虚拟现实的优点范文
时间：2023-11-22 17:56:18
导语：如何才能写好一篇虚拟现实的优点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：虚拟现实技术；中职；景点模拟导游；课堂教学
“景点模拟导游”课程是天津天狮学院继续教育学院旅游（中职）专业必修的核心职业能力课程。该课程主要以播放视频录像由学生同步讲解为主。通过课堂实践发现，固定的视频内容不利于培养学生的反应能力，而且不利于二次开发。例如：视频是从景点的前门进最后从后门出，若改变顺序为从后门入到前门出，则需要重新拍摄视频。
虚拟现实技术的出现解决了传统教学手段不足的问题。采用虚拟现实技术达到景点模拟的三维视觉效果，可以在课堂授课时随机设置浏览路线和观察视角，从而锻炼学生的反应能力，而且教学资源可以不断重用。
天津天狮学院由天狮集团投资兴办，每年承担着本集团营销队伍约2万多人次的参观任务。现以开发“浏览天狮学院”虚拟校园及其在课堂中的应用过程为例，介绍虚拟现实技术在“景点模拟导游”课堂教学中的应用。
景点模拟导游课堂设计
课堂采用如图1所示的虚拟校园。课堂可以采用两种方式教学：（1）预设路线a和路线b，播放该课件由学生进行配合讲解。该方案的好处是教师可以预设问题情境。（2）由教师用鼠标控制行走路线，学生根据行走路线进行动态讲解。该方案的好处是可以培养学生的综合运用能力和反应能力。
建立虚拟校园场景的层次结构
主干道在整个校园中起到基线的作用，然后以这条道路作为参照，把独立构建的各个楼宇、校门、花草树木及其他场景组合安放在相应的位置。三维场景的建模是虚拟校园的重要组成部分，它关乎虚拟校园能否形象生动地展示。图2所示为待建模的各场景的结构层次。
虚拟校园场景的建模流程
虚拟校园场景的开发建模大体分为两个阶段：第一阶段是针对校园内各个地上建筑分别单独建模；第二阶段则是把所有已建好模的建筑物集成到虚拟环境中。
（一）在3ds max中构造基本模型
以校园景观为内容的建模工作既复杂，量又大，若全部采用编写vrml代码的方法，易出错且效率低。本设计选用三维软件3ds max来搭建基本场景，其优势是能够快速高效地构造复杂的三维模型，并设定材质、光效和动画，同时兼有输出.wrl格式文件的功能。
（二）绘制场景平面图
为了使场景真实、比例协调，对场景进行合理的布局是至关重要的。我们在autocad中绘制了场景布局的平面图，生成.dwg格式的矢量文件。该文件通过调整图层和文件块的形式，可以导入到3ds max中，定位道路、楼群和其他建筑物未来的立体布局。图3所示为场景布局的平面图导入3ds max中的效果。
（三） 采集必要的纹理照片
为了制作出逼真的三维对象，同时又简少建模工作量，在制作一些特定对象时，需要在校园内采集纹理图片数据，包括砖纹图片、门窗图片、草地图片等。所采集的纹理图片，在photoshop中将其处理成可无缝平铺的贴图。
（四）构建场景三维模型
借助于平面布局图和必要的纹理采集图片，用3ds max构建各个三维对象的基本模型。vrml（虚拟现实建模语言）通过节点来描述场景实体，3ds max可以将其环境中的模型以vrml的格式输出，即将各个三维模型转化为相应的节点，以便被相应的浏览器解释并绘制。
（五）在vrmlpad中编辑
3ds max输出的vrml文件虽然能上网，但场景物体不全、交互性不足。所以，还应该打开已生成的.wrl文件，加入声音及其他交互行为以完善系统功能。如在场景中加入background、viewpoint、billboard、inline等节点。再利用造型节点的层次细分和编组节点对场景对象的相应代码作进一步的组织、校验和完善建模流程。虚拟场景建模的一般流程如图4所示。
（六）各主要场景的建模
校门是游览者见到的第一个建筑。在校门场景构建中要解决的第一个问题是造型外观的控制。造型的外观是通过材料控制的，材料属性包括造型的颜色，是否发光，所发光的颜色，是否透明，透明到什么程度等。在基本建模完成后，编辑节点时可使用appearance和material节点来控制造型的颜色、发光颜色和透明度。例如，在校门场景的建模中，传达室是由两个正方体造型构成的，外部是半透明的玻璃。
在校门场景构建中要解决的第二个问题是汉字的显示。按照vrml规范，它支持包括汉字在内的所有utf8字符，但许多插件都不支持汉字显示。原因不在于其语言本身，而是在于vrml浏览器的3d引擎。为了在vrml中实现3d字的渲染，通常有两种方法：第一种是用多边形围成字体；第二种是对字体进行纹理渲染。本设计采用的是第二种方法。校门场景的具体实现代码如下：
transform {
rotation 0.0 1.0 0.0 -0.52
translation 6 0 2
children [
shape {
appearance appearance {
material material {diffusecolor 0.5 0.5 0.5}
texture imagetexture {url"tianshi.jpg"} #使用欧阳中石先生手书“天津天狮学院”的纹理贴图
} geometry box {size 6.75 2.0 0.5}
}]
}
transform节点是一个组节点，这个节点是整个程序设计中的基础节点，几乎每一个模型的建立都用到了transform。因此，对transform的灵活运用尤为重要，该节点包括一个子节点的列表。这些子节点可以是shape节点、其他group节点或transform节点。translation用来指定造型的位置，children域是指定受该节点变换影响的子节点。校门场景如图5所示。
（七）场景的组合
当各部分场景构建完成后，便可使用行插入节点“inline”将这些场景组合成为一个完整的三维虚拟校园。inline节点有一个url域，该域值指定了一个url，这个url就是将要插入到vrml世界中的文件位置。url“告诉”vrml浏览器如何能获得这个文件，在哪里能找到这个文件以及这个文件的文件名。url还可以指出该文件是在web上还是在本机的硬盘中。在场景组合时，还经常需要调整各部分场景之间的物理位置和比例。
下面的代码将构建好的校门场景安置在虚拟校园中：
transform {
translation 0 0 -150
rotation 0 1 0 -1.396
children [ def jxa inline {url "ajiao.wrl"} ]
}# 校门场景的组合
运用上面的方法，可以依次将各虚拟场景安置在虚拟校园的相应位置中，需要改变的是各虚拟场景之间的物理位置和比例。部分代码如下：
transform {
translation 0 0 -120
rotation 0 1 0 -1.127
children [ def tsg inline {url "tsg.wrl"} ]
}# 图书馆场景的组合
组合后的场景效果如图6所示。
除了对上述主要建模场景的组合外，为了增加虚拟校园的真实感，还需加入路灯、围栏、绿化植被以及操场等辅助场景。最终，全部虚拟场景组合后的效果如图7所示。
（八）设置视点切换
为了给用户提供更多角度和方位的观察效果，让虚拟场景能够根据用户动作做出一定的反应，本系统自定义了两个视点，用户可以在vrml浏览器中使用菜单或按钮自主选择试点进行更为便捷地浏览。在浏览虚拟校园的过程中，用户可能已经体验到视点的变化：当拖动鼠标或按动箭头键时，虚拟境界就会旋转或缩放，这实际上是在调整用户的视点位置或视角。在虚拟场景的重要位置还可以自定义视点节点，它们是虚拟境界创作者给用户推荐的上佳观赏方位，在vrml浏览器中，用户就可以通过鼠标右键选择作者推荐的各个视点。这里，我们在虚拟校园场景中定义两个视点节点：
def view1 viewpoint {
position 0 20 0
description "view1" }
def view2 viewpoint {
position 50 30 80
description "view2" }
其中的坐标表示视点在场景中的位置，坐标的单位是米，视点的名称将会在浏览器的菜单或按钮中提示出来供用户选择。
虚拟现实技术在“景点模拟导游”课堂教学中的应用极大地提高了学生的学习积极性，有效提高了课件的使用效率，使教师不必为每个问题单独开发教学资源，学生面临的问题由原来的静态变为动态，达到了培养学生综合能力和应变能力的目的。
参考文献:
[1]李欣．基于vrml技术的虚拟数字校园场景建模研究[j]．浙江师范大学学报，2005，28（4）：402-406.
[2]陈启祥，苏艳，郑庆花，等．基于vrml的三维建模技术[j]．计算机与数字工程，2007，38（5）：161-163.
[3]张占龙，罗辞勇，何为．虚拟现实技术概述[j]．计算机仿真，2005，22（3）：1-3,7.
[4]陈锦昌，詹伟杰，何正国．虚拟校园中三维景物表面贴图的研究[j]．东华大学学报（自然科学版），2005，（4）：57-62.
[5]张昌明，张虹．基于vrml-java的网络虚拟现实的实现[j]．计算机工程与设计，2005，（9）：2410-2413.
[6]张青峰，吴发启，周淑琴，等．校园虚拟漫游设计初探[j]．测绘科学，2005，（30）：124-126.
