虛擬現實技術綜述模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇虛擬現實技術綜述，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

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中圖分類號： G434 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

虛擬現實技術是美國等發達國家在八十年代末期發展起來的一門新技術，到九十年代初期，人們才開始關注虛擬現實技術，虛擬現實技術早期主要運用于電視、游戲等娛樂項目中。目前正在向工業、商業、教育和醫學行業等擴展應用，在當前屬于一項非常活躍的研究領域。

1虛擬現實技術的特點

通常情況下，虛擬現實技術有以下三個特點[1-2]：①沉浸性：虛擬現實技術是結合人類的感官特點和心理特點通過計算機生成三維立體圖像，體驗著可以戴上具有顯示器的頭盔和能顯示數據的手套等設備，通過這些交互設備親身體驗虛擬環境，將自己融入到虛擬環境中，體驗一種身臨其境的感覺。②交互性：即人機交換，體驗者可以通過操作電腦鍵盤和鼠標進行交互，也能通過傳感設備進行交互，如頭盔顯示器、數據手套。計算機能感應到體驗者的手、眼、語言的運動，來調整系統屏幕上的聲音和圖像。在這里，體驗者同樣具有高度的自主性。③多感知性：因為計算機的虛擬現實系統中具有多種感官設備和反應裝置，所以，體驗者通過計算機在虛擬的環境中可以感受視覺、聽覺、觸覺等多種感知來達到一種身臨其境的逼真效果。

2國內外對虛擬現實技術的研究現況

2.1美國主要在用戶界面、感知、后臺軟件和硬件等四個方面進行虛擬現實技術的研究。美國宇航局有一項著名的創作就是對哈勃太空望遠鏡的仿真，還通過虛擬現實技術建立了訓練系統和空間站VR維護。2010年墨西哥和海底發生了大地震，美國科學家們利用虛擬現實分析系統，時刻關注受災地區的情況，同時預報該地是否有斷層移動的現象。美國在建筑虛擬動畫方面也做了深入研究，目前已經建立了不少虛擬建筑場景。

2.2在歐洲，英國在觸覺設計和應用研究方面領先于其他很多國家。2011年4月，英國威廉王子大婚。英國一家公司通過虛擬現實技術模擬了大教堂和周圍建筑群，使用戶仿佛身臨其境。

2.3日本對虛擬現實技術的研究處于領先地位，特別是對虛擬現實游戲的研究。日本東京大學科研院主要研究遠程控制方面；東京大學廣瀨研究室主要研究虛擬現實的可視化問題；筑波大學開發了虛擬行走原型系統。

我國對虛擬現實技術的研究相對發達國家起步晚、有一定差距。不過近幾年來，在我國一些科研機構和高校中，北京航空航天大學計算機系是我國最早研究VR的單位之一，該校在2000年8月成立了實驗室專門研究虛擬現實技術；浙大CAD&CG國家重點實驗室研發了虛擬建筑環境的漫畫系統；哈爾濱工業大學對人類的表情做出了重點研究。目前，國內很多大學生都在研究虛擬現實實景漫游，并且有些研究成果已經被應用到城市建設和規劃中。

3虛擬現實技術在產品設計中的應用

3.1產品外形的設定

產品設計人員可以通過虛擬現實技術模擬出來圖像確定產品的外形，并且還能從各個角度觀察產品，幫助設計人員改進產品中的不足之處，從而可以進一步優化產品。

3.2產品布局檢測

一些結構復雜的產品需要合理、科學的布局，設計者可以通過虛擬現實技術很直觀的看到整個產品的結構，設計人員可以參照計算機上的數據選擇最科學、合理的產品布局方式。同時，虛擬現實技術對設計產品整個具象進行再現[3-4]，包括外形設計到內部結構都能呈現出來，通過人機交互的方式讓設計人員更為直觀的感受產品，方便找出設計不當的地方，從而進一步完善產品，這樣一來，就能科學、高效的規劃產品的布局。

3.3產品的宣傳

宣傳產品是銷售產品的一個重要環節。虛擬現實技術能夠幫人們將虛擬的事物“真實化”，為觀眾提供更多的感知能力，更為生動、直觀的將產品展示給觀眾。虛擬現實技術極大的吸引了觀眾的眼球。

4虛擬現實技術與上海世博會

2010年5月到10月，第41界世博會在我國上海舉行。虛擬現實技術在這次世博會上得到多方面的應用，主要體現在世博館規劃設計、館內虛擬展示和網上世博會三個方面。

1.世博會虛擬規劃設計

針對世博會場地和場館的規劃，設計者利用虛擬現實設計大大提高了場地規劃的科學性的效率。設計中，世博局引入CityMaker系統對用地范圍的實際建筑進行三維建模，將得到的現狀圖片、AutoCAD圖紙等數據資料進行疊加。對于改造方案，也利用虛擬現實技術比較選出最為合理的設計方案。

2.世博場館內虛擬展示

上海世博會全面采用了虛擬展示系統。例如沙特360度環幕的珍寶劇院，在播放深海奇景、星級穿越等情景時，讓觀眾身臨其境、心潮澎湃，虛擬現場為觀眾帶來了非常強烈的視覺體驗。世博會石油館也利用虛擬現實技術，石油館的影院中播放的4D電影《石油夢想》，為觀眾展示了石油演變的整個過程，結合4D影片的效果和情節，設計放映廳的座椅可以前傾后仰，為觀眾帶來動感體驗，同時還能聽到風聲、聞到石油的氣味等，使觀眾對影片印象深刻。

3.網上世博會

網上世博會是實體世博會的擴展和補充。網上世博會是中視典數字科技有限公司的VRP-museum系統和水晶石公司的N-city系統等共同制作完成。網上世博會通過交互的方式為場外人員介紹了世博會的大量背景，包括游線預覽、場館介紹等。

虛擬現實技術成為各個領域發展的突破手段，通過它向人們展示未來生活的片段。虛擬現實技術不僅在商業展示中給人們帶來驚奇的體驗，在其他建筑設計、數字化酒店、大型工程漫游和醫學研究等各方面都有廣泛應用。由此可見，科學技術的應用對我們生活的影響越來越大。

結束語：

作為一項新興技術，虛擬現實技術帶給人們大量的視覺體驗，拉近了觀者與展示產品的距離，有效節約了設計成本，其應用前景十分廣闊，但仍有許多問題有待研究，只有真正找到這些問題的技術實現途徑時，信息處理系統和人之間的隔閡才能完全被克服。

參考文獻：

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">虛擬現實技術在培訓系統中的應用

對虛擬現實發展及現狀的探析 淺談虛擬現實的發展與展望 虛擬現實技術的發展及其應用 常見問題解答 當前所在位置：l

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③資料來源：；杜江，杜偉庭.“VR+新聞”：虛擬現實報道的嘗試，[J]青年記者，2016.

