虚拟技术的发展现状大全11篇

虚拟技术的发展现状篇（1）

虚拟现实技术（Virtual Reality），又称灵境技术，是90年代为科学界和工程界所关注的技术。它的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域；为智能工程的应用提供了新的界面工具；为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。这种技术的特点在于，计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。这种技术的应用，改进了人们利用计算机进行多工程数据处理的方式，尤其在需要对大量抽象数据进行处理时；同时，它在许多不同领域的应用，可以带来巨大的经济效益。

1．虚拟现实技术的发展概述〖1〗

1965年，Sutherland在篇名为<<终极的显示>>的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，从此，人们正式开始了对虚拟现实系统的研究探索历程。

随后的1966年，美国MIT的林肯实验室正式开始了头盔式显示器的研制工作。在这第一个HMD的样机完成不久，研制者又把能模拟力量和触觉的力反馈装置加入到这个系统中。1970年，出现了第一个功能较齐全的HMD系统。基于从60年代以来所取得的一系列成就，美国的Jaron Lanier 在80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词。

80年代，美国宇航局（NASA）及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。1984年，NASA Ames研究中心虚拟行星探测实验室的M.McGreevy 和J.Humphries博士组织开发了用于火星探测的虚拟环境视觉显示器，将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。在随后的虚拟交互环境工作站（VIEW）项目中，他们又开发了通用多传感个人仿真器和遥现设备。

进入90年代，迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配，使得基于大型数据集合的声音和图象的实时动画制作成为可能；人机交互系统的设计不断创新，新颖、实用的输入输出设备不断地进入市场。而这些都为虚拟现实系统的发展打下了良好的基础。例如1993年的11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作，而用虚拟现实技术设计波音777获得成功，是近年来引起科技界瞩目的又一件工作。可以看出，正是因为虚拟现实系统极其广泛的应用领域，如娱乐、军事、航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、建筑、医疗保险、危险及恶劣环境下的遥操作、教育与培训、信息可视化以及远程通讯等，人们对迅速发展中的虚拟现实系统的广阔应用前景充满了憧憬与兴趣。

2．虚拟现实系统的研究现状

计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，就虚拟现实本身而言，它主要涉及到三个研究领域：

通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果； 建立对虚拟世界的观察界面； 使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。 图（1）表示的是虚拟现实系统领域的组成示意图。

图（1）虚拟现实系统领域的组成示意图

虚拟现实的有关技术特征及构成 从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如

视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。

1．虚拟现实技术的重要技术特征〖2〗

虚拟现实的定义可以归纳如下：虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等），通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实技术因此具有以下四个重要特征：

多感知性 所谓多感知性就是说除了一般计算机所具有的视觉感知外，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。理想的虚拟现实就是应该具有人所具有的感知功能。

II．存在感

又称临场感，它是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达到使用户难以分辨真假的程度。

III交互性

交互性是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环境中的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视场中的物体也随着手的移动而移动。

IV．自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方向移动、或翻倒、或从桌面落到地面等。

2．虚拟现实系统的构成

虚拟现实系统的模型表示如图（2）。用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得到实时三维显示和其它 反馈信息（如触觉、力觉反馈等）。当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时，在用户的控制下，用户与虚拟环境间的交互可以对外部世界产生作用（如遥操作等）。

图（2）虚拟现实系统的模型

虚拟现实系统主要由以下六个模块构成（如图（3））。

图（3）虚拟现实系统的构成

检测模块：检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用于虚拟环境。 反馈模块：接受来自传感器模块信息，为用户提供实时反馈。 传感器模块：一方面接受来自用户的操作命令，并将其作用于虚拟环境；另一方面 将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。

控制模块：对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。 建模模块：获取现实世界组成部分的三维表示，并由此构成对应的虚拟环境。

现有虚拟现实系统的关键技术

虚拟现实的关键技术可以包括以下几个方面：〖3〗

（1）动态环境建模技术

虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术（有规则的环境），而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。

（2）实时三维图形生成技术

三维图形的生成技术已经较为成熟，其关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新率不低于15桢/秒，最好是高于30桢/秒。在不降低图形的质量和复杂度的前提下，如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。

（3）立体显示和传感器技术

虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要，例如，数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点；虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高，因此有必要开发新的三维显示技术。

（4）应用系统开发工具

虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。为了达到这一目的，必须研究虚拟现实的开发工具。例如，虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。

系统集成技术 由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术起着至关重要的

作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。

虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术的应用前景是很广阔的。它可应用于建模与仿真、科学计算可视化、设

计与规划、教育与训练、遥作与遥现、医学、艺术与娱乐等多个方面。下面我们分别讨论几个典型的应用例子。

用于遥控机器人的遥现技术 遥现技术〖4〗是指当实际上在某一个地方时，可以产生在另一个地方的感觉。虚拟现实

涉及到体验由计算机产生的三维虚拟环境，而遥现则涉及到体验一个遥远的真实环境。遥现技术在实际应用中需要虚拟环境的指导。例如，在遥控宇宙空军站的开发计划中，从安全性以及费用的角度考虑，我们有必要使用空间机器人。这种空间机器人的特点是由地面上的操作员进行遥操作，或进行部分自主操作。对于像零件更换的固定操作可以完全自主进行，而对于故障检修等难以预测的操作则有必要依赖于遥操作。这时，虚拟现实技术和遥现技术将发挥重要的作用。为研究新一代空间机器人的遥操作技术，日本开发了宇宙开发地面实验平台。该实验平台有人－机交互、计算机系统以及机器人系统所构成。现在，在该实验平台上进行了零件更换等空间机器人的典型操作实验，实现了实验平台的基本功能。

仿真技术 虚拟环境是计算机生成的具有沉浸感的环境，它对参与者生成诸如视觉、听觉、触觉、

味觉等各种感官信息，给参与者一种身临其境的感觉。因此，虚拟环境是一种新发展的、具有新含义的一种人机交互系统。

飞行仿真系统 飞行仿真系统由四部分组成，即飞行员的操纵舱系统显示外部图象的视觉系统产生运动感的运动系统计算和控制飞行运动的计算机系统。

计算机系统是飞行仿真系统的中枢，用它来计算飞行的运动、控制仪表及指示灯、驾驶杆等信号。视觉系统和运动系统与虚拟现实密切相关，其中，视觉系统向飞行员提供外界的视觉信息。该系统由产生视觉图象的“图象产生部”和将产生的信号提供给飞行员的“视觉显示部”组成。在图象产生部，随着计算机图形学的发展，现在使用称为CGI（Computer Generated Imagery）的视觉产生装置。在CGI中利用纹理图形驾驶可以产生云彩、海面的波浪等效果。另外，利用图象映射驾驶可以从航空照片上将农田以及城市分离出来，并作为图象数据加以利用。视觉显示部向飞行员提供具有真实感的图象，图象的显示有无限远显示方式、广角方式、半球方式以及立体眼镜和头盔式显示器等四种方式。

作为飞行仿真系统的构成部分，运动系统向飞行员提供一种身体感觉，它使得驾驶舱整体产生运动，根据自由度以及驱动方式的不同，可以分为万向方式、共动型吊挂方式、共动型支撑方式以及共动型六自由度方式等。利用该运动系统，飞行员可以感觉到实际飞机一样的运动感觉。

与虚拟生物对话 研究人员设计了一种与虚拟生物对话的仿真系统。在该系统中，虚拟世界中的虚拟生物和现实世界中的生物一样，可以决定自己的行动，并且能够动态地应付周围的情况。对于人的挑逗也能够根据情况的不同作出各种复杂的反应，甚至能够进行对话。通过引进虚拟生物，可以实现系统的自主性、交互性及其自然的魅力。

作战仿真系统 各个国家在传统上习惯于通过举行实战演习来训练军事人员和士兵，但是这种实战演练，特别是大规模的军事演习，将耗费大量资金和军用物资，安全性差，而且还很难在实战演习条件下改变状态，来反复进行各种战场态势下的战术和决策研究。近年来，虚拟现实技术的应用，使得军事演习在概念上和方法上有了一个新的飞跃，即通过建立虚拟战场来检验和评估武器系统的性能。例如一种虚拟战场环境，它能够包括在地面行进的坦克和装甲车，在空中飞行的直升机、歼击机、导弹等多种武器平台，并分别属于红、兰交战双方。图（4）为一多机空仿真系统，它除了多台有人驾驶的飞机模拟器和“数字”飞机外，在网上还连着地面威胁环境、空中威胁环境、背景干扰环境等结点。该系统的主要研究目的是对飞机的飞行、火控、航空电子系统进行综合研究，同时研究多机协同空战战术。

图（4）多机空仿真系统

对象可视化技术〖5〗 虚拟风洞 在科学研究中，人们总会面对大量的随机数据，为了从中得到有价值的规律和结论，需要对这些数据进行认真分析。例如，为了设计出阻力小的机翼，人们必须详细分析机翼的空气动力学特性。因此人们发明了风洞实验方法，通过使用烟雾气体使得人们可以用肉眼直接观察到气体与机翼的作用情况，因而大大提高了人们对机翼的动力学特性的了解。虚拟风洞的目的是让工程师分析多旋涡的复杂三维性质和效果、空气循环区域、旋涡被破坏时的乱流等，而这些分析利用通常的数据仿真是很难可视化的。

虚拟物理实验室 在学习过程中，学生总有许许多多的疑问有待解答。虚拟物理实验室〖8〗的设计使得学生可以通过亲身实践―做、看、听来学习的方式成为可能。使用该系统，学生们可以很容易的演示和控制力的大小、物体的形变与非形变碰撞、摩擦系数等物理现象。为了显示物体的运动轨迹，可以对不同大小和质量的运动物体进行轨迹追踪。还可以停止时间的推移，以便仔细观察随时间变化的现象。学生可以通过使用数据手套与系统进行各种交互。