篇2
关键词：数码技术；室内设计表现；虚拟现实
数码技术在计算机辅助教学、计算机辅助制造、通信与信息产业、传统广播电视行业、信息家电行业与数字媒体艺术领域得到了广泛应用，具体体现在广告制作、影视制作、平面设计、虚拟空间设计、计算机动画制作、游戏设计制作等方面。数码技术的涉及面是非常广的，它涉及计算机文化与应用技术、美学与美术技能、网络技术、图形图像技术、软件工程等，还涉及中西艺术审美观。为了满足当前室内设计表现的创新性要求，在大批设计人员的努力下，现代室内设计的表现方法层出不穷、日新月异。所谓的创新性，就是要求设计师发挥想象力和设计灵感，综合各种设计思维，设计出效果独特的空间形式。在当下的室内设计表现中，一些设计师仅仅通过设计草图、手绘效果图或电脑制作的效果图来表达设计理念，试图用这样的理念表达形式传达完整的设计思想。仅有平面图、立面图、剖面图、节点图、透视图等较多的图片表达形式，还不能完整地表现设计主题，会限制设计委托方对设计的理解，从而影响设计委托方对设计的判断。这就需要设计师在设计中加入新的元素，从而解决这一问题。
虚拟现实技术可以用来改进设计的表达形式。虚拟现实是一种高级的人机界面，它可以实现味觉、嗅觉、听觉、触觉与视觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互，既能模拟现实世界的信息，又能虚拟人类无法创造的环境信息。人们对虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR）并不陌生，它是一种四维的虚拟环境，即在三维的基础上，增加了“时间”这一维度，这是虚拟现实技术与传统3D技术最大的区别，也是其最大的优势。虚拟现实的概念源于萨瑟兰的“终极显示”（TheUltimateDisplay）概念。对于“终极显示”这一概念，萨瑟兰是这样描述的：“通过这个窗口，人们可以看到一个虚拟的世界。富有挑战性的工作是怎样使那个虚拟世界看起来更加真实，在其中行动真实，听起来真实，感觉就像真实世界一样。”他设想用计算机构建一个虚拟的物理世界，观众可以与其进行交互。现在，虚拟技术在计算机硬件和相关虚拟软件的支持下，可以模拟出一个接近现实环境的场景。在这个虚拟的场景中，使用者可以看，可以听，甚至可以触碰，也可以进行互动交流，与在真实的环境中几乎相同。这就是虚拟现实技术的优点。1993年，迈克尔•海姆博士在《从界面到网络空间：虚拟实在的形而上学》一书中归纳了此前研究者对虚拟现实特点的描述，即模拟性、人工性、沉浸性、全身沉浸、交互作用、网络通信。同时，他还综合自己的研究，将虚拟现实的本质特性概括为四种，即主动性与被动性、操作性与感受性、远距离出场与对现实的强化。虚拟环境对现实的模拟程度可以分为三个等级：远程呈现、增强现实、虚拟世界。远程呈现的现实度最高，它可使用户以远程的方式虚拟出场。出场相当于“在场”，即用户能够在现场之外实时感知现场，并进行某种操作。增强现实是指通过计算机将虚拟的信息叠加在现实场景上，它具有中等的现实度。虚拟世界是最远离现实的，它是完全虚拟的，是数字化且无边界的虚拟环境。
完整的室内设计流程有以下几个阶段：资料收集阶段、概念设计阶段、方案设计阶段、施工图设计阶段、施工实施阶段、设计后评价阶段。每一个阶段的重点是不同的。虚拟现实技术主要可以在方案设计阶段得到应用。应用虚拟现实技术进行室内设计的基本要素包括虚拟建模、虚拟渲染、虚拟摄影机设置、运动速度控制等。其一，虚拟室内建模。虚拟室内建模可以先用其他三维软件进行，在专业的三维建模软件中建立三维模型，然后放到相应的虚拟环境之中。另外，VRML等专用的虚拟现实建模语言也可以完成此项操作。其二，虚拟室内渲染。导入的模型可以利用OpenGL完成渲染，也可以用SketchUp进行渲染。其三，虚拟摄影机设置。在虚拟室内空间中，虚拟摄影机可以模拟虚拟观察者的眼睛。一般情况下，焦距应与人的正常视野接近，高度一般为人眼的平均高度。如果需要漫游，虚拟摄影机应尽量保持平视。其四，运动速度的控制。物体运动快慢不同会给人带来不同的心理感受和视觉影像，这就需要设计师根据场景的性质设置不同的运动速度。恰当的运动速度能给人一种身临其境的虚拟场景体验，能让观察者获得更好的体验。以往的室内设计表现方法是以图纸为载体表达设计师的设计构想，设计师采用这种表达形式无法全方位地与设计委托方进行交流，在空间的设计上也会因为见解的不同而产生不同的空间感。设计师运用虚拟现实技术可以使设计委托方看到逼真的室内环境，使其充分了解设计师的设计意图，直观地就设计中的问题与设计师进行交流，提出调整意见，得到自己想要的设计形式。
设计师运用虚拟现实技术并结合设计思想，可以创造出一个充分表达设计理念的虚拟建筑室内空间，可以全方位地表现室内空间的布置和特点，从而完整地表达设计意图。虚拟现实技术为室内设计表现打开了一扇新的大门。虽然现在无论是在理论上还是在技术上，虚拟现实技术还有很多不完善的地方，但随着相关技术的不断发展，虚拟现实技术定能在室内设计领域实现人类感觉高沉浸的虚拟。在室内设计中运用虚拟现实技术，将是一个必然的发展趋势。
参考文献：
[1]李位.数码技术研究.河北大学硕士学位论文，2005.
[2]方东.论数码技术的发展趋势.美与时代，2006（11）.
[3]于吉震，杜立君.论数字艺术的发展.装饰，2006（6）.
[4]付志勇，高鸣.三维游戏设计.清华大学出版社，2008.
[5]陈玲.新媒体艺术史纲：走向整合的旅程.清华大学出版社，2007.
[6]（美）迈克尔•海姆.从界面到网络空间：虚拟实在的形而上学.金吾伦，刘钢，译.上海科技教育出版社，2007.
[7]申蔚，曾文琪.虚拟现实技术.清华大学出版社，2001.
篇3
关键词 虚拟现实 交互 国防教育
一、前言
理论分析、科学实验和虚拟现实技术正逐渐成为现代人类探索客观世界的三大手段。虚拟现实技术，最早由美国VPL公司创始人雅龙拉尼尔于1989年提出，是指“利用计算机技术生成的一个逼真的、具有视、听、触、嗅等多种感知的虚拟环境，用户可以通过其自然技能使用各种传感设备，同虚拟环境中的实体相互作用的一种技术。”用户在这种虚拟的三维空间世界中，一方面有一种“身临其境”的感觉，另一方面要与其发生交互作用，积极进行思维和作出各种反应。实现这些功能，主要是凭借“三觉仿真”，即视觉、听觉、触觉仿真系统。
正是由于虚拟现实技术可以对真实世界进行直观反应，使它在许多领域的得到应用，尤其在国防领域当中更为显著。在训练上，它可以用来模拟军事训练过程，从而减少大量的经费投人，提高训练效果。在国防教育上，由于虚拟技术的沉浸感与交互性等特点，可以增加教学效果，提高学生学习国防知识兴趣，同时还可结合网络还可开展远程教学，充分调动教学资源，提高教学效果。
二、虚拟现实技术在国防教育中应用的优势
（一）虚拟演示。
利用虚拟现实技术可以演示教学内容，达到直观、具体的效果，并且由于其可以人机交互，使学生完全置身于一个身临其境的学习环境。在其中，学生能够突破时间、空间的约束。获得逼真和直观的教学感受。如在进行虚拟战场模拟时，学生可以不受限制，从各角度自由的进行各种演示，可以极大地提高学生学习国防知识的兴趣。
（二）数字场景漫游。
由于虚拟现实的给人以沉浸感并且可交互，使其在数字景观漫游方面获得很大的发展，如数字校园漫游、数字城市漫游、艺术博物馆漫游等。因此，开发一个学生们游历的虚拟“军事博物馆”，将使学生可以通过游历“军事博物馆”，自主学习相关的国防知识。学生置身于这个虚拟的三维世界中，可以达到课堂教学所达不到的效果。
（三）技能训练。
虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中进行角色扮演，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。利用虚拟现实技术，可以模拟和进行各种各样的技能训练。例如军事技能、汽车驾驶技能等各种技能的训练。由于这些虚拟的训练系统无任何危险，学生可以反复练习，直至掌握和熟练操作技能为止。开发适合高校学生的训练系统，则可使国防教育由单纯的课堂教学转向实际操作，将有助于通过国防教育提高学生的综合素质。
（四）拓展了课堂教学。
利用虚拟现实技术将使得国防教育教学不再局限于有形的教室中, 教学活动的空间和时间得到了无形扩展，虚拟现实技术也将使国防教育教学资源由一校“独占”变为多校“共享”。通过交互式远程教学的课程目录和网站、通过校园网站的链接, 可在高校之间提供开放性的、远距离的教学平台, 还可为社会提供国防教育教学培训, 促进全国国防教育的开展和普及。
三、虚拟现实技术在国防教育应用中存在的问题
首先，目前要应用虚拟现实技术开发一套国防教育教学软件需要耗费大量的人力、物力、财力。尤其对当前的高校来说，这是一笔相当大的开销。因此，应用虚拟现实技术开发国防教育课件将是一项庞大的工程，如果没有相应的人力、物力、财力支持是难以实现的。
其次，在虚拟教育环境中教师角色应该从知识传授者向学习指导者转变，如果教师意识不到这一点，就会影响到虚拟现实技术的应用。同时鉴于教师本身的素质，使用这些教育软件也存在困难。从学生的角度看，他们的学习方式需要改变，在很多学生没找到适合这种学习方式和思维方式的时候，将会影响到学生的学习。
第三，由于虚拟现实技术的娱乐性较强，会对学生学习国防知识时产生许多负面的影响。如当学生沉浸在一个高分辨率，全景式的虚拟战场环境时，学生要想保持与虚拟环境的距离就变得十分困难。当一个人长期沉浸在一个虚拟的环境中时，他再回到现实中，必然会导致他有种“落差”感觉。这种感觉带给人的心理的冲击是不可估量的，有可能引发学生的一些心理问题。
四、促进虚拟现实技术教育应用的对策
首先，要加强技术上研究。将虚拟现实技术应用到国防教育当中，其中涉及多个学科的知识，应该综合考虑这些学科的内在联系，建立起一套完整的支持系统，以实现虚拟现实技术所能达到的理想效果。
其次，要加强对国防教育软件使用者的培训，建立有效的评价机制。国防教育机构在购置或者应用虚拟现实技术开发的软件后，应该加强对使用者的能力培训，以便他们能正确地操作这些软件。
第三，要加强对学生的心理辅导。对于一些由于虚拟环境的沉浸性和虚拟性带给学生的负面心理影响，应该积极给与引导，让他们能正确认识到虚拟和现实的界线，能分清楚那些是在现实世界不可能发生的事情，让他们明白他们使用这些软件的目的是为了更好地学习军事知识，树立起正确的国防观念。
五、结语语
作为继多媒体技术和计算机网络技术后，在21世纪被看作最有发展前景的技术，虚拟现实技术已经应用到多个领域，它在国防教育领域的应用优点十分明显，虚拟现实技术能为学生提供很多独特的机会，同时作为一门新兴的技术，它的发展还有待完善，配套软硬件还在不断发展之中。但是我们相信。虚拟现实技术作为一个新型的教育教学媒体和手段，必将以其强大的优势和潜力，受到国防教育工作者的重视和青睐，并且最终在国防教育领域应用和发挥出更加重要的作用。
参考文献：
[1]田元,张燕云,陈加栋.系统仿真导论[M].北京:清华大学出版社,2000:263.
