合理性，当一个学生使用的资源较多时，就会对其他学生的资源进行占用，甚至会导致计算机系统所具有的运行速度降低。而基于虚拟技术基础上构建的虚拟网络教室则能够实现一人一机，当然这种网络教室同样具有着缺陷，即用户之间所进行的交互以及虚拟机的启动速度是需要解决的难点问题。但是虚拟网络教室所具有的有点也同样明显，相对于传统物理网络教室而言，虚拟网络教室可以实现对虚拟机进行隔离，这让虚拟机具有了更好的独立性与隔离性。同时在对虚拟机进行使用的过程中，学生具有着虚拟机中最高的操作权限，这能够在很大程度上确保学生能够获得良好的上机体验。另外，虚拟机的配置在设定之后不会受到其他虚拟机的影响，所以在资源的分配方面更加合理。

4 小结

综上所述，计算机虚拟技术在计算机教学中具有着重要的应用价值，因此作为计算机教育工作者，应当对计算机虚拟技术的应用做出探索与研究，并通过优化计算机教学中的计算机虚拟技术以及推动计算机教学中虚拟技术应用的多样化来实现计算机教学质量和教学效率的提升。

参考文献

虚拟现实技术论文篇6

关键词：计算机仿真；虚拟样机；试验；基于仿真的采办；装备采办

引言

从20世纪90年代开始，美国国防部为了更好、更快、更省地采购和部署满足21世纪军事需求的武器系统，进行了一系列卓有成效的防务采办改革，提出了基于仿真的采办（Simulation Based Acquisition，SBA）的概念。基于仿真的采办的核心思想是通过采用建模与仿真技术，以并行、迭代、柔性的思想指导武器系统的开发与采办，实现武器系统全生命周期各阶段的协同工作，是对传统采办在过程、支持环境和采办文化上的变革与创新。经过多年的实践与发展，基于仿真的采办得到美国军方和工业界的充分肯定，他们认为，基于仿真的采办可为切实缩短武器装备的研制周期、减少资源消耗、降低采办风险、提高装备质量。

虚拟样机（Virtual Prototype，VP）是基于仿真的采办中的一个重要概念，是建模与仿真技术在其中的一个最重要的应用形式。它利用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计、测试、评估和人员训练，成为缩短产品开发周期，降低成本，改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力的重要手段。

随着高新技术成果大量地应用于武器装备，武器装备变得越来越复杂。传统的串行采办过程，论证方、用户方、研制方和评估方分离的采办制度将很难适应未来武器装备的发展需求。因此，可以借鉴美军基于仿真的采办的成功经验，以并行、迭代、柔性的思想指导武器装备的开发与采办，用虚拟样机代替物理样机参与武器装备的预研、方案论证、工程研制、定型试验等过程阶段的试验与评估，并将试验与评估的结果直接反馈于武器装备的设计与研制，通过并行、迭代、柔性的方式不断地改进和完善武器装备的设计，更好地适应与满足未来不断变化的军事作战需求，降低武器装备的开发风险和开发成本，缩短研制周期，提高产品质量。

1虚拟样机技术

根据美国国防部建模与仿真办公室（DefenseModeling and Simulation office，DMSO）的定义，武器装备的虚拟样机是指在需求分析、方案论证、系统设计、演示验证等阶段使用的、代替武器装备实物样机的数字模拟产品。虚拟样机将建模与仿真技术扩展到新产品研制开发的全过程。它以计算机支持的协同工作为技术基础，通过支持协同工作、CAD、CAM、建模与仿真、产品分析、计算可视化、虚拟现实的计算机工具，将各个集成化产品小组（IntegratedProduct Team，IPT）的设计与分析人员联系在一起，共同完成新产品的概念探讨、运作分析、初步设计、详细设计、可制造性分析、性能评估、生产计划和生产管理等工作。

利用虚拟样机代替物理样机，可缩短开发周期，降低开发和测试成本，改进设计质量。利用虚拟样机，可使产品的设计者、使用者和评估者在产品研制的早期，在虚拟环境中，直观形象地对虚拟样机进行优化设计、性能测试、制造和使用仿真，对启迪设计创新、减少设计错误有着重要意义。

1.1虚拟样机技术的特点

1.1.1虚拟样机在产品的全生命周期中是不断进化的

李伯虎院士等学者认为，利用虚拟样机技术开发虚拟样机的过程，实质上是一种产品全生命周期基于模型的不断提炼与完善的过程。不仅如此，作者还认为，在产品的全生命周期内，随着论证方、研制方、使用方和评估方对产品认识的不断加深，虚拟样机的开发是一个不断进化、不断完善的过程。虚拟样机经过不断地迭代，逐步完善，逐渐逼近最终的实际物理样机，最后研制方根据最终的虚拟样机生产制造出满足设计目标的物理样机。