參考文獻

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1、虛擬現實的現狀

虛擬現實（VR）技術是20世紀90年代以來興起的一種新型信息技術，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，被公認為是21 世紀重要的發展學科以及影響人們生活的重要技術之一。目前在國際范圍內，VR技術普遍應用在醫療、工程、軍事、航海、娛樂、游戲、教育領域，并且在電子商務方面存在巨大的潛力。2016年被業內人士稱之為VR元年，從年初VR概念爆發，各種VR頭顯蜂擁出現，層出不窮的創業團隊投身其中，各界品牌進軍VR產業，資本不斷注入。國內更是把虛擬現實產業納入“十三五”規劃，大力推進虛擬現實與互動影視等新興前沿領域創新和產業化，形成一批新增長點。如果說2016是VR元年，那么2017年則是VR內容爆發年，也是VR相關技術相關知識實現普及的關鍵。

2、虛擬現實的技術應用

目前VR涉及的主要領域有娛樂：在2015年，Oculus Rift推出了一個Netflix應用，用戶可以在虛擬影院中觀看電影。虛擬現實不僅可以讓看電影和看電視變得更加有趣，還可以提供一個新的觀看場景。想象一下，你可以足不出戶就可以去到虛擬影院，你甚至可以與其他粉絲參加歌迷見面會；游戲：VR游戲的關鍵在于沉浸感和臨在感。隨著Oculus Rift和HTC Vive的發貨，VR游戲開發者們普遍認為未來1-2年會出現一個或數個“爆款”；教育：虛擬現實可以用于教室，作為教學的工具。早在2009年的時候，老師們就在猜想虛擬現實能否作為一對一教學的工具；醫療：路易斯維爾大學的調查人員在嘗試利用虛擬現實來治療焦慮癥和恐懼癥。斯坦福大學的一些研究人員也把虛擬現實應用在外科手術訓練中。隨著醫療行業正在變得網絡化，虛擬現實的應用只會不斷的增加。拓寬VR應用范圍如虛擬現實探險，相信沒有比虛擬現實更好的方式，讓你在旅行前去體驗目的地的魅力。通過一款VR的應用則能夠據自己喜好讓你在家中就可以實現荒野生存的體驗；顯然，通過VR科技可以借助虛擬現實實現預覽、規劃、演示的目的，有助于我們更輕松制定行程和計劃，同時能夠讓我們探索一些無法企及的目的地。心理治療：可發揮模擬現實技術，運用于空巢老人人群，模擬現實場景，治愈或減輕老人心理孤獨的感受；或運用于心靈遭受創傷，精神幾近奔潰的人群，通過VR技術模擬環境，撫平痛苦與恐懼，達到治療心理疾病的效果從而替代藥物治療，避免藥物副作用對人體的二次傷害。

3、問卷分析

為了更好的了解大學生對于當下虛擬現實產業的了解程度及看法，設計問卷，并通過線上問卷的方式進行問卷收集。本次問卷以江西省內大學生為主，共收到231份問卷，其中有效問卷數229份。女性118份，男性111份。

通過問卷的數據，表現如下幾個方面：

大學生對于VR虛擬技術應用了解不深

根據調查問卷顯示78.5%大學生的對于虛擬實現有了解，但比較了解的只占7%，完全不了解占13.5%。其中對于虛擬現實已存在的設備重要在于VR眼鏡和頭顯而對于其他VR設備如：建模設備3D咼枰恰⑸音設備、交互設備數據手套等關聯產品了解甚少。就現今市場而言VR產業產品并不多（以VR眼鏡、頭顯為主），主要還只在于娛樂設備方面的推廣，而其他領域并未涉廣太深，對于虛擬現實應用廣度還在拓展階段。

3.1 大學生對于VR產品的看法

調查問卷顯示，89%的大學生愿意去嘗試VR產品，僅有11%不愿嘗試。數據顯示就VR產品自身主要反映出以下幾大缺陷。體驗感、功能的增強、防止暈眩、輕巧方便等方面。例如在早期的VR產品中，就已經發現了暈動癥的存在，虛擬現實暈眩癥用于描述用戶在使用頭部控制的虛擬現實系統后產生的暈動病。。VR設備的重量過大一直是優秀VR研究的一個點，臃腫的VR設備對用戶來說就是一個負擔，戴久了就會很累。畫面不足包括清晰度低，強顆粒感和畫面畸變。糟糕的硬件和體驗，導致用戶無法完全沉浸到虛擬世界中，也無法體會到更具有魅力的虛擬現實等。VR設備關于產品性能方面存在較多不足，這正好佐證了現今VR設備仍未能深度融入社會生活的現狀，反映出VR就產品本身仍有較大的提升空間。

關于涉及VR現存產品該作何改進時，絕大多數認為在技術上，要增強視覺享受，希望產品功能能夠更加齊全，在使用操作上更加的舒適，產品質量更加優質，更加的物美價廉（68%的大學生希望在100-1000范圍內）并不注重品牌。根據數據說明，當下大學生對于VR這個新領域還是愿意嘗試，但是現存虛擬顯示設備無論在功能上、價格上、外觀操作上仍存在諸多問題，但是市場上對于品牌并不過多關注，因此誰能更好的掌握技術創新誰就能搶占市場！

3.2 大學生對于VR前景的看法

問卷顯示，37.5% 的大學生認為將會是一場全世界范圍內的技術狂歡，會極大地改變我們的生活。58.5%認為還有很多的問題為解決，但前景仍是一片光明。僅有4%的大學生認為只是曇花一現。關于VR方向應用的調查，其中前三的領域為影視、游戲、教育。大學生對于虛擬現實的前景還是很憧憬的，只要能夠將推廣、功能技術上運用方面的問題解決好，將是個巨大的市場，其中娛樂方面前景巨大。當然就現在VR技術在影視上面的應用相對比較成熟，我們并不一定非得將VR技術與影視功能聯系起來進行推廣，我們可以將VR技術與更多的功能相結合，從而形成產業圈來發展VR產業，技術共享，推動VR技術的前景通過調查問卷反饋的信息，就VR技術顯現的主要不足告訴我們不僅及時進行解決完善并進行創新發展，同時也體現出關于大學生用戶下VR研究的必要性。不過，從優勢方向反映出關于VR產品的發展前景還是十分可觀的，依托現今信息技術高速發展的背景下，VR技術的不斷發展更新定能創造一個VR時代的來臨。

4、建議與趨勢

4.1 產品本身角度： 拓寬VR橫向廣度，即拓寬VR產品涉及加深VR縱向深度

即就虛擬現實本身性能，開發新技能，延長VR功能項目。VR技術應用廣度上主要集中于影視、游戲方面，只是作為一種娛樂工具。若想真正融入人們的日常生活，必須能為用戶創造顯著的價值，使應用更加大眾化，在醫療、教育、購物等方面更多應用的拓展。性能上主要為模擬現實，使用戶充分體驗沉感和臨在感。但今后VR發展可以從拓寬其縱向深度為出發點，使虛擬現實不僅局限于視覺體驗，就感知設備還可以應用到嗅覺、味覺、觸覺等多 方位。從社交方向看，可以利用虛擬現實技術綜合利用視覺聽覺觸覺多方位功能，打開設備即可親臨交流，真正實現突破時空的局限。

