序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇虛擬現(xiàn)實技術范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

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虛擬現(xiàn)實即Virtual Reality ,簡稱VR,這個名詞始創(chuàng)于上個世紀八十年代,由美國發(fā)明家Jaron Lanier提出,是一門嶄新的綜合性信息技術,而且已經(jīng)成為當今計算機科學界最振奮人心的研究課題之一。

一、什么是虛擬現(xiàn)實

VR是指利用多媒體計算機技術生成一個具有逼真的視覺、聽覺、觸覺及嗅覺等的模擬現(xiàn)實環(huán)境,利用人的自然技能對這一虛擬出來的現(xiàn)實環(huán)境進行交互體驗,體驗的結(jié)果(即該虛擬的現(xiàn)實反應)與在相應的真實現(xiàn)實中的體驗結(jié)果相似或完全相同。

二、虛擬現(xiàn)實技術的系統(tǒng)構(gòu)成

如圖所示,VR的系統(tǒng)由以下模塊構(gòu)成:

1.檢測模塊:檢測用戶的操作指令,并通過傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。

2. 反饋模塊:接受來自傳感器模塊的信息,為用戶提供動感、觸覺、力覺等多方面感受的實時反饋。

3. 傳感器模塊:一方面接受來自用戶的操作指令,并將其作用于虛擬環(huán)境;另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶。

4. 控制模塊:對傳感器進行控制,使其對用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實世界產(chǎn)生作用。

5. 建模模塊:運用知識庫、模式識別、人工智能等技術,獲取現(xiàn)實世界組成部分的三維表示,通過音響制作實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的聲音模擬,并由此構(gòu)成對應的虛擬環(huán)境。

6. 三維模塊:通過三維技術實現(xiàn)對虛擬環(huán)境的視覺模擬。

此外,在開放式的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,還可以通過傳感裝置與現(xiàn)實世界構(gòu)成反饋閉環(huán),在用戶控制下,利用虛擬環(huán)境對現(xiàn)實世界進行直接操作或遙控操作。

三、虛擬現(xiàn)實技術的特征

虛擬現(xiàn)實技術具有如下四個特征,即:多感知性、沉浸感、交互性、想象性。

1. 多感知性(Multi-Sensory)――所謂多感知性,是指通過多種媒體,產(chǎn)生視覺、聽覺、觸覺、力覺、和運動等的感知。理想的虛擬現(xiàn)實技術應該實現(xiàn)人所具有的一切感知功能。由于科技發(fā)展的局限性和不成熟,目前的虛擬現(xiàn)實技術所開發(fā)的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。

2. 沉浸感(Immersion)――又稱臨場感,指用戶感到作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。理想的虛擬環(huán)境應該達到使用戶難以分辨真假的程度。當用戶全身心地投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中時,眼睛看到的、耳朵聽到的、鼻子聞到的、嘴巴嘗到的、還有身體觸摸到的等等,都跟在現(xiàn)實世界里體會到的感覺是一樣的。

3. 交互性(Interactivity)――指用戶對虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進行操作時,對象將給用戶以感覺上的反饋。例如,在虛擬環(huán)境中參加足球比賽,當用戶用腳去踢虛擬環(huán)境中的足球時,會產(chǎn)生觸覺和力的反饋。

4. 構(gòu)想性(Imagination)――強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術應具有廣闊的可想象空間,可拓寬人類認知范圍,不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境,也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

一般來說,“身臨其境”般的沉浸感,友好親切的人機交互性,和發(fā)人深思的構(gòu)想性是虛擬現(xiàn)實的三大主要特征,亦即我們常說的“3I”特性。

四、虛擬現(xiàn)實技術的應用

虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)建伊始,就承載著巨大的應用價值,它涉及科研、軍事、航天、醫(yī)學、教育、工程技術、影視娛樂等眾多領域。典型的應用領域有:

1. 醫(yī)學方面

虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學上的應用大致分為兩類,一類是虛擬人體,也就是數(shù)字化人體,可用于構(gòu)造人體模型,便于醫(yī)生對人體構(gòu)造和功能的辨識;另一類是虛擬手術系統(tǒng),可用于指導高難度手術的進行。

2. 教育方面

在教育領域,虛擬現(xiàn)實技術具有廣泛的作用和影響。基于虛擬現(xiàn)實技術帶來的嶄新的教育模式,使我們的教育理念和教育方法也在隨之變革,授課內(nèi)容以大量詳實、生動、直觀的虛擬情節(jié)出現(xiàn),寓教于樂。

3. 娛樂方面

娛樂領域是虛擬現(xiàn)實技術的一個重要應用領域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境,借助于頭盔顯示器、數(shù)據(jù)服、立體聲耳機、數(shù)據(jù)手套等傳感裝置,使人們能夠享受到強烈的感官刺激,帶來更好的娛樂感覺。

4.軍事科研領域方面

軍事和科研都是需要巨額資金投入的領域,而且難度大、危險系數(shù)高,在某種情況下,利用虛擬現(xiàn)實技術進行虛擬實驗,既可以節(jié)省人力物力資源,打破時間和空間的限制,又可以縮短開發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率、削減項目經(jīng)費。

五、虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展前景

虛擬現(xiàn)實技術是許多相關學科領域集成、交叉的產(chǎn)物,它融合了人工智能、電子學、數(shù)字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術、心理學等多個技術分支,大大推進了計算機科學軟硬件技術的全面發(fā)展。虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展,從根本上改變了人們的工作方式和生活方式,將勞逸真正結(jié)合了起來,而且虛擬現(xiàn)實技術與美術、音樂等文化藝術的結(jié)合,將誕生出人類的第九大藝術,前景一片光明。而且虛擬現(xiàn)實技術繼理論分析、科學實驗之后,成為人類探索客觀世界規(guī)律的又一手段和方式。

雖然虛擬現(xiàn)實領域的技術潛力是巨大的,應用前景也是很廣闊的,但仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術障礙?？陀^而論,目前虛擬現(xiàn)實技術所取得的成就,絕大部分來說,還只是擴展了計算機的接口能力,剛剛開始涉及到人的感知系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)與計算機的集合作用問題。只有當真正開始涉及并找到針對這些問題的技術實現(xiàn)途徑時,人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底地克服。

六、小結(jié)

綜上所述,無論是現(xiàn)在還是將來,虛擬現(xiàn)實技術在各行各業(yè)都將得到不同程度的發(fā)展,并且越來越顯示出廣闊的應用前景。虛擬城市、虛擬戰(zhàn)場、虛擬校園、甚至“數(shù)字地球”都會不斷涌現(xiàn),帶給我們一種全新的視覺、身心體驗。虛擬現(xiàn)實技術將使眾多傳統(tǒng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)生顛覆性的變革,給我們的生產(chǎn)和生活帶來巨大的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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【關鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術 應用 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

隨著計算機技術的高速發(fā)展，近年來虛擬現(xiàn)實技術也得到了快速的成長。虛擬現(xiàn)實技術是一個可以進行虛擬世界創(chuàng)建與體驗的計算機系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術是對計算機技術加以利用，從而形成一個逼真的、包含有視覺、聽覺、觸覺等多個感官的虛擬環(huán)境，使用者利用各式交互設備與虛擬環(huán)境內(nèi)的實體進行相互作用，從而產(chǎn)生一種身臨其境的信息交流，是當前時期較為先進的實現(xiàn)數(shù)字化人機交互感受的技術。

1 虛擬現(xiàn)實技術的簡介

1.1 虛擬現(xiàn)實技術原理

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality），簡稱為VR，是使用計算機模擬出一個三維的虛擬空間，為使用者提供包括視覺、觸覺、聽覺等感官感受進行實際模擬，同時可以快速、不受限制地對事物進行觀察。使用者在進行移動位置時，計算機將會及時展開復雜運算，精確地將虛擬三維世界的視頻傳輸給使用者，從而產(chǎn)生親身臨場的感覺。是一種經(jīng)過計算機技術加以輔助而產(chǎn)生的高技術性的模擬系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術集成了計算機仿真、人工智能、計算機圖形、傳感、顯示以及網(wǎng)絡處理等技術的發(fā)展成果。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展史

虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展大致上可分為四個發(fā)展時期。1963年以前式虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展的萌芽期，1963年至1972年的十年間將帶有聲音的形動態(tài)進行模擬過程中便包含有虛擬現(xiàn)實思想。1973年至1989年，該時期虛擬現(xiàn)實的概念以及理論開始產(chǎn)生。1990年至今虛擬現(xiàn)實技術得到不斷的發(fā)展與完善并應用于實際中。2012年Google首次了Google Glass，將虛擬現(xiàn)實技術、頭戴式顯示器、增強現(xiàn)實展現(xiàn)到普通民眾的視野中，這對原有的圖像顯示設備進行完全的顛覆。2013年，頭戴式顯示器得到了廣泛的關注，隨后世界眾多公司均加入到虛擬現(xiàn)實頭盔的競爭中。

2 虛擬現(xiàn)實技術的應用范圍

虛擬現(xiàn)實技術主要在現(xiàn)實中應用于如下幾方面。

2.1 醫(yī)學

虛擬現(xiàn)實技術應用于醫(yī)學方面有著極其重要的實際意義。創(chuàng)建虛擬人體模型的環(huán)境中，可以利用HMD、感覺手套、跟蹤球等更加方便的對人體內(nèi)部的器官構(gòu)造進行了解，在進行外科手術時，醫(yī)生可以通過虛擬技術在顯示器上進行模擬手術，尋求最佳的手術方案同時可以提升醫(yī)生的操作熟練度。

2.2 娛樂、教育

由于虛擬現(xiàn)實技術擁有豐富的感知力以及3D現(xiàn)實環(huán)境致使其成為了理想的視頻、游戲工具。因為娛樂上在虛擬現(xiàn)實技術上的真實性要求較低，因此近年來該項技術在娛樂、游戲方面發(fā)展較快。此外，在家庭娛樂上也取得可較為良好的發(fā)展前景。

2.3 軍事航天

模擬和練習始終是軍事航天業(yè)里的一個重點的內(nèi)容，這對虛擬現(xiàn)實技術的應有提供了極為廣闊的前景。此外，虛擬現(xiàn)實技術可以對零重力進行真是的模擬，來對現(xiàn)有對宇航員的訓練方式進行替代。

此外虛擬現(xiàn)實技術還在房地產(chǎn)開發(fā)、動作捕捉、數(shù)字地球、室內(nèi)設計、工業(yè)仿真、文物保護、應急演練等方面均有所應用。

3 虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術是由美國人提出的概念，后來由美國宇航局對其的利用，從而展開了對成本較低的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研制，從而對虛擬現(xiàn)實技術的硬件發(fā)展有著一定的推動作用?，F(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術雖已獲得了較大的發(fā)展，但是仍處于研究的初級階段。目前虛擬現(xiàn)實技術主要在感知、后臺軟件、硬件以及用戶界面四個方面進行研究。就當前時期的技術來看，場館虛擬漫游存在的最大難點是建模與實施繪制。通常情況下，會選擇在繪制速度與模型精細度上選取一個平衡點，這樣不僅可以保證繪制質(zhì)量又不會為用戶造成不適感。目前世界上有著諸多的虛擬現(xiàn)實應用的開發(fā)商，已經(jīng)開發(fā)了一些虛擬現(xiàn)實軟件的平臺，比如Superscape公司的VRT、Deneb Robotics公司的ENVISION等。這類平臺面對不同的目的，在很大程度上提升了虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)的研制效果，但是在開發(fā)中依然有著很多的問題，尤其是對自主知識產(chǎn)權(quán)缺乏的問題，對其中的核心了解不充分，一旦要對新功能進行開發(fā)補充時，都會造成無法運行的狀況。

2015年三星公司了一個新的配件Gear VR，吸引了廣大用戶的關注，Gear VR是一款利用手機作為屏幕的移動虛擬現(xiàn)實的配件，可以實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實得應用體驗。三星公司的這款虛擬現(xiàn)實的設備對于同行業(yè)的其他品牌有著很大的競爭優(yōu)勢，由于其是第一家將其應用于手機上。此外將虛擬現(xiàn)實技術應用于航拍中，再結(jié)合三維制作技術，實現(xiàn)現(xiàn)實拍攝與三維制作的交互，這在游戲上應用較為廣泛。目前有大量的游戲制作商將虛擬現(xiàn)實技術應用于游戲開發(fā)，例如“星球大戰(zhàn)”、“鷹擊長空”、“最終幻想14”等，均實現(xiàn)了將現(xiàn)實內(nèi)容與三維制作相結(jié)合，制作出的游戲效果使玩家有者身臨其境的游戲感受，得到了廣大玩家的喜愛。

4 虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展趨勢

對虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展歷程來看，虛擬現(xiàn)實技術在今后的發(fā)展過程中依然會遵循“低成本、高性能”的原則。本文將從軟硬件上展開探討，主要的發(fā)展方向如下。

4.1 動態(tài)環(huán)境建立技術

虛擬環(huán)境的創(chuàng)建是虛擬現(xiàn)實技術最為核心的內(nèi)容，動態(tài)環(huán)境建模主要的目的在于獲得現(xiàn)實環(huán)境數(shù)據(jù)的基礎上，以此來創(chuàng)建相應的虛擬環(huán)境的模型。

4.2 實時三維圖像生成與顯示

三維圖像生成技術已經(jīng)較為成熟，目前關鍵是實時生成如何實現(xiàn)，目前就如何不降低圖像質(zhì)量與復雜程度的基礎上對頻率的刷新是今后發(fā)展的重點研究內(nèi)容。另外，虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展依賴于傳感器與立體顯示器的發(fā)展，當前時期的虛擬設備上無法滿足系統(tǒng)的需求，需要對三維圖像的生成與顯示技術進行不斷的開發(fā)。

4.3 研制新型交互設備

虛擬現(xiàn)實要能夠完成人可以自由的和虛擬世界內(nèi)的對象實現(xiàn)交互，有一種身臨其境的感受，使用的主要輸入、輸出設備有數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器、三維聲音產(chǎn)生器、三維位置傳感器以及數(shù)據(jù)衣服等。所以，價格低廉、新型、耐用性好的數(shù)據(jù)衣服和手套將成為今后的研究重點。

4.4 智能語音虛擬建模

虛擬現(xiàn)實建模過程是較為復雜的，需要有較多的時間和精力。假設將智能、語音識別等技術與虛擬現(xiàn)實技術相結(jié)合的話，可以很好的對這一問題加以解決。可以將模型的方法、屬性、特點的描述利用語音識別技術來對建模數(shù)據(jù)加以轉(zhuǎn)化，之后再使用計算機的圖像處理技術以及人工智能來進行設計、評價，將模型用對象進行表示，同時邏輯地使各個模型進行動、靜態(tài)的連接，最終創(chuàng)建出系統(tǒng)模型。在模型形成后對其進行評價，給出一定的評價結(jié)果，同時由人工使用語言對其編輯和確認。

4.5 應用大型分布式網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實

分布式網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實是將零散的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和仿真器利用網(wǎng)絡將其連接在一起，采取協(xié)調(diào)一致的標準、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫以及協(xié)議，創(chuàng)建出一個在空間、時間相互聯(lián)系的虛擬合成系統(tǒng)，使用者可以進行自由的交互。當前，分布式虛擬現(xiàn)實交互已經(jīng)成為國際上的研究熱門。網(wǎng)絡分布式顯示虛擬在航天上有著極為重要的應用價值，可以減少研制經(jīng)費以及設備費，同時可以降低人員的出差費以及出差造成的不適。