虚拟电力控制室 在现行的电力控制室的设计中，控制台以及显示器的设计一般是用和实物同等大小的模型。研究人员使用虚拟现实技术研制了一个辅助设计控制室的系统。使用该系统可以自由地改变控制室内的配色、照明、报警、显示器的画面构成，以及各种仪表的配置等室内环境。另外，用户还可以在室内移动，以便从不同方向观察室内情况。

现在人们正在研究将图形与实际图象进行融合的系统。使用该系统可以用虚拟空间监视远方的现场，也可以给用户一种自由往返于虚拟空间和远方现场的感觉。但是，目前还没有合适的输出装置。相信这种需要必将会促进虚拟现实技术中硬件装置的研制。

分布式虚拟现实系统 近几十年来，计算机、通讯技术的同步发展和相互促进成为全世界信息技术与产业飞

速发展的主要特征。特别是网络技术的迅速崛起，使得信息应用系统在深度和广度上发生了本质性的变化，分布式虚拟现实系统（DVR）即是一个较为典型的实例〖6〗。所谓DVR是指一个支持多人实时通过网络进行交互的软件系统，每个用户在一个虚拟现实环境中，通过计算机与其它用户进行交互，并共享信息。下面我们分几个方面加以介绍。

分布式虚拟现实系统的产生和发展 分布式虚拟现实的研究开发工作可追溯到80年代初。如1983年美国国防部（DOD）

制定了SIMENT的研究计划；1985年SGI公司开发成功了网络VR游戏DogFlight。到了90年代，一些著名大学和研究所的研究人员也开展了对分布式虚拟现实系统的研究工作，并陆续推出了多个实验性DVR系统或开发环境，典型的例子有美国NPS开发的NPSNET（1990）、美国斯坦福大学的PARADISE/Inverse系统（1992）、瑞典计算机科学研究所的DIVE（1993）、新加坡国立大学的BrickNet（1994）、加拿大Albert大学的MR工具库（1993）及英国Nottingham大学的AVIARY（1994）。

模型结构

分布式虚拟现实系统是基于网络的虚拟环境，在这个环境中，位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相联结。根据分布式系统环境下所运行的共享应用系统的个数，可把DVR系统分为集中式结构和复制式结构。集中式结构是只在中心服务器上运行一份共享应用系统。该系统可以是会议或对话管理进程。中心服务器的作用是对多个参加者的输入/输出操纵进行管理，允许多个参加者信息共享。它的特点是结构简单，容易实现，但对网络通信带宽有较高的要求，并且高度依赖于中心服务器。

复制式结构是在每个参加者所在的机器上复制中心服务器，这样每个参加者进程都有一份共享应用系统。服务器接收来自于其它工作站的输入信息，并把信息传送到运行在本地机上的应用系统中，由应用系统进行所需的计算并产生必要的输出。它的优点是所需网络带宽较小。另外，由于每个参加者只与应用系统的局部备份进行交互，所以，交互式响应效果好。但它比集中式结构复杂，在维护共享应用系统中的多个备份的信息或状态一致性方面比较困难。

3．DVR的网络通信

我们在设计和实现DVR系统时，必须考虑以下网络通信因素：

带宽 网络带宽是虚拟世界大小和复杂度的一个决定因素。当参加者增加时，带 宽需求也随着增加。这个问题在局域网中并不突出，但在广义网上，带宽通常限制为1.5Mbps，而通过Internet访问的潜在用户数目却比较大。

分布机制 它直接影响系统的可扩充性。常用的消息方法为广播、多播和单 播。其中，多播机制允许任意大小的组在网上进行通信，它能为远程会议系统和分布式仿真类的应用系统提供1－多和多－多的消息服务。

延迟 影响虚拟环境交互和动态特性的因素是延迟。如果要使分布式环境仿真真 实世界，则必须实时操作，从而增加真实感。对于DVR系统中的网络延迟可以通过使用专用联结、对路由器和交换技术进行改进、快速交换接口和计算机等来缩减。

可靠性 在增加通信带宽和减少通信延迟这两方面进行折衷时，则要考虑通信的 可靠性问题。可靠性由具体的应用需求来决定。有些协议有较高的可靠性，但传输速度慢，反之亦然。

分布式虚拟现实系统的多协议模型 由于在DVR系统中需要交换的信息种类很多，单一的通信协议已不能满足要求，这时

就需要开发多种协议，以保证在DVR系统中进行有效的信息交换。协议可以包括：联结管理协议、导航控制协议、几何协议、动画协议、仿真协议、交互协议和场景管理协议等。在使用过程中，可以根据不同的用户程序类型，组合使用以上多种协议，图（5）即为一个例子。

图（5） 不同的客户需要使用不同的协议

分布式虚拟现实系统的应用 分布式虚拟现实系统在远程教育、科学计算可视化、工程技术、建筑、电子商务、交

互式娱乐、艺术等领域都有着极其广泛的应用前景。利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区全新的应用系统。典型的应用领域有：

教育应用 把分布式虚拟现实系统用于建造人体模型、电脑太空旅游、化合物分子结构显示等领域，由于数据更加逼真，大大提高了人们的想象力、激发了受教育者的学习兴趣，学习效果十分显著。同时，随着计算机技术、心理学、教育学等多种学科的相互结合、促进和发展，系统因此能够提供更加协调的人机对话方式，

工程应用 当前的工程很大程度上要依赖于图形工具，以便直观地显示各种产品，目前，CAD/CAM已经成为机械、建筑等领域必不可少的软件工具。分布式虚拟现实系统的应用将使工程人员能通过全球网或局域网按协作方式进行三维模型的设计、交流和，从而进一步提高生产效率并削减成本。

商业应用 对于那些期望与顾客建立直接联系的公司，尤其是那些在他们的主页上向客户发送电子广告的公司，Internet具有特别的吸引力。分布式虚拟系统的应用有可能大幅度改善顾客购买商品的经历。例如，顾客可以访问虚拟世界中的商店，在那里挑选商品，然后通过Internet办理付款手续，商店则及时把商品送到顾客手中。

娱乐应用 娱乐领域是分布式虚拟现实系统的一个重要应用领域。它能够提供更为逼真的虚拟环境，从而使人们能够享受其中的乐趣，带来更好的娱乐感觉。

虚拟现实技术的进一步展望 正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。

它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等〖7〗。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。

参考文献

汪成为，高文，王行仁. 灵境（虚拟现实）技术的理论、实现及应用 清华大学出版社 1996.

2．Earnshaw R A，et al， Virtual Reality System Academic Press，1993

曾建超，俞志和. 虚拟现实的技术及其应用 清华大学出版社，1996 Bejczy A K Virtual Reality in Robotics. ISBN：0-7803-3685-2/96 1996 IEEE：7-14 5．Jacobson L. Garage Virtual Reality. Sams Publishing，1994

6．Wodaski R Virtual Reality Madness. SAMS Publishing， 1993

7．Wexelblat A Virtual Reality：Applications and Explorations. Boston，MA：Academic Press

虚拟技术的发展现状篇（2）

中图分类号：f061.3　文献标识码：a　文章编号：1672-3198(2009)02-0279-02

1　虚拟现实

虚拟现实(virtual reality，简称vr)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”(artifi- cial reality)、“遥在”(telepresence)、“虚拟环境”(virtual environment)、“赛博空间”(cyberspace)等等。

2　国外虚拟现实技术研究现状

计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。WWw.133229.COM虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。

2.1　vr技术在美国的研究现状

美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

上世纪80年代，美国宇航局(nasa)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”(vpe)的实验计划。现nasa已经建立了航空、卫星维护vr训练系统，空间站vr训练系统，并已经建立了可供全国使用的vr教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行vr研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在vr领域主要从事利用vrt建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于vr使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。

图形图像处理技术和传感器技术是以上vr项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。

2.2　vr技术在欧洲的研究现状

在欧洲，英国在vr开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国bristol公司发现，vr应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国arrl公司关于远地呈现的研究实验，主要包括vr重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。

欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了vr的研究与应用。

瑞典的dive分布式虚拟交互环境，是一个基于unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。

荷兰海牙tno研究所的物理电子实验室(tno- pel)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。

德国在vr的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。

2008年10月27-29日在法国举行的acm symposi- um on virtual reality software and technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。

2.3　vr技术在日本的研究现状

日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模vr知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。

在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为spmar nec公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理cad中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。

3　国内虚拟现实技术研究现状

在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用vr，建立虚拟环境!虚拟场景模型分布式vr系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。

北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行vr研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法。

清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了quicktime技术，实现大全景vr制；浙江大学cad＆cg国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。

4　虚拟现实技术的发展趋势

随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面应用的不断深入，在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面，对虚拟现实技术都提出来更高的需求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实相关技术研究遵循“低成本、高性能”原则取得了快速发展，表现出一些新的特点和发展趋势。主要表现在以下方面：

(1)动态环境建模技术。

虚拟环境的建立是vr技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。

(2)实时三维图形生成和显示技术。

三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，vr还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。

(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。

虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感，但在实际应用中，它们的效果并不好，并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式，会有效地提高虚拟现实的交互性效果。

(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。

网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象(实体)之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前，分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点，相继推出了相关标准，在国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要额网络平台和软硬件基础环境。

虚拟技术的发展现状篇（3）

中图分类号：J0-05 文献标志码：A

Current Situation and Future Developing Trend of Virtual Threedimensional Clothing Displaying Technology

Abstract： Three-dimensional virtual clothing displaying technology has experienced the transformation from the simple static simulation of clothing shifting to the complex three-dimensional dynamic simulation. From the perspective of modeling techniques， dynamic simulation， folding treatment， construction method of virtual displaying， etc.， this paper puts forward a systematic scheme， summarizes the three main technical schemes for three-dimensional virtual displaying of clothing， systematically introduces the current research on three-dimensional virtual displaying technologies and elaborately analyzes the challenges ahead and future developing trend of the research on three-dimensional virtual clothing displaying technologies.