4.2 從用戶角度出發

4.2.1 增進用戶體驗

目前VR產品現狀為一般VR頭顯和VR一體機，價格相對較高，很多嘗鮮的用戶望而卻步。基于現有技術、消費場景和價格敏感度，手機VR盒子是最易普及的產品。但目前市場上流通的大部分VR盒子并未解決光學、輸入體驗、視野和外設環境等沉浸式體驗方面的問題。其雖價格低廉，但使用戶體驗大打折扣。由此，須要求在VR技術完善的條件下，增進用戶體驗，比如在銷售環節采取親身使用或對產品進行細致說明，使用戶充分了解VR產品。

4.2.2 準確市場定位，確認需求，挖掘VR被動型問題

l展方向可利用VR技術進行預先規劃。就女性梳妝打扮為例，通過虛擬現實技術，預先進行妝容效果展示、對服裝搭配效果是否合身得體、是否凸顯本人氣質、是否適合當前天氣進行預測，通過對效果評估用戶即可快速做出決定，僅僅利用VR效果預覽的功能即可使女性妝容更得體，生活節奏更高效，并且使人更加自信。因此，開發者必須進行準確市場定位，通過一定方式提醒用戶VR潛在的效能，讓用戶意識到被動型問題的存在。

4.2.3 讓VR充分融入生活，拉近用戶之間的距離

手機市場的快速發展，除了手機核心價值與附加功能的完備之外，還在于使消費者充分意識到手機存在的必要性，甚至少數人群已經達到沒有手機就缺失安全感的地步。因此，使VR融入生活各方面，拉近虛擬現實技術與人類生活的距離，可以在保持核心價值的基礎上，開發更多VR附屬產品，達到便民利民，讓用戶體驗到VR的存在感；還可以與其他產業聯系合作，實現優勢互補。

5、結論

盡管現在VR技術存在很多的問題，阻礙了VR技術的發展，而這些問題更多的是技術性的問題所導致的，相信在大多數人的心中VR技術的發展和應用還是有著很大的發展空間，隨著時間的推移，科技水平的不斷提高，許多技術上的問題得到解決，VR技術將會有著廣闊的前景而不只是在影視這一單一功能上有所建樹，甚至會覆蓋人們的衣食住行各個方面，當發展到一定程度時，改變人們的生活方式也不無可能。

參考文獻：

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中圖分類號：TP316 文獻標識碼：A 文章編號文章編號：16727800（2014）001009603

作者簡介作者簡介：楊芳（1974-），女，碩士，天津職業技術師范大學信息技術工程學院高級講師，研究方向為職業教育信息化。

0 引言

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）又稱靈境技術，是20世紀末興起的一門嶄新的綜合性信息技術，其融合了數字圖形圖像處理技術、實時三維計算機圖形技術、多媒體技術、廣角（寬視野）立體顯示技術、傳感器技術等多個信息技術分支。虛擬現實技術為使用者提供了一個全方位、多感官、浸入式體驗虛擬世界的機會。

教育技術學專業的教學中，有些課程需要利用攝像機進行教學和學習，然而專業攝像機的價格比較昂貴，可供實驗的臺數較少，往往十幾個學生共用一臺進行練習，不能做到人手一臺，同時也不能對攝像機進行必要的拆裝，因此對學習效果產生了一定的影響。利用3D建模技術和虛擬現實技術制作出關于攝像機虛擬操作的軟件，將為教師的教與學生的學帶來極大方便，從而提高教學效率，實現教學效果最優化。

1 關鍵技術

虛擬現實軟件開發過程中使用到的主要技術有3D建模技術、VRay渲染技術、虛擬交互控制技術。

1.1 3D建模技術

3D建模技術是利用3D建模軟件及相關插件制作出效果逼真的實物模型的一種技術。本課題中所用到的3D建模軟件是3D Studio Max，常簡稱為3D Max，它是Autodesk公司開發的基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。其廣泛應用于廣告、影視、工業設計、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域。

1.2 VRay渲染技術

VRay是由Chaosgroup和Asgvis公司出品的一款高質量渲染軟件，是目前業界最受歡迎的渲染引擎。Vray渲染器提供了一種特殊的材質——VrayMtl。在場景中使用該材質能夠獲得更加準確的物理照明、更快的渲染，且反射和折射參數調節更加方便。

1.3 虛擬現實交互控制技術

虛擬現實交互控制技術可以將現有常用的3D模型、2D圖形或是音效等進行整合，構建虛擬現實場景，并可以由用戶對場景中的3D對象進行交互控制。本課題使用Virtools Dev完成交互控制功能，它是一套具備豐富互動行為模組的即時3D環境虛擬實境編輯軟體，可以制作出許多不同用途的3D產品，如網際網路、電腦游戲、多媒體、建筑設計、互動式電視、教育訓練、模擬與產品展示等。

2 系統實現

2.1 軟件功能需求設計

本課題制作的虛擬攝像機型號為SONY DSR-250P，考慮實際教學中的需要，3D虛擬攝像機應具備以下功能：①通過使用這款軟件，能夠了解攝像機的相關配置信息；②能對虛擬攝像機進行任意放大、縮小、旋轉等操作；③可以從多個視角觀察攝像機的基本構造；④以自動、手動、快速、慢速拆裝攝像機零部件；⑤對攝像機上的主要按鈕進行操作，同時觀察各按鈕的相應功能；⑥根據語音提示了解攝像機的基本使用方法并做相應的練習。

2.2 3D虛擬攝像機模型制作

2.2.1 3D建模過程

本課題中采用的3D建模軟件是3D Studio Max，3D虛擬攝像機的三維模型建立主要分為攝像機機身模型的建立，包括鏡頭、話筒模型、屏幕模型、電池模型的建立，以及其它零部件和按鈕模型的建立。

（1）攝像機模型建立。限于篇幅，本文只對機身建模過程作簡要介紹：①參照攝像機的實物照片，用3D max中的樣條線按比例制作出攝像機的機身輪廓，調整角點的圓滑程度，使其看上去更為美觀；②使用修改器面板中的擠出命令，根據需要調整擠出數量為50mm，制作攝像機機身模型；③點擊鼠標右鍵，將其轉化成可編輯多邊形，便于以后操作，如圖1所示；④由于機身上有許多凹凸和按鈕等細節部分，選擇可編輯多邊形中的多邊形，利用修改器面板中的擠出和倒角命令，為所選多邊形制作凸凹等細節效果，如圖2所示。

圖1 機身模型

圖2 機身模型細節部分

（2）攝像機各部件整合與整體模型優化。攝像機各部分模型制作好后，需要將這些小模型根據實物進行組合，這一部分需要充分利用3D Max的4個界面視口切換使用以及平滑、高光和線框之間的切換。主要利用到了對齊、均勻縮放、移動等操作命令，再通過視角的轉換進行細節調整，確保整個模型合為一體。

當攝像機模型整合好之后，需要對其進一步調整，使其整體效果更為真實。這部分主要運用邊和面的倒角擠出命令和多邊形的網格平滑命令。通過適當調整各個命令的相應參數，使攝像機整體模型的最終效果達到最優化。