篇4
随着计算机网络和通信技术的发展，计算机通信技术越来越趋向对虚拟现实技术的重视。虚拟现实技术已经成为现代科学都吹捧的热点话题。虚拟现实技术是通过三维交互式计算机的制作而创造一些虚拟的环境，从而对现实的事物进行虚拟规划和分析的过程。通过对现实世界的模拟，将现实世界中客观的信息和知识展现在计算机上，使人们更容易接受和懂得其所要表达的信息。随着计算机通信技术的发展和人们思想的不断进步，虚拟现实技术在各个领域的应用越来越广泛，应用成果越来越突出。下面主要探讨虚拟现实技术再计算机通信中的应用和发展。
1 虚拟现实技术及其特点
1.1 虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术就是指通过计算机技术，利用高科技术将现实中的一些场景或者过程制作成客观可叹的栩栩如生的虚拟环境，给人们以触、听、视觉上的效果，同时，在虚拟现实的环境中，用户可以通过相应的计算机设备如（服装、手套等等）以自然方式跟虚拟空间中的客体进行作用，给人们一种身临其境的感受和体验。通过虚拟现实技术，可以将那些复杂的抽象的一些概念或者场景转变成人们能够接受的可以感受的确切的符号，并加以放大，给人们带来一种容易理解和接受的事件。所以，虚拟现实技是一门融合了许多学科的技术，它涉及到如计算机图形学、多媒体技术、机器人以及控制学等技术。
1.2 虚拟现实技术的特点
虚拟现实技术有着许多优越性，其主要表现在以下四个方面：第一，虚拟现实技术具有一定的构想性。通过虚拟现实技术，可以将一些抽象的东西具体话，可以将人们的构思、情感等概念上的东西形像化，使人们更能表达自身的情本文由收集整理感或意识。第二，虚拟现实技术能给人们一种沉浸其中的感觉。通过虚拟现实技术，用户可以在现实世界里凭借计算机交互设备和自己的感知觉系统与虚拟现实世界中的客体进行交互，能将自己的情感意识或者动作投入到虚拟的情境之中。使人身临其境进行体验和模拟。总之，虚拟现实技术就是指通过计算机技术，利用高科技术将现实中的一些场景或者过程制作成客观可叹的栩栩如生的虚拟环境，给人们以触、听、视觉上的效果。所以，用户在对虚拟现实技术尽心应用的时候，常常会产生一些跟现实世界类似的意识或幻觉。让他们从嗅觉、触觉等多个感官上了解虚拟世界的情境和事物，让人们沉浸在虚拟情境之中。第三，虚拟现实技术具有全息性的特征。全息性主要是指在虚拟现实技术中，人们能通过技术所提供的感觉通道和信息渠道传到自身思想和意识等信息，并控制其传输的深度和广度，这些都可以由用户全权控制。也就是说，用户在虚拟世界中就好像现实世界一样生活和通信，所有的感觉跟现实世界一样具有听、视、嗅、触等感觉。第四，虚拟显示技术具有一定的交互性特点。交互性主要是指用户利用比较专业的输入出设备，通过一些自然技能的培养，从而对虚拟现实进行考察和操作的过程。用户可以通过键盘、鼠标、特殊头盔等等交互式装备，跟虚拟世界中的人物进行交互。
2 计算机通信中虚拟现实技术的应用
随着现代通信技术和计算机网络技术的发展，虚拟现实技术在许多领域得到了广泛的应用和发展。在计算机通信中，虚拟现实技术的应用主要表现在以下几个方面：第一，pstn基础上所发展的bcg centrex、centrex的业务系统；第二，在ip网基础上所发展的虚拟专用数据网，如ip vpn业务等；第三，在增值业务平台基础上所发展的虚拟呼叫中心等业务。
2.1 pstn基础上发展的bcg centrex、centrex业务
虚拟现实技术在pstn技术上的应用往往反映在虚拟专用电话网和集中用户交换机等方面。集中用户交换机就是人们常说的虚拟交换机，也就是在市话交换机上将部分用户作为一个用户群，利用市话交换机的号线资源，在逻辑上建立有关业务数据，从而进行centrex 业务的提供，最终达成用户交换机的功能；后来，由于市话交换机发生了改造升级，根据商业用户群的需求，市话交换机还能够商务通信组的centrex业务，也就是bcg centrex业务，或者叫做wac业务，即广域centrex业务。由此可见，虚拟交换机的出现直接将传统的用户交换机替代掉了，从而解决了用户交换机和市话交换机中所发生的信令配合上的问题，对电信业务的发展和本地网的建设和规划有着重要的帮助作用。
2.2 ip网基础上发展的ip vpn业务
虚拟现实技术在ip网络上的应用主要反映在ip vpn业务上，也就是常说的计算机网络中的虚拟主机和虚拟存储，以及在宽带网中的虚拟专用数据网等等。第一，虚拟主机指利用一定的硬软件等技术按照一定的比例对服务器资源进行划分，划分成许多互相独立的web网
转贴于
站或者服务器或者工作站等主机，这些主机都享用着独立的ip地址和域名，并伴随着跟独立主机相同的互联网功能。虚拟主机的服务对象主要是对互联网进行服务的有关供应商（isp）、对互联网内容进行服务的有关提供商（icp）、对互联网应用进行服务的有关提供商（asp）和政府各单位部门、中大小各企业等等。第二，虚拟存储就是在计算机技术的基础上对存储的资源进行抽象的配置，它是逻辑化存储的一种方式，往往通过存储空间实现对一些资料的有效管理。第三，虚拟专用数据网主要是指在宽带网络中，一些数据的传输可能会遇见中断或者堵塞，从而需要一定空间对其暂存，虚拟专用数据网就具备这种功能，能对网络中进行的数据进行暂存，并在网络恢复畅通的时候再进行传输，以实现数据的永续性。
2.3 增值业务平台基础上发展的虚拟呼叫中心业务
虚拟现实技术再增值业务平台上的应用主要反映在虚拟呼叫中心上面。虚拟呼叫中心业务的实现不但能够减少业务推出的实践，同时还可以提升业务进行的效率，同时还可以对网络通信资源进行整合以便进行灵活地调用，特别在网络通信比较繁忙的时候，通过虚拟呼叫中心能使各种网络通信趋于稳定和连续、畅通。增值业务平台基础上的虚拟呼叫中心业务主要包括智能业务平台和voip。这跟现实物理呼叫中心中的电话平台和电话转接平台差不多，但虚拟呼叫中心更具高效性和灵活性。再者在这些平台基础上所发展出来的虚拟多媒体呼叫中心，其在中小企业中得到广泛的应用，为企业客户和企业之间的沟通和信息交流提供一个个性化的专业化的服务平台，能有效提升企业的客户资源整合能力和客户要求实现能力、客户要求满足的能力等等。总之，虚拟呼叫中心业务有着较低成本、较多功能、办公较分散、硬件较少等优点，能为企业、为个人、为国家提供最为优质的服务。
篇5
关键词：虚拟现实技术 教育 虚拟实验 三维
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0108-03
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。
虚拟现实技术在很多方面都可以应用，但是其在教育领域的应用和研究尤其为人们所关注。虚拟现实技术在教育领域的应用，必将带来教育教学方式、方法乃至理念的变化。诚如教育界一位专家所言：“崭新的技术，必将带给我们崭新的教育思维，解决我们以往所无法解决的问题。一些新技术的应用，必将给教育带来一系列的重大变革。这种变革不仅仅体现在教育方式、方法的多样化，更体现在教育理念的更新上”。[1]如今，虚拟现实技术就充当了这一崭新技术的角色。在教育领域，特别是在科学研究、虚拟仿真校园、虚拟教学、虚拟实验、教育娱乐等许多方面虚拟现实技术都有着广泛应用。
1、虚拟现实的组成和特点
1.1 虚拟现实系统的组成和功能
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（如图1所示）。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（如图2所示）。
1.2 虚拟现实的特点
多感知性（Multi-Sensory）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。
浸没感（Immersion）又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。
交互性（Interactivity）指用户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）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
构想性（Imagination）强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。
由于浸没感、交互性和构想性三个特性的英文单词的第一个字母均为I，所以这三个特性又通常被统称为3I特性。[2]一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。
2、虚拟现实技术在教育领域中的应用
虚拟现实技术在教育领域有着广泛的应用，尤其在科技研究、虚拟校园、虚拟教学（实验）、教育娱乐等方面。[3]
2.1 科技研究应用