Key words： virtual； three-dimensional clothing； modeling technique； display

虚拟三维服装展示是根据服装设计和展示陈列人员陈展需要，运用计算机科学、艺术等其他学科领域的知识，在计算机里建立数字化的服装采样系统，计算机按照所选尺寸模拟样衣着装效果，从而生成三维服装的虚拟展示效果。虚拟三维服装展示技术改变了传统的采用真人模特试衣的方式，利用计算机技术和交互技术就可以进行服装的立体展示。

1 虚拟三维服装展示技术研究现状

1.1 国外关于虚拟三维服装展示技术的研究

国外关于虚拟三维服装展示技术的研究已趋于成熟，无论是静态展示还是动态展示都已形成完善的展示系统。瑞士Miralab实验室在虚拟服装及动画方面积累了大量的研究经验与科研成果。1990年，Miralab实验室的“FlashBack”虚拟服装项目是第一个真正意义上三维服装虚拟展示的案例。

之后，此实验室把重点放在了虚拟三维服装展示技术中的三维服装物理建模的研究上，即表现服装动态时的力学性能。此外，瑞士日内瓦大学的MIRALAB实验室以及H&M服装公司推出了网上试衣间服务以及著名的My Virtual Model（MVM）试衣网站，英国伦敦技术学院的“Center for 3D Electronic Commerce”项目，欧洲信息与算法研究协会的“MtoM3D”项目等都对三维服装虚拟展示技术进行了相关研究。

1.2 国内关于虚拟三维服装展示技术的研究

我国关于虚拟三维服装展示技术的研究还处于发展阶段。杭州森动数码科技有限公司与几家全球知名的IT科技厂家合作，利用全球最新3D技术、增强现实以及体感技术等科技元素，自主研发“3D虚拟试衣”软件，满足了服装消费者个性化需求，节约了试衣的时间；此外，江南大学民间服饰博物馆基于“CLO3D”三维服装展示软件制作的民间服饰的虚拟展示，逼真地模拟出了馆藏的汉民族服装文物的质感，很好地解决了民族服饰展示棘手问题。由此可见，虚拟三维服装展示技术在国内趋于高速发展状态。此外，北京服装学院、浙江大学CAD&CG国家重点实验室、东华大学、中科院以及天津工业大学等高校均在该领域有所研究，并通过相关课题研究取得一定的成果。

2 虚拟三维服装展示技术的研究内容

2.1 三维人体模型的建立

人体模型是虚拟着装的主体。根据服装款式、材料等元素的需要建立与之对应的人体模型，所以人体模型的尺寸、姿势和体态在服装虚拟展示中显得尤其重要。目前，三维人体模型主要有几何建模、三维扫描数据以及三维软件建模 3 种方法，其中三维软件建模方法是当今技术发展的趋势与主流。

几何建模方法是根据人体结构及其特征，定义与之对应三维人体造型特征。该方法出现时间较早，是CAD/CAM技术发展阶段的重要技术支撑，此方法以几何信息和拓扑信息反应三维人体的具体结构等数据，是虚拟三维服装展示技术初期的重要技术手段。

三维扫描数据建模运用非接触式测量方法，借助激光三维扫描仪，进行三维数字人体重建。它将人体的三维结构信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为人体数据的三维虚拟模拟提供了方便、快捷的手段。此方法建模比较昂贵，人体结构复杂时运行速度较慢，所以三维扫描数据建模方法很难得到推广和普及。

三维软件建模利用MAYA或3DS MAX等三维软件，完成人体模型的创建。此建模方法操作简单，容易上手，建模功能强大，在建立人体模型方面具有很大的优势。这两款软件的插件比较丰富，与其他软件融合流畅，模型精准、逼真，如图 1 所示（基于MAYA软件制作）。而且还可对所建模型贴材质、调动作、编程序等，使三维服装虚拟展示由静态展示到动态展示灵活转换。三维软件建模是当今三维虚拟展示的主流技术手段，不仅缩短了建模的时间，而且所建模型数据更加灵活，易于改动；展示手段等更加人性化，更具感染力。

2.2 三维服装模型的建立

三维服装建模方法主要有几何建模法、基于粒子系统的物理建模法以及结合几何与物理的混合建模法等 3 种方法。建模方法的原理不同，虚拟的服装对象类型也存在差异。

几何建模法：模拟布料的外观形态，不涉及面料的物理特征，用几何方程对虚拟现实环境中的服装效果进行展示。此方法以已有的人体模型为基础，求得服装各造型点的数据；然后，根据服装款型等因素对模型进行经纬线划分，通过截取面得到数据，最后，根据人体与服装的空隙度大小，获取服装表面各造型点的三维数据，完成服装模型的创建。此方法有模型简单、计算较快等优点，但是对服装的悬垂及质感的模拟效果较差。

物理建模法：通过选择参数值可以较为直观地控制服装的悬垂与质感。在模拟中区分毛、棉、丝、麻等不同服装质感，可较好地模拟服装的真实效果。但是其模型复杂，计算速度较慢，与虚拟三维服装展示的快捷、便捷理念相背离。

混合建模法：运用几何方法进行服装模型的建立，用物理方法进行服装悬垂和质感以及局部结构的细化。利用弹性变形模型对服装进行变形，使服装更具真实感，模拟出的服装外形结构精准，又能展现不同材料的服装的悬垂与质感（图 2）。

2.3 三维场景的建立

三维服装虚拟展示需要设定一个特定的展示空间，通过创建三维场景模拟出服装所要表达的文化内涵与时代场景，所以场景的搭建和布置也是非常重要的环节。在所建三维场景模型上匹配符合服装展示主题的材质、设定应景的灯光等，以此模拟出服装展示所需的场景。在三维场景的模拟上，VRML语言将影片、声响、音乐等效果调和在一起，形成一个综合性的单一媒体是三维服装虚拟展示必不可少的应用程序。在当下，无论是时尚服装的研发公司还是文物保护单位，三维场景模拟都有所运用，极大地丰富了服装展示的效果与意义。

3 虚拟三维服装展示技术研究趋势

3.1 虚拟三维服装展示技术的不足

当前，虚拟三维服装展示技术日趋成熟，已由最初的简单服装的静态展示发展到现在的复杂服装的动态展示，但也存在多方面的问题：三维立体模拟的真实感还有待加强，如服装质感与动感的表现、三维重建、逼真灵活的曲面造型等问题仍难以解决；三维服装模拟的集成系统较少，二维衣片和三维服装之间的转化、二维图案和面料的三维覆盖等问题没有得到很好的解决。虚拟三维服装展示技术可以对服装虚拟展示中所用模特的尺寸、姿势和体态进行操作，但是对服装的虚拟变形以及服装的悬垂性模拟操作还有一定的难度。需要从事虚拟三维服装展示的研究人员与学者共同的努力与合作，研发出更好的服装虚拟展示系统。

3.2 虚拟三维服装展示技术的挑战

随着科技的发展，服装虚拟展示必将向着智能化、自动化的方向发展，服装模型的动态模拟/三维服装褶皱效果处理是其趋势，但是在未来的研究道路上也会遇到许多难题与挑战。

（1）服装模型的动态模拟研究

服装模型的动态模拟在三维服装虚拟展示中有着至关重要的作用，服装虚拟展示时，虚拟的人体模特运动和服装动态模拟耗费的计算量非常大。

目前，三维服装的动态展示难度很大，很多国内外的专家学者对其都有研究，但是算法和物理模型在实践中都与预期效果有一定差距。模拟三维服装的动态效果，合理的碰撞检测模型是前提，服装曲面与人体曲面随模特动作变化时相对位置关系的变动中不能有穿透发生。这一点对于目前的三维服装虚拟展示技术来说是十分困难的。在三维服饰虚拟展示中，即使服装在静态人体上很合适，但并不能保证动态展示有同样好的效果。因此，对于服装面料的动态模拟的研究很有价值。

（2） 三维服装褶皱效果处理研究

三维服装虚拟展示已由静态展示发展到动态展示，对于服装褶皱的研究也有了更高要求。褶皱是服装的重要外观特征之一。在三维服装虚拟展示中，褶皱效果的模拟主要有两类：静态效果的模拟与动态效果的模拟。目前，静态效果模拟技术已经日趋成熟，效果较好。动态时服装的飘动悬垂效果的模拟还处于探索阶段，在进行模拟仿真时，既要注重碰撞检测的高效性，又要及时处理碰撞部位的褶皱问题。如何高效准确地处理动态的褶皱的研究属于服装动态效果仿真技术中的一种，值得对其深入研究。

（3）虚拟三维服装展示技术的挑战

在虚拟三维服装展示技术研究上还存在许多难题，如服装仿真建模和数值计算等问题。对结构复杂与材料较多的服装，如何构建仿真模型、服装从静态悬垂到动态变形怎样相互转化，是服装模拟的最大挑战。在模拟模特运动时服装与身体的接触以及服装自身的交互碰撞问题、仿真的实时性问题以及服装本身高度复杂的各向异性和非线性力学行为的模拟等问题，对于虚拟三维服装展示技术的发展无疑是棘手的难题与挑战。

4 结语

虚拟三维服装展示技术在三维人体模型、三维服装模型以及三维虚拟场景等方面都有很大的突破，实现了虚拟人体由静态到动态的灵活转换、虚拟服装纹理与质感的真实表现以及虚拟场景的真实模拟等。随着对虚拟三维服装展示技术更加深入与精细的研究，智能化的三维服装虚拟展示是其发展趋势，设计师可以随心所欲地将自己设计的服装借助虚拟展示技术浏览服装在三维空间的效果，从而大大缩短了成衣的生产周期和展示成本，这将在时尚服装的个性化设计与定制、传统服装的数字化展示等领域有着广阔的应用前景。

参考文献

[1] Volino P， Cordier F， Magnenat-Thalmann N. From early virtual garment simulation to interactive fashion design[J]. Computer-aided Design， 2005， 37（6）： 593-608.