（3）攝像機貼圖與材質制作。3D中的貼圖與材質主要用于描述對象表面的物質狀態，構造真實世界中自然物質表面的視覺表象，能夠給場景中的對象創建五彩繽紛的顏色和紋理表面屬性。攝像機的材質制作主要針對攝像機各個部分固有色的改變，相應調整高光級別等參數就可制作出逼真的效果。

攝像機的貼圖制作主要針對完整平面的操作，利用這種方法可以省去繁瑣的建模過程，直接賦予物體圖片，使物體顯現出真實的效果，這是減少建模復雜程度的有效手段之一。可以利用這種辦法進行操作的部分有：屏幕蓋、控制面板上的按鈕、電池正面。

（4）燈光設置。雖然在進行建模和材質、貼圖工作時視圖窗口顯示是有光的，但是渲染出來的場景卻一片漆黑，這主要是因為在視圖場景中沒有加任何燈光。在此部分中，主要工作是給場景加燈光并使其真實化。

選擇創建面板，點擊燈光，在下拉菜單中選擇標準，選擇目標平行光。點擊修改器，在修改器面板中調整燈光的參數。調整強度倍增器的數值為0.1，尺寸倍增器的數值為1.0，陰影細分數值為3，陰影偏移數值為0.2，光子發射半徑數值為173.43。勾選不可見選項，使得燈光在渲染時不可見，避免對特殊效果發生器的反射產生影響，移動燈光位置，使得物體得到比較好的反射效果和高光效果。

（5）渲染。當攝像機的所有部分材質和貼圖都添加設置完畢后，為了滿足成圖的精確需要，提高畫面品質，需要進行最終的渲染。這里使用了由chaosgroup和asgvis公司出品的VRay渲染插件。

渲染時將背景顏色設置為白色，在【VRay：間接照明】控制面板中設置飽和度為1.2以提高最終圖像的飽和度；在【VRay：燈光緩存】控制面板中設置燈光的細分為1 000以提高燈光細分的精度。設置完畢后對產品進行渲染，通過對渲染出的圖片進行觀察，再進行相應調整使得模型效果更加逼真。

2.2.2 交互控制功能實現

（1）導出3D虛擬攝像機模型。因為交互控制功能使用Virtools5.0軟件制作，需要從3D Max中導出Virtools支持的模型文件“shexiangji.NMO”。

（2）對象建立與燈光創建。導入“shexiangji.NMO”文件后就完成了攝像機各個對象的建立，此外還需要在Virtools中添加燈光效果才能正常觀看模型。一共需要添加3個點光源，它們的空間位置坐標為分別為“75.590 0，31.225 8，-62.708 9”、 “-8.633 2，62.722 2，-78.804 5”、“-114.037 7，120.000 0，-0.053 9”。

（3）行為模塊設定。Virtools中通過行為模塊的設定實現各種交互控制，在虛擬攝像機的制作中，設計了大量的行為模塊，包括旋轉攝影機行為模塊、切換攝影機行為模塊、恢復初始狀態行為模塊、裝配演示行為模塊等。

（4）界面及菜單制作。好的界面與菜單可以幫助用戶使用軟件，本軟件中的主界面及各次界面與菜單都在Virtools5.0中制作，主界面效果如圖9所示。主次界面間的切換也通過行為模塊實現，如圖10所示。

圖9 主界面效果

圖10 主次界面間切換行為模塊

3 結語

虛擬現實技術是一種新媒體技術，使用這種技術開發的教學軟件，可以實現虛擬操作、虛擬拆裝、在線操作考核等功能，能夠以較低的成本投入解決教學中以前難以解決的問題，對提高實訓教學效果具有重要作用。

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前言

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

1.虛擬現實的內涵和特點

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

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

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

2.虛擬現實技術在機械設計與制造中應用

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

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

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

4.結束語

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

參考文獻：

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一、虛擬現實仿真平臺概述

虛擬現實仿真系統最為重要的是保證各子系統之間能夠自由地進行數據交換以實現平臺協作。系統的組成包括數據庫平臺、仿真平臺、虛擬現實平臺以及虛擬現實場景維護平臺。仿真平臺以實際工業生產過程的工藝機理為原型，可以完成化工生產過程的仿真任務。仿真過程中從數據庫平臺獲取基礎數據并將仿真產生的動態數據寫入數據庫。虛擬現實平臺需要從數據庫平臺獲取生產數據以實現對生產仿真過程的呈現，同時也可以在該平臺中對數據庫的基礎數據進行維護。場景維護平臺則負責虛擬現實場景的維護工作。虛擬現實平臺可以通過數據庫向仿真平臺生產控制指令，仿真平臺則通過數據庫將生產過程的狀態信息反饋虛擬現實平臺。

（1）虛擬現實仿真技術特點。虛擬現實仿真系統是能在虛擬場景中漫游，并能對場景中對象做交互操作。該仿真系統的構成有：1）場景的三維模擬。對實際場景和環境采用虛擬現實仿真技術。用軟件繪制圖形模塊，再轉換成編程語言支持的形式。三維圖形的好處在于視覺上能帶給人身臨其境的感覺，不同于普通的平面圖形呆板的特點，利用三維虛擬和仿真技術相結合，不僅可以對現場環境進行再現，還可以通過搭建數學模型，通過連接仿真平臺和虛擬現實平臺，形成一套交互式的仿真系統。2）成員仿真。應急預案演練過程中，有各種職能的“角色”參與其中。一是總指揮：判斷事故狀態，調度各種資源，指揮職能部門。二是現場指揮：根據現場狀態，調度本部門人員和資源。例如，車間、消防隊、環保監測等，指揮操作人員。三是操作員：按照職能要求和指令，進行具體操作，如現場巡視、堵漏、關閥、消防隊員澆水降溫、滅火等。3）內容仿真。對場景內可支配物體、活動規律等的仿真。一是工藝模型：描述工藝過程變化，參數調節對過程的影響，控制系統動作等。二是工具和資源的模型：如水槍、消防炮、設備等。三是三維互動模型：儀器、儀表、閥門、開關等。

（2）虛擬現實平臺。虛擬現實平臺由主體程序和三維場景兩部分組成。首先三維軟件對裝置主體及周邊環境進行模擬，然后將其裝換成編程語言后導入到仿真主體程序中去，和主體程序實現交互。同時利用VB的圖形化界面設計功能和數據庫讀寫控制功能，對數據進行編輯和訪問，這樣，用戶在使用系統時，既可以瀏覽裝置場景又可以修改各類裝置的屬性并讀取生產數據，也可以命令實現與仿真模型的交互。