在进行系统论证时，由于对产品的认识还不深入，论证方仅仅能够勾勒出产品的大概轮廓，提出产品的主要战技指标要求，对于虚拟样机的许多细节，暂时还无法进行确定。当进行系统设计时，随着对产品设计的全面展开，虚拟样机的细节逐步丰满，产品的组成、工作流程、内外部接口等内容不断丰富，虚拟样机得到了初步地进化与完善。在后续的虚拟制造、虚拟试验、虚拟使用等环节，制造方、试验方和使用方会发现产品在论证与设计中的许多问题与缺陷，不断地提出产品的改进意见。这些都反馈到产品的论证方与设计方，对虚拟样机的设计进行修改完善，实现虚拟样机的不断进化，最后形成最终的虚拟样机产品，如图1所示。

1.1.2虚拟样机成为论证方、用户方、研制方和评估方之间直观的交流语言

以往，产品的论证方、用户方、研制方和评估方之间的交流主要通过各种文书实现，包括研制任务书、设计方案、设计图样、试验报告和使用说明书等文件。一方面，这些文件数量庞大，读完并理解需要耗费较长时间；另一方面，这些文书不直观，各方对文书的理解存在偏差，很难使各方对产品形成统一完整的认识。这些不利于各方之间的交流沟通，也直接影响到武器装备的作战使用。

利用虚拟样机，就很容易使各方对产品的认识具体化，形象化。论证方向研制方说明研制目标和要求时，可以将其论证的虚拟样机运行于仿真作战环境中，直观形象地展现武器装备的作战环境、作战目标、作战过程、使用要求、战技指标等，使双方沟通更通畅，更容易达到一致的认识；当用户培训操作手时，就可以直接利用虚拟样机，这样不仅能够比较容易地发现武器装备的设计问题和缺陷，而且武器装备的技术特点、使用特点也会直观立现，也使得部队能够在战时更好地运用武器装备，使用武器装备。

1.1.3虚拟样机利于增量式开发的实现

增量式开发是指，已经识别了武器装备的预期能力，对于其终能力的需求是明确的。最终能力需求是可以通过多次增量开发得到满足，但武器装备的每次增量开发取决于当前的技术成熟度。这是为了平衡技术成熟度和研发风险、费用以及用户能力需求紧迫性之间的关系。这样就允许核心作战能力可以快速投入战场来满足作战需求。这种策略可以随着技术的逐步成熟，将作战能力以连续增量的方式投入战场。增量式开发可以加快技术进步到战斗生成之间的转化，缩短武器装备的采办周期，形成“研制一批、生成一批、装备一批”的武器装备持续发展局面，使得关键技术进步可以快速形成战斗力。

虚拟样机的并行、迭代、柔性的开发过程与增量式的开发过程非常吻合，使增量式开发的过程较容易实现。另一方面，虚拟样机的模型复用技术也可以与增量式开发相结合，在增量式的开发过程中大量地使用模型复用技术，进一步加快开发过程，缩短开发周期，快速技术进步向战斗力的转换。

1.2虚拟样机技术的应用

目前虚拟样机技术已经显示出其强大的生命力，广泛的应用于航空、航天、车辆、机械等领域。波音777就是一个采用虚拟样机技术的典范，它首次采用虚拟样机技术实现了包含300万个零件的波音777飞机全过程无图纸设计。在11个月的时间里，设计小组利用虚拟样机完成了751个飞行小时的机翼测试，730个地面小时的飞行性能测试，1088个飞行小时的推进器性能测试，770个飞行小时的飞行稳定性测试，830个地面小时的飞行开发，1280个飞行小时用于ETOP，913个地面小时用于系统验证，共8384个测试小时，他们耗费了最短的时间进行了历史上最长时间的测试，减少了94%的费用和93%的设计更改。

随着仿真技术的发展，虚拟样机技术与武器系统的结合也越来越紧密。例如美国麦道公司采用虚拟样机技术研究F/A-18战斗机的发动机装配问题，可以在30分钟内确定发动机是否能够完全适应飞机及维修设备的需要；美国研制第4代战斗机F22的过程中，虚拟样机试验与评估以及风洞试验的经费比是6：4；美国“响尾蛇”空空导弹的三个型号，由于采用了虚拟样机技术，靶试的实弹数由129发减少到35发；在“爱国者”、“罗兰特”和“尾刺”地空导弹的研制过程中，节省研制经费10%～40%，缩短研制周期30%～40%，这三个地空导弹的靶试情况如表1所示。

李伯虎院士等人是在国内较早开展虚拟样机研究的技术团队之一。他们基于国家863/CIMS航天并行工程项目，开展了复杂系统的虚拟样机技术研究、应用与初步实践，并开发了具有自主知识产权的虚拟样机支撑平台，并将虚拟样机技术成功地应用于航天飞行器的设计与制造。