当前许多高校都在积极研究虚拟现实技术及其应用，并相继建起了虚拟现实与系统仿真的研究室，将科研成果迅速转化实用技术，如北京航天航空大学在分布式飞行模拟方面的应用；浙江大学在建筑方面进行虚拟规划、虚拟设计的应用；哈尔滨工业大学在人机交互方面的应用；清华大学对临场感的研究等都颇具特色。有的研究室甚至已经具备独立承接大型虚拟现实项目的实力。 虚拟学习环境虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动的灌输，有本质的差别。 虚拟实验利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室等等，拥有传统实验室难以比拟的优势。
2.2 虚拟实训应用
利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。同时，虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。包括军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、果树栽培技、电器维修技能等各种职业技能的训练，由于虚拟的训练系统无任何危险，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。例如：在虚拟的飞机驾驶训练系统中，学员可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。
2.3 虚拟仿真校园应用
虚拟校园是虚拟现实技术最早的具体应用。如天津大学早在1996年，就基于国际标准在SGI硬件平台上最早开发了虚拟校园。那时国际互联网刚刚进入中国，网络教育还未开始，己有如此的杰作，实在难得。随着网络时代的来临，网络教育迅猛发展，先后有浙江大学、上海交通大学、北京大学、西南交通大学等著名高校，采用虚拟现实技术建成了虚拟校园。虚拟校园对虚拟现实技术与教育的结合，起到了很好的推广、促进作用，基于教学、教务、校园生活的三维可视化虚拟校园是下一个发展方向。虚拟现实为高校扩大招生后设置的分校区和远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，使资源由一校"独占"变为多校区"共享"。解决因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行的问题。利用虚拟现实系统，使学生通过校园网络便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解，提高教学效果。
3、虚拟现实技术在汽车专业实践教学中的应用
3.1 虚拟实验室的优势
虚拟现实技术可以使枯燥的实践教学内容变得生动而有趣，而且虚拟实验能将若干知识点串联起来，起到汇总和系统化的作用。虚拟实验一般是通过虚拟实验室而进行的。与现实的实验室相比，虚拟实验室有以下优势：（1）教学内容视觉化，利用虚拟现实技术实现数控教学仪器、设备、加工产品的立体展示。传统教学中，学生都是通过书本来察看各种教学仪器设备的平面图形，或在现场观察实际的教学设备外形来获得各种感性认识。平面的图形限制了学生的空间想象能力，实际现场教学又增加了学校的投入。采用虚拟现实技术，可以构建一个与实物同样的三维物体，将各种教学仪器、设备和产品进行实物虚化，将这些物体以立体形式存放在虚拟教室中，只要进入这个虚拟空间，就可随时随地地认识这些仪器设备，而且可观察到设备内部的结构，可辅助数控技术教学的学习过程，增强理解能力，提高学习效果。[4]（2）学习中的交互性好，系统可以根据学习者的情况，提供选择菜单和按钮，确保学习互动性；沉浸感真实感强，系统提供高逼真模拟环境，让学习者能够感受真实环境，沉迷学习环境。（3）提高学生学习效率，减轻教师教学负担。采用各种平台开发的虚拟现实技术可以使枯燥表格、数字和程序、实验实习、安装流程等变得生动而有趣；（4）节省教学成本，提高教学效率。由于设备、场地、经费等硬件的限制，导致一些实训项目无法进行。而利用虚拟现实系统，学生在实训室可以进行虚拟仿真，获得与真实实践一样的体验。在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。（5）效果好。由于有丰富的虚拟电子元器件和虚拟仪器仪表，从根本上克服了出于实验室的仪器仪表在品种、规格、数量上的限制，可以在虚拟实验室实现验证型、测试型、设计型、纠错型、创新型等多种实验和实践。有条件的学生，只要拥有一台计算机，就拥有了一个虚拟实验室。（6）降低教学风险，确保人身和设备安全。教学中许多昂贵的实验、培训器材，由于受价格的限制而无法普及或有许多实验是根本不可能做的，但是利用虚拟现实技术，建立虚拟实验室，学习者便可以走进这个虚拟实验室，身临其境般的操作虚拟仪器，如进行各种虚拟的数控系统的连接与组装。这种实验既不消耗器材，也不受场地等外界条件限制，可重复操作，直至得出满意结果。虚拟实验室的另一优点还在于其绝对的安全性，不会因操作失误而造成机器磨损及人身伤害。（7）打破空间、时间的限制。利用虚拟现实技术，学生可以在在单机操作实训项目，甚至可以彻底打破时间与空间的限制；此外，虚拟现实系统同时还可为远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，由局域网或英特网作虚拟实验室或校园的链接，可对各个终端提供开放性的、远距离的持续教育，还可为社会提供新技术和高等职业培训的机会，创造更大的经济效益与社会效益。[5]
3.2 汽车专业实践教学虚拟技术的实现
采用虚拟仿真技术后，改变了传统汽车教学现场作业的方式。“专用车虚拟仿真系统”就是在计算机上提供一个实时的三维的虚拟环境，通过生动的视觉、听觉等效果，使人获得身临其境的感觉，用虚拟的方法来实施汽车的构造教学、模拟分解、模拟装配、模拟调整等教学。
基于VR/UG虚拟仿真技术的“专用车虚拟仿真系统”主要实现以下功能，第一可以动态、实时展示三维虚拟总部件，学生通过将观察视角切换至动力装置、底盘（传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统）、液压系统等部位，采用透视和剖分等效果，将操作动作和零部件内部动作紧密的联系在一起，在操作的过程中对零部件内部工作过程有一个直观形象的理解。（如图3所示）。[6]
第二，对整车及各部件进行逐步分解和装配调整对专用车拆装维修和调整过程进行虚拟模拟，学生可以按照技术规范和步骤要求将整车或部件成一步步地分解开，或按照技术规范和步骤要求将分散的零件组装成一辆整车（如图4所示）。通过拆卸与装配操作，熟练掌握重要零部件的组成结构和特点以及拆卸装配顺序和注意事项，通过反复训练提高学生组装能力。
第三，自动演示整车及各总成部件的分解和装配过程，可以先观看整车、各部件的模拟分解和装配过程的演示（如图5所示），使用者可以选择不同的视角、不同的部位，并可以不同的速度来学习。
虚拟现实技术的实现过程整体上是按照三维模拟造型、虚拟场景建造、建立数据库、编写应用程序这四个步骤进行。首先是实施全车的三维模拟造型，可以采用的造型软件有3D MAX、UG和PROE 等专业三维造型软件。造型完毕后，采用先进的VIRTOOLS虚拟引擎，利用3D MAX构建三维场景，实现模拟交互。采用SQL SERVER和ACCESS建立网络和单机版数据库。最后，编写各项管理控制，该程序涉及3D文件的管理、虚拟场景的管理、数据库的调用等等，使该项目成为一个完整的系统体系。系统采用高性能计算机处理大规模虚拟场景和复杂装备三维模型，保证虚拟训练系统运行稳定、可靠。
3.3 虚拟现实技术应用于实验教学中的几点不足
虚拟现实技术在实验教学中的实现快速、方便、简洁，非常逼真地模拟了整个实验的过程。但是与实际实验手段相比存在一些不足之处。[7]虚拟现实技术的缺陷如下：（1）缺少“实物感”。例如学生在实验中，通常用的实验器具、实验设备等只是一个虚幻的东西，只能看到，并不能摸到，从而缺少一种实物感。（2）虚拟技术很难完全反映现实实验教学的复杂性。如在化学实验中遇到的一些特殊的现象、反应的一系列变化等，学生难以真正学到其中的复杂变化及积累这方面的知识。（3）学生在实际的实验中，即便操作正确，也有可能存在一些其他的现象，这些现象在虚拟教学实验中绝对不会出现。实际实验过程中问题的出现可以锻炼学生自己分析问题、解决问题的能力，从而明显提高学生的动手实践能力。
4、结语
虚拟现实实验教学可以弥补了传统实验教学的一些不足，学生处于三维立体的虚拟实验环境中，体验真实实验环境中的感觉，促进学生自主思考、主动参与程度较高，与传统实验教学手段相比具有新颖性。将虚拟现实技术应用于汽车类课程的教学具有传统教学方式无可比拟的优势，但是，虚拟现实技术也存在一些不足。虚拟环境是一个理想化的环境，它没有也不可能充分考虑到汽车实际运行时所碰到的所有问题。因此，虚拟技术还必须与实物实验、制作及调试传统的教学方式相结合，通过优势互补，才能达到完美的教学效果。
参考文献
[1]孙丽，刘宏，邓向辉.虚拟现实技术在教育领域的应用研究[J].科技风，2011（21）：122.
[2]王艳丽，王彩峰，路晓亚.虚拟现实技术简述[J].福建电脑，2011（02）：79-81.
[3]叶愫，王昊鹏.教育中虚拟现实技术的应用研究[J].电脑知识与技术，2008（20）：301-302.
[4]张志鸣.现代模具设计与制造教学实训中虚拟现实技术的应用[J].模具制造，2012（03）：87-89.