5 結(jié)語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術有著廣闊發(fā)展前景的高新技術，但是仍有著諸多的需要解決的問題。虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)在現(xiàn)實生活中的許多方面得到應用，并發(fā)揮出了極為重要的作用。作為二十一世紀大力發(fā)展的技術，在今后的發(fā)展中將會取得越來越廣泛的應用，將會對人們的習慣以及理念加以改變，同時深入的應用與我們的日程生活和工作中。

參考文獻

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二、虛擬現(xiàn)實技術概述

虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）技術利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及顯示技術，生成三維的虛擬環(huán)境，介入者利用鍵盤、鼠標等輸入設備，或者帶上頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備進入虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進行實時交互，并且能夠感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對象，獲得身臨其境的感受和體驗。

虛擬現(xiàn)實技術具有沉浸感、交互性和想象力三個基本特征。在具體的教學實驗中，學生可以作為主角存在于虛擬環(huán)境中，對虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進行操作并從環(huán)境中得到自然的反饋，而且當學生沉浸在多維信息空間中時，能夠主動地獲取知識，尋求解答，形成新的概念。

虛擬現(xiàn)實技術以其諸多的優(yōu)點決定了它在教育領域中的重要作用。一是避免真實實驗或操作所帶來的各種危險并降低真實實驗的實驗用品損耗；二是在虛擬實驗中可以獲得與真實實驗一樣的學習效果，還可根據(jù)實驗教學發(fā)展需求“引入”新設備，不斷對新設備進行擴展。三是徹底打破空間與時間的限制?？傊?，虛擬現(xiàn)實技術結(jié)合多媒體技術和計算機網(wǎng)絡，能提高實驗效果與效率，充分發(fā)揮教學優(yōu)勢。

三、虛擬實驗室的實現(xiàn)

虛擬實驗室是由虛擬現(xiàn)實技術生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統(tǒng)，包括相應實驗室環(huán)境、有關的實驗儀器設備、實驗對象以及實驗信息資源等。在虛擬實驗室中，學生能夠在計算機建立的三維的模擬實驗場景中從不同的視角觀察一個實驗對象，通過鼠標的選擇或者拖曳操作便可完成與虛擬實驗對象之間的交互。

（一）仿真實驗

虛擬實驗室實際上就是數(shù)字化的仿真技術在實驗教學中的應用，一個真正的虛擬實驗教學系統(tǒng)的前臺是多媒體或是虛擬化的環(huán)境，后臺是實時仿真的過程。

目前的仿真軟件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在構(gòu)建虛擬實驗時，應根據(jù)具體需求，選擇合適的開發(fā)工具。如何將計算機仿真技術與虛擬化的儀器或多媒體環(huán)境有機的結(jié)合起來是虛擬實驗室建立的關鍵和核心技術。

（二）支持技術

目前國內(nèi)外對虛擬實驗室的開發(fā)大致采用以下幾種方法：

1．使用JAVA+VRML進行開發(fā)。Java目前已經(jīng)成為跨平臺應用軟件開發(fā)的一種規(guī)范，主要討論對象行為。VRML是一種虛擬現(xiàn)實建模語言，著重于虛擬場景中對象的特征。采用JAVA+VRML混合編程是實現(xiàn)較復雜動態(tài)場景控制等高級交互功能的有效方法。但基于VRML虛擬現(xiàn)實的虛擬實驗在制作上較復雜，客戶端需要有大量的專業(yè)的設備（如頭盔、觸覺手套等），附加成本較高，并且運行VRML對客戶端計算機的性能要求也很高。

2．使用ActiveX控件進行開發(fā)。ActiveX技術是Microsoft為適應網(wǎng)絡發(fā)展的需要而將OLE技術在Internet上的重定義。在虛擬實驗室的開發(fā)過程中，代碼復用性對于持續(xù)開發(fā)過程尤為重要。可以利用VB、VC++、Delphi、Builder等任何一種支持COM規(guī)范的開發(fā)工具來進行ActiveX控件的開發(fā)。由于ActiveX控件只能運行在基于MicrosoftWindows的操作系統(tǒng)，因而移植性和通用性較差。

3．使用QuickTimeVR進行開發(fā)。QuickTimeVR（簡稱QTVR）是新一代的、基于靜態(tài)圖像處理的實景建模的虛擬現(xiàn)實技術。QTVR可以應用照片、錄像或數(shù)字圖像等離散數(shù)據(jù)來創(chuàng)建虛擬環(huán)境，完成三維空間及三維物體的造型，并實現(xiàn)全方位觀察。具有更高的真實感、更豐富的圖像和更鮮明的細節(jié)特征。QTVR制作簡單、周期較短、可控性也很強，對開發(fā)一些簡單的網(wǎng)絡實驗教學軟件的難度不大。

4．使用FLASH進行開發(fā)。FLASH是一種基于矢量的圖形系統(tǒng)，具有短小精悍、任意縮放、兼容性良好、嵌入ActionScript腳本功能等特點。而且Flash中的工作組功能極為強大，包含一套新的工作流程，可自動更新Flash網(wǎng)站的數(shù)據(jù)驅(qū)動，從而大大節(jié)約了開發(fā)者的時間。因此，F(xiàn)lashActionScript是網(wǎng)上教學虛擬實驗室開發(fā)的最佳平臺。

（三）功能模塊設計

無論建設哪個學科的虛擬實驗系統(tǒng)，從功能模塊上均可劃分為三個部分。

1．網(wǎng)絡服務。用戶可通過網(wǎng)絡注冊個人信息并經(jīng)過驗證后登錄虛擬實驗系統(tǒng)。登錄該系統(tǒng)后學生可自主選擇將要進行的實驗，并根據(jù)實際需要獲得相關的指導。

2．仿真實驗。采用計算機仿真技術來構(gòu)建實驗模型，設計出用于測試的虛擬儀器設備、實驗線路或回路、實驗元器件或構(gòu)件庫、判別實驗效果的評價標準等。用戶選擇相關的仿真實驗以后，根據(jù)提示進行相關的操作，觀察實驗現(xiàn)象并記錄實驗結(jié)果。

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虛擬現(xiàn)實技術(ⅥrnJalReaJ時，簡稱vR技術)出現(xiàn)于20世紀60年代，隨著處理器技術的大幅度提高以及圖形繪制技術、數(shù)字信號處理技術、傳感技術的發(fā)展，近幾十年來在國內(nèi)外形成了對虛擬現(xiàn)實的研究熱潮。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供了一種先進的人機界面，它通過為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等直觀而自然的實時感知交互的方法和手段，最大程度地方便用戶的操作，從而減輕了用戶的負擔，提高了系統(tǒng)的工作效率。虛擬現(xiàn)實技術具有3個突出特征：沉浸性、交互性、想象性。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由兩部分組成：一部分為創(chuàng)建的虛擬環(huán)境，另一部分為介入者。虛擬現(xiàn)實的核心是強調(diào)兩者之間的交互操作，即反映出人在虛擬環(huán)境中的體驗。我們可以給出如圖1的虛擬現(xiàn)實的概念模型。

二、虛擬實驗系統(tǒng)

1．虛擬實驗系統(tǒng)的特點

(1)共享程度高。虛擬實驗系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)實驗在地域和時間上的限制，它不僅可以接受本地用戶的訪問，有訪問權(quán)限的異地用戶也可以使用系統(tǒng)。并且也無需考慮使用時間的問題，實驗者可以隨時進行實驗。虛擬實驗系統(tǒng)為用戶提供了一個可以在任何時間、任何地點訪問的實驗環(huán)境，極大地提高了信息與實驗資源的共享程度。

(2)強大的交互能力。為了向用戶提供一個逼真的實驗環(huán)境，虛擬實驗系統(tǒng)往往都具有強大的交互能力，實驗者和虛擬實驗對象之間可以通過鼠標的點擊或者拖曳操作進行交互，實驗者可以實時地觀看實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果。