[2] Vassilev T， Spanlang B， Chrysanthou Y. Fast cloth animation on walking avatars[A]. Computer Graphics Forum[C]. Blackwell Publishers Ltd.， 2001， 20（3）： 260-267.

虚拟技术的发展现状篇（4）

中图分类号：J04 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2011）23-0036-02

从20世纪80年代初期，虚拟现实技术的基本理论开始形成，至20世纪末，虚拟现实技术系统正式问世，成为20世纪信息时代一个质的飞跃，也是这个世纪以来科学技术进步的结晶体现。据有关专业人士分析，人类将在21世纪进入虚拟现实的科技时代，与多媒体技术、网络技术并称为计算机三大最先进技术，而虚拟现实技术却成为这个时代的代表。

一、虚拟现实的发展过程与现状

虚拟现实（Virtual Reality)是把真实的环境融入到虚拟的世界中，这个世界是虚拟的，而不是真实的，是存于计算机内部的，而通过计算机设备和各种技术创造出的虚拟环境，这种人机交互接口的模式，用自然的的方式接受和响应虚拟环境中的各种感官刺激，正因为这种感官上的刺激，使得人能够与虚拟中的人和物进行思想上的交流，如同处在真实的环境中一样。

虚拟现实技术的发展，为研究带来了基础，相应的出现了三维图形生成与显示、三维声音合成与定位，环境建模、CAD制图等技术。而在景观设计中，当设计项目还未通过实际施工出现在现实环境中，必须在前期感官的认识这个景观设计方案，并且认同它。这就需要需要我们把设计思维通过计算机设备和技术手段创造在虚拟的环境中，才能让人感觉到这个设计方案将在真正建成后什么样的形态，与现实中的环境是否融合，才能让人和交流，继续修改或者定案进入施工。就是这种虚拟的景观在现，能促进设计更快发展，能动的让设计思维得到超前的体验性。

自从虚拟现实技术的出现，是的计算机时代有上升了一个层次，也开辟了更为广阔的天空，给社会带来了巨大的经济效益，对未知世界的探索也带来巨前所未有的发展。正因为人们认识到虚拟现实技术的潜力，各国家都在投入大量的人力物力进行研究，也取得了让人瞩目的成果，发展速度非常快，在这方面研究较好的国家是美国、德国、英国、日本、韩国等。美国是虚拟现实技术的诞生地，是研究时间最多，研究深度最大的国家，在这方面，美国是具有权威性的国家，代表了国际的最高水准，所以它的发展可以直接的影响到整个世界在虚拟现实技术方面的研究。在我国虚拟现实技术起步比较晚，发展速度也慢，与发达国家相比还存在很大的差距，但这方面的研究政府部门和科学家都极为重视，成为重点发展的领域，也取得了非常好的研究成果，强度也越来越大。虚拟现实技术在我国军队里、各重点高等学府、体育局、民营企业里都建立专业的研究实验室，针对各个领域进行专一重点的研究，都取得了较多的研究成果，在教育平台和商业应用中也取得了良好的效果。

处于初级的发展的阶段，还有许多深层次的理论和技术问题需要解决。比如硬件设备方面：使用起来不方便，达不到预先的效果，计算机的速度不能达到虚拟中的应用速度，数据库的内存等问题，都需要创造出更高科技的硬件设备来满足和服务虚拟现实中的应用；软件程序方面：现在实用的软件还存在不易懂，不通用，广泛应用度低，需要专业人士才能正常运用;效果方面：从虚拟现实的制作效果来看，还未达到真正的实现真实的还原，物理感，时间感，自然感都不强，不能达到令人满意的效果。所以，虚拟现实技术的发展还受到很多因素的克制，需要更多的技术和理论作为依据，更多的专业人士投入研究。

二、景观设计中运用虚拟技术的现状

对于现代景观设计而言，设计文化已经经历了漫长岁月的发展，应不同时代的需求与标准而各显风采。把景观设计融入到虚拟现实中确只有很短的一段的时期，从虚拟现实技术的出现到三位图形处理技术的研究成功，再到专业用于设计制图的软件程序开发，设计才算真正步入到通过计算机接口把设计思维通过虚拟的空间把设计方案提前再现出来。所以，虚拟现实技术在设计三维图形处理上还有很大的发展空间，也蕴藏着巨大的潜力，也是发展得比较快的一个领域，甚至能够领先于其他领域。

就目前国内外现状来看，景观设计在虚拟现实中的表达技术都取得了相当大的发展，特别是近几年来，电脑硬件技术的更新发展和软件更新开发，给虚拟技术的发展带来了更大的发展空间和动力。国外在这方面的发展起步快，硬件软件开发占据主要优势，虚拟现实的三维立体感强，效果渲染真实，在三维景观，建筑设计动画和动态设计相当出色，领先于国际水准，尤其是美国和日本最为突出。而中国在虚拟现实技术起步慢，但发展迅速，特别是在通过三维空间制成的二维效果图方面，取得的成就很大，图形的质量非常高。在中国几家大的数码公司的带动下，景观和建筑的效果图行业的制作水准逐步赶上国际间的水准，并且有更高的突破。据有关人士说，中国在景观、建筑的二维图形处理效果上是全世界最棒的，所以大部分的设计图纸都流入中国市场，由中国的数码图形公司来完成。

三、景观设计在虚拟现实中的表达方式

景观设计在虚拟现实中的表达方式主要分为四种，动态虚拟、静态虚拟、全局虚拟、局部虚拟。

（一）动态虚拟

景观中的动态虚拟是一种创造性的展示系统，能够在完全透明的三维空间中呈现各种三维效果，360度全方位的可视角度，动态虚拟将展示的景观内容的真实、直观、清晰、自由地展现出来，逼真的立体效果可以大大的加深观看者对景观内容的体验性和调整性。在整个设计规范中，用动态的虚拟表达形式来表现，这种动态的虚拟表达形式能够人与设计的交互性和沉浸性。

动态虚拟景观表达是通过三维模型来形象直观的表现实际场景，以三维软件作为基础，运用三维参数化实体造型技术，建立起参数化的特征模型，其编辑修改三维相关联，利用参数化试题造型生成的三维模型，准确形象的表现实体空间的位置关系，逼真的渲染动画效果，在生成的动态的同时，全面完整的体现整个环境的特点，准确的表现景观设计师的设计构想，真正达到虚拟现实中真实的环境景观效果。

在景观设计中，运用动态的虚拟表达，是能为更好满足设计三维全方位的表达，更主要的是要体现景观与环境的相融洽，将“天人合一”的思想真正表现出来才是景观设计师的最终所要表达的。景观设计就是要将景观与人和自然和谐的统一起来，注入现代的设计方法，并不失去足够的文化内涵。景观虚拟动态表达如同一个动态的环境，让人与景观中的每一个事物进行交流，可以与周围的每一处环境相比较，更能完整的体现整个景观区域的真实性，也能更超前的体验到整个景观区域空间的交互性。这种景观空间感的体验性只有在动态的虚拟表达才能体会得到，这也是这种虚拟表达效果的一个独特之处，是虚拟现实中整体特征的体现。

（二）静态虚拟

景观静态虚拟是指通过一个角度或者是某一个具体的角度去表现景观中的内容，锁表现的往往景观中最重点的部分，用三维的制图软件建成模型原后渲染成二维平面的图形。静态的虚拟表达不能表达整体的环境，往往这样的一个点一点的去表达能够非常大的节约资源，在正个设计方案中，用静态的虚拟表达是非常实用的，在一整套的方案中，能够有几张优秀的静态虚拟效果图，往往能够成为整个方案中的一个亮点，起到点睛之笔的作用，有事方案往往比较看重这种起重点作用的效果图。景观静态效果图往往比建筑静态效果图锁表达的形态更加具体，也更加注重与环境间的搭配，必须分析这种关系的相互影响力和渗透。静态虚拟表达往往注重光感表现力与材质的质感，就现代的审美观点，光感已经超过其他细节的重要性，一张好的静态虚拟效果图一定会在光感上下足功夫，才会得到更好的效果。

现代静态虚拟表达也根据不同地域和客户不同要求，来制作不同的虚拟效果图，比如有些地方流行非常逼真的效果，有的地方喜欢反写实的效果，有的人喜欢三维空间感强效果，有的人喜欢接面化效果，这些都是因人而异，但最终的目的都是一样的，用虚拟的技术表达景观设计师的设计思维，让设计提前在虚拟空间中再现，提前的体验这种景观效果。

（三）全局虚拟

景观的全局虚拟表达是指在整个景观设计中，把所有事物都当做一个虚拟体，现实中的环境也是虚拟的，不考虑景观是否放在现实中的环境欠当，也不考虑这个景观设计是否能建设成功。只把景观设计师的设计方案用三维图形在计算机上虚拟表达出来，随意表达任何设计构想，只要是计算机能表达出来的，设计师可以无拘束的随意构造整个设计方案，就像一个虚拟的球存在虚拟空间间，能随着设计师的思维来发生变化，随意捏造，就能让一个虚拟普通球体变成千变万化的形状，不停的变化，直到达到设计师所预知的效果。这样的设计模式能够提高景观设计师的设计修养和设计思维，让自己的想象力得到不断的提高，比用手绘的效果来得更快，也能在虚拟空间中全方位的看清楚整个设计的造型，虚拟后的形体让设计师感受到与真实建成后的相比较，能更设计更加具有现实完整感和体验性。

（四）局部虚拟

景观的局部虚拟表达是指在整个景观设计中，把主体虚拟化，或者把景观中的某一个部分虚拟化，也可以把某个细节进行虚拟，但虚拟的整体必须在真实的环境中。与全局虚拟不同的是，尽管需要表达与自然的和谐统一，是景观来适应环境，而不是环境来适应景观，这就需要设计师的目的定在生态自然中，而不是一味的追求景观的完美和独特，把虚拟的的景观放入真实的环境中，是景观设计的真正内涵所在，也是设计师体现“天人合一”思想的延续，设计的意义才不算消失，人才是景观设计重要的部分，为人而服务。景观中的局部虚拟也景观设计中一种突出重点的表现，能让虚拟的主体更具设计内涵，也更加能满足虚拟后的再现反映。

四、现代景观设计与虚拟现实技术的发展趋势和意义

虚拟现实技术（Virtual Reality)的不断发展和电脑的不断更新，为以后的虚拟现实的时代到来奠定了基础，为人类各个领域的发展都提供了无穷的发展空间与潜力。现代景观设计也伴随的虚拟技术的发展而更加具有超越性，能够在通过计算机把整个景观设计的流程都在虚拟空间中体现，并且这种虚拟的真实性更加逼真，与人的交流更加密切，景观设计是为人而服务的，虚拟现实中的表现也更是为人的，我相信以后的在以后景观设计与虚拟现实的关系会更加密切，为景观设计提供更大的发展空间，在虚拟中实现景观再现，为设计师的设计思维而操纵，为更好的景观设计方案而创造。

参考文献：

[1]胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京邮电大学出版社，2009.