二、仿真培訓系統開發總體設計

（1）動態仿真培訓系統開發綜述。仿真平臺開發化生產過程仿真系統重點工作包括三個部分：第一要建立系統模型，首先確定仿真范圍，然后根據工藝設計數據計算各管線和設備物流數據。例如，流量、溫度、壓力等。然后再用這些數據辨識具體設備模型。最后搭接設備模型，即系統建模。第二要建立仿DCS系統，即完成各種組態工作以及模型與操作界面（包括仿真DCS/現場畫面）的變量通訊（數據交換）組態。最后是系統調試，目的是使系統運行穩定且協調。化工裝置仿真培訓系統的開發包括DCS功能開發、模型開發和現場站功能開發等。1）DCS功能開發。DCS功能開發包括以下幾個方面：第一是圖形顯示系統，包括總貌圖、流程畫面、組顯示圖、歷史趨勢圖、報警畫面、軟開關圖、狀態顯示等開發。第二是DCS功能開發，包括DCS鍵盤功能、DCS使用功能等。第三是報警和連鎖系統開發。2）現場站功能開發。現場站功能開發有現場站圖形顯示系統，包括總貌圖、流程畫面和現場站閥，上泵，開關，攪拌器等可操作設備功能的開發。3）模型開發。模型開發采用GPRES軟件平臺，其建模過程是模塊化的，具體來說就是：模型由參數固定的模塊搭接而成。每一個模塊都包含輸入、輸出和系數三種參數，都實現一種算法功能。算法是特定的數學模型，用來模擬相應的化工設備或單元操作。

（2）模擬范圍及條件。1）資料準備。開發中涉及的資料包括：工藝原則流程圖（PFD圖）、工藝自控儀表流程圖（P&ID圖）、物料/熱量平衡數據表、工藝原理說明、操作規程、事故仿真技術、評分標準、設備資料、儀表資料等。2）初始條件。仿真模擬的初始條件為：每個模型將提供兩個初始條件：穩態和冷態。穩態條件是用來培訓學員的正常操作或用來進行故障處理和停車訓練，它代表裝置平穩運行時的狀態，以PFD圖和物料平衡數據為基礎，進行開發模擬。冷態條件也稱作開車態，用來培訓學員進行裝置開車，代表裝置停車時的狀態，某些基礎開車步驟如管線吹掃，儀表閥調準等假設已經完成，裝置已具備投料條件。3）裝置故障模擬。仿真平臺可以提供的故障類型：影響范圍廣的全裝置故障、局部關鍵設備故障、局部轉動設備故障、變送器漂移、靜止設備故障、裝置特有故障。

三、虛擬現實仿真系統架構

（1）系統功能。把VR技術與仿真技術有機地結合起來，就構成了加氫裂化裝置虛擬現實仿真系統。它應具備以下功能：1）虛擬現實仿真培訓系統能夠模擬裝置現場的場景，實現各個設備的建模和虛擬場景的三維建模，并且體現出材質和變化，附加貼圖，使用戶能夠在與現實非常相似的三維虛擬環境中自由交互、隨意漫游，并且隨時接收到場景反饋回來的信息，信息內容包括使用者在當前所處的場景位置和視野方向，裝置的場景中實物的概況和使用者在操作過程中的注意事項、提示信息等。2）根據用戶的需求，系統可以暫停或恢復正在運行的仿真過程，能根據不同用戶有差異的操作秩序和參與程度給出智能評價，同時能夠記錄使用者的操作步驟信息和保存相關的系統數據、資料結果等。3）虛擬現實仿真培訓系統會提供良好的人機互動界面，包括場景瀏覽模式的選擇、相關瀏覽器信息、虛擬場景的描述及反饋信息、曲線面版，可以快捷簡易地創建和修改虛擬環境，數據輸入手段非常友好，可以進行優化控制參數的操作，亦可存儲和公布數據結果。4）通用性、擴展性和維護性的功能強大，可以對多種編譯平臺、硬件的加入提供支持，可以滿足不同裝置的差異性需求。

（2）效果評價。虛擬現實仿真培訓系統界面友好，設計簡潔、有效、界面清晰、易懂，只需簡單培訓就能很快掌握其操作步驟和方法。培訓系統功能齊全，包括冷態開停車、單項操作、事故狀態、評分，實現了DCS控制系統的高級控制、連鎖控制、緊急停車等功能，同時開發了具有三維真實感的現場環境，實現了3D巡檢培訓功能，提高了仿真培訓系統的真實感。培訓系統逼真度高，仿真效果與實際裝置運行的現象基本吻合。動態變化趨勢與實際裝置運行的現象吻合，現場三維環境與生產現場幾乎一致。培訓系統硬件和網絡結構簡單，易于維護和擴充，能夠擴大同時參加培訓的員工人數。

（作者單位為中國石油遼陽機電儀研修中心）

參考文獻

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中圖分類號：F590-4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）36-0285-01

自20世紀90年代以來，虛擬現實技術一直是信息領域研究、開發和應用的熱點方向之一。其實時的三維空間表現能力、人機交互的操作環境以及給人帶來的“身臨其境”的感覺，為人類探索和研究宏觀世界與微觀世界提供了極大的便利。虛擬現實技術與多媒體教學、網絡教育并成為教學領域的三大創新技術。可供全國使用的虛擬現實技術教育系統隨著網絡通信速度的提高和帶寬的擴展，信息社會對教育提出了新的需求，國內外都在加緊進行如何在教育領域使用虛擬現實的研究。虛擬現實技術涉及高等教育的各個學科，由于多維信息系統具有親臨其境的真實感和超越現實的虛擬性，使用者能夠沉浸其中、超越其上、交時交互，已顯示其實用性和先進性 技術潛力巨大，應用前景廣闊。

虛擬現實技術已經在許多領域得到了廣泛的應用，然而在普通學校教育教學中還應用的很少，由于虛擬現實技術可以彌補傳統教學的不足，所以其在教學中存在很大的應用空間。新的信息技術，帶給了我們新的教育思維，為傳統的教育觀念和教育模式的轉變提供了更大的可能性，對提高教學質量有著重要意義。如何通過對虛擬現實技術教學效果評價提升虛擬現實的教學效果一直是應用者們努力的重要方面。

一、從虛擬現實技術與旅游管理專業知識的結合及應用角度確定的評價準則和評價指標

基于虛擬現實技術在實驗教學中的優勢，它已經被應用于許多個專業的教學過程中。由于虛擬現實技術系統設計人員具備旅游管理專業知識限制以及實際授課教師開發更新系統的能力限制，會直接影響虛擬現實技術在旅游管理專業教學中的使用效果。虛擬現實技術系統能否根據教學對象特點，明確教學任務與目的、完整體現旅游管理教學內容、提高學生的實踐能力和創新能力，是影響教學效果的重要方面。上述內容均屬于虛擬現實技術與專業知識結合范疇，專業度處于評價準則層次，而虛擬現實技術體現的教學目標、教學內容和實訓環節、授課教師素質是其評價指標。