另外，虚拟样机技术在国内已成功地应用于导弹、火炮、轻武器等武器系统的设计与制造领域，也成功应用于机器人、数控机床、拖拉机等装备的设计与制造领域，甚至也应用于过山车和乒乓球发球机等娱乐设备的设计与制造领域。

2虚拟样机试验

2.1虚拟样机试验可以使传统的串行采办过程并行化

由图2可知，传统的采办过程是一种串行的采办过程，装备试验与评价活动并未贯穿装备的整个采办寿命周期，主要处于工程研制阶段之后，生产部署之前。传统的装备试验与评价活动基本上是以单件装备型号产品为试验对象，试验目的基本上是为了检验装备型号产品的各个单项性能指标是否达到了初始设计要求。利用虚拟样机试验就可以将传统的串行采办过程转变为如图3所示的并行的采办过程。

2.2虚拟样机可以弥补试验时物理样机数量上的不足

一般来说，装备在进行定型试验之前，生产的数量都极少，不能满足今后体系效能试验的数量要求。由于经费、生产能力等方面的原因，研制方又不可能生产出符合体系效能试验数量要求的装备。因此，在体系效能试验之前，对虚拟样机进行验模与评估，确保虚拟样机能够代替物理样机参加试验；试验时，利用虚拟样机代替部分物理样机，构建体系效能试验环境，驱动试验运行；试验后，对虚拟样机和物理样机的表现进行综合分析，评估装备的体系对抗效能。

2.3可以将LVC仿真资源进行综合集成构建逼真的虚拟样机试验环境

仿真资源通常可分为真实（Live）、虚拟（Virtual）和构造（Constructive）3种。真实仿真资源是指在部分虚拟的环境中由真实的人操作真实的装备；虚拟仿真资源是指在虚拟环境中由真实的人操作虚拟的装备；构造仿真资源是指在虚拟环境中由虚拟的人操作虚拟的装备。在装备的论证、研制、试验和使用过程中，产生了大量的IVC仿真资源，这些资源面向不同的仿真应用，满足了不同的仿真需求。在进行虚拟样机试验时应很好地继承LVC仿真资源，面向实战，进行综合集成，构建逼真的虚拟样机仿真试验环境。

虚拟现实技术论文篇7

关键词 教育信息化；虚拟现实；教学方法；电气类课程

中图分类号：TP391.9 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）27-0038-02

在教育信息化大背景下，为了达到应用现代化的信息资源与技术手段来提高人才培养质量的目的，许多高校努力探究各种教学改革途径，进而产生出许多以教育信息化为指导的教学方法，最有代表性的有多媒体技术的应用、互联网资源共享平台的应用、构建主义学习理论在教学中的应用等，但这些都没有克服电气类课程专业性强、理论抽象、教学与现实相分离等特点给课堂教学带来的困难，如教学过程不够灵活、不够生动形象，学生学习兴趣不够强烈，理论无法联系实际等。建构主义认为“情境”的体验对学习者构建知识是非常必要的，而传统教学很难或者根本无法提供给学生这种真实的“情境”[1]。虚拟现实技术恰恰可以提供这种“情境”。

将虚拟现实技术应用于高校电气类课堂教学中，能够形象生动地表现教学内容，有效营造一个能够跟随技术发展的教学环境，提高学生掌握知识技能的效率，实现课堂教学的情景化、兴趣化，达到优化教学过程、提高教学质量的目的。

1 虚拟现实技术

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），原来是美国军方开发出来的一项计算机技术，主要用于军事上的仿真[2]，直到20世纪80年代末才作为一个较完整的体系被正式提出，90年代后其内容逐步成熟与发展。目前已在许多领域得到广泛应用，如机械、化工、医药、军事、汽车等领域，主要用于模拟现实生产过程、动作原理等，帮助相关人员进一步了解其工作原理，进而对系统做出优化设计，达到节约成本、提高工作效率的目的。

虚拟现实技术充分利用计算机硬件与软件资源的集成技术，提供一种实时的、三维的虚拟环境，这个虚拟世界是人工建造的，存在于计算机内部[3]。在这个虚拟环境中，能实时产生与真实环境相同的感觉，人们可以直接观察虚拟环境中物体的变化，并与虚拟环境中的物体之间进行自然的交互，这也就大大改进了人机交互的效果，同时体现了人机交互的一个发展要求。

虚拟现实技术的主要特征可概括为：1）实时交互性，即参与者可以对模拟环境进行一定程度的考察与操作；2）多感知性，即对于参与者的各种操作，虚拟系统可以产生相应的反应，供参与者观察或感知；3）存在感，指参与者感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度；4）自主性，指虚拟环境中物质动作的程度服从于自然规律或者遵循设计者想象的规律。这些特点总体上体现了虚拟现实技术能够真实地模拟现实情境的独特优越性，也是其得到快速推广应用的主要原因。