虚拟技术的发展现状篇（5）

一、网络虚拟实验系统的研究现状

网络虚拟实验室概念的提出至今仅为十余年的时间，但因其诱人的应用前景，各国均在大力开发，已经取得了一些进展。

（一）国外研究现状。目前，网络虚拟实验系统在发达国家已十分普及，下面列举几个有代表性的成果：1.2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java 技术的虚拟物理实验室项目。学生通过调节实验参数来观察各种实验现象和实验结果，该实验室的实验程序基于Java Applet 技术实现实验界面与仿真算法，将其嵌入到网页中，客户端只需一个集成Java 虚拟机的浏览器即可运行仿真。2.新加坡国立大学在远程控制实验方面取得很大的成果。其电子工程系开发的用于工程教育的虚拟实验室，目前已经包含了2D和3D示波镜实验、带耦合的水槽设备控制实验等六个实验。使用者通过网络操作真实的实验设备，可以应用多种控制方法来完成实验。这类实验具有视频与音频反馈，通过视频会话系统，使用者可以一边调整实验界面的实验参数，一边观看远程设备运行后的实验结果。

（二）国内研究现状。我国的网络虚拟实验系统的研究起步较晚，但是发展速度较快。根据目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看，国内部分大学已陆续建立了网络虚拟实验系统。华中科技大学《液压与气压传动》远程教育小组开发了液压回路性能和液压元件装拆虚拟实验。液压元件装拆实验基于三维环境运行，能使学生在虚拟现实环境中，仔细观摩各零件的结构特征，明确各零件的相互装配关系并可以亲自动手进行元件的装配和拆卸。液压回路性能测试实验运用JAVA 技术进行开发，学生可以在实验界面输入不同的实验参数，点击实验控制按钮，观察回路表示的对应的变化和实验结果曲线图。

二、目前研究的不足

（一）关注程度不够。网络虚拟实验系统以其强大的教育优势成为国内外研究的热点，但是国内在这方面的研究与国外相比还比较落后，尤其是在教育技术领域未给予一定的关注。我们从中国期刊网用虚拟实验作为主题进行搜索，在《电化教育研究》上找到4篇文章，《中国远程教育》18篇，《中国电化教育》7篇。

（二）系统构建方式单一。目前国内网络虚拟实验系统构建技术方面研究文献的内容主要集中在Java、VRML、Flash、LabVIEW 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，对多种技术混合开发、各技术之间的交互设计、网络虚拟实验系统的体系结构的研究不多。

（三）系统应用研究不多。目前网络虚拟实验系统的研究内容主要集中在理论探讨、系统的设计与开发、虚拟实验网络教学平台的开发，对网络虚拟实验系统应用于教学的模式与效果分析、网络虚拟实验系统开发评价等方面的研究不多，尤其是关于学生对网络虚拟实验系统学习体验的调查和从学生视角对使用网络虚拟实验系统进行网上实验学习进行评价的研究很少。

（一）基于3D的纯软件方式开发的网络虚拟实验系统将成为主流。从国内外已有的网络虚拟实验系统的现状和应用来看，纯软件方式开发的网络虚拟实验系统是实际物理设备及实验过程的软件仿真，其具有构建费用低、使用方便等特点，在教学和科研中有广泛的三、网络虚拟实验系统发展趋势

应用。基于3D的网络虚拟实验系统能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，丰富了媒体表现形式，其以现实感强等优势成为国内外研究的热点，在教育领域内有着极其巨大的应用前景。

（二）实现技术上必将形成多种技术相融合，优势互补的局面。网络虚拟实验系统的构建上应该研究如何用技术实现教育的功能，使网络虚拟实验系统达到与真实实验相近和等同的效果。在设计与开发方面，体现在如何对实验元件、实验环境和实验现象进行模拟，如何处理好虚拟环境与用户之间的交互，如何实现多用户的并发协同操作等方面。使用某个单一技术构建网络虚拟实验系统，在某些方面有优势，在另一方面必然存在不足。因此，一个优秀的网络虚拟实验系统不可能只通过单一的技术来实现。将多个技术相融合开发，优势互补，对构建一个好的网络虚拟实验系统显得十分重要。

（三）增加协作性。科学实验常常是一种协作性的活动，与同伴合作是实验过程中一个至关重要的环节，因此，多用户协同虚拟实验将成为网络虚拟实验发展的一个重要方向。

四、结束语

本文就当前国内外网络虚拟实验系统的现状，分析了当前研究的不足，进而预测出下一步网络虚拟实验系统的发展趋势。我相信，随着计算机技术、网络技术、多媒体技术、人工智能技术、神经网络以及教育学、心理学等多学科综合发展，以及网络带宽的提高，网络虚拟实验系统的建设将取得更大的进展，远程教学将有更加美好的明天。

参考文献：

虚拟技术的发展现状篇（6）

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 23-0000-01

Computer Network Virtual Experiment System Status and Development

Wu Jian

(Jiangxi Industrial Vocational Technical College,Nanchang 330039,China)

Abstract:Computer technology,network technology and simulation technology to build virtual experimental system provides the possibility.Describes the virtual experiment system research situation,the lack of analysis of the current study proposed the development trend of virtual experimental system.

Keywords:Virtual experiments;Status;Shortage;Development

一、网络虚拟实验系统的研究现状

（一）国外研究现状。目前，网络虚拟实验系统在发达国家已十分普及，下面列举几个有代表性的成果：（1）2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java技术的虚拟物理实验室项目。学生通过调节实验参数来观察各种实验现象和实验结果，该实验室的实验程序基于Java Applet技术实现实验界面与仿真算法，将其嵌入到网页中，客户端只需一个集成Java虚拟机的浏览器即可运行仿真。（2）新加坡国立大学在远程控制实验方面取得很大的成果。其电子工程系开发的用于工程教育的虚拟实验室，目前已经包含了2D和3D示波镜实验、带耦合的水槽设备控制实验等六个实验。使用者通过网络操作真实的实验设备，可以应用多种控制方法来完成实验。这类实验具有视频与音频反馈，通过视频会话系统，使用者可以一边调整实验界面的实验参数，一边观看远程设备运行后的实验结果。由于是远程控制真实实验仪器，所以一次只能允许一个使用者操作实验，但可以允许多个其他使用者耳闻目睹远程实验的运行过程。这种远程控制实验不但有效地利用了有限地实验室资源，而且实验效果良好，是目前网络虚拟实验室研究和开发的一个重要方向。

（二）国内研究现状。我国的网络虚拟实验系统的研究起步较晚，但是发展速度较快。根据目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看，国内部分大学已陆续建立了网络虚拟实验系统。华中科技大学《液压与气压传动》远程教育小组开发了液压回路性能和液压元件装拆虚拟实验。液压元件装拆实验基于三维环境运行，能使学生在虚拟现实环境中，仔细观摩各零件的结构特征，明确各零件的相互装配关系并可以亲自动手进行元件的装配和拆卸。液压回路性能测试实验运用JAVA技术进行开发，学生可以在实验界面输入不同的实验参数，点击实验控制按钮，观察回路表示的对应的变化和实验结果曲线图。

二、目前研究的不足

（一）关注程度不够。网络虚拟实验系统以其强大的教育优势成为国内外研究的热点，但是国内在这方面的研究与国外相比还比较落后，尤其是在教育技术领域未给予一定的关注。我们从中国期刊网用虚拟实验作为主题进行搜索，在《电化教育研究》上找到4篇文章，《中国远程教育》18篇，《中国电化教育》7篇。

（二）系统构建方式单一。目前国内网络虚拟实验系统构建技术方面研究文献的内容主要集中在Java、VRML、Flash、LabVIEW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，对多种技术混合开发、各技术之间的交互设计、网络虚拟实验系统的体系结构的研究不多。

（三）系统应用研究不多。目前网络虚拟实验系统的研究内容主要集中在理论探讨、系统的设计与开发、虚拟实验网络教学平台的开发，对网络虚拟实验系统应用于教学的模式与效果分析、网络虚拟实验系统开发评价等方面的研究不多，尤其是关于学生对网络虚拟实验系统学习体验的调查和从学生视角对使用网络虚拟实验系统进行网上实验学习进行评价的研究很少。

三、网络虚拟实验系统发展趋势

（一）基于3D的纯软件方式开发的网络虚拟实验系统将成为主流。从国内外已有的网络虚拟实验系统的现状和应用来看，纯软件方式开发的网络虚拟实验系统是实际物理设备及实验过程的软件仿真，其具有构建费用低、使用方便等特点，在教学和科研中有广泛的应用。基于3D的网络虚拟实验系统能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，丰富了媒体表现形式，其以现实感强等优势成为国内外研究的热点，在教育领域内有着极其巨大的应用前景。

（二）实现技术上必将形成多种技术相融合，优势互补的局面。网络虚拟实验系统的构建上应该研究如何用技术实现教育的功能，使网络虚拟实验系统达到与真实实验相近和等同的效果。在设计与开发方面，体现在如何对实验元件、实验环境和实验现象进行模拟，如何处理好虚拟环境与用户之间的交互，如何实现多用户的并发协同操作等方面。使用某个单一技术构建网络虚拟实验系统，在某些方面有优势，在另一方面必然存在不足。因此，一个优秀的网络虚拟实验系统不可能只通过单一的技术来实现。将多个技术相融合开发，优势互补，对构建一个好的网络虚拟实验系统显得十分重要。

（三）增加协作性。科学实验常常是一种协作性的活动，与同伴合作是实验过程中一个至关重要的环节，因此，多用户协同虚拟实验将成为网络虚拟实验发展的一个重要方向。

四、结束语

本文就当前国内外网络虚拟实验系统的现状，分析了当前研究的不足，进而预测出下一步网络虚拟实验系统的发展趋势。我相信，随着计算机技术、网络技术、多媒体技术、人工智能技术、神经网络以及教育学、心理学等多学科综合发展，以及网络带宽的提高，网络虚拟实验系统的建设将取得更大的进展，远程教学将有更加美好的明天。

参考文献：

[1]郝宁,余雪丽.分布式虚拟实验系统实现技术的研究[J].太原理工大学学报,2003

虚拟技术的发展现状篇（7）

③资料来源：；杜江，杜伟庭.“VR+新闻”：虚拟现实报道的尝试，[J]青年记者，2016.