[5]周玉海.先进制造技术中虚拟现实技术的应用与开发研究[J].南方职业教育学刊，2012（02）：23-26.
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[关键词] 虚拟现实； 虚拟实验； 学科领域知识
[中图分类号] G434 [文献标志码] A
[作者简介] 孙江山（1978—），男，山东东营人。讲师，硕士，主要从事新技术教育应用研究。E-mail：。
一、引 言
当前，有关教与学的理论与技术的不少有价值的研究成果未能有效地向教学迁移，未能产生教育教学改革的预期效益，方兴未艾的虚拟实验系统的开发与应用也面临同样的困境。在现实的实验教学过程中，由于教师考虑实验安全隐患、需要花费时间和精力甚至教师信心不足等问题的存在，实验教学的效果一直未曾充分显现(Walton，2002)，虚拟实验系统应用在课程学习中的重要性也没有得到足够的重视(Saka，2002)，教学效果不尽如人意，达不到教学目标规定的要求。[1]英国“学习与绩效技术中心”统计，由教学专家们评选出的前100名最优秀的E-learning 工具排名中，截至2011年6月，虚拟实验系统难觅其踪。
随着具有视觉输入反馈功效的触控设备等虚拟现实建模技术和传感技术的日趋成熟，虚拟实验系统的诸多问题得到了进一步的改进和革新，如增强现实技术的教学实验应用等。[2]虚拟实验系统也越来越突现出了虚拟现实的特性，[3]如图1所示为虚拟微观化学分子结构及实验现象科学假设仿真。国内外的相关研究在涉及科学、技术和教育领域中的概念改变、抽象思维的发展和促进认知发展都给出了很高的认可，如基于三维世界的空间学习。[4][5][6]它在熟悉真实实验环境、消减实验焦虑、提高实验操作信心方面效果显著，[7]并且在当下实验教育资源匮乏和分配不平衡的情况下，虚拟实验教学突现利用率高、易维护和低成本等诸多优点，更体现了虚拟实验在实验教学实践中的应用价值。
以往研究主要侧重描述如何应用虚拟现实软件开发具体的实验项目、介绍新兴和常用实现技术，以及从计算机图形学的角度优化三维建模算法。笔者将从学科领域知识的角度研究如何设计有效的虚拟现实实验系统，以达到预期的教育目标。在整个虚拟现实实验系统设计过程中，不仅要考虑虚拟现实系统的软件功能模块、兼容性、可扩展性和使用成本等技术特征，更要从学科内容的特点（知识属性）和知识学习的心理规律（认知特性）两个方面审视虚拟实验设计的理论探索和开发实践。
二、基于学科领域知识的虚
拟现实实验系统的设计
学科学习可以看作是一个引导学生从新手认知向专家认知发展的过程。本文旨在通过对结构良好和功能完善的学科领域知识进行重新表征，构建基于学科领域知识的虚拟现实实验系统，以提高学科教学的有效性和学生学习的效率。学科领域知识是指学生所拥有的关于某个特定学科范围内的所有知识，是关于某一学科中的那些具有一定相关性、逻辑性、操作性的知识，按其知识属性、认知特性而加以组织形成的知识组块和认知操作图式。[9]从其结构上看，学科领域知识的三维结构包括了学理内容、认知过程和问题条件三类知识。其三维结构不仅涵盖了陈述性知识和程序技能，也包括了在认知操作中具有核心作用的元认知策略成分。它将原来教学实验中只考虑知识本身、内在关系的知识系统转变为将知识和认知相结合的领域知识。每一个学习者所获得的所有知识都可包含在这三类知识中，并且学科领域知识的三个组成部分是截然不同的。例如，学习者掌握化学制取二氧化碳气体的实验知识，就不仅要求具有制取二氧化碳气体需要准备什么和注意什么事项的学理知识，还要掌握实验仪器组装、药品添加及实验观察分析等认知过程知识，同时还要知道在什么条件下执行什么实验程序的限制性条件（即条件性知识）。这样，才能置换出二氧化碳，只有掌握了这三类知识，学习者才真正掌握了制取二氧化碳的完整知识。
（一） 学理知识的表征
虚拟现实实验系统按照学科领域知识的具体与抽象的逻辑关系，透过具体的实验现象的展示，揭示出具体的科学原理，帮助学习者突破思维上的难点和疑点。如“化学实验制取气体”，虚拟试验装置可逼真地模拟实验的仪器组装过程，演示实验的现象，如加热、生成气泡。突破了真实实验的某些局限，如实验时间跨度太长或太短不利于现象观察，实验过程变化的细节不便直观感受，科学假设受限于实验条件和设备的高要求无法验证。这样的虚拟现实建模虽然一般能帮助学习者清晰地了解具体的实验场景与现象，但是学习者观察过后未必能把握具体现象与抽象科学规律间的关系，也就难以达到运用规律解决新问题的有意义学习目标。如制取气体的虚拟实验现象要揭示的科学规律是化学制取气体的原理，为什么特定化学药品被混合时会产生气体？气体生成的化学反应过程的规律是什么？现实生活中的应用又如何？这些都是构建基于学科领域知识的三维虚拟实验知识单元模型要考虑的关键因素。
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随着科学技术的进步，人们无论是学习、工作还是娱乐，都对智能设备的应用产生了强烈依赖感。基于智能设备的数字化交互设计产品已目不暇接，专门为儿童设计的移动应用软件也取代了小时候的捉迷藏、丢沙包、睡前讲故事等游戏活动，但真正适宜儿童进行学习和娱乐的产品却为数不多。
儿童作为社会中一个特殊的用户群体，由于缺乏专业知识和社会经验，对于世界的基本理解和感知自然与成人大不相同。这就注定了儿童类智能应用产品的设计必须以儿童这一用户为中心，符合儿童的心理模型和体能特征，以简单的操作完成复杂的任务目标，从而起到寓教于乐的目的。
1 自然交互模式
基于移动设备触摸式输入的应用，无论是学习类还是游戏类交互设计，在很大程度上都弱化了儿童由于体能特征无法精准的完成定位类操作的劣势，逐渐取代了鼠标和键盘的人机交互的输入方式，成为当前儿童数字化产品主要的交互形式。然而长时间对于移动设备产品的运用，难以维持儿童注意力长时间的集中，并且在一定程度上影响儿童的视力和正确坐姿的养成。
儿童天生就对探索未知事物具有强烈的好奇，但由于儿童缺乏一定的抽象思维能力，他们对于事物的理解离不开对真实世界物理实体的认知，这迫使他们凭借自身能力去面对全新的世界，肢体接触、语言对话成为他们直接感受和认识外界事物的主要方式。
儿童移动应用一般基于手机、平板的支持，这种单一的人机界面交互容易引起疲劳。于是利用传感技术捕捉手势、感应语言进行自然交互的方式，更加符合儿童的生理及心理需求，例如Kinect，这种多通道、多媒体的人机交互方式，不仅可以吸引儿童的注意力让其觉得新颖有趣，还起到了锻炼四肢协调能力和语言对话的能力。当尝试到这种有趣的交互方式后，孩子们就会想要了解、接触的更多，这有益于儿童注意力的集中。
2 虚拟现实体验
我们的情感驾驭着我们的思想。要想让孩子做某件事情，必须先让他们心动。迪士尼作为全球闻名遐迩的儿童乐园，其设计的体验从本质上讲也属于具有吸引力的交互设计。教授兼作家Donald Norman曾说过：“当技术满足了基本需求，用户体验便开始主宰一切。”[1]如何让用户体验到产品的功能从“这东西真管用”到“它让我的生活充满意义”成为交互体验设计的意义所在。
现如今国内针对儿童设计的较为新颖的移动应用，大多是利用增强现实技术。增强现实技术在真实世界的基础上设计虚拟的交互体验。这种形式能够在一定程度上吸引儿童的注意力，但并无法让儿童身临其境的感受产品设计的魅力，从而全身心地投入到学习或娱乐中去。儿童喜欢参与和体验，他们往往通过角色扮演来反映自身对世界的认知，这就要求场景的设计具有沉浸感，但是增强现实并不能完美的实现这一目标。
儿童对于环境中鲜明、新颖、活动的事物具有浓厚的兴趣，视觉作为其最直接的感知方式优于其他任何感觉。虚拟现实技术可以根据儿童的需求进行环境的设计，利用计算机建造一个完全虚拟的世界，其视觉呈现与真实世界相差无几，可以给孩子带来一场完美的视觉盛宴。