虚拟现实技术是多媒体技术发展的高级阶段，其人机交互方式得到重大改进，即人可以进入由计算机生成的虚拟环境中，与虚拟环境中的物体、事件进行交互作用，这种变革对使用者产生的影响是深远的。21世纪将是虚拟现实技术广泛应用的时代，教育教学领域应充分利用虚拟现实技术的优越性，为提高教学质量与效率服务。

2 传统教学模式分析

创新人才的培养离不开教育的创新，除了教育观念创新和教学内容创新外，还包括教学方法、手段与模式的创新。随着信息技术、计算机技术以及教育教学理论的不断发展，在传统教育模式的基础上，不断涌现出多种现代化的教学模式。1）传统教学模式：形式死板，不足以激发学习兴趣，陈述知识面窄，授课效率低，理论不能联系实际。2）多媒体教学模式：文字表述过多，知识呈现抽象，不足以激发学习兴趣，授课普遍稍快，不利于消化，理论不能联系实际。3）网络教学模式：涉及知识面广，呈现形式多样化；对学生自主学习性要求较高，缺少教师指导，学习积极性不高；学习效率低、理论不能很好地联系实际。4）构建主义教学模式：是一种基于“情境”体验的知识构建的学习方法，而现实教学中很难提供这种真实的“情境”。5）基于虚拟现实技术的教学模式：脱开文字与静态原理图，动态地呈现整个工作过程，视觉感受强烈，有助于抽象知识的理解，激发学习兴趣。

可见，相比于传统教学模式，现代化的教学方式在内容、形式、手段上有了很大的突破，克服了传统教学的一些弊端，但普遍存在一个问题就是不能够提供一个“真实情境”来帮助学生进一步理解问题，理论难以联系实际。同时也带来另外一些问题，如对学生自主学习性要求较高，对教学条件的依赖性强等。虚拟现实技术正好能够解决“真实情境”的问题，同时由于在教师的指导下学习，便于管理学生，学习效率高，教学成本低。

3 虚拟现实技术在教学中的应用

电气类课程课堂教学过程中，尤其需要改变传统的教育观念，摒弃那种“满堂灌”的教育观，给学生创造一个生动、有效的自主学习环境，才有助于理解抽象的理论性和专业性强的知识，进一步提高掌握实际技能的效率。这在很大程度上离不开技术的支持，而虚拟现实技术则可以满足这种需求，为学生提供很好的自主学习环境。可以说虚拟现实技术给教育领域注入新的生机和活力，由于它的诸多特点，为教育界开展教育创新提供了有益的帮助。

鉴于电气类专业的实际教学情况与自身的教学感受，结合学生对于传统课堂教学模式的反应，总结出目前急需进行教学改革的两个基本问题：1）对于理论性强的课程，文字表述过于繁琐且不利于理解，所配静态插图（原理图）不能说明整个动态的工作工程，不够形象直观；2）试验设备有限且较为单一化，大多数为验证性实验，对于理论知识的实际应用接触较少。上述问题也是目前普通高等院校工科类专业教学中普遍存在的，因而虚拟现实技术的应用将是非常必要的。下面以电气控制与PLC教学为例，说明具体的应用方法。

3.1 虚拟动画演示

针对课堂教学内容的抽象性，可以利用虚拟现实技术制作模拟动画，实现对重点内容的工作原理、工作过程甚至整个系统的动作过程的动态模拟。相比于单一的文字陈述与静态的工作原理框图，模拟动画具有缤纷清晰的动态画面，人机交互的动态参数修改操作的特点，它能够帮助学生进一步理解某一内容或系统的工作原理、性能特点，进而牢固掌握所涉及的知识。此外，这种脱离单一文字的动态画面式教学模式还有助于激发学生的学习兴趣，树立良好的整体学风。在实际教学过程中这种虚拟动画可以重复播放、不断改进，达到节约成本、多次使用、轻松教学的效果。此方法在电气控制与PLC课程教学中已有使用，教学效果良好。图1为干簧式水位开关工作原理动画演示过程截图。

3.2 虚拟实验系统的建立

在电气类人才培养过程中，实验实训设备多少与先进程度很大程度上决定了人才培养的质量。在实验设备有限的情况下，可以建立虚拟实验系统，来模拟真实的实验室环境与设备，供学生操作与使用。这种虚拟实验系统的建立有几大优点。首先，能够代替实际的实验设备，节约教学成本。其次，它完全存在于计算机中，可以方便地使用，不必受时间空间的限制，能够更好地理论联系实际，加强对所学知识的及时消化。如在讲授完理论知识需要配合实验时，教师可以在课堂上进行虚拟实验，达到一个现场巩固知识的目的。再次，虚拟实验系统的建立还具有丰富实验资源、简化实验管理、全面向学生开放等特点。