(3)支持協(xié)作。虛擬實驗系統(tǒng)提供了多種方式來完成用戶間的信息交流。

2．虛擬實驗系統(tǒng)的建模

如何構(gòu)建教學型虛擬實驗系統(tǒng)，使其能夠擁有豐富的實驗內(nèi)容表現(xiàn)方式、提供形象生動的實驗內(nèi)容，讓讓學生實現(xiàn)從感知到理解的過程，一直是研究教學型虛擬實驗系統(tǒng)的熱點問題之一。

虛擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)建是將多種技術綜合運用，首先構(gòu)建實驗過程所需要的各種儀器設備，對于場景進行建模。三維虛擬場景模塊的建立是以某一實景為基礎的，因此在虛擬場景建模之前需要對實驗室環(huán)境進行實地考察并對建筑物進行篩選，從而構(gòu)建具有真實感的實驗環(huán)境。對于儀器設備完全用ⅥML語言建立復雜的三維模型是相當煩瑣的，而且建模方法缺乏直觀性，而3DSMAX強大的三維建模功能以及對具有轉(zhuǎn)換為V文件格式輸出的功能，使其在三維虛擬場景中廣泛應用。我們在實際的建模過程中根據(jù)要建立模型的特點選擇建模方法。簡單模型，直接采用VRML中簡單幾何體拼貼紋理的方法，對于復雜場景則采用3DsMAx建模后以VRMI，文件格式輸出。當然在虛擬實驗的建模過程中的龐大建模工作量對軟件的建模效率以提出了很高的要求，于是，在該建模過程中我還采用了高效的照片建模軟件Canoma，Canoma是MetaCreations公司(即現(xiàn)在的Vie、vpoint公司)的軟件產(chǎn)品，利用它可以讓我們無需建模，即可直接從一張或幾張照片制作三維模型，因為使用真實照片直接生成三維模型，所以效果非常真實；而且CaIloma可生成網(wǎng)絡使用的VRM，文件格式。為了能夠反映真實儀器設備的特性，有時還采用FLASH技術來達到儀器設備外觀的逼真性，并提供一些基本的交互。

3．虛擬實驗系統(tǒng)中的交互

交互性是虛擬實驗系統(tǒng)中的一個重要問題。一類是用戶在瀏覽場景的時候，主要的輸入設備就是鼠標，這時候檢測器實際上是檢測用戶對于鼠標的各種操作動作，如鼠標的單擊、指向、拖動等等，從而場景做出相應的反應。檢測這類動作的監(jiān)測器是接觸型監(jiān)測器。描述這類監(jiān)測器的節(jié)點有接觸監(jiān)測器節(jié)點TouchSensor以及PlaneSensor節(jié)點、SphereSensor節(jié)點、CylinderSenS0r節(jié)點；另一類是用戶和場景中某對象接近的程度，對象做出相應的反應，使得用戶和虛擬對象之間形成交互。

將所有儀器設備成功地加入到場景當中之后，用戶應該可以隨意地拿起自己需要的實驗器材進行實驗，所以要提供用戶選取實驗器材的接口。當用戶在選擇某件儀器，為了提供給用戶選擇的接口，我們在實驗儀器原型中設計了供用戶選擇的按鈕。如果選中時就可以點擊按鈕“tal(e，無需使用就只要點擊“放回”按鈕。由于用戶需要與系統(tǒng)進行交互，同時系統(tǒng)需要根據(jù)用戶的選擇與后臺數(shù)據(jù)庫進行通信，因此我們使用JavaApplet。Applet具有良好的網(wǎng)絡傳輸透明性，圖2顯示了瀏覽器通過Appl訪問數(shù)據(jù)庫的整個過程。

三、虛擬實驗集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1．軟件程序集成

軟件程序是虛擬實驗系統(tǒng)的重要內(nèi)容，是系統(tǒng)的靈魂所在。在虛擬實驗系統(tǒng)中，我們將軟件程序部分按照層次化和模塊化的設計模式進行集成。集成化的軟件程序依據(jù)集成度的大小分為不同層次的模塊，分屬不同層次的模塊充分體現(xiàn)了整體和部分的關系，各模塊都可以看成是下一層次多個模塊集成的整體，每一個模塊又都可以看成是上一層次模塊中的一部分，各層次之間互為整體和部分的關系為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)架提供了靈活的方式。

2．系統(tǒng)功能集成

系統(tǒng)功能集成是建立在軟件程序集成的基礎之上的，系統(tǒng)功能集成是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成的重要體現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效集成度是系統(tǒng)功能集成的重要基礎。在虛擬實驗系統(tǒng)中，軟件程序的集成保證了系統(tǒng)功能在不同層面上的集成度和在各層面之間的靈活性。以不同集成度來形成的系統(tǒng)功能整體在系統(tǒng)構(gòu)建、修改、維護等方面起到了重要的結(jié)構(gòu)化支持作用。

3．儀器軟面板集成

儀器軟面板是虛擬實驗系統(tǒng)的重要特色之一。在傳統(tǒng)實驗系統(tǒng)中，儀器設備一般會自帶一個顯示屏，以及相關的操作組件和按鈕來形成一個操作面板，這個面板的形式以及各組件和按鈕的功能是固定的，不能修改和設置。在虛擬實驗系統(tǒng)中，各種儀器設備的操作面板集中顯示在計算機的顯示屏幕上，這種面板由軟件程序來形成和設置，由鍵盤、鼠標以及其他的外部輸入設備來控制，面板的形式以及各組件和按鈕的功能可以根據(jù)需要自定義，可以將多個儀器的面板組合在一起，也可以將某一個儀器的面板簡化。儀器軟面板形式和功能上的這種靈活性正是系統(tǒng)集成度的體現(xiàn)。

4。網(wǎng)絡集成

網(wǎng)絡的出現(xiàn)使得分布式結(jié)構(gòu)成為可能。在虛擬實驗系統(tǒng)中，我們通過網(wǎng)絡可以突破時間和空間的限制，將更多的協(xié)議方和操作方以一定的集成度集成在一起，共同完成實驗項目。我們在談集成性的問題的時候，一定是和相應的分散度聯(lián)系在一起的，就如同整體和部分之間的關系，每一個整體都可以看作更大的整體的一部分，而每一個部分又都可以看成更多小部分的整體。網(wǎng)絡的分布式保證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集成性。

四、虛擬實驗教學應用的優(yōu)勢

從虛擬實驗的技術優(yōu)勢和實驗教學的現(xiàn)狀需求出發(fā)，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1．資源開放

從虛擬實驗的技術實現(xiàn)角度來看，實驗教學中的有效資源全部開放，這使得實驗項目從開發(fā)到操作，再到后期數(shù)據(jù)處理與實驗課程的復習全部開放給學生，學生可以利用系統(tǒng)軟件程序模塊和實驗項目設計模板等幫助實驗設計方案的形成與開發(fā)；利用數(shù)據(jù)分析與處理工具包進行實驗數(shù)據(jù)的分析與處理，獲得規(guī)律性認識：教師的指導性意見、學生的交流信息和實驗故障和誤差分析等信息資料，可以幫助學生在實驗課程總結(jié)和復習中取長補短、鞏固知識。

2．組織形式開放

虛擬實驗將實驗資源、實驗項目開發(fā)和實驗操作等網(wǎng)絡化、平臺化，因此實驗內(nèi)容、時間以及地點等組織形式是開放的具備可選擇性。針對目前實驗教學需要跨學科、跨地域、多項實驗同時開展等現(xiàn)狀要求，虛擬實驗所具備的組織形式開放性為實驗教學模式的擴展提供了技術準備。

3．對象開放

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2.虛擬現(xiàn)實技術中的關鍵技術（1）廣角立體顯示技術以往的計算機圖形技術如果具有足夠準確的模型也可以精確產(chǎn)生不同事物的形象，但是對于一些特殊情況，圖像的刷新就相當重要，同時也要求較高的圖像質(zhì)量。實時三維計算機圖形技術可以做到實時、快速刷新圖像，圖像質(zhì)量也較高，這項技術在模擬飛行系統(tǒng)中運用較為廣泛。（2）觸覺與力覺反饋技術觸覺與力覺反饋技術通過在手套中安裝一些可以振動的觸點來模擬觸覺，使人們能夠在虛擬世界中直接對見到的事物進行操作，從而能夠感受到物體對人體所產(chǎn)生的反作用力。該技術使虛擬環(huán)境更加逼真，使人們產(chǎn)生身臨其境的感覺，從而更為準確地反映出虛擬環(huán)境狀況。