虚拟现实技术所呈现的视觉效果可以吸引儿童的注意力，使孩子最大程度的沉浸与作品中，同时虚拟现实技术还具有自然交互这种适宜儿童的交互模式。但是如今国内利用虚拟现实技术设计的数字化产品，由于所打造的世界是一个完全虚拟的存在，已不是能够单一的使用手机、平板这种移动设备所能实现的，必须借助可穿戴设备进行交互，儿童可能会对其界面设计的隐喻不能进行正确的解读，同时由于技术等因素的影响无法保证儿童能够得到及时的信息反馈，从而引起焦躁等情绪造成不好的体验效果。所以完全虚拟的体验并不适用于儿童类智能产品的设计中，只有将虚拟和现实两种体验相互融合在一起，让孩子可以即不脱离真实世界，又能够体验虚拟世界带来的新奇进而增强真实感，才能真正地实现虚拟现实的体验。
3 混合现实技术
混合现实技术作为近几年兴起的高科技技术，它继承了增强现实技术和虚拟现实技术的优点，将真实世界和虚拟世界两者融合为一体，共同呈现在同一环境中，打破了时间与空间的限制，达到超现实的感官体验。混合现实允许用户同时保持与真实世界及虚拟世界的联系，并根据自身需求及所处情境调整上述联系，其极境是真实世界和虚拟世界天衣无缝的融合，亦虚亦实，亦幻亦真。[2]
日本Teamlab团队设计的Graffiti Nature涂鸦世界，将孩子们在纸张上画出的动植物通过扫描，在虚拟世界中获得生命，并与孩子们产生互动。这个设计就是将真实世界与虚拟世界结合在一起，让孩子动手完成画作后，通过光影效果打造一个虚拟的世界，孩子可以在这个世界中用肢体动作与自己所塑造的动植物进行互动。这种自然交互形式摆脱了枯燥乏味的课本内容，让孩子们在虚拟世界中用亲身体验来探索学习真实的世界。
混合现实所打造的世界完全符合儿童求真、求变、求新的心理需求，具有多样化的表现形式，既能实现自然的交互方式，又能满足多通道的交互体验感受。虽然目前国内混合现实技术发展起步较晚，但却具有很大的发展应用前景。
4 未来发展趋势
对于儿童智能应用产品的设计，不论学习还是娱乐，游戏都是一个很好的选择，人们对游戏具有持续的激情和热爱，儿童则天生就需要游戏。让孩子在游戏中获得知识，让学习成为一件有趣的事。从玩耍和挑战的内在动机到矛盾和选择、反馈和回应，最后到实现目标、获得奖励的外在动机，游戏不仅实现了最基本最重要的娱乐目的，同时也产生了强大的激励作用，给孩子带来欢乐的同时帮助他们认识和探索未知的世界。
随着科技的迅猛发展，未来人们将生活在一个现实和虚拟相互叠加的世界。利用混合现实技术，对儿童智能应用产品进行游戏化设计，以自然的交互模式互动，并从中获得虚拟现实的体验感受，是信息化时代儿童教育模式发展的必然趋势。
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【关键词】虚拟现实；网络；工程制图
序 言：
工程制图是理工科专业的一门重要的基础课程，在课程教学的过程中，最首要的任务就是培养学生的空间分析能力以及空间构形能力。因此，在教学的过程中，常常会进行一些三维和二维图形之间的转换活动，以此来培养学生的想象能力以及图形的表达能力，这也是工程制图的重点和难点。在传统教学中，挂图，模型以及幻灯的使用虽然会让教学更加的生动，但是还是很难清楚的反映出整个转换的过程。
一、网络模型库的页面设计特点
随着计算机网络技术的不断发展和局域网的迅速普及，这为工程制图的教学方法和教学手段都提供了重要的后盾，到目前为止，已经有很多具有三维模型和三维动画的多媒体教学方面的软件被开发出来，并且投入了使用，取得了良好的效果。但是这些动画演示都是事先设计好的，动画演变的过程不会受到控制，所以无法让学生的思维得到进一步的扩展。另外这些动画的格式问题，文件大，网上传输不方便，为了解决这些问题，开发出以网络为基础的工程制图虚拟现实模型库，这个模型库采用的是先进的三维虚拟现实技术和网络多媒体交互技术，是三维模型具有交互性，观察着不仅仅能够直观的看到动画的演变，还能够根据自己的间接改变动画的演变方式，给学生提供了大量的模型素材，满足学生在学习过程中的各方面的需求【1】。模型库包含的内容很多，在工程制图学习中难度比较高的切割立体，组合体模型，装配模型等内容。模型库的页面结构有三个部分，分别是目录，图形检索以及浏览三个部分。用户可以在模型库的目录中大概的了解到模型库的整体内容，如果模型库的内容太多，一时之间无法找到自己需要的内容，就可以通过关键词寻找到需要的模型，点击之后就能够浏览模型的演变过程，并且通过功能键改变模型的演变方式。
二、虚拟现实模型库的实现技术
虚拟现实技术是一种模拟人在现实环境中的各种感官的感觉的行为的人机界面交互技术。
1、虚拟现实构造语言简介
虚拟现实建立模型语言的缩写是VRML，这是用来描述三维交互世界的一种程序语言，能够被用在创建虚拟现实的过程中，用户可以通过浏览器来观赏到VRML所创建的三维虚拟世界。节点是VRML语言的构成元素，通过域和域值来表现模拟对象的属性，每一个节点都代表着模拟对象的一个属性。VRML虚拟世界就是通过把这些节点组合起来形成一个完整的具有的模拟现实功能的对象，节点之间能够通过介质相互信任，介质又能够通过路由器在虚拟空间中传播【2】。节点有很多种特性，节点的名称，节点的种类，节点所代表的事件，节点的接口以及节点最终实现的情况等等这些都是节点的特点。节点在虚拟世界分为两种，一个是基本类型，另一个是用户自定义类型，顾名思义，基本类型的是节点是系统设置的，用户自定义类型是用户在基本类型的基础上根据自己的想法去构造的。
2、三维实体对象的创建
对三维实体对象创建的方法有两种首先是利用VRML语言编程，例如下面是利用VRML语言编程创建的体积为十六的正方体源程序代码：
用VRML语言编程的方法的最大的优点就是文件比较小，方便网络的传输，但是这种方法只适合比较简单的模型结构，一旦模型结构太过复杂，代码的数量就会更多，整个编程过程会非常的复杂，并且非常容易出错。第二种方法就是把其他格式的文件转化成VRML的格式，这种方法常用在建立复杂的模型中，有效的解决了VRML的缺点，也实现了将文件变小，适合网络传输。
3、动态虚拟现实场景的构建
虚拟现实场景的构建主要要做好几个方面的工作，首先是设置好模型的交互功能，设置空间的视点，设计好浏览模型的方式【3】。在模型交互功能的设置中，交互能力是通过设置传感器的节点来设置的，传感器的每一个节点都有自身的作用和特点，在总节点中，出发节点的条件和时间是需要根据传感器的节点类型来确定的。第二项工作是设置空间的视点，节点能够对虚拟世界中浏览者的空间视点进行控制，所以设置好虚拟对象的最初的观察的角度非常重要，在虚拟世界中预先设定好空间视点，能够有利于用户对模型的整体映像和后期的使用。下图是虚拟对象所设置的一个较好的视点节点：
由于在编辑器中很难准确的掌握到视点的位置，我们可以通过3DMAX效果处理器来设置视点。最后是设计好浏览方式，浏览者通过相应的浏览方式浏览虚拟世界，其实就相当于是用户在虚拟的世界行走，真实的感受虚拟世界的模型运行情况。所以好的浏览方式是用户了解虚拟世界最直接的方式。浏览方式其实就是用户在虚拟世界的替身。VRML中的节点可以设置浏览者替身在虚拟空间的浏览方式【4】。目前为止，浏览方式有四种，WALK模式，FLY模式，EXAMINE模式，NONE模式。但是常用的一般是EXAMINE模式，这种模式操作起来比较方便。
三、总结
建立在网络基础上的工程制图虚拟现实模型库的建立为工程制图教学方式和教学手段的改革创造了重要的条件，能够从根本上改变工程制图教学的方式，也能够很大程度上提高教学的质量，提高学生制图的水平。但是基于网络的工程制图虚拟现实模型库的建立还处于初级发展的阶段，目前还存在着很多的问题，发展和成熟的过程还很长，需要各方面的支持，无论是人才还是资金方面的支持都是建立模型库无法缺少的重要资源【5】。所以为了能够利用现代化工快速培养学生的制图能力和空间想象的能力，我们还需要作出不懈的努力。
【参考文献】
[1]叶龙庆，钟庆祥.基于网络的工程制图虚拟现实模型库的实现技术的研究[J].科技纵横，2012（11）.
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[3]于良春，张伟.基于网络的工程制图虚拟现实模型库的实现技术[J].科技研究，2003.