电气控制与PLC课程教学中，PLC的编程思想是靠大量的实验项目训练出来的，在实验资源较少的情况下，建立虚拟实验室供学生练习是非常必要的。虚拟实验其近乎真实的实验环境比纯粹的软件仿真更为真实，便于学生理解。图2为混合溶液PLC自动控制虚拟实验界面。

4 总结

随着信息时代的到来，虚拟现实技术具有广阔的应用前景，特别是在教育领域中的应用更是处于起步阶段，具有较大的挖掘潜力。本文初步探究了虚拟现实技术在独立院校电气类课程教学改革中的应用，以电气控制与PLC课程为例，提出几点具体的应用措施，其方法也在实践教学过程中初步实施，取得良好的效果。但由于所掌握的技术的不成熟与实际条件的限制，所提出的方案没有得到全方位的开发，所取得的效果不是非常突出，还需要以后进一步的研究与完善。

参考文献

[1]李建华.基于构建主义的教育模式探究与实践[J].西南民族大学学报：人文社科版，2005（10）：351-354.

[2]邹湘军，孙健，何汉武等.虚拟现实技术的演变发展与展望[J].系统仿真学报，2004（9）：1905-1909.

虚拟现实技术论文篇8

【摘要】随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在实训教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势，从而研究它的价值和市场经济效益，并探析了虚拟仿真实训系统开发的技术在实训教学中的应用。

【关键词】虚拟仿真技术/平台；虚拟仿真训练系统；实训教学

一、虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究

虚拟仿真系统的功能主要体现在它可以让使用者借助于专用的视、听、触觉等具有感知功能的设备，进入仿真系统制造的虚拟空间，并且还能够与虚拟环境中的人和物体进行实时交互，从而感知和操作虚拟环境中的各种对象，最终达到身临其境的效果。它的组成主要是把计算机作为主要的部分，其次综合利用三维图形、多媒体、仿真等技术构建起一个逼真的虚拟系统。从它的组成部分和应用程序来看，虚拟仿真实训系统对三维图形的利用还是十分频繁的，因此我们应当对其进行重点研究。虚拟仿真实训系统在工业机器人上的应用设计主要是利用三维建模软件，通过虚拟现实标准语言建立虚拟环境中的实体模型表现出来，最后通过描述它们之间的结构关系，快速、真实地显示三维虚拟工业机器人，并为工业机器人控制系统提供一个研究观察平台。本段主要通过对虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究，来发现虚拟仿真技术的优点和研究其未来的发展方向。

Maya软件是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，通过对Maya软件的运用，能够使虚拟仿真实训系统在一定程度上提高制作三维动画的效率和品质，调节出仿真的角色动画，使其得出更加真实的效果。这是因为Maya软件不仅仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还能够和世界上最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合，使得虚拟仿真实训系统所创造出的画面更加真实有立体感。

二、虚拟仿真技术在各领域内的作用

随着科技的发展，虚拟仿真技术在一些高科技等高端领域的地位越来越凸显出来，地位与作用也逐渐提升。尤其是在移动互联网的应用与开发、手机游戏设计及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的价值更为突出。

Maya软件是虚拟仿真技术的一种，它应用的对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。它能够在工作的过程中展现的比较灵活，易学易用，制作出动画的效率非常高，渲染出画面的真实效果比较强，它对画面中角色动作的捕捉尤为清晰，与画面角色的绑定的联系性也十分紧密，是虚拟仿真实训系统中一个比较不错的系统软件。MAX软件它最开始的应用是在电脑游戏中的动画制作，后来又进一步的开始参与影视片的特效制作，MAX软件还被广泛地应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域，也就是虚拟仿真实训系统当中。它强大的立体三维功能被新媒体、影视动画、游戏动画等领域广泛运用。

三、虚拟仿真技术为机器智能实验课带来的好处

虚拟仿真技术的应用为现代化的社会带来了许多的方便，让机器实验课、项目实训的智能科学与技术专业实验教学越来越丰富化。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。通过对虚拟仿真技术的应用，使得上级和下级、老师和学生的客户信息以及实训项目、实训指导、模拟操作、技能测评等等的信息存储在管理信息库中，与此同时，上级和下级或是老师和学生之间就可以通过客户机对下级或者学生之间的实训进行远程的指导与管理。

随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在在现代职业技能教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的不断完善和发展，将为机器智能实验课等实训课程带来更多的方便和益处。由于它能够为人们提供一种高级的人机接口，具备交互性、想象性、沉浸性等特点，所以它主要的应用领域在政府、企业、学校等这些需要实训学习环境的地方。