二、虛擬現(xiàn)實技術在展示設計中的應用

1.打破了展示設計中時間與空間所帶來的局限性在展示設計中利用虛擬現(xiàn)實技術可以打破時間與空間所帶來的局限性，無論是宇宙天體，還是原子粒子，展示設計人員都可以利用虛擬現(xiàn)實技術自由進入物體內(nèi)部，通過對各環(huán)節(jié)的工作情況和各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系進行考察，從而對物體進行全方位的細致研究和分析。同時，虛擬現(xiàn)實技術也能打破時間所帶來的局限性，它能夠展示一些需要經(jīng)過很長時間產(chǎn)生的變化，這對展示設計具有重要的意義。

2.可以彌補展示設計中的不足將虛擬現(xiàn)實技術應用于展示設計中，可以彌補在設計過程中由于場地、設備以及經(jīng)費的局限而導致的一些設計工作無法順利開展的不足，使環(huán)境設計的實際效果能夠得到保證。由于在展示設計中引入虛擬現(xiàn)實技術，設計人員不需要實地考察，只需要電腦便可以了解到具體的場景，從而減少了展示設計成本的支出，也可增加人們對設計的感性認識，便于人們準確理解和掌握展示設計的內(nèi)容，進而使得展示設計的質(zhì)量得到提升。

三、虛擬現(xiàn)實技術在展示設計中的應用前景

1.圖形、輸入輸出、處理能力等方面的突破虛擬現(xiàn)實技術是一個較為全面的設計表達系統(tǒng)，它能夠突破以往電腦效果圖的維度限制，將各種類型的環(huán)境數(shù)據(jù)體現(xiàn)在展示設計中。這些方面的完善和改進帶動了展示設計的革新，使得展示設計師的地位也獲得了提高。通過虛擬現(xiàn)實技術，參觀者能更加深入地感受參觀經(jīng)歷的微妙性、復雜性、趣味性，從而使展示設計的質(zhì)量得到提高。

2.虛擬現(xiàn)實技術應該注重與其他技術的結(jié)合如今，計算機技術快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術在展示設計中的應用應該越來越注重與其他技術的結(jié)合，使設計人員能夠從不同角度對設計對象進行直觀的展示，從而設計出更加人性化的作品。在展示設計中引入虛擬現(xiàn)實技術是設計領域的一種新穎的方式，在未來會有很大的發(fā)展前景。虛擬現(xiàn)實技術將會在展示設計中得到更為廣泛的應用，其作用也將越來越受到人們的關注。

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關鍵詞:虛擬現(xiàn)實 3D虛擬商城 分布式虛擬現(xiàn)實

key word: Virtual reality 3D hypothesized commercial city distributional virtual reality

一、引言

隨著Internet的發(fā)展,人們的商務行為已經(jīng)從傳統(tǒng)商務轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮由虅?。在各種各樣的電子商務中,最為重要的一種就是網(wǎng)上商店。人們可以足不出戶,在家里的電腦上就可以買到幾乎所有的商品。目前除了2D網(wǎng)頁式的實現(xiàn)方式以外,分布式虛擬環(huán)境是網(wǎng)上商店的一種更新、更好、更合適的實現(xiàn)方式。

二、虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實(VR, Virtual Reality)也被稱為虛擬環(huán)境 (Virtual Environment. VE)、人工現(xiàn)實((Artificial Reality),電腦空間((Cyberspace).是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。它是作為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(wǎng)絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術而發(fā)展起來的計算機領域的新技術,目前所涉及的研究應用領域已經(jīng)包括軍事、 醫(yī)學、心理學、教育、科研、商業(yè)、影視等,VR技術已經(jīng)被公認為是 21世紀重要的發(fā)展學科以及影響人們生活的重要技術之一。

虛擬現(xiàn)實的研究開發(fā)工作可追溯到80年代初。如1983年美國國防部(DOD)制定了SIMENT的研究計劃;1985年SGI公司開發(fā)成功了網(wǎng)絡VR游戲DogFlight。到90年代初,美國率先將虛擬現(xiàn)實技術用于軍事領域,主要用于以下四個方面:虛擬戰(zhàn)場環(huán)境;進行單兵模擬訓練;實施諸軍兵種聯(lián)合演習;進行指揮員訓練。一些著名大學和研究所的研究人員也開展了對分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究工作,并陸續(xù)推出了多個實驗性DVR系統(tǒng)或開發(fā)環(huán)境,典型的例子有美國NPS開發(fā)的NPSNET(1990)、瑞典計算機科學研究所的DIVE(1993)及英國Nottingham大學的AVIARY(1994)。

目前虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要劃分為四個層次:一是桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),也稱窗口中的VR。它可以通過桌上型機實現(xiàn),所以成本較低,功能也最簡單,主要用于CAD(計算機輔助設計)、CAM(計算機輔助制造)建筑設計、桌面游戲等領域。二是增強現(xiàn)實性虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),又稱為混合虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合起來的一種系統(tǒng)。三是沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),如各種用途的體驗器,使人有身臨其境的感覺,各種培訓、演示以及高級游戲等用途均可用這種系統(tǒng)。四是網(wǎng)絡分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Distributed Virtu al Reality,DVR),它在因特網(wǎng)環(huán)境下,充分利用分布于各地的資源,協(xié)同開發(fā)各種虛擬現(xiàn)實的利用。網(wǎng)絡分布式虛擬現(xiàn)實將分散的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或仿真器通過網(wǎng)絡連接起來,采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標準、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫,形成一個在實踐和空間上互相耦合的虛擬/合成環(huán)境,參與者可自由地進行交互作用。目前,分布式虛擬交互仿真已經(jīng)成為國際上的研究熱點,相繼推出了 DIS、MA等相關標準。網(wǎng)絡分布式虛擬現(xiàn)實在航天中極具應用價值,例如,國際空間站的參與國分布在世界不同區(qū)域,分布式虛擬現(xiàn)實訓練環(huán)境不需要在各國重建仿真系統(tǒng),這樣不僅減少了研制費設備費用,而且也減少了人員出差的費用和異地生活的不適。它通常是浸沉虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展,也就是把分布于不同地方的沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過因特網(wǎng)連接起來,共同實現(xiàn)某種用途。

分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在遠程教育、科學計算可視化、工程技術、建筑、電子商務、交互式娛樂、藝術等領域都有著極其廣泛的應用前景。利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、設計協(xié)作系統(tǒng)、實境式電子商務、網(wǎng)絡游戲、虛擬社區(qū)全新的應用系統(tǒng)。典型的應用領域有:(1)教育應用:把分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)用于建造人體模型、電腦太空旅游、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等領域,由于數(shù)據(jù)更加逼真,大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的學習興趣,效果十分顯著。同時,隨著計算機技術、心理學、教育學等多種學科的相互結(jié)合、促進和發(fā)展,系統(tǒng)因此能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機對話方式。(2)工程應用:當前的工程很大程度上要依賴于圖形工具,以便直觀地顯示各種產(chǎn)品,目前,CAD/CAM已經(jīng)成為機械、建筑等領域必不可少的軟件工具。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應用將使人員能通過全球網(wǎng)或局域網(wǎng)按協(xié)作方式進行三維模型的設計、交流和,從而進一步提高生產(chǎn)效率并削減成本.(3)商業(yè)應用:對于那些期望與顧客建立直接聯(lián)系的公司,尤其是那些在他們的主頁上向客戶發(fā)送電子廣告的公司,Internet具有特別的吸引力。分布式虛擬系統(tǒng)的應用有可能大幅度改善顧客購買商品的經(jīng)歷。(4)娛樂應用:娛樂領域是分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一個重要應用領域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境,從而使人們能夠享受其中的樂趣,帶來更好的娛樂感覺。