参考文献

[1]杜江，杜伟庭.VR+新闻：虚拟现实报道的尝试[J].青年记者，2016.

[2]董丹丹，生奇志.《纽约时报》尝试虚拟现实（VR）移动传播模式[J].记者摇篮，2016.

[3]邓建国.时空征服和感知重组[J].新闻记者，2016（5）：45-52.

[4]汪鑫.\析虚拟现实新闻的前景与困境[J].西部广播电视，2016（7）.

[5]袁素文.虚拟现实：传统文本报道的叙事延伸[J].现代视听，2015.

[6]朱颖，陈靖.浅议虚拟现实新闻的应用实践及发展趋势[J].东南传播，2016（6）.

[7]李晓芳.虚拟现实技术背景下沉浸式新闻的应用[J].声屏世界，2016（7）.

虚拟技术的发展现状篇（8）

一、技术背景以及虚拟现实技术简介

虚拟现实技术（简称VR），亦称灵境技术。近年，虚拟现实技术的在重多领域的研究热度都是与日俱增。进军产业领域的创业团队也如雨后春笋般大量涌现。工信部2016年的《虚拟现实产业白皮书》显示，2015年中国虚拟现实行业市场规模达到15.4亿元，2016年预计达56.6亿元，2020年预计超过500亿元。由此可见虚拟现实技术的发展无比迅猛。此项技术是以多感知性、浸没感、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它是一种通过计算机编码生成的模拟环境，可借助专业的感知设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的真实感受。作为仿真技术的一个重要研究方向，在研发速度和应用前景上都具有非常大潜在价值。

二、虚拟现实技术在民族区域教育中应用的必然性

对比与国外虚拟现实技术的发展，我国的技术水平还有待提高，在教育领域的应用也是有所差距。但是国家已经重视了VR技术的研究。九五计划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。VR技术在教育领域也取得一些突破。例如：清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；天津大学、燕山大学在网上了以介绍校园风光为主的虚拟校园系统，在导航机器人的帮助下，浏览者可通过鼠标等交互设备浏览校园内的建筑和风景，从而了解校园的概貌；此项技术将教学与生活巧妙地联系在一起，不仅为学生的校园生活增添了很多乐趣，而且丰富了教学模式。由此可以预言，虚拟现实技术将广泛的应用于中国教育中。

然而纵观民族地区的整体教育水平，其教育质量有逐年下降的趋势。首先在教学手段方法趋于单一，其次教学内容也枯燥无味，教学设施陈旧、很多年未曾更新过等等都成为了阻碍民族教育发展的一系列问题。

鉴于这一现状不能在短期内改变，虚拟现实技术的应用也还未完全普及。国家在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》正式和首次全国教育信息化工作会议召开后，树立了教育信息化工作坚持促进信息技术与教育教学深度融合的核心理念。“十三五”期间，要以中央“四个全面”战略布局统揽全局，以“构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系为方针。各省级教育行政部门在统筹推进的基础上，要着力加强对本地落后地区教学点的支持力度。由此可见政府对于民族地区教育的重视程度，并且虚拟现实在教育中的实施将对于民族教育的多样化产生深远的影响。虚拟现实技术在民族区域的应用已然势在必行。

三、虚拟现实技术在民族区域教育应用中存在的问题与现状

虚拟现实技术应用于教育中是技术发展过程中一个里程碑式的跨越。然而，对于民族地区来说，经济落后、教育发展不平衡、新技术更新缓慢等问题对于引进虚拟现实技术来说是一个不小的阻力。不仅如此，VR技术在应用过程中也遇到了以下几点问题。

1、技术短板

由于虚拟现实技术还未趋于成熟，造成了设备价格昂贵，局限性大等缺点。市场上主流的厂商，如OculusVR、三星GearVR、GoogleCardboard，以及HTCVive等。但是无一例外，全都面临着技术难题：（1）分辨率不够高，用户体验感较为粗糙，一定程度的影响沉浸式体验，对于产品前景也有不利影响。（2）网络连接方式的局限性，OculusVR和HTCVive等需要通过连接电脑端HDMI接口来连接网络。作为后起之秀的三星GearVR设备随便不存在这样的问题，但需要与之匹配的三星设备才能连接网络。（3）健康问题。虚拟现实技术是由计算机创造的数字世界，因此长期使用会产生一些身体的不适，如晕动症、疲劳和恶心等。

2、教育资源设计和开发技术门槛高

由于学科教师无法开发设计虚拟现实的课件，并且企业的设计和开发人员又对教育内容和教学方法又知之甚少。这样容易出现教学内容的主观性和片面性，从而无法满足实际的教育要求。而要使开发内容客观可信则需要学科教师同专业团队相配合，这样来讲教育资源设计方面便异常困难。并且此项技术与教学内容的技术相结合理论上需要耗费巨大的时间和精力，很难做到全面覆盖。在我国，大多数的高校远程教育中，仅仅推出了基于www方式的课件教学的服务。这些课件的实时远程教育方式还有待发展，这种方式目前缺乏很好的交互性。因此降低虚拟现实技术的开发和设计难度以方便教师的使用，成为了接下来的研究重点

3、虚拟现实技术对教师提出更高的要求

虚拟现实技术应用与民族区域教育中。大大简化的传统教育模式的繁琐步骤。但是，这对于教师的能力产生的挑战，因此教师只有不断的提高自己的能力，才能在教育中继续发挥主导作用。对于教师来讲，虚拟现实技术是一把双刃剑，有利的是它可以让学生更加独立自主的完成学习进程，也能够给教师更大的发展空间，而弊端也恰恰是它需要教师衡量好自己在利用这项技术时发挥的作用，掌握好教学尺度。因此教师应该不断的充实自己，提高技能，以m应教育现代化、民族化的需要。

4、虚拟现实技术受众群体不足

相比较于国外的迅猛发展，我国的VR研究起步较晚，错过了飞速发展的黄金时间，造成了虚拟现实难以及时推广和普及的问题。尤其对于这项技术，很多人处于一知半解的状态，还有很多人根本没有听说过。所以想把这项技术推广到民族区域教育方面可能会受到很大阻碍，因为群众对于新鲜事物的接受能力不强，尤其是这种从传统思维方面很难接受的新兴技术。可见亟需提高国民的意识形态和对于虚拟现实技术的认识，扭转国民对于这项技术的偏见。虚拟现实技术的群众基础比较薄弱，将成为其进军民族区域特色教育的一大重要问题。

四、前景与展望

由于虚拟现实技术强大的模拟功能，对于提升技术水准，改善教育环境，培养新型创新人才有着深远的意义。尤其对于民族特色教育来说，虚拟现实教育可以通过更加立体，更加生动的手段将传统教学方式变得更加容易使少数民族学生接受。这对于少数民族教育方面可谓是一个质的飞跃，可以从根本上解决老师和学生之间有时存在的语言不通等的难题。尽管当前虚拟现实技术还有待完善。设备的更新换代价格也比较昂贵，少数民族地区无法普及。但是随着科技的进步，技术完善，以及国家的高度支持，虚拟现实技术在民族区域的教育中充分发挥出其优势和潜力。将会在教育历史中留下浓墨重彩的一笔。

【参考文献】

[1] 陈浩磊，邹湘军.虚拟现实技术的最新发展与展望.中国科技论文在线，2011.1.1-5.14.