于年輕教師而言，較易掌握虛擬現實技術。各種虛擬現實技術軟件的開放程度（指軟件后續開發的能力和利用其他軟件資源的能力）是不同的，有些方法可支持多種格式的輸出，輸出的文件可在其他操作環境中無損地打開，加上軟件或插件的更新換代日益加快，故具有開放的接口、實時的更新能力也是軟件所必需的評價指標之一。對一些已經停止開發的實現方法就沒有研究的必要了。此外，每種虛擬現實技術擁有的制成模型的豐度和制作虛擬現實場景的快慢也有所不同。上述內容均屬于使用范疇，使用度處于評價準則層次，而每種方法掌握難易程度、開放程度和制作虛擬現實場景的快慢是其評價指標。根據上述分析構建虛擬現實技術在旅游管理專業教學中效果評價指標體系如下：目標層為虛擬現實技術在旅游管理專業教學中效果A；準則層為交互度B1、真實度B2、功能度B3、專業度B4、使用度B5。另外，快速C1與準確C2是交互度B1的措施層；視覺質量C3、光學質量C4與聲學質量C5為真實度B2的措施層；教學要素的類型C6、教學要素的物理表達C7與模擬人的運動屬性C8為功能度B3的措施層；教學目標C9、教學內容C10、實訓環節C11與授課教師素質C12為專業度B43的措施層；掌握難易程度 C13、更新換代能力C14與制作虛擬場景的快慢C15為使用度B5的措施層。

構建了虛擬現實技術教學效果評價指標體系之后，可以采用層次分析法（AHP）來確定每項評價指標的權重，即得到每項指標對虛擬現實技術在旅游管理專業教學中效果各自的影響程度值，從而可以對虛擬現實技術在旅游管理專業教學中效果進行綜合評價。

二、虛擬現實技術在旅游管理專業教學中效果評價指標權重計算與比較

采用1～9標度類型，對照重要性標度含義表，采用專家評議法（Delphi），經過我們與旅游管理專業一線教師復研討，構造判斷矩陣，利用層次分析法軟件yaahp Version 0.4.1計算評價指標的權重。各項指標對于虛擬現實技術在旅游管理專業教學中效果的權重如下：B1對于A的權重為0.2106、B2對于A的權重為0.3834、B3對于A的權重為0.1181、B4對于A的權重為0.2230、B5對于A的權重為0.0649；C層對于A的權重的總排序為： C1：0.0702、C2：0.1404、C3：0.2069、C4：0.1138、C5：0.0627、C6：0.0193、C7：0.0637、C8：0.0351、C9：0..0614、C10：0.0392、C11：0.1033、C12：0.0207、C13：0.0207、C14：0.0362、C15：0.0079。

三、總結與展望

根據上述層次排序權重的確定，可以得出在游管理專業教學中影響現實技術使用效果維度由弱到強依次是真實度、專業度、交互度、功能度、使用度。對虛擬現實技術在旅游管理專業教學中效果影響最強的五項指標是分別是準確、視覺質量和光學質量、實訓環節、快速。總結如下：

第一、突出對虛擬現實技術開發研究

利用虛擬現實技術進行開發的先進教學形式，現今的研究和開發水平還遠遠未達到根據教師和學生的實際需求進行的程度。而要充分發揮虛擬現實技術的巨大優勢，就要整合多種資源，利用好該技術本身交互性、沉浸性的優勢，開發可對學習者進行智能化指導的實時教學系統和評價系統，對學生的學習和實驗過程形成良好的反饋，提升整個虛擬教學的智能化和系統化水平。

由于一個完全沉浸式的虛擬環境的構造需要比較昂貴的設備，所以目前大多虛擬現實技術在實驗教學中的應用還停留在桌面型的虛擬現實階段，和真正的虛擬現實還有很大距離。可以采取循序漸進的方法，先在軟件環境打好基礎，積累經驗，隨著技術的發展和硬件設備價格的降低，逐漸完善虛擬實驗室環境，使學生真正走進虛擬教學環境。

第二、深入對虛擬現實技術與旅游管理專業知識結合運用的研究

虛擬現實技術從技術上化解了目前旅游管理專面臨的實驗設備缺乏，跟不上旅游業快速發展的現實與師生要求先進設備用于教學的矛盾。但虛擬現實技術要充分發揮它的教學職能，不僅需要高科技的支持，而且更需要相應的專業教學知識作內涵。在應用虛擬現實技術進行教學的過程中，要牢牢抓住旅游管理專業人才培養目標和課程教學的客觀要求，既發揮虛擬技術在教學中的巨大技術優勢，又體現先進旅游業界的最新成果；既培養學生的實踐能力和創新能力，又深化學生對于理論知識的理解與應用。

第三、增強運用虛擬現實技術進行教學的協作性研究

在運用虛擬現實技術進行教學過程中因為較大地借助了計算機網絡化平臺進行教學，從一定程度上讓師生、生生交互受到影響和削弱。因此，在研究和開發虛擬現實技術教學平臺的過程中，要注重師生、生生、人機的可交互性，保證教師與學生、學生與學生、學生與機器實現良好的人互，增強虛擬現實技術教學的協作性，發揮教師、學生和技術的綜合優勢，探索全方位的多交互協作化虛擬現實技術教學平臺。

本研究只是對虛擬現實技術在旅游管理專業教學中的教學效果做了理論上的宏觀探索和在教學實例中的簡單應用，離真正的提升虛擬教學效果的總體目標要求還有一定的差距。要形成一套完整有效的評價體系需要未來利用現有研究成果，還要進一步充分與專家共同合作、共同分析，進行系統化的研究。

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一、引言

教育技術的發展緊緊伴隨著技術進步的步伐發展，隨著信息技術的飛速發展現代教育技術也呈現出日新月異的局面。有研究表明，隨著通信技術和信息技術的不斷發展，有關教育技術特別是遠程教育技術的研究呈現出由電視技術到計算機技術再到網絡技術的發展路徑。例如美國早期的教育技術研究集中在視聽教育方面，對電視媒體比較關注。90年代以后，計算機逐漸普及應用，教育技術相關的新詞語，如“Courseware”“Hypermedia”和“ComputerSoftware”等大幅度出現。今天，隨著新教育理念和教育技術的發展，特別是虛擬現實和數字媒體技術的發展，“遠程網絡教育平臺”“MOOC課程”“虛擬教室”“虛擬實驗”等新術語又不斷出現在現代教育技術研究的舞臺上，呈現出新的發展局面。我國是教育大國，發展現代遠程教育已成為我國教育發展的一項戰略措施。近年來，在我國教育技術主要的研究刊物中，包括《電化教育研究》《中國電化教育》《中國遠程教育》《開放教育研究》《現代教育技術》《現代遠距離教育》，對包括虛擬現實技術在內的新的信息技術應用做了大量研究。本文在綜合分析相關文獻的基礎上，分別論述虛擬現實技術主要的應用特點、虛擬現實在教育技術中的應用模式和關鍵技術。