三、3D虛擬商城

目前,電子商務潮流充斥著整個社會,給整個經(jīng)濟社會帶來了無限商機,隨之出現(xiàn)在網(wǎng)絡世界中的在線虛擬商城也擁有很多好處,比如可以每周七天每天24小時不間斷營業(yè),用戶可以很方便地通過搜索來找到他所需要的項目和產(chǎn)品,還有很重要的是不用實體店面可以節(jié)省很多的成本。但是,在線虛擬商城中,用戶總會覺得產(chǎn)品太少,而且覺得只你一個人在購物,很孤單。在這種環(huán)境下,用戶不愿意像在實體店中那樣逗留很久。最終,在網(wǎng)上虛擬商城中的消費也大打折扣。為了滿足人們的更高需求,突破2D網(wǎng)頁界面的網(wǎng)頁的3D虛擬商城等正在逐步走入并將逐漸占領整個商業(yè)市場。

3D虛擬商城是一種基于Internet的虛擬購物環(huán)境,它采用C2C的電子商務模式,讓用戶在3D虛擬環(huán)境中漫游,能進行交互式的操作,全面虛擬了購物的瀏覽、挑選、支付的過程,使用戶有身臨其境的感受;同時還會提供數(shù)字化的管理,商品分類清楚,搜索方便,具有完備的財務系統(tǒng)和可靠的安全系統(tǒng),確保購物的有效性,完整性和機密性。3D虛擬的商城中3D語音和圖像功能為顧客提供身臨其境的、互動以及網(wǎng)絡一體化的虛擬世界。顧客可以通過創(chuàng)建個人化的“虛擬替身”(avatar),在3D虛擬商店中瀏覽商品和購物,同時與來自世界各地的其他顧客和銷售人員互動交流;其次,顧客也可以參加由虛擬商店職員提供的商品演示或使用指導;第三,顧客可以通過組建社會化或虛擬的購物群組,與他們的朋友、家人和同事共同舉辦網(wǎng)上購物聚會,共同分享購物的樂趣與經(jīng)驗,開創(chuàng)全新的輔助式電子商務或社交性購物的概念;第四,網(wǎng)上客戶服務將變得盡善盡美,客戶將不再需要通過電子郵件、點擊通話或瀏覽數(shù)百頁的網(wǎng)上論壇來尋找所需的答案。一旦有任何疑問,便可立即登錄,向客戶服務代表尋求幫助、或者詢問另一位信用評級較高的顧客;第五,企業(yè)更可以利用網(wǎng)上商店,在虛擬環(huán)境中測試新的店面設計和構(gòu)思。因此建立并發(fā)展3D虛擬商店具有實際意義。

四、DVR(Distributed Virtual Reality,DVR)在虛擬商城中的應用

虛擬現(xiàn)實(VR)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界,提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬,讓使用者如同身歷其境一般,可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。而虛擬現(xiàn)實技術的興起,為人機交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領域;為智能工程的應用提供了新的界面工具;為各類工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法。它充分利用計算機硬件與軟件資源的集成技術,提供了一種實時、三維的虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment),使用者完全可以進入虛擬環(huán)境中,觀看計算機產(chǎn)生的虛擬世界,聽到逼真的聲音,在虛擬環(huán)境中交互操作,有真實感,可以講話,并且能夠嗅到氣味。DVR技術的發(fā)展始終圍繞它的三個特征而前進,即沉浸感、交互性和構(gòu)想。這三個重要特征與其相鄰近的技術(如多媒體技術,計算機可視化技術等)相區(qū)別,沉浸感是指計算機生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺,如同進入了一個真實的客觀世界; 交互性是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對象進行交互,操作或者交流;構(gòu)想是指虛擬環(huán)境可使人沉浸其中并且獲取新的知識,提高感性和理性認識,從而深化概念并萌發(fā)新意。因而可以說虛擬現(xiàn)實可以啟發(fā)人的創(chuàng)造性思維。這些特點均為三維虛擬商城的建立和發(fā)展提供了良好的技術支持,基于DVR平臺的三維虛擬商城將是電子商務網(wǎng)絡商城發(fā)展的必然趨勢。

其中三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究、三維虛擬商店的碰撞檢測方法、三維虛擬商店的動態(tài)交互等都是基于DVR的技術支持。三維虛擬商店的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模型的研究是為了提高系統(tǒng)的安全性和綜合性能,方便以后對系統(tǒng)功能進行完善和擴張進行的,系統(tǒng)采用MVC三層結(jié)構(gòu)。對系統(tǒng)的關鍵信息進行了封裝,而且大部分業(yè)務邏輯處理都集中在服務器上,提高系統(tǒng)安全性和性能。三維場景的碰撞檢測對于提高虛擬系統(tǒng)的真實性、增強虛擬環(huán)境的沉浸感有至關重要的作用;三維虛擬商店的動態(tài)交互主要研究三維虛擬場景中物體的動態(tài)添加、三維場景中物體的材質(zhì)的更新、三維場景與數(shù)據(jù)庫的關聯(lián)等問題。

虛擬商城的展示在國外發(fā)達國家得到了廣泛的應用,成為實物展示的重要互補。我國在虛擬商店展示領域的研究比較落后,對虛擬展示系統(tǒng)的開發(fā)技術沒有形成完整的理論和方法,特別在商店的設計與制作方面,缺乏有效的開發(fā)平臺。而網(wǎng)絡虛擬技術的發(fā)展為商家與客戶進行信息交流開辟了一條新途徑,特別是虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展,為網(wǎng)上最終實現(xiàn)網(wǎng)上虛擬展示的“真實化”提供了可能。

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篇（7）

VR藝術是伴隨著“虛擬現(xiàn)實時代”的來臨應運而生的一種新興而獨立的藝術門類，在《虛擬現(xiàn)實藝術： 形而上的終極再創(chuàng)造》一文中，關于VR藝術有如下的定義：“以虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等人工智能技術作為媒介手段加以運用的藝術形式，我們稱之為虛擬現(xiàn)實藝術，簡稱VR藝術。該藝術形式的主要特點是超文本性和交互性。”

作為現(xiàn)代科技前沿的綜合體現(xiàn)，VR藝術是通過人機界面對復雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種新的藝術語言形式，它吸引藝術家的重要之處，在于藝術思維與科技工具的密切交融和二者深層滲透所產(chǎn)生的全新的認知體驗。與傳統(tǒng)視窗操作下的新媒體藝術相比，交互性和擴展的人機對話，是VR藝術呈現(xiàn)其獨特優(yōu)勢的關鍵所在。從整體意義上說，VR藝術是以新型人機對話為基礎的交互性的藝術形式，其最大優(yōu)勢在于建構(gòu)作品與參與者的對話，通過對話揭示意義生成的過程。

藝術家通過對VR、AR等技術的應用，可以采用更為自然的人機交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的術環(huán)境和現(xiàn)實情況下不能實現(xiàn)的夢想，并賦予創(chuàng)造的過程以新的含義。如具有VR性質(zhì)的交互裝置系統(tǒng)可以設置觀眾穿越多重感官的交互通道以及穿越裝置的過程，藝術家可以借助軟件和硬件的順暢配合來促進參與者與作品之間的溝通與反饋，創(chuàng)造良好的參與性和可操控性；也可以通過視頻界面進行動作捕捉，儲存訪問者的行為片段，以保持參與者的意識增強性為基礎，同步放映增強效果和重新塑造、處理過的影像；通過增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實等形式，將數(shù)字世界和真實世界結(jié)合在一起，觀眾可以通過自身動作控制投影的文本，如數(shù)據(jù)手套可以提供力的反饋，可移動的場景、360度旋轉(zhuǎn)的球體空間不僅增強了作品的沉浸感，而且可以使觀眾進入作品的內(nèi)部，操縱它、觀察它的過程，甚至賦予觀眾參與再創(chuàng)造的機會。VR在醫(yī)學方面的應用具有十分重要的現(xiàn)實意義。

