時(shí)間：2023-03-24 15:04:25
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)以自然的視、聽、觸等功能感受的三維環(huán)境，人們可以方便地對生成的“虛擬世界”進(jìn)行交互式的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶創(chuàng)造了一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體變化與相互作用的界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化，它具有多媒體信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特點(diǎn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建出逼真的礦山工程環(huán)境對優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用價(jià)值。
為了給用戶創(chuàng)建一個(gè)能使其感到身臨其境和沉浸其中的環(huán)境，必要的條件就是根據(jù)需要能在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中逼真地顯示出客觀世界中的一切對象：不僅要求所顯示的對象模型在外形上與真實(shí)對象酷似，而且要求在形態(tài)、光照、質(zhì)感等方面十分逼真。
目前，相關(guān)軟件發(fā)展迅速、種類較多，其中常用的軟件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我國圖靈公司的VRMAP、適普公司的IMAGIS等。
1．1模型構(gòu)建軟件
MultiGenCreator是美國MultiGenParadigm公司開發(fā)的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設(shè)計(jì)、交互式游戲等。它在滿足實(shí)時(shí)性的前提下可生成逼真的場景，可進(jìn)行多邊形建模、矢量建模和地形生成。它的層次細(xì)節(jié)、多邊形篩選、邏輯篩選、繪圖優(yōu)先級(jí)、自由度設(shè)置等高級(jí)功能使得其數(shù)據(jù)格式OpenFlight在實(shí)時(shí)三維領(lǐng)域成為流行的圖像生成格式。該軟件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的數(shù)據(jù)與AutoCAD和GIS軟件結(jié)合方便。
1．2支持視景生成的語言——OpenGL
應(yīng)該使用已有的商品化或標(biāo)準(zhǔn)化的圖形庫和程序設(shè)計(jì)語言來設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境，其中OpenGI(服務(wù)器)及其支持系統(tǒng)就是這樣一種可選用的圖形生成環(huán)境。OpenGI可按函數(shù)庫的形式被C語言調(diào)用，也可以被窗口系統(tǒng)直接調(diào)用。OpenGI是使用專用圖形處理軟件接口，該接口目前由幾百個(gè)過程函數(shù)組成，用以支持用戶對高質(zhì)量三維對象的圖形和圖像進(jìn)行操作。
()penGI指令的模型是客戶／服務(wù)器模式，即一個(gè)程序(客戶)提供指令，該指令由OpenGI解釋并處理，它直接執(zhí)行3D及2D圖型的基本操作。這些操作包括轉(zhuǎn)換矩陣、光照模型和光線跟蹤、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持雙緩沖技術(shù)，該技術(shù)提供了生成動(dòng)畫效果圖形所需要的機(jī)制，使所生成的圖形能夠像電影一樣平滑運(yùn)動(dòng)。
1．3視景漫游軟件
Vega是MultiGen--Paradigm公司開發(fā)的應(yīng)用于實(shí)時(shí)視景、聲音仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域的高性能軟件環(huán)境和開發(fā)平臺(tái)，由Lynx圖形化用戶接口和Vega庫組成。利用Vega庫函數(shù)可在Lynx中建立漫游所需要的場景、窗口、通道、運(yùn)動(dòng)和碰撞方式，可以定義對象的初始化參數(shù)并建立對象之間的相互聯(lián)系。
2地質(zhì)構(gòu)造情況的模擬
對于礦山技術(shù)人員來說地質(zhì)構(gòu)造情況非常重要，如果對煤層、巖層、含水層、流沙層以及斷層和褶曲等情況的推斷有偏差，或圖形表現(xiàn)不直觀易懂，則在建井或生產(chǎn)過程中就可能發(fā)生塌方、突水等事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件可以根據(jù)地質(zhì)體的三維分布，使礦井的規(guī)劃設(shè)計(jì)更加直觀方便。
綜合國內(nèi)外現(xiàn)狀，三維地質(zhì)體的繪制有塊段、表面、實(shí)體和斷面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面數(shù)據(jù)是ded或。dem格式，使用GIS軟件Arolnfo、用插值方法生成不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)，然后轉(zhuǎn)成USGSDEM格式，將其導(dǎo)入Creator就可以生成煤層曲面。然后，通過光照、著色、紋理、渲染等處理三維地質(zhì)體更加逼真。
3地形地貌及地物的模擬
地形地貌和地物的建立需要相應(yīng)的三維數(shù)據(jù)。如果有研究區(qū)域的紙質(zhì)地形圖，可以用掃描數(shù)字化的方法得到平面數(shù)據(jù)，按照圖上的標(biāo)注得到高程數(shù)據(jù)；如果已有該區(qū)域的電子地圖，則可直接使用或通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換得到需要的數(shù)據(jù)；如果沒有上述數(shù)據(jù)源，則需要由野外測量獲得。
地形生成與地質(zhì)曲面生成過程類似，先用ArcInfo將地形圖上的等高線和高程點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，把圖上標(biāo)注的高程值輸入到屬性表中，生成不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)，然后轉(zhuǎn)成USGSDEM格式將其導(dǎo)入Creator生成三維地形。
對于建筑物、道路、圍墻、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD進(jìn)行數(shù)字化，得到其平面位置。將得到的*．def文件導(dǎo)入Creator，并與地形匹配。如果建筑物比較規(guī)則，則直接將其底面按照高度拉伸為立體，如果建筑物造型比較復(fù)雜，則需要分成規(guī)則的幾部分進(jìn)行構(gòu)建。