四、虚拟仿真实训系统的应用领域和发展趋势

作为一项新兴的科学技术，虚拟仿真技术还处在一个不断探索前进与不断完善的阶段当中，其发展趋势呈一个不断上升的大幅增长的趋势。从目前来看，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决，因此虚拟仿真技术正在与教育、培训等领域不断地相适应和匹配。

其次，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。虽然目前政府、教育部门、学校、教师都认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。例如：虚拟仿真技术对计算机及相关硬件的要求比较高，但是这些方面的发展不能够满足人们对虚拟仿真技术的需要，虚拟仿真软件数据是一个庞大的数据库，三维立体仿真软件的应用对显卡和显示器等也有很高的要求，也就是说，虚拟仿真系统对硬件的要求较高。因此需要对计算机及相关硬件的发展有一个更高的要求。最后，教学类虚拟仿真软件的质量还有待提高、对虚拟仿真技术的研发标准也不统一和对虚拟仿真技术应用不够广泛等等，这些都是需要发展改善的地方，也是未来虚拟仿真技术发展的一个大的趋势。

五、虚拟仿真实训系统的价值和市场经济效益

虚拟仿真实训系统作为一个高端的科技系统，对政府、企业、学校等的发展，起到了至关重要的作用，并为其创造了更大的价值。同时虚拟仿真技术的不断发展，也在打开了市场，扩大了市场份额的同时为市场创造了更多的经济利益。

在市场经济为主导的今天，虚拟仿真实训系统也为市场经济的发展做了一定的贡献，为市场经济的发展添砖加瓦，在自己发展得同时也促进了市场经济的发展。因此，我们应当不断地发展虚拟仿真实训系统，使其深入到更多的地方，让更多的地方和人们体会到虚拟仿真实训系统为人们带来的价值。

总结

虚拟仿真实训系统的日渐完善，使得人们的生活也不断的丰富活跃起来，政府、企业、学校等地方对其的应用，也促进了虚拟仿真实训系统的发展。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势的研究，探讨了虚拟仿真实训系统的价值和市场经济价值，同时也为虚拟仿真实训系统的发展奠定了理论基础。

参考文献：

[1]刘仲波 李瑞涛 《拟仿真技术在城市轨道交通工程实训中的应用》 吉林大学交通学院、吉林交通职业技术学院 2012年第12期

虚拟现实技术论文篇9

【关键词】 虚拟现实技术 计算机 教学

虚拟现实技术作为一项高新尖端技术，已在人们日常生活及学习中被越来越广泛的应用，其应用于高校计算机教学也已经成为一种发展方向。作为一项改革创新型的教学手段，虚拟现实技术在高校计算机教学中的应用，使传统的理论教学与实践教学模式发生改变，为高校计算机教学改革提供了新的发展方向。虚拟现实技术的应用改变了计算机教育中教与学的关系，提高了教育手段，丰富了教学过程、改善了教学环境，使得理论教学与实践教学相统一，实现了高校计算机教育教学的一体化。同时改进学生学习方法、提升学生自学能力，提高学生学习创造性。

1 高校计算机教学面临的问题

当前，高校计算机课程的设置和教学已经相对滞后，新一轮的教学改革势在必行。高校计算机教学方式主要采用两种方式：一种是理论教学；另一种是实践教学。这两种方式既有区别又有联系。区别是，理论教学是在课堂上传授书本中的知识，实践教学是进行具体计算机操作，重在提高学生学习能力。联系是，理论教学辅助于实践教学，实践教学来源于理论教学。但是在传统的理论教学与实践教学中，理论与实践都是相对孤立的，缺乏统一性。一方面理论教学多采用传统多媒体形式，即幻灯片或flash的形式进行授课，虽然在多媒体中加入了相关素材元件，但是缺乏与学生互动，不能充分地调动学生学习的积极性，就无法提升学生上课热情，学生思想就会受到束缚，从而无法提高教学质量。另一方面计算机和其他工具一样，重在操作、掌握，计算机教学授课也是如此。在传统教学中，学生无法从教课中获得相应步骤，不能身临其境的感受到具体操作流程。因此，教师展示多媒体课件中的知识，很难被学生有效地吸纳，也就失去了使用多媒体技术的原有价值。使理论教学与实践操作发生脱节。在具体计算机操作中，学生的动手能力就得不到提高，在计算机实训中，计算机实物成本也需在逐年增加，并且在操作过程中，多次使用会产生实物的耗损，从而增加了教学资源的投入、提高了教育成本。