在虛擬環(huán)境中，可以建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、感覺手套，學生可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu)，這比現(xiàn)有的采用教科書的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在20世紀90年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術訓練器，用于腿部及腹部外科手術模擬。這個虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術臺與手術燈，虛擬的外科工具，虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺手套，使用者可以對虛擬的人體模型進行手術。但該系統(tǒng)有待進一步改進，如需提高環(huán)境的真實感，增加網(wǎng)絡功能，使其能同時培訓多個使用者，或可在外地專家的指導下工作等。手術后果預測及改善殘疾人生恬狀況，乃至新型藥物的研制等方面，VR技術都有十分重要的意義。

在醫(yī)學院校，學生可在虛擬實驗室中，進行“尸體”解剖和各種手術練習。用這項技術，由于不受標本、場地等的限制，所以培訓費用大大降低。一些用于醫(yī)學培訓、實習和研究的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，仿真程度非常高，其優(yōu)越性和效果是不可估量和不可比擬的。外科醫(yī)生在動手術前，通過虛擬現(xiàn)實技術的幫助，能在顯示器上重復地模擬手術，移動人體內(nèi)的器官，尋找最佳手術方案并提高熟練度。在遠距離遙控外科手術，復雜手術的計劃安排，手術過程的信息指導，手術后果預測及改善殘疾人生活狀況，乃至新藥研制等方面，虛擬現(xiàn)實技術都能發(fā)揮十分重要的作用。

篇（8）

二、虛擬現(xiàn)實技術與動畫藝術的融合之路

動畫在當前社會的發(fā)展中，在形式上很多情況不能滿足商業(yè)或藝術上的要求，這就要求動畫技術進行革新以滿足其需求。然而，虛擬現(xiàn)實技術就應運而生了，虛擬現(xiàn)實技術使動畫藝術在表現(xiàn)形式上更廣，甚至促進新興行業(yè)的產(chǎn)生。例如，虛擬三維仿真動畫游戲，建筑漫游交互可視化，模擬軍事、工業(yè)制作互動領域。

三、模擬真實環(huán)境，實時仿真交互

模擬真實環(huán)境主要是應用在商業(yè)中，早在加拿大，就已經(jīng)投入運用了，即，在商業(yè)會議中，會議中的人員都不會到場，而是在家拿出手機或是電腦，進入一個虛擬的辦公環(huán)境中，大家都坐下來開會就好了。這樣就大大節(jié)省了資源。在虛擬的環(huán)境中每個模型的外形，進行真實的擬合，然后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維模型。比如，藍天白云花草樹木的模擬、虛擬現(xiàn)實主題公園真實模擬、真實的建筑場景等。

四、動畫藝術與虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展

動畫藝術的設計可以挖掘傳統(tǒng)文化中的元素。傳統(tǒng)文化經(jīng)過幾千年的沉淀，所留下來的優(yōu)秀文化大多是符合大眾口味，都有其獨特的藝術形式，吸引著各自的愛好群體。虛擬現(xiàn)實技術隨著科技的發(fā)展，也日益健壯，把動畫藝術融入到虛擬現(xiàn)實當中，其視感、觸覺可謂大為觀止。建筑行業(yè)中，為了把握市場趨勢，果斷啟用最新技術把握住了商機。虛擬現(xiàn)實技術甚至成了當今房地產(chǎn)行業(yè)綜合實力的象征與標志；工業(yè)生產(chǎn)中，虛擬現(xiàn)實技術給其帶來了便捷，提高了效率，更是減少了損失；在軍事模擬動畫中，給戰(zhàn)士充足的現(xiàn)場感覺，提升了培訓質(zhì)量。

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1.虛擬現(xiàn)實技術專利申請分析

虛擬現(xiàn)實技術在2008年之前發(fā)展緩慢，每年的專利量均在200件之下，特別是從1997年至2001年，專利年申請量不到100件，主要是因為這段時期我國虛擬現(xiàn)實技術處于發(fā)展初期與技術飛速發(fā)展的醞釀階段[1]。從2008年開始，VR領域?qū)＠暾埩砍尸F(xiàn)逐年上漲的趨勢，尤其是2016年，專利申請量出現(xiàn)大幅上升，達到了1131件，比上一年度增長了37.1%?？梢灶A見，2017年虛擬現(xiàn)實技術方面的專利數(shù)量將會有進一步的突破。

對申請專利的法律狀態(tài)進行分析，目前處于授權(quán)狀態(tài)的專利為1927件，而處于實質(zhì)審查中的專利為1881件，占到專利總量的36.8%，虛擬現(xiàn)實領域的專利三分之一以上的專利量為最近幾年申請?？梢姡覈鳹R技術雖然起步較晚，相應的產(chǎn)業(yè)還未成熟，但是未來的發(fā)展勢頭強勁，技術研發(fā)也在不斷加大。

2.虛擬現(xiàn)實技術IPC分類分析

虛擬現(xiàn)實領域?qū)＠鸌PC的分布反映了虛擬現(xiàn)實技術研發(fā)的主要方向，同時預示著新一代產(chǎn)品和未來市場的發(fā)展趨勢。我國虛擬現(xiàn)實領域?qū)＠饕蟹植荚谖锢眍I域（G部，占了9個），其中專利數(shù)量最多的類別為G06F3/01（用戶和計算機之間交互的輸入或輸出裝置），專利量達732件，占到專利總量的14.33%，其次為加蓋顯示器類別的專利（519件），其余類別的專利均在200件以下。排名前十的IPC分類中，唯一一個非G部的分類為電學領域（H部）中的圖像重現(xiàn)裝置，專利量為142件。 采用IPC大類方式進行分類，A63（運動；娛樂；游戲）方面的專利有487件，并且相關專利主要集中在“使用二維或多維電子顯示器顯示與游戲有關圖像的游戲方面”。由此可見，虛擬現(xiàn)實技術在游戲方面已有了很好的布局，娛樂游戲領域?qū)翘摂M現(xiàn)實技術發(fā)展的趨勢。

3.虛擬現(xiàn)實技術申請人分析

對虛擬現(xiàn)實領域?qū)＠暾埲说那闆r進行分析，申請量前十的所屬機構(gòu)以公司為主（占了9個），唯一一個高校機構(gòu)排名第五。其中樂視公司以223件專利量排在首位，緊隨其后的是微軟公司（146件），索尼公司（121件），其余機構(gòu)的專利量均在100件以下。由此可知，虛擬現(xiàn)實技術具有重要的產(chǎn)業(yè)價值，諸多企業(yè)都是申請?zhí)摂M現(xiàn)實技術專利的主力軍，虛擬現(xiàn)實技術也具有重要的產(chǎn)業(yè)價值，受到企業(yè)的重視。

從所屬國家的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，排名前十的機構(gòu)中，有三家來自美國（微軟、高通、IBM），兩家來自日本（索尼、佳能），一家來自韓國（三星），僅四家源自中國本土。由此可見，國外VR領域巨頭已在我國進行了大量的專利布局，中國本土虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)與技術的發(fā)展必將面臨國外強勢機構(gòu)的技術壁壘。從申請期間和有效專利占比的對比數(shù)據(jù)中可以看到，微軟、索尼、三星以及IBM自上個世紀便開始在中國進行VR領域?qū)＠牟季?，尤其是微軟公司，不僅專利的申請量位居第二，其有效專利的占比也是高于同類企業(yè)，可見微軟公司非常重視中國虛擬現(xiàn)實領域的市場[2]。值得強調(diào)的是，樂視公司與北京小鳥看看科技有限公司的專利申請均從2015年開始，僅兩年的時間，前者申請了223件專利，后者申請量74件專利，可見這兩家公司在虛擬現(xiàn)實的技術研發(fā)上發(fā)展勢頭強勁，雖然起步晚，但競爭實力不容小覷。