二、虛擬現實技術應用于遠程教育的主要優勢

我國的遠程教育經歷了三個發展階段：一是主要依靠郵政通訊手段進行函授教育；二是利用廣播和電視開展廣播電視教育；三是以信息為基礎開展的現代遠程教育。特別是20世紀90年代以來，隨著計算機網絡為代表的遠程傳輸技術和移動計算技術的發展，隨著多媒體、虛擬現實等新型媒體技術的發展和應用，現代遠程教育成功突破了傳統面授教育的局限，提供了一種突破時空界限、資源共享、交互沉浸式的學習環境。其中，虛擬現實技術發揮著重要的作用。“虛擬現實技術”是一種利用計算機為用戶生成模擬人物和場景的技術，該模擬的人物和場景非常相似于所對應的現實世界人物和場景，使用戶能夠得到一種類似真實世界所能給與的感受和體驗。所以又稱為虛擬現實技術可以虛擬出“一個真實的世界”。虛擬現實技術同時還具有鮮明的特色—3I特性：“沉浸(Immersion)”“交互(Interaction)”和“想象(Imagination)”。虛擬現實技術首先追求的是能夠達到沉浸的“真實”體驗，能夠提供有效的人機“交互”，能夠為用戶提供一種甚至超越現實意境的“想象”空間。虛擬現實技術是一門綜合性的技術，不僅包括圖形學、圖像處理、模式識別、網絡技術、并行計算技術、人工智能等特殊的信息技術，而且涉及數學、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學、心理學和社會學等相關知識。如果真的能夠方便地生成各種虛擬的現實世界，同時又具有3I特性，必將在遠程教育中發揮重要的作用。

三、虛擬現實技術在遠程教育領域的主要應用模式

前一個時期，我國遠程教育技術大多還是基于網頁的遠程教育平臺，依靠文字和平面動畫提供在線的教育服務。由于教育者和學習者的時空相對分離而無法提供身臨其境的學習環境，也由于教育內容更多屬于單向的線性播放模式而無法提供人機交互環境，還由于只是通過視頻進行演示教學而無法提供真實的實驗教學環境，大大降低了學習的主動性，已無法激起學生的學習興趣和積極性。現代遠程教育的發展趨勢是網絡化、智能化、虛擬化。虛擬現實技術因其特有的多感知性、浸沒感、交互性和想象性等特點，在遠程教育中具有強大優勢和潛力。虛擬現實技術本身也在發展之中，基于虛擬現實技術的應用也在實踐探索之中。從目前情況看，虛擬現實技術在遠程教育中的主要應用可以分為兩個層面：一是簡單應用，基本上是在教室教學資料中運用虛擬現實技術制作課件，將抽象問題和復雜問題直觀化、可視化。例如醫學教育中的人體結構和各類生命循環系統功能演示等。二是高級應用，所謂高級是用虛擬現實技術專門制作特殊功能的系統，并在遠程教育平臺上使用。這類高級的虛擬現實應用主要包括三個方面：一是虛擬訓練場和虛擬實驗室。專門提供規模較大的分布式專業訓練和實驗環境。例如軍事訓練環境，運用軍事仿真技術、虛擬現實技術和分布計算技術，構建真實的軍事對抗訓練環境，這已經是成功的應用模式了。同樣，在一般的學科專業教學中，可以通過建構虛擬實驗室，使得許多現實的實驗室功能可以虛擬化。二是虛擬教室和學習環境。這類應用主要是提供虛擬的數字校園，在網絡化的數字校園里有著許多不同授課內容的“教室”，有著虛擬化的校園、圖書館和學科專業網站，甚至有著同類學員的學習“社區”。三是虛擬創新設計環境。現代教育提倡的創新學習，隨著虛擬現實技術的運用也逐漸成為了可能。利用虛擬現實技術可以建立實際動手設計環境，學生可以開展近乎真實的創新設計。如服裝設計、藝術設計和科技產品設計。如果再能夠利用產學研結合的機制，這樣的設計環境將會是非常有意義的。總之，運用虛擬現實技術人們可以虛擬出一個真實的校園環境或者構建一個虛擬的學習環境，經過實時渲染的分布式虛擬現實環境將會讓學生在虛擬現實空間中學習的感受就如同在3D游戲中一樣，他們可以實時地進行三維交互、實時地參與教學活動、與教師進行溝通。

四、虛擬現實技術應用于遠程教育應該重點關注的問題

虛擬現實技術具有非常理想的發展前景，但是仍處于快速發展的階段。虛擬現實技術運用于遠程教育，應該分別從技術和應用兩個方面關注以下問題。從技術的角度，要重點關注虛擬現實關鍵技術發展的動態。要想理想地用計算機生成真實感很強的虛擬世界，并且能夠在廣域網范圍內交互使用，技術難度是很大的。目前大多數人認為有五項關鍵技術正在積極突破。（一）動態環境建模技術一般說環境建模比對象個體建模復雜，而動態的環境建模更具有挑戰。動態環境建模目的是獲取實際環境的三維數據，并根據應用的需要，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。（二）實時三維圖形生成技術目前三維圖形技術盡管已經較為成熟，但是如何實現“實時”生成仍然是挑戰。（三）立體顯示技術目前虛擬現實的交互能力主要依賴于立體顯示和傳感器技術。但現有的虛擬現實還遠遠不能滿足需要，虛擬現實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。（四）系統開發工具和運行平臺虛擬現實應用的開發比較復雜，效率和質量保證也很困難，網絡化的運行平臺也很難滿足廣域網環境。目前還必須重點研究虛擬現實的有效開發工具和高效分布式運行平臺。（五）系統集成技術集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數據轉換技術、數據管理模型、識別和合成技術等等。由于虛擬現實中包括大量的感知信息和模型，因此系統的集成也非常復雜。從應用角度，要更新教育觀念并能夠有效運用建模技術構建學習環境。包括如何運用建模技術構建與教學相關的對象和場景，如何構建以學生為主體的自主學習過程，如何設計人機交互環節等等。當然熟練掌握虛擬現實技術和數字媒體技術是重要的應用基礎。正像高質量的動漫游戲制作非常不易一樣，好的虛擬現實教育作品的研發也是具有挑戰性的。

五、結語

現代教育技術的應用逐漸呈現出網絡化、智能化和虛擬化的重要趨勢。虛擬現實技術在現代遠程教育領域的主要應用模式包括：虛擬訓練場和虛擬實驗室、虛擬教室和學習環境、虛擬創新設計環境。當前相關的關鍵技術和新的應用模式都還在積極的發展之中，有著良好的前景。

作者:鄒玲 單位:北京電影學院數字媒體學院

參考文獻

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1.虛擬現實技術的概念

虛擬現實（ Virtual reality， VR ）技術是一種綜合計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術綜合發展起來的計算機領域的最新技術， 也是力學、數學、光學、機構運動學等各種學科的綜合應用。虛擬環境通常是由計算機生成并控制的， 使用戶身臨其境地感知虛擬環境中的物體， 通過虛擬現實的三維設備與物體接觸，從而真正地實現人機交互，可以說人處在虛擬環境之跟現實環境是沒有差別的。

2.虛擬現實技術的分類

現階段虛擬現實技術主要分為桌面虛擬現實、沉浸的虛擬現實、增強現實性的虛擬現實、分布式虛擬現實。

桌面虛擬現實利用個人計算機和低級工作站進行仿真，將計算機的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口。常見桌面虛擬現實技術有：基于靜態圖像的虛擬現實QuickTime VR、虛擬現實造型語言VRML、桌面三維虛擬現實、MUD等。