2 虚拟现实技术简介

虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR，有时也称三维虚拟现实、虚拟现实仿真。它包含多种技术，其中有计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能、多传感器技术、并行处理技术、计算机网络技术等。当前，很多领域如医疗、军事科技、教育、农业、工业技术都已采用其相关技术。它利用计算机软硬件集成技术，给使用者营造一个虚拟真实的环境，在这个环境中，使用者利用其输出设备，可以在虚拟真实的三维空间，体会到沉浸的感觉，有真实感，可以进行互动，听到逼真的声效，甚至嗅到气味。总之，在视觉、听觉、触觉方面用户会有身临其境的感受。

3 虚拟现实技术在高校计算机教学中的应用

3.1 虚拟现实技术在计算机理论教学中的应用

以往计算机教学，传统多媒体占大部分，传统多媒体一般是由文字、图片、声音或视频资料相融合的幻灯片，抑或是直接观看教学录像，学生只能被动接受。教学时间和空间使得在课堂教学时无法使学生进行具体的实训操作，从而使教学与实训发生脱节，尤其是在计算机硬件教育过程中，这个矛盾尤为突出。学生也无法展开全面的使用或根本不能进行及时操作。如果在高校计算机教学中使用虚拟现实技术，可以使教学与实训很好的结合起来，在教学形式方面，使单一的幻灯片教学变成学生身临其境的教学，学生对计算机实物的认识也由感性变成了理性，这种生动、浸入式计算机授课，极大的提高了学生学习的兴趣，在教学中，学生参与度的提高有利于提高教学效率，为计算机实训打下了坚实的基础。

3.2 虚拟现实技术在计算机实训教学中的应用

高校计算机教育重在实训教学。实训教学主要是以培养学生动手能力、技能提升为主。在实训教学中，受实训条件、实训环境的限制，往往学生无法反复实训，多次实训，从而无法提高实际动手操作能力。如果使用虚拟现实技术建立计算机虚拟实验室，在虚拟实验室不消耗任何材料，无需考虑计算机实物成本的增加，无需考虑实训会产生实物的损耗，也不会增加实践教学成本，还可以使学生身临其境般的操作虚拟计算机硬件设备。在实际操作中，可以人为的设置多种硬件故障，学生可以在不受外界条件限制的情况下，可以反复实训，多次实训，直到结果满意为止。利用虚拟现实技术建立计算机虚拟实验室不但可以节约教学成本，还能提高学生的积极性、激发学生的创造力。有效地解决实训条件与实训要求、实训效果之间的矛盾。

3.3 虚拟现实技术实现了计算机的一体化教学

传统理论教学和实践教学都是相互孤立的，缺乏统一性。虚拟现实技术的应用使高校计算机教学模式发生改变，使理论教学与实践教学有效的结合在一起，组成有机整体。施教过程中，利用虚拟现实技术可以贯穿于学生培养的全过程，即将理论和实践教学的内容合二为一、环环相扣，有效避免二者的分离和脱节；打破了传统理论与实践教学由于人为划分而造成的时间和空间的差别。使用虚拟现实技术的先进手段教学，引导学生进行研究性学习和创新性实验，培养学生发现、分析和解决问题的兴趣和能力，提高了整体的教育教学质量，使教学完整、有效、可持续发展。虚拟现实技术为高校计算机教育提供了生动、逼真的教学环境，实现了教、学兼备，互动交流，学生在学习计算机技术过程中可以和直接计算机进行三维式交互，让学生积极的参与到学习当中，增加学生学习的热情度，提高学生学习的创造力，培养职业素养好，技能水平高的人才。同时也节约了教育教学成本。提高了教学质量，增加了教学效果。

参考文献：

[1]周涛.基于虚拟技术的汽车制动仿真系统实现[J].职业，2011（23）.

虚拟现实技术论文篇10

【关键词】计算机虚拟仿真技术 虚拟现实 动画制作

虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法，而且正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通用性、战略性技术。虚拟现实（Virtual Reality）技术，简称VR，是20世纪80年代新崛起的一种综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界（甚至是不存在的）的事物和环境，人投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。

通过研究大学文理科学生通识教育的课程设置，能为我们提供许多宝贵的借鉴，大学教育需要逐步实现科学精神与人文精神的融合。本文论述以虚拟仿真技术的应用，探讨仿真技术在交互性视景三维动画制作中的作者体现，以完善学生知识与智能结构而构建课程内容，根据学生的志趣和特长研究授课方式，并在课程考核方面，体现学生的团队协作精神，分小组完成作业，小组成员进行不同工作的分工协作，共同完成虚拟仿真作品。

1 虚拟仿真技术

通识教育实际上是素质教育最有效的实现方式。在通识教育中，贯彻“博学与精专相统一的个性化素质教育”，在课程设置中充分体现这一原则。另一方面，该课程对选修的学生不设任何限制，无论是什么专业，无论有无相关的知识基础，只要对虚拟现实技术感兴趣都可以选修。