4.結(jié)論

我國虛擬現(xiàn)實技術專利主要集中在虛擬現(xiàn)實設備輸入輸出裝置、顯示器、3D建模以及數(shù)據(jù)處理等方面。在娛樂游戲方面有大量專利涉及，該領域?qū)荲R技術未來發(fā)展的重要方向。同時，國外虛擬現(xiàn)實領域巨頭已在我國進行了大量的專利布局，在排名前十的高產(chǎn)機構(gòu)中，一半以上為外國企業(yè)，其中美國占據(jù)三個席位，表現(xiàn)出強大的競爭力。我國本土企業(yè)雖然起步較晚，但是發(fā)展勢頭強勁，最近幾年專利申請量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，尤其是樂視公司，旗下223件專利均為近兩年申請，占據(jù)十大高產(chǎn)機構(gòu)的榜首。由此可見，國外虛擬現(xiàn)實領域巨頭雖然實力強勁，但是國內(nèi)企業(yè)若能把握技術要點，仍有很多突破機會，及時占領國內(nèi)市場，甚至進軍世界。

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多媒體技術的誕生及快速發(fā)展，為人們提供了新的思路和新的方法，用于解決過去難以解決的問題。目前，在科學研究、遠程教育、現(xiàn)代醫(yī)療、軍事訓練、航空航天等各個領域已經(jīng)廣泛推廣應用，隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，特別是因特網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡教學也得到了長足的進步，在全民教育中網(wǎng)絡教學的作用及特點也愈加明顯，學生借助互聯(lián)網(wǎng)提供了廣闊的學習空間，有效擴大了學習規(guī)模，提高了教學效率。然而，網(wǎng)絡教學的客觀實際——教師與學生在現(xiàn)實空間中的分離，導致了網(wǎng)絡教學中情感教學的嚴重缺乏。

一、虛擬現(xiàn)實技術的沉浸性

虛擬現(xiàn)實技術是對虛擬想象（三維可視化的）或真實的、多感官的三維虛擬世界的模擬，是一種綜合技術。它涉及計算機圖形學、人機接口技術、圖像處理與模式識別、多傳感器技術、語音處理與音響技術、網(wǎng)絡技術、并行處理技術、高性能計算機系統(tǒng)、人工智能等。虛擬現(xiàn)實技術的特性包括沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想象性（Imagination）。

沉浸性作為虛擬現(xiàn)實技術最主要的特征，就是讓用戶成為并感受到自己是計算機系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界中的一部分，感受到自身在虛擬世界中的主動性，突破了被動的觀察者的慣例，沉浸在虛擬世界之中，參與虛擬世界的各種活動。虛擬現(xiàn)實的沉浸性取決于用戶的感知系統(tǒng)，當虛擬世界給予用戶多方位的感知刺激時，包括力覺、觸覺、味覺、嗅覺甚至運動感知和身體感知等，便會引起用戶的思維共鳴，造成心理沉浸，從而感覺到如同進入一個真實存在的世界。

二、網(wǎng)絡教學中情感缺失問題突出

網(wǎng)絡教育是信息技術與教育理念共同發(fā)展的產(chǎn)物，其在教育領域中已經(jīng)成為不可或缺的一部分，為教育工作開拓了新的廣闊的發(fā)展空間，發(fā)揮著重要的作用。然而，網(wǎng)絡教育雖然提供了相對寬松、快捷、自由和開放的學習環(huán)境，有著一些傳統(tǒng)教育不具有的優(yōu)勢，卻缺少了基于課堂教學的傳統(tǒng)教育中的情感因素。師生之間感情的流露、語言的交流和非語言（如手勢語、體態(tài)語等）的展示，無時無刻不在培養(yǎng)著處于這一環(huán)境中的每一個學生的道德、情感和人際溝通等方面的素質(zhì)。在網(wǎng)絡環(huán)境中人的情感、態(tài)度、熱情是很難有效呈現(xiàn)的，這種現(xiàn)象已經(jīng)引起了社會各界人士的關注，很多學者就網(wǎng)絡教學中情感缺失問題的原因及對策進行了分析研究，并提出了很多應對策略，包括轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育觀念、調(diào)動網(wǎng)絡資源中利于情感教學的因素、利用多媒體創(chuàng)設情境等，但取得的效果卻并不令人樂觀。

三、利用虛擬現(xiàn)實技術為網(wǎng)絡教學創(chuàng)設分布式虛擬教學環(huán)境

虛擬現(xiàn)實技術根據(jù)“沉浸性”程度的高低和交互程度的不同，劃分為沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、增強式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。其中分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的目標是在“沉浸式”虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基礎上，基于自然的交互方式，將分布在不同地理位置上的多個用戶或多個虛擬世界通過網(wǎng)絡連接在一起，使每個用戶同時參與到一個虛擬空間，計算機通過網(wǎng)絡與其他用戶進行交互，共同體驗虛擬經(jīng)歷，以達到協(xié)同工作的目的。網(wǎng)絡教學中的教育對象分布于全國各地，通過網(wǎng)絡集中在一起開展學習，可以采用分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)為網(wǎng)絡教學提供一個虛擬的、沉浸的教學環(huán)境，該環(huán)境可以多用戶同時進入，用戶間、用戶與虛擬環(huán)境間可進行實時交互。

該分布式虛擬教學系統(tǒng)主要由計算機、輸入/輸出設備、應用軟件、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡環(huán)境等組成，其中應用軟件和數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)教學需要進行設計，設置場景布置、模型的紋理材質(zhì)標準、實時交互性的強弱。而輸入/輸出設備是決定沉浸性的關鍵，以鍵盤、鼠標為輸入設備，以2D顯示器為輸出設備，其沉浸性是最弱的，如果以數(shù)據(jù)衣、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)頭盔、力矩球、空間跟蹤器等作為輸入/輸出設備時，其沉浸性會很強烈。分布式虛擬教學系統(tǒng)通過網(wǎng)絡將所有的用戶連接到系統(tǒng)中，用戶通過應用軟件登陸，進入系統(tǒng)，通過輸入設備將每名用戶的行為包括語言、動作等輸入系統(tǒng)，計算機進行復雜運算后，系統(tǒng)作出反饋，通過輸出設備反饋給每名用戶，不同的用戶，輸入不同，得到的反饋也是不同的，包括整個虛擬環(huán)境也在以每名用戶為主體進行實時的變化。

在分布式虛擬教學環(huán)境中同學們的表情、動作等輸入都及時傳輸?shù)较到y(tǒng)并作用于其他用戶（包括教師和虛擬課堂場景），其他用戶感知該用戶的行為后也會作出相應的反應，包括整個課堂場景的反饋，會實時地反饋給該用戶。如同在真實的傳統(tǒng)課堂中教學一樣，老師可以同時看到同學們的一舉一動，而同學們也能通過面部表情的變化感受到老師在講授中的心理情感變化。每位同學的學習情況、知識的理解程度，都能實時反映給老師。盡管大家身處異地，相隔千里，但進入虛擬教室后，就會感受到其他同學和老師就在自己身邊，感受到其他人的喜怒哀樂，他是虛擬的但他就在用戶的周圍、就在用戶的眼前，看得見、摸得著。這樣一來，網(wǎng)絡教學不再像過去那樣，冷冰冰地只是一味地灌輸知識，沒有情感感知，沒有實時交互。虛擬現(xiàn)實技術的特點在虛擬培訓方面表現(xiàn)得比較突出。虛擬現(xiàn)實技術的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬學習環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入學習，這非常有利于學生的技能訓練。

相信不僅的將來，隨著科學技術水平的不斷進步，虛擬現(xiàn)實設備的不斷發(fā)展，虛擬世界與客觀真實世界的無限趨近，虛擬環(huán)境中的沉浸性一定會越來越令人震撼，其在教學中的應用也會更加廣泛，對網(wǎng)絡教學的發(fā)展也會產(chǎn)生更加深遠的影響。

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