虚拟技术的发展现状篇（9）

引言

沉浸式传播是该技术表现出的基本特征，该技术的艺术设计主要是指设计人员进行相应的技术作品创造，为体验者塑造全新的世界。其不仅是指对真实环境的改变，其也涉及到虚拟世界中的历史、法则、物种甚至时间的重新规划与改变。但要实现这一点，脱离不开媒介的输入与输出的支持，相关媒介正是实现虚拟与现实世界连接的重要桥梁。而根据体验者在虚拟世界中的沉浸程度的区别，其对于相关媒介的认知程度也会出现差异，即当体验者的沉浸程度较高，则会出现忽略媒介存在的情况发生。

一、虚拟现实技术中的沉浸内容

（一）生理沉浸

体验者在虚拟现实技术下完成的影片观看过程中，虽然心理上了解该影片的内容并不真实，但是依旧在生理条件下做出惊慌、害怕甚至闪躲的状态。该技术主要是实现了对真实空间的高强度压缩，让体验者从真实的环境中走向虚拟环境中的感受。而随着技术应用媒介的逐渐升级，体验者的沉浸感受也被不断强化，例如现代电影中的2D、3D、4D等不同的分类就是指观影沉浸感的不同，而这类沉浸感受被统称为生理沉浸。生理沉浸主要是指运用虚拟现实技术就体验者的感官能力进行扩大与延伸，并随着程度加深而实现媒介忽略，尽可能地降低对真实世界的感受。

（二）心理沉浸

心理沉浸较之生理沉浸更早地实现了发展，其主要是指在不具备高效率媒介的情况下，通过优秀的故事作为载体来应当体验者进行故事想象，从而实现体验者的沉浸感受，例如戏剧作品的演绎等。心理沉浸的实现属于体验者在认知层面上的沉浸。要实现高水平的心理沉浸，一定不能脱离优秀的内容作为支撑。但是运用媒介来强化生理沉浸也能实现体验者心理沉浸状态的提升。但是，虚拟现实技术本身是不能直接就体验者的心理沉浸进行塑造的，其主要是承担了实现媒介的作用，是心理沉浸实现的重要辅助手段。总体而言，虚拟现实技术中的沉浸内容主要可通过进行表现。

二、该技术的生理沉浸式传播技术的应用分析

（一）静止状态下的输出技术应用

该技术在视觉效果方面的表达时，主要是通过进行分别两台摄影机的架设来实现。其主要是模拟人眼的左右视觉进行相应的画面拍摄，最后将相关的画面赋予人眼，以此来实现在视觉感知方面保证体验者的沉浸实现。例如HTCVive头盔就是在该技术下实现的。而该技术在听觉塑造方面，主要是对人耳听声进行模拟，即人耳主要是通过声音到达的时间差异来进行声音的方位以及声音的距离判断。而该技术设计中主要是控制声音在左右耳机中的发出时间差来进行模仿，保证体验者在获取声音时保证声音的三维特征体现，当前的部门电子游戏已经实现了该技术的运用。正是通过对视觉与听觉的模拟实现，体验者能在这过程中实现生理沉浸，但这并不是该技术的全部应用表现，其还包含了在该技术支持下实现的触觉模拟。这主要通过具有数据输出能力的手套或者服装等来实现，Skinterface设备就是通过对体验者的触感能力进行模拟而实现的对虚拟世界中物体的触感感受。该技术的应用对于提高体验者的生理沉浸感受意义重大，但该技术在当前依旧处于研发阶段。此外，设计工作者也可通过加入满足视觉心理的相关刺激物信息来实现生理沉浸。即设计者在进行虚拟环境塑造时，至少应当创设一个满足体验者心理需求的刺激物，同时用该刺激物信息作为视觉信息平台建立的核心，实现体验过程中对体验者注意力的吸引，也有利于设计者的思想与信息在视觉交的前提下向用户进行传递。

（二）运动状态下的输出技术应用

运动状态下的输出技术应用主要是指体验者在运动状态下实现对虚拟世界的感知，但是其与静止状态下的感知存在差异，其建立在由生活经验而形成的心理预期基础上。该技术的应用在当前已经实现了较大突破，例如HTCVive头盔在应用中就能有效地实现现实与虚拟世界的行走同步，并完全满足了心理预期层面上的身高与步长。这样能有效地使体验者在运动状态之中实现最大程度地沉浸体验，其也实现了空间约束的有效突破。而针对运动状态中的身体交互等复杂运动，该技术的应用主要是通过抽象按钮的触发来实现的。例如在该技术支持下实现的格斗游戏就是通过按键的方式来模拟相关的角色运动，而这过程中势必会存在与现实操作的差异，当前的技术优化发展就应当致力于将这种差异情况进行缩小。

三、实现该技术的艺术设计水平优化的相关策略

（一）注重虚拟视点设计的合理性

在现实世界中，视点即人眼的位置，而在虚拟世界中，视点则主要是指体验者的观察点，即为虚拟视点。例如，在就Unity游戏进行制作时，设计者在虚拟场景中会进行摄像机的安放，而这个摄像机就是主要的观察点，而该摄像机主要承担着将虚拟场景向体验者进行传递的作用。而由于体验者本身具有的生活体验会根据其所处的位置以及姿势来进行视点的判断，只有将虚拟视点与体验者的经验视点进行重合，才能进一步提高真实感。但是在虚拟技术应用时，设计者也可根据实际需求与想法进行全新的视点创造，比如模拟动物、昆虫的视点进行视点设计，而这些独特视点的创造能进一步吸引体验者的参与。体验者在利用相关的虚拟设备进行体验时能获得最大程度的视觉沉浸，但要想获得预期视觉信号的接受就离不开真实环境中的体验者的位置与姿势。例如，体验者在真实环境中的姿势为垂直站立，则体验者的预期视觉为眼睛到地面的距离为自己的身高。所以，设计者如果不能就虚拟视点进行合理的设计，导致视觉信号不能与体验者的预期视觉相匹配，则其将造成体验者的实际沉浸感受受到影响。例如，设计者在模拟昆虫视点进行设计时，应当从昆虫接近地面的视点进行考虑，这就造成与体验者的真实感受存在的矛盾，这就需要设计者在虚拟体验的过程中能够使体验者的身体穿透虚拟世界的地面。同时，为保证体验者的真实感进一步提升，设计者还应当根据不同的视点特征进行专门化的体验者动作或体验平台的设计，让体验者从生理感受的角度对相关视点进行接收。例如当体验者以鱼的视觉进行体验时，可将体验平台设计为符合人体曲线的平图2台，让体验者以伏地的姿态参与到视觉体验之中。以（图2）为错误的虚拟视点的设计。

（二）加强身体惯性与运动的匹配设计

身体的惯性主要是由人体的前庭系统与视觉系统的刺激来共同完成的，其都会通过各自系统进行运动状态辨别，并将相应的运动状态信息传递到大脑。当两者信息一致时，人体则会出现正常的运动体验。但是当两种信息存在差别，则会导致人体出现眩晕感，常见的晕车现象就是这两种信息体现的矛盾。而虚拟与现实世界中的运动状态不一致主要是指现实运动而虚拟静止或者现实静止而虚拟运动，在当前的艺术设计中大多数都会存在第二种情况的问题。但是在现实世界中进行相应的动力设备的搭建就可避免这种矛盾的出现，实现身体惯性与虚拟运动的相互匹配。例如，Mmone虚拟现实座椅就在设计中实现了身体惯性与运动的匹配。当体验者参与到游戏中时，座椅能根据虚拟世界中的运动状态进行自动的调整与运动，根据体验者的视觉系统进行相匹配的身体惯性提供，在避免晕眩状态的同时提高体验者的真实感受。

（三）保证虚拟与现实世界中的动作一致

在当前，虚拟与现实世界的动作并不能很好地实现统一，这主要是由于输入与输出媒介的实际工作效率存在差异，导致体验者的动作节奏难以实现匹配。而传统的触屏、鼠标等输入媒介的运用就能为实现运动节奏匹配提供帮助。设计者应当尽可能地保证运动状态的一致性，例如在进行虚拟的射击游戏设计时，体验者在真实的环境中进行扳机扣动应当同时更新到虚拟角色的动作中，这就是从实现虚拟与现实世界中的设备控件一致的方式实现的。而在当前的许多游戏主机设置中也都很好地实现了体验者与虚拟角色的良好交互，例如，Wii主机中存在的手柄具有较高的空间位置感知能力，在利用该主机完成高尔夫游戏时能通过动作与角色进行高度统一的运动。其主要是通过短暂精确的手柄振动来进行动作传递的，实现体验者与虚拟角色运动之间的高度统一。

结语

虚拟现实技术在当前已经实现了较大的发展突破，其所表达的沉浸式传播的特征主要表现在生理沉浸方面，该沉浸传播的功能实现，脱离不开准确的动作捕捉的输入以及人体感官技术的支撑。要实现该技术的艺术设计工作的突破，相关设计工作者应当就该技术中涉及的沉浸式方式进行分析，并加强对该技术的生理沉浸技术的研究，此外还要在这基础上积极实现艺术设计水平提升。只有这样，才能促进我国虚拟现实技术应用水平的发展。

参考文献

[1]杭云，苏宝华.虚拟现实与沉浸式传播的形成[J].现代传播(中国传媒大学学报)，2007（06）:21-24

[2]方楠.VR视频“沉浸式传播”的视觉体验与文化隐喻[J].传媒，2016（10）:75-77

[3]黄心渊，陈柏君.基于沉浸式传播的虚拟现实艺术设计策略[J].现代传播(中国传媒大学学报)，2017（01）:85-89

虚拟技术的发展现状篇（10）

目前，随着虚拟现实技术的不断发展和完善，已经被应用到生产生活的各个领域当中，其中在教育教学方面，主要包括例如军事院校的教学演练、医学院校的模拟实训、体育院校的虚拟训练、工科院校的自动化机床操作、高职院校的模拟汽车驾驶、飞行驾驶等各个学科的教学当中。

1 虚拟现实技术简述

虚拟现实技术，又称灵境技术，是当今迅猛发展的一项综合性的交叉学科，自20世纪90年代以后兴起这种信息技术之后，许多学者用户便倍加关注与重视，虚拟现实技术主要是指综合的利用计算机的图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术以及多传感器技术等相结合，来模拟人们的视觉、听觉、触觉等感官的功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

简单而言，虚拟现实技术就是一种先进的计算机用户的接口，将人们的视觉、听觉、触觉很好的自然的来进行交互，方便用户的操作，减轻用户的负担，从而，提高整个环节的效率。因此，虚拟现实技术主要具备四个方面的特征：多感知性、临场感、交互性以及自主性。

2 虚拟现实技术在国内外教育教学中应用现状

2.1 国外虚拟现实技术在教育教学中的应用现状

美国作为虚拟现实技术的国际顶尖者，拥有着许多的这种研究机构。甚至早在1992年，美国便确认了虚拟现实技术会适用于教育教学领域，将现有的软硬件设备的教学效果与虚拟现实技术的教学效果将比较，说明虚拟现实技术在教育教学中具有很强的实用价值。