1.1 学习仿真技术的基础要求

（1）学习计算机图形学与虚拟现实的基本理论与技术，了解计算机图形图像的生成、显示、处理、变换、动画、影视等的基本方法和技能。

（2）学习虚拟现实的基础知识，虚拟现实系统的构成原理，互动性视景三维动画制作工具软件，掌握虚拟现实系统和虚拟现实环境的设计和实现的基本方法和技能。

（3）采用实例进行讲解，使学生能在较短的时间内对虚拟现实应用有所了解，并学会制作视景动画作品。

（4）培养学生具有理论分析和解决实际问题的能力，具有面向高科技的研究能力和基本的面向工业的设计生产能力。

1.2 虚拟仿真技术的掌握基本

在课程内容设置上，考虑了学生的接受能力，并能充分学习和了解虚拟现实技术的魅力，调动学生的学习兴趣，提高学生的动手能力。课程内容如表1所示

（1）计算机图形学。介绍计算机用户接口等方面的概况，了解图形用户界面和互动输入方法，掌握三维浏览的浏览线程，浏览坐标系，投影，实体浏览，广义投影变换，剪切，硬件实现等基本知识。

（2）虚拟现实技术概论。学习人机交互，虚拟现实的类型与应用，国内外研究现状等方面的概况。

（3）实现虚拟现实系统的三维交互设备。

学习三维跟踪传感交互设备，立体显示设备，手数字化设备，声音系统，硬件系统集成等理论与技术。

（4）实现虚拟现实系统的相关技术与软件。学习实事显示处理，三维虚拟声音显示，触摸和力量反馈，虚拟环境中的自然交互，三维建模等技术和软件工具。

（5）虚拟现实的建模软件。了解Creator 的基础和几何模型的创建理论；掌握二维图形建立和三维模型造型技巧；掌握材质与贴图，灯光与环境的方法；掌握三维动画制作等功能，方法与技巧。

（6）虚拟现实建模语言VRML（Virtual Reality Modeling Language VRML） 。介绍语言概述，编辑器和浏览器，虚拟世界设计，综合编程实例，Creator与 VRML等。

（7）虚拟现实开发工具EON Reality。学习开发平台，浏览器，世界编辑器和材质库。了解虚拟世界中的对象，虚拟世界建造及www中的应用三维虚拟世界等。

（8）交互式虚拟现实设计实例。通过实例学习交互性视景三维动画制作技巧，主动了解当代科技的发展趋势，从而提高学生的创新能力和实践能力，善于探索未知领域，具有组织管理能力，具有合作精神。

2 虚拟仿真技术实践

VRML是一项和多媒通讯、因特网、虚拟现实等领域密切相关的新技术，是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言，它的主要特片有三维性、交互性、动态性和实时性。本文以VRML虚拟现实建模语言授课为例，为充分发挥同学们的创造性，在课堂授课中以实例为导向讲解节点的使用方法。

VRML节点集包括基本几何节点、复杂群节点、VRML场景效果节点、动画节点及动态感知节点等，本例为一乒乓球台，并实现双方打乒乓球的交互过程，使用以下几个相关节点：

Shape节点，定义乒乓球台、乒乓球和文字。

PositionInterpolator 内插器节点，定义乒乓球的运动规律，所有的内插器节点都需要与和时间传感器 TimeSensor相配合使用，把给定的时间规一化。TouchSensor触摸传感器则可用来让程序接收鼠标点击与触摸传感器同在一个局部坐标系的物体时点击动作，并将点击的时间等内容通过路由语句ROUTE传给其他节点或程序，进而进行相应的操作，本例点击乒乓球，乒乓球开始设定的运动，如图1所示。根据本实例的节点使用方法，同学发挥自已的创造力，设计相类似的球场运动，如图2所示学生设计的篮球球场。

3 三维动画作品展示

应用虚拟现实建模软件Multigen Creator 创建建筑模型，学生题材的选取、素材的采集、模型比例设置、建模、贴图都凝聚的每组成员的力量，在整个项目的进展过程中，同学们体验到了美学的熏陶，计算机软件的魅力，团队合作的乐趣。如图3所示，是学生们在学习虚拟仿真技术之后，应用于三维动画制作的三维建筑模型的作品展示。

4 结束语

通识教育选修课对拓宽学生知识面、培养能力、提高素质起着十分重要的作用。培养完整的人、通达有识见之人，从而增强学生学习主动性全面提高素质。通过视景三维动画的制作，学生们有了全新的体验，开拓通达的知识取径，陶冶美感和情操，拥有多元文化的思维，培养沟通与领导统御能力。

参考文献

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作者简介

卢桂萍（1976-），女，硕士研究生，副教授。研究方向：机械电子、虚拟现实与网络化制造。

作者单位