沉浸的虛擬現實提供完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟器、數據手套、其它手控輸入設備、聲音等使得參與者產生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。常見的沉浸式系統有：基于頭盔式顯示器的系統、投影式虛擬現實系統、遠程存在系統。常見的沉浸式系統有：基于頭盔式顯示器的系統、投影式虛擬現實系統、遠程存在系統。增強現實性的虛擬現實不僅是利用虛擬現實技術來模擬現實世界、仿真現實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環境的感受，也就是增強現實中無法感知或不方便的感受。

增強現實性的虛擬現實不僅是利用虛擬現實技術來模擬現實世界、仿真現實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環境的感受，也就是增強現實中無法感知或不方便的感受。典型的實例是戰機飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數和武器瞄準數據投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數據，從而可集中精力盯著敵人的飛機或導航偏差。

分布式虛擬現實是指多個用戶通過計算機網絡連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經歷，那虛擬現實則提升到了一個更高的境界，這就是分布式虛擬現實系統。在分布式虛擬現實系統中，多個用戶可通過網絡對同一虛擬世界進行觀察和操作，以達到協同工作的目的。目前最典型的分布式虛擬現實系統是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通過網絡連接而成，用于部隊的聯合訓練。通過SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器一樣運行在同一個虛擬世界，參與同一場作戰演習。

3.虛擬現實技術的特征

虛擬現實技術三大特征：1） 沉浸感（ Immersion） ： 計算機生成的虛擬世界給人一種身臨其境的感覺。2） 交互性（ Interaction） ： 人能夠以很自然的方式跟虛擬世界中的對象進行交互操作或者交流， 著重強調使用手勢、體勢等身體動作（ 主要是通過頭盔、數據手套 、數據衣等來采集信號） 和自然語言等自然方式的交流。3） 構想（ Imagination）： 虛擬環境可使用戶沉浸其中并且獲取新的知識， 提高感性和理性認識， 從而使用戶深化概念和萌發新意。因而可以說 ， 虛擬現實可以啟發人的創造性思維 。

4.現階段中國體育領域大環境

4.1政策紅利覆蓋全國

2015年，在利好政策不斷出臺的情況下，體育產業進入高速發展時期。據國家體育總局統計，《意見》一年來，包括體育總局在內的有關部門已經出臺了15份配套文件，另有 8套文件已經形成初稿。文件制定涉及發改委、公安部、新聞出版廣電總局、旅游局等多個部門。這些文件的制定和出臺，使廣受社會關注的賽事審批、賽事轉播、安保服務和大型體育場館等問題取得了階段性的進展。

在地方貫徹方面，截至目前，已有31個省區市出臺了本地區的實施意見。2015年10月，國家體育總局局長劉鵬在全國體育產業工作會上透露，據不完全統計，各省（市、區）上報的2025年體育產業總規模總和已經達到7億。

4.2資本搶奪核心資源

2015年8月27日，萬達集團王健林以6.5億美元收購了美國世界鐵人公司100%的股權。阿里巴巴獲得世俱杯冠名權的消息在2015年12月引起各方關注，而相同級別的爆炸性消息在年內頻繁出現。過去一年，體育產業投資大幅增加，國內、國際體育賽事核心資源成為哄搶的對象。

4.3體育方式多元化，娛樂化

隨著全民體育概念的提出，體育逐漸走向民間，體育的多元化，娛樂化也因此而加深。提高國民身體素質是當前的中國體育的根本目標，為了使體育更加親民，越來越多的科技元素，娛樂元素加入原本一板一眼，枯燥無味的體育運動中。近年來，越來越多的體感設備與體育相結合，受到了廣大體育愛好者額歡迎，特別是一些由于場地限制的體育運動項目，如高爾夫，網球，在體感虛擬的環境中，都可以盡情的體驗體育帶來的快樂。

5.虛擬現實技術應用于體育增加其娛樂性

5.1為體育觀賽帶來娛樂體驗

體育賽事最需要的莫過于身臨其境的現場感，通過自由切換，實時流暢的虛擬現實動態直播，觀眾可以排除周邊的干擾，全身心、近距離地感受到圖像帶來的震撼感和沖擊力，觀賽體驗比之收看傳統轉播大為提升。大大增加了觀賽的娛樂體驗感。

5.2為體育訓練娛樂訓練方法

根據虛擬現實技術， 通過相應的三維圖形圖像庫構架模擬訓練環境， 包括訓練場背景、比賽的場景、各種賽場裝置和相關人員等， 為受訓者營造一種逼真、生動的立體訓練環境。利用虛擬系統設計出“有生命”的草坪，以增強臨場感覺， 達到模擬訓練的效果， 提高訓練質量。于此同時，因為虛擬現實技術有沉浸感這一特性，運動員可以完全進去虛擬現實設定的環境中，在這種環境可以增加體育訓練的娛樂性，使原本枯燥的體育訓練變得有趣起來，以此來提升運動員的練積極性。

很多國家訓練隊都已經在教學、訓練中采用虛擬現實技術，如用Be-yondSport的VR技術對足球訓練進行實時的沙盤演練、視頻分析、戰術復盤以幫助足球隊提升教學水平，且以后還計劃在更多球隊、賽事中推進。通過大數據整合等為體育活動提供戰術輔助訓練，VR目前已經在棒球、賽馬、橄欖球等多個項目得到廣泛應用。由此可見，在不久的將來，VR設備有望成為各賽事職業俱樂部和球隊的剛需產品。

5.3為全民健身帶來新的娛樂方式

全民健康是國家綜合實力的重要體現，是經濟社會發展進步的重要標志。全民健身是實現全民健康的重要途徑和手段，是全體人民增強體魄、幸福生活的基礎保障。實施全民健身計劃是國家的重要發展戰略。運用虛擬現實技術構想性這一特點，可以為參加大眾健身的用戶營造一個有趣，娛樂的虛擬健身場景，在愉快的心情下完成健身。

目前基于虛擬現實技術的健身應用層出不窮，Sanzaru開發的《VR體育挑戰》是這類體育游戲的一大代表。在該游戲中，借助Oculus Rift的動作感應手柄，玩家可以以第一人稱視角暢玩橄欖球、籃球、曲棍球和棒球等美國四大主流運動，游戲氣氛不亞于風靡全球的《NBA嘉年華》。無獨有偶，美國公司Vir Zoom也推出了一套將健身單車、VR設備與小游戲結合起來的健身設備，創造出戴著VR眼鏡騎著單車開F1的奇效

6.總結

隨著虛擬現實產業的發展，技術將不斷滲入體育產業鏈條的各個環節，越來越多的公司開始滲入虛擬現實產業鏈各個環節，體育產業與虛擬現實的結合會越來越密切，特別是虛擬現實的三大特性會完全顛覆傳統體育產業，為體育產業增加更多的娛樂性，推動體育產業的發展。目前虛擬現實技術還處于技術紅利階段，只有未來過渡到內容紅利階段，才算真正的站穩了腳跟。希望虛擬現實能夠為體育產業創造更大的商業娛樂價值和社會價值。

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