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[关键词]言语训练；虚拟现实；聋童
[中图分类号]G40-057 [文献标识码]A [论文编号]1009-8097(2009)03-0050-04
聋童因为听觉障碍，导致不同程度的语言障碍，严重影响他们与主流社会的沟通交往和自身发展。而聋童语言的发展在很大程度上依赖于环境，根据聋童的身心发展特点，创设适合聋童语言发展规律的环境，为聋童语言发展提供了新的方向。而虚拟现实技术因其环境创设的独特优势，必将为聋童言语的发展提供强有力的支持。
一 常用多媒体及虚拟现实聋童官语训练软件评析
从目前的文献调查来看，国内外很多学者在聋童言语康复训练实践方面做出了努力，也有部分不错的商业训练系统在聋校得到应用，但是更多的系统只是进行了开发和测试，没有得到实际应用。以下系统在实际应用中发挥了积极作用。
1 软件介绍
(1)启音博士(Dr.Speech)，美国TigerDRS，Inc公司开发的比较专业的聋童言语训练软件，目前有包括中英文版本在内的多个版本。“启音博士”提供了数十个声控动画游戏，帮助聋童进行多方面的实时训练，聋童发音后，立刻能获得动画形式的反馈。聋童在玩游戏的同时，该软件能够获得相关特征曲线图和统计报告，对于言语训练教师来说，这一功能为记录聋童的言语过程提供了可能，并为取得更好的训练效果提供了依据。
(2)妙语快车，语言训练是聋童言语训练的中心任务，聋童大部分的时间都在从事语言训练。徐州师范大学开发的多媒体技术支持下的语言训练系统“妙语快车”是通过计算机多媒体技术设计开发的训练程序，可以帮助聋童进行听觉训练、发音器官训练、语音训练、语言理解训练和语言表达训练。其中发音训练和辨音训练通过游戏的方式，调动了聋童学习语言的积极性。
聋童语言教学最重要、最艰巨的任务，就是帮助他们建立语言信息和视觉形象、感觉等相互对应关系。计算机多媒体技术很好地解决了这个难题。在计算机的屏幕上，可以看到文字和图像，同时听到语音，它能帮助聋童建立语言信息和视觉形象的相互感应关系，可以提高聋童学习语言的积极性，改善聋童学习语言的效果。
2 多媒体聋童言语训练软件在聋童言语学习中的不足之处
聋童是听力有障碍的儿童，他们有自己特殊的认知方式，现有的多媒体聋童训练软件在教学内容的设置上充分考虑了聋童的言语需求，却未能充分发挥聋童的认知优势，聋童的视觉和推理优势没能得到很好的利用和发掘，具体表现在以下几个方面。
(1)聋童的视觉优势未能得到充分发掘
研究者经由标准的心理学范式讨论聋童的认知能力，发现聋童在视觉空间任务上的表现超过健听儿童。比如聋童在心理旋转，面孔识别，心理表象生成，运动觉察，边缘视觉的手语，改变方向的视觉注意等方面聋童都有优秀的表现。Todman和Cowdy的研究发现，6―16岁的聋童在视觉信息混合刺激(以下简称CSVI)任务中的成绩超过健听儿童。CSVI任务包括复杂视觉图形的短时记忆和在不同图形维度上并发操作的活动。这些都说明聋童在视知觉上有自己的天然优势，聋童更加依赖视觉信息，必须连续而非同时地处理视觉和言语信息，所以他们的知觉和认知机能与那些利用视觉和听觉同时输入信息的健听群体不同。也就是说聋童的视知觉有自己的特性，视知觉的某些方面优于正常儿童。当前的多媒体聋童言语训练系统在一定程度上发挥了聋童的视觉优势，但在具体视觉优势的设置及体现方面和正常儿童语言学习软件没有太大区别。
(2)聋童较强的知觉推理能力被忽略
学习与交流是人的天性，聋童也不例外。听力上的缺陷，使得聋童无法理解正常人的语言，为达到理解语言的目的，聋童依靠残余听力及知觉对听觉障碍的补偿，通过猜想、推理等方法，达到理解的目的。正常儿童在认识事物的同时习得语言，聋童由于听力缺陷带来的语言障碍，认识到的往往是事物的形象，及通过推理所得的事物，语言的习得落后于认识活动，落后于认识过程中发展起来的推理能力，使得聋童的推理能力强于言语理解能力。聋童具备了一定的推理能力，在学习语言时可以通过一定的情境认知，结合聋童的推理优势，达到对语言的习得和理解。现有的多媒体聋童言语训练软件缺少对聋童推理能力较强这一特点的考虑，在多媒体言语训练系统的逻辑结构设置中，未能充分发挥推理能力较强的优势。
(3)聋童身心参与度不够 人本主义学习理论的代表人物罗杰斯认为教学中应该使学生整个人沉浸于学习之中，包括情感、行为等方面。即在学习中要充分发挥学生学习的自主性，只有把学生的积极性充分调动起来，学生才能全身心地投入到学习中去。错过最佳学语期的聋童已经习惯原有的听和表达方式，对声音的刺激表现出不友好态度。多媒体训练软件仅仅依靠视觉形象的刺激，无法将聋童的注意力持续集中到声音的刺激上，而多数聋童言语训练软件的交互功能较差导致聋童的注意力不集中，或过分集中于多媒体画面上，不利于聋童的语言习得。如何调动聋童全身心参与到语言的学习中，使聋童在自然场景中学会说话，成为当前聋童言语训练系统的发展方向。
二 虚拟现实技术及其开发工具
1 虚拟现实技术概述
虚拟现实技术又称灵境技术，是20世纪末兴起的一种新型综合性信息技术。借助虚拟现实技术可以为学习者创立真三维、全立体的仿真环境，它可以充分调动人的视觉、听觉、触觉、味觉、平衡感、力感、痛感等，通过特制的仪器，学习者就可以完全进入计算机产生的三维空间现实中，在虚拟空间可以遇到事先安排的各种情境，其临场感、可信度完全可以同现实相比。虚拟现实是一项融合了计算机图形学、人机接口技术、传感技术、心理学、人类工程学及人工智能的综合技术。由于其特有的感知特征，在多领域中得到广泛应用。
虚拟现实系统的基本特征可以简单地表征为沉浸性、交互性和构想性。沉浸性是使人具有真实感并获得体验的根本。通俗地解释为“身临其境”，意味着参与者将不是以敏锐的双眼和聪慧的大脑介入虚拟环境，而是要以完整的生物个体融入虚拟系统。交互性是实现人机互动的关键，计算机使用者可以通过三维交互设备直接操纵计算机所给出的虚拟世界中的对象，虚拟世界中的对象也能够实时地做出相应的反应。构想性则是辅助人类进行创造性思维的基础，虚拟现实系统可以构造出那些现实中不存在或不易观察到的，只出现在人们想象中的情景。虚拟现实技术中人与虚拟环境的交互作用，在本质上意味着它不是现成的而是生成性的，是人为创造的。
虚拟现实所具有的三个特征使得传统的多媒体系统无法与之相比。虽然利用虚拟现实技术的聋童语言实验室尚未问世，但随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术与聋童语言实验室相结合将成为必然。
2 虚拟现实开发技术介绍
目前常用的虚拟现实开发工具是VRML语言和3D MAX软件。VRML语言是一种描述三维场景的语言，可以直接构建虚拟环境。通过VRML语言构造的三维物体具有代码简单、执行速度快等优点。用户可以直接用写字板编辑VRML文件，也可用VRML的编辑器(如VrmlPad)编辑VRML文件。而3D MAX则提供了良好的用户界面以及简单易行的操作方式，是目前较好的可视化三维开发工具。3DMAX基于PC平台进行软件开发，是目前世界上应用最广泛的三维建模、动画、渲染软件，其强大的三维场景建造功能简单易行，完全可以满足场景建造的需要。
Poser是由Curious Labs美国公司推出的人体三维动画制作软件。Poser提供了丰富多彩的人体三维模型，使用这些模型可轻松快捷地设计人体造型和动作，免去了人体建模的繁琐工作。Poser的模型材质和动画可以导出到其它大型的三维软件中，如3ds Max和Maya等。Poser强大的人体造型设计功能为虚拟人物的制作提供了极大便利，利用其工具，可以很迅速地完成人物的姿态塑造工作。简单直观的关键帧制作方式，还可以很方便地得到细腻逼真的人体动作。利用该软件的导入功能可以大大丰富人物造型和动作设计的创作空间。
虚拟现实聋童言语训练系统可以采用VRML语言和3DMAX以及Poser相结合的方法来进行开发。
三 虚拟现实技术在聋童言语训练中的应用研究
1 研究背景
虚拟现实技术是一种面向自然的交互形式，它对于听力障碍的学习者有着特殊的用途。2003年3月，中国科学院计算所开发的“中国手语合成系统”，是国内第一例利用人工智能，计算机图形学等技术，实现用三维虚拟角色演示用户指定的中国手语。中国手语合成系统负责人指出，该系统实现了手语和自然语言之间的双向翻译：一方面，穿戴有数据手套和位置跟踪器的聋人输入手语，可以转换为正常人可以听到的语音输出；另一方面，通过语音识别技术识别正常人的语音，转换为聋人能够看懂的手语输出，从而使得聋人能够“看到”正常人说的话，是一个用于聋人和具有正常听说能力的人之间进行无障碍自然交流的原型系统。本系统在国际上率先实现了聋人与健听人之间的交流和对话，为手语和自然语言之间的翻译奠定了基础。中国手语合成系统的关键意义在于成功地开创了虚拟现实技术在聋人教育中的应用先河，对于虚拟现实技术在聋人言语训练中的应用具有启发性意义。
虚拟现实已经成功地模拟了手语的生成过程，它还可以模拟真实的场景和过程，提供给用户真实的经历体验和动态信息。虚拟现实所具有的对时间和空间的压缩、放大、转换等特性。使得在利用虚拟现实所营造的真实场景中很容易实现学习、训练、探索的目的性和娱乐性的统一，对人们产生强大的吸引力。虚拟现实技术的这些特点，无论为手语学习、还是言语学习，都起到了语言学习环境所需要的积极作用，从而弥补目前聋童言语训练系统的缺憾，大大提高训练的效果。
2 虚拟现实聋童言语训练系统模型构建
语言训练是聋童言语训练的中心任务，聋童大部分的时间都在从事语言训练。虚拟现实技术支持下的语言训练可以通过设计的虚拟现实场景帮助聋童进行语言表达训练、语言理解训练。根据聋童的需要开发出虚拟现实语言训练系统，让学生在虚拟的语言环境中漫游，得到更多的言语信息，从而促进聋童学习语言的积极性。