同时，英国的很多院校相当的重视虚拟现实技术在教学方面的应用，对该项技术进行研究与开发，并且处于遥遥领先的地位。其中著名的诺丁汉大学对虚拟现实技术项目的研究对于在教育教学上有着相当有益的作用，不断的探索出桌面虚拟现实技术的输入输出设备等都都做出了巨大的贡献。

2.2 国内虚拟现实技术在教育教学中的应用现状

我国的许多高校也在虚拟现实技术刚刚出现不久，便开始关注该领域，先后的进行课题的研究和学术的探讨，比如北京航空航天大学进行的分布式飞行模拟的实验、浙江大学进行的建筑方面的虚拟规划的应用、哈尔滨工业大学所进行的人机交互方面的演示都取得了较好的成效，还有许多的高校也都进行了不同学科的试验，取得一定的成果。

3 虚拟现实技术在教育教学中的应用

3.1 在理论课堂教学中的应用

传统的教学模式是教师的讲与学生的听，现在的许多教学模式已经改变到了普遍的进行多媒体教学的操作，而将虚拟现实技术运用到教学的课堂当中，比如当向学生展示某一概念或展示某一虚幻的场景或环境时，便可以应用这种智能的虚拟现实技术来进行教学，制作和操作上都简单实用，这样，便能很好的来弥补传统课堂单一的不足，使学生更加直观的了解所学的内容。

3.2 在专业技能课程中的应用

在我国的众多高校中，更注重的是学生的专业技能操作，在这个过程中，可以充分的体现虚拟现实技术的临场感，学生可以在这个虚拟场景中扮演不同的角色，来进行和现实社会相同的操作，比如模拟汽车驾驶和飞行驾驶、模拟果树栽培的技能、模拟体育某项运动的练习、，模拟电器维修等各种职业技能的演习。通过搭建这样的仿真场景，让学生真正的参与其中，反复的练习操作，可以有助于学生掌握职业技能。

3.3 在实验实训课堂中的应用

将虚拟现实技术作为辅助实验实训课程的教学工具，可以调动课堂的学习气氛，比如说：虚拟现实技术可以虚拟历史上的著名人物，给学生一种穿越的感觉；又比如学生可以虚拟为老师，老师虚拟为学生，这样师生身份互换，大家可以一起畅所欲言，互相交流讨论；再比如英语课堂上可以虚拟英语的情景和环境，将虚拟人物进行导入，与不同情景的人物进行交流等。对于有些实验课程，有些耗时耗力的实验，导致很久才会检验出实验结果，这时就可以利用虚拟现实技术，根据实验所需进行配置，非常便捷，又可重复使用。

3.4 在远程教育系统中的应用

目前互联网的发展尤为迅速，使得以互联网为基础的远程教育系统具有巨大的发展前景，远程教育突破了时间空间的限制，可以虚拟教师、实验设备等，虚拟现实技术不单可以向互联网上的学生提供身临其境的生活中随处可见的情境，还可以重现曾经发生的某个场景或环境，让学生对内容进行唤醒，目前，有些远程教育的学院已经开始利用虚拟现实技术来进行网上教学，这要求投入大量的人力及物力，势必会取得较大的成果。

3.5 在特殊教育教学中的应用

特殊教育是我们全社会所关注的，将虚拟现实技术引入到特殊教育的教学当中，利用于东跟踪器，可以采用基于运动跟踪的方式来获取手语三维运动的数据，通过获得到的准确数据，来进行特殊教育的教学，目前，已经由中国科学院开发法了集语音、情感、体势为一体的中国手语合成系统，这一系统对于听觉障碍的人们来使用电视、电话、网络等媒体有很大的帮助，会为他们的生活带来许多的便利。同时，借助标准化的手语，也可以提高教育者的整体标准，改善这群受特殊教育人群的生活环境，使他们更加强烈的感受到社会的存在感。

4 结束语

总之，虚拟现实技术已经被越来越多的教育从业者所重视，虚拟现实技术在教育教学中有着相当广阔的发展前景和深刻的现实意义。虚拟现实技术在教育教学上能够为全体的师生提供较为逼真生动的模拟环境，同时，又可以师生共同参与，分角色扮演，大大的不同于传统的教育模式，来突破传统教育教学的缺陷，能够很好的培养学生的各项技能，在信息化教育的大趋势下，将虚拟现实技术在教育教学中不断的开展推进一定会促进我们教育教学的良好发展。

参考文献

[1]张亚威， 王中帅.浅谈虚拟现实技术无线[J].互联科技，2014（07）.

[2]李建荣，孔素真.虚拟现实技术在教育中的应用[J].研究实验室科学，2014（03）.

虚拟技术的发展现状篇（11）

经济全球化趋势的发展，使得世界上各个国家和地区在政治、经济、文化等方面的交流和交往更加密切和频繁，为彼此间的发展带来了更多的机遇，但是激烈的市场竞争也同时使得企业面临更多的困难和挑战。为此，在新的时代和社会背景下，设计企业必须要充分利用科学技术的优势，将虚拟现实技术应用到环境艺术设计工作中去，提高设计的质量和效率，从而增强市场竞争力，促进企业的健康长远发展。

一?对虚拟现实技术的基本认识

1. 虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术又被称作灵境技术，它主要利用多媒体技术、计算机网络技术、计算机图形技术、仿真技术、人工智能技术、以及多传感技术等多种技术手段，生成逼真的三维虚拟环境，并通过一定的交互设备进入其中。总的来说，它是一门综合性的新型信息技术，创建了一种多维信息空间，具有较为广阔的发展和应用前景。

2. 虚拟现实技术的特征

1）多感知性

多感知性指的是除了视觉感知之外，同时还具有听觉感知、触觉感知、力觉感知，甚至是嗅觉感知、以及味觉感知等功能，理想状态下的虚拟感知技术应当具备人所具有的一切感知功能。但是受科技水平的限制，当前的虚拟现实技术还不能达到这种水平。

2）交互性

交互性指的是人可以对于模拟环境内的物体进行操作，并能够从中得到反馈。例如，可以用手去抓取虚拟物体，这时可以实际感知物体重量，并且所抓的物体能够随着受的移动而相应移动。

3）构想性

构想性也可以被称作自主性，它要求虚拟现实技术应当具备丰富的可想象空间，能够拓宽人的知识范围和视野，而不是仅仅限制于再现实际存在的环境和物体，它应当能够构想客观不存在或者是不可能真实发生的环境。

4）浸入性

浸入性也可以成为临场性或者存在性，它指的是人作为主角所能感受到的模拟环境的真实程度。理想的模拟环境应当达到使人难辨真假的程度，如同在真实的环境中是一样的。

3. 虚拟现实技术中的关键技术

1）环境建模技术

环境建模技术主要是通过获取真实三维环境中的三维数据，并根据实际应用的需要，来建立相应的虚拟环境模型，从而为实际工作提供科学有效的参考和依据，提高工作质量和效率。

2）触觉反馈技术

触觉反馈技术是利用高科技手段，在虚拟现实系统中让人直接操作所生成的虚拟物体，来感觉虚拟物体所产生的反作用力，从而达到身临其境的效果，更加精确地反映出实际状况。

3）系统集成技术

在虚拟现实系统中，包含有大量的感知模型和感知信息，因此系统集成技术就显得至关重要。一般，信息集成技术又包括模型标定技术、信息同步技术、数据转换技术、以及合成技术等。

二?虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用

1. 弥补了环境艺术设计中的不足

环境艺术设计过程中，往往由于经费、场地、设备等方面的限制，使一些设计工作无法顺利进行，造成环境设计的实际效果不能得到保证。而虚拟现实技术的应用恰好弥补了这一缺陷，设计人员可以足不出户，仅仅依靠电脑来完成具体场景的展现，不仅减少了成本支出，同时也丰富感了性认识，进而加深对环境艺术设计内容的理解和掌握。

2. 避免了实际操作带来的潜在威胁

在环境艺术设计中，一些设计工作会存在潜在的危险，以往一般是通过电视录像来替代实际操作，这样虽然避免了对人身造成的伤害，但是也使得设计人员无法获得感性认识。而虚拟现实技术的应用，可以使设计师在虚拟的实验环境中，随心所欲地进行各项操作和实验，例如房屋建筑实验，能够消除实际房屋建造中的安全隐患；室内室外装修可以避免考虑不周全造成的材料浪费。

3. 打破了时间和空间的限制

在环境艺术设计中，不管是宇宙天体，还是原子粒子，设计人员都可以利用虚拟现实技术进入到物体内部进行全面细致的研究和分析，考察各个环节的工作状况以及各环节之间的联系，进而了解整个建筑功能的使用效果，以便及时发现设计中存在的问题，积极采取有效措施加以改进和解决。同时，虚拟现实技术使得需要经过几年、十几年、甚至几十年才能观察到的变化能够在短时间内呈现，可以有效提高环境艺术设计的质量。

4. 虚拟现实技术提高了项目成本预算的精确度

在环境艺术设计中，设计人员需要对设计方案进行成本预算，但是由于项目成本的影响因素较多，仅仅依靠设计方案无法准确地预算处实际所需的成本，从而对后期的工作造成不利影响。而虚拟现实技术在项目成本预算中具有明显的优势，它能够虚拟大型城市规划、室内外装修、以及复杂建筑等，提高设计人员对建筑结构的认识，从而提高项目成本预算的精确度。

总结：与传统的环境艺术设计相比，虚拟现实技术具有无可比拟的优势，它突破了传统思维的局限，充分挖掘了环境艺术设计潜能，有着较大的发展空间。但是由于虚拟现实系统所需的硬件设备较为昂贵，在设计领域还没有得到普及，使得虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用范围还不是很广，为此国家和相关部门要在尽可能地给予一些优惠政策，来促进虚拟现实技术的广泛应用。

参考文献：

[1] 徐跃光. 虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用[J]. 装饰. 2006(06)