虚拟现实聋童言语训练系统模型如图1所示。
虚拟聋童言语训练系统模型具有以下关键环节：
(1)创设虚拟现实场景
对聋童来说最困难的是开口说话和表达，因此语言的表达训练应该从启发、激励聋童开口说话开始。利用Poser软件工具设计出虚拟教师、虚拟学伴等人物，并将人物导入利用3D MAX创建好的虚拟场景中，利用动画技术实现人物的运动，从而逼真地模拟出现实场景、游戏场景等，让学生置身于有虚拟人物的情境中，聋童受到情境的感染，产生探索和交流的欲望，使聋童处于将要开流的氛围当中，帮助学生获得真实体验，促使聋童做出交流和交互，从而迈出聋童语言表达的第一步。众所周知，构建优良的语言环境对促进聋童听说能力的发展非常重要，因此虚拟聋童语言环境的构建必须贴近聋生的实际，有一定的针对性和科学性。
(2)人机交互界面的设计需遵循聋童的视觉优势
人机交互界面相当于虚拟聋童言语训练系统的面孔，决定了虚拟现实系统的表现形式。而且人类视觉原理是人机交互设计的重要依据，人机交互作用于聋童的视、听、触觉，对聋童接收信息起着基础的作用。但是聋童由于听觉障碍，对于外界信息的选择多依赖于视觉，使得对外界信息处理上具有与正常儿童不同的选择。人机交互界面的设计应该根据聋童特殊的视觉原理及其优势，精心设计视觉信息内容，在给聋童言语训练提供丰富视觉信息的同时，避免提供和正常儿童相同的视觉刺激，从而防止视觉信息冗余带来的厌烦情绪。充分利用虚拟现实创建真实场景的特点，营造出让聋童感兴趣的视觉画面，让他们在愉快、轻松的学习游戏中进行听和说的训练，利用场景所提供的友好用户界面教会聋童注意声音、识别声音、理解声音的含义，同时锻炼发音器官，循序渐进地获得口语。另外，我们还可以利用虚拟现实超现实的特点，把语言教学中的困难之处形象化，使聋童可感觉、可操作，加强视觉形象与语言信息的联系，从而培养聋童理解语言的能力。
(3)充分发挥聋童推理能力较强的优势，设计信息呈现的逻辑结构
虚拟现实系统应用成功的关键在于信息呈现的方式以及逻辑安排是否合乎聋童较强的视觉推理特征。儿童多媒体言语训练系统的设计在逻辑推理和言语理解方面保持同步，而研究证明聋童推理能力优先于言语理解能力，更优先于语言能力。因此在虚拟现实系统信息表达的逻辑设计中，要使言语内容的理解程度与聋童的逻辑推理发展程度相吻合，充分利用较强的推理能力来发展聋童的语言能力。在虚拟现实环境中通过设置带有一定情境的推理知识，有意识地发挥聋童的推理能力优势，尤其是直观形象推理能力，训练聋童使用推理的方法来学习语言，在理解语言意义的基础上，习得与其相对应的口语，从而加深语言印象。
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关键词：增强现实；计算机视觉；三维注册
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 19-0000-02
1 引言
随着计算机技术的迅速发展，计算机视觉、虚拟现实技术、人工智能、计算机图形学等技术被广泛地研究和应用，这些技术引导着人们进入了一个信息数字化的虚拟时代。
增强现实技术（Augmented Reality，AR）作为虚拟现实技术和计算机图形学相结合的产物，它是在通过计算机渲染生成虚拟的物体或文字信息模型的同时，对真实的场景进行标定，从而使虚拟的物体能够被准确地放置到真实的场景中，最终通过显示设备显示出来，使用户处于虚拟和现实相融合的亦真亦幻的新环境中，无法清楚地分辨出真实和虚拟。增强现实技术增强了用户的观感及其与真实场景之间的交互。
增强现实技术作为虚拟现实的一个重要分支，是虚拟现实技术发展过程中的产物。如图1.1所示，该图为Milgram提出的增强现实和虚拟现实关系的一种分类学表示方法。由图我们可以看出，虚拟现实所创建出来的是一种完全虚拟的三维世界，它与真实的世界相隔离。而增强现实是以现实场景为基础，场景中的虚拟物体随着真实物体的变化而变化，提供给用户的是一种复合的视觉效果，就好像这些虚拟物体真实的存在于场景中。
2 增强现实技术的应用
增强现实技术在20世纪90年代真正兴起，其发展与20世纪60年代计算机图形学的迅速发展密不可分。增强现实技术不仅拥有虚拟现实的各种优点，同时又有其独特的视觉增强功能，因此成为了国内外研究机构和知名大学的研究热点，并广泛的被应用于教育、医疗、工业、娱乐、军事等多个领域。
2.1 教育
增强现实丰富了教育学习生活。传统的书籍中只存在文字信息，通过增强现实技术，我们可以透过书籍看见文字相关的动态画面或是影像，图文并茂，极大的增强了学生的学习兴趣。目前的魔法书系统就是这一技术的很好运用，用户通过头盔显示器可以看到书中描述的场景，使读者可以完全沉浸在虚实结合的环境中，提高学习兴趣和效率。
2.2 医疗
增强现实技术可以帮助医生实现可视化手术或手术培训。准确地定位真实场景是增强现实技术的一个重要方面，在医疗中，运用增强现实技术可以进行手术定位，实时地收集病人体内的3D影像，并将其与真实的人体相结合，使得医生可以“透视”病人体内，从而减少手术的风险，该技术对微创手术也有着深远的意义。手术培训方面，通过加入虚拟的提示注解，可以提醒医生手术中的一些必要步骤，降低手术风险。
2.3 工业
增强现实的另一个应用是工业组装和维修。通过增强现实技术可以显示出各种设备零件的内部结构图、使用说明等，方便安装和维修。显示的内容可以不仅仅是简单的文字或图片，更能直接渲染生成3D的图形，并按步骤一步一步的显示出来，方便操作。
2.4 娱乐
电影、广告、游戏、体育比赛转播中，增强现实技术也得到了广泛的运用。体育比赛中，能够在直播现场实时地插入三维的图形、动画、视频等虚拟的比赛相关信息或广告。日常生活中，出现一种增强现实浏览器，它利用多种传感器将日常需求通过实景与虚景结合后呈现在用户面前，用户可以通过增强现实浏览器看到实景的文字介绍、三维模型等，并可以搜索定位。
3 增强现实相关技术
增强现实系统具有虚实结合、三维注册、实时交互三个特点。三个特点之间紧密联系，要求在合成的场景中虚拟的物体能够拥有真实的存在感和位置感。因此显示技术、定位技术、虚实融合技术、用户交互技术是实现增强现实系统的基础支撑技术。
3.1 显示技术
理想的AR系统的显示器具有体积小、移动方便、图像绘制清晰、交互自然等特点，但是目前仍不能制造出完成符合这些特点的显示器。常用的显示设备可以分为四类：普通液晶现实器；头戴式显示器；手持式显示器；投影式显示器。
液晶显示器是最为常见，也最容易得到的显示设备。但是液晶显示器体积较大，移动不方便，限制了用户的活动范围。头戴式显示器，佩戴于用户的头部，这种显示器本身提供了一路或两路摄像机，采用视频合成技术，为用户提供场景的显示。但是头戴式显示器在户外长时间佩戴很不舒服，因此也不能为用户广泛接受。手持式显示器，较头戴式显示器稍有改进，但是也限制了用户手部的活动。投影式显示器能够将场景投影到较大范围的环境中，位置固定，适合于室内的AR系统。
3.2 定位技术
增强现实系统需要将虚拟的物体准确地放置到真实的场景中，因此定位技术显得尤为重要。目前的定位技术主要分为两种：一种是基于硬件的定位技术；一种是基于计算机视觉技术的定位技术。
基于硬件的定位技术一般使用硬件设备定位，主要包括：全球卫星定位系统、测距仪、导航仪、机械装置等。
基于计算机视觉的定位技术一般是从真实场景中获得一幅或多幅图像，根据图像中的信息，计算出摄像机和图形中物体的相对信息，最终恢复出三维场景的结构，从而达到定位的目的。
基于计算机视觉的定位技术主要包括以下几种：
（1）单视图法：在一幅图像中找到六个以上特征点进行跟踪，通过已知的特征点的三维坐标和其成像坐标进行定位。
（2）多视图法：从多个角度拍摄场景，根据常用的角点检测法，检测多幅图像的角点并进行匹配，从而计算出真实场景中物体的景深，最终实现定位。
（3）运动目标的序列图像：根据序列图像估算运动目标的各项参数。
（4）模板匹配法：从多个视角出发寻找真实图像中的物体作为模板数字化图像，继而将虚拟物体叠加到真实场景。
3.3 虚实融合技术
增强现实技术中的虚拟融合主要指虚拟物体在真实场景中的配准，以及虚拟物体与真实场景的一致性。
在增强现实系统的实现过程中，一致性是一个关键性问题。虚实融合的一致性包括动态一致性和静态一致性。其中，动态一致性通常指场景的实时绘制，跟踪过程中虚拟物体和真实场景的空间位置的一致性等；静态一致性通常指虚拟物体与真实场景外观的一致性变化等。
另一方面，为了实现很好的虚实融合效果，必须对拍摄真实场景的相机进行标定，并与绘制虚拟物体的虚拟相机参数进行匹配。摄像机标定主要是对摄像机的内外参数的确定。目前，摄像机标定技术已经较为成熟，主要可以分为三类：传统的标定法，如张正友标定法；自标定法，如基于Kruppa方程的自标定法；基于主动视觉的标定法，如基于射影重建的标定法。三类标定法各有利弊，并没有一种可以普遍适用，因此摄像机标定技术仍是一个研究重点。
3.4 用户交互技术
人们总是向往能够使用自然的方式和虚拟的物体交互，但这是十分困难的，增强现实系统根据跟踪定位获得的有关真实场景的信息对虚拟物体发出指令。目前，交互技术主要使用以下三种方式：
（1）在场景中选择一个或多个特征点作为标记点，这是增强现实系统中最基本的交互方式。
（2）使用计算机识别出人或物体的姿态，进而交互操作。
（3）制作特殊工具，能够通过按键等简单方式触发事件。
4 结束语
本文总结了现阶段增强现实技术的应用领域，并对其涉及到的关键技术进行了阐述。增强现实技术作为一个多学科交叉的研究领域，必将飞速发展，更多的融入到我们的生活中。
参考文献：
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