4礦山井下巷道建模
目前，礦山信息主要是通過CAD格式的雙線采掘工程平面圖來表達(dá)。首先根據(jù)采掘工程平面圖上的高程信息，利用CAD中的三維多線段重新描繪巷道，同時(shí)將高程信息賦予每個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)巷道的單線顯示，井筒和巷道設(shè)計(jì)要布置合理，盡量避免穿過斷層、褶曲、含水層等不良地質(zhì)構(gòu)造，盡量減少礦井建設(shè)和生產(chǎn)地面的影響。
使用MultiGenCreator進(jìn)行設(shè)計(jì)，用圓柱體表示井簡，用半圓型截面的柱體表示巖巷，然后進(jìn)行模擬生產(chǎn)，以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中可能遇到的問題，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和選擇。設(shè)計(jì)方案完成后可模擬不同設(shè)備、不同開采方式的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，從而達(dá)到優(yōu)化礦井設(shè)計(jì)和生產(chǎn)系統(tǒng)的目的。綜合考慮地質(zhì)和技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等各種因素，選擇合理的方案。
5虛擬巷道系統(tǒng)的建立
虛擬巷道系統(tǒng)是對礦井真實(shí)巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務(wù)之一是實(shí)現(xiàn)基于web環(huán)境下的可交互的、真實(shí)巷道的三維可視化表達(dá)，用戶可以從各個(gè)角度對巷道虛擬環(huán)境進(jìn)行任意的瀏覽和觀察，并可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各種交互。
5．1礦井巷道的建模
礦井中各種實(shí)體大多是三維實(shí)體，其表面為不規(guī)則曲面，且內(nèi)部礦體品位分布不均勻。對于礦體的外形，可用一個(gè)不規(guī)則的封閉曲面來確定。為確定礦體的范圍，要經(jīng)地表勘查、地下勘探及推估等手段來完成。在瀏覽器上三維實(shí)體模型，可通過將現(xiàn)有的三維礦體模型中存儲(chǔ)的信息按照一定的規(guī)范轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中構(gòu)建三維礦井巷道模型，首先應(yīng)進(jìn)行簡單的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)镸uhiGenCreator中采用的坐標(biāo)系和地學(xué)中實(shí)際采用的坐標(biāo)系的含義有所不同。MultiGenCreator中采用的坐標(biāo)系為符合右手規(guī)則的空間坐標(biāo)系，是以MuhiGenCreator瀏覽器中用戶區(qū)的中作為其坐標(biāo)系的圓心，基底坐標(biāo)為XOZ面，y表示高程。其坐標(biāo)長度以米為單位，標(biāo)準(zhǔn)角度以弧度為單位。因此，為使它與人們通常采用的地學(xué)坐標(biāo)系保持一致，應(yīng)將原來礦井三維實(shí)體的(，Y，：)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為MuhiGenCreator坐標(biāo)系中的(，Y，Z)。轉(zhuǎn)換后的三維實(shí)體坐標(biāo)應(yīng)滿足虛擬場景中所采用的局部坐標(biāo)系顯示的需要。由于礦井實(shí)體坐標(biāo)的數(shù)值一般相當(dāng)大，而實(shí)際顯示坐標(biāo)值的前幾位高位數(shù)據(jù)對圖形形狀不產(chǎn)生任何影響，因此可將地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)各分量同時(shí)做一預(yù)選。
5．2虛擬巷道場景的繪制
對于規(guī)則格網(wǎng)構(gòu)成的礦山地表模型及礦井實(shí)體的頂?shù)装鍞?shù)字表面模型，可用ElevationGrid節(jié)點(diǎn)構(gòu)建。該節(jié)點(diǎn)能很容易有效地設(shè)計(jì)創(chuàng)建一個(gè)位于局部坐標(biāo)系X()Z平面上高低起伏的地域造型。該造型用高度值組成的標(biāo)量陣列描述，陣列指定了表面每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)上的高度。和z方向的柵格點(diǎn)數(shù)量可以分別用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了柵格行和列之間的空間。Height域的值指定了每一個(gè)柵格點(diǎn)的海拔高度，基底上的每一個(gè)柵格點(diǎn)都與height矩陣中的一個(gè)海拔值相對應(yīng)；colorPerVertex域指定為TRUE或FAISE，表示color域中指定的顏色是用到ElevationGrid節(jié)點(diǎn)的每個(gè)頂點(diǎn)上(TRUE)，還是應(yīng)用到每個(gè)四邊形上(FAISE)；此外，通過建立solid域值，所有的海拔柵格都可以當(dāng)作實(shí)體。
對于由不同的三角面構(gòu)成的復(fù)雜地表模型，則需要用MUITIGENCREATO提供的萬能幾何節(jié)點(diǎn)IndexedFaceSet來創(chuàng)建，它有coord與coordlndex兩個(gè)域，與IndexedFaceSet節(jié)點(diǎn)中的兩個(gè)域類似，前者提供了一個(gè)節(jié)點(diǎn)，列出了構(gòu)造面幾種所有面的坐標(biāo)。Coordlndex域的值提供了一張描述一張或多張面周界的列表。其中每一個(gè)值都是整型索引，并且每個(gè)索引都指定了在coord域內(nèi)的坐標(biāo)列表中的一個(gè)坐標(biāo)。在實(shí)際的創(chuàng)建過程中，要求建立三角網(wǎng)的各個(gè)三角面按照法線方向向外的法則。
6結(jié)語
應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，生成一個(gè)逼真的礦山虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment)。這樣在礦山設(shè)計(jì)或研究階段，科研人員可以置身于礦山虛擬環(huán)境下直觀審視礦山，按照設(shè)計(jì)給定的工藝方法和參數(shù)，選擇設(shè)備及確定生產(chǎn)模式。從基建到閉坑的全過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。設(shè)計(jì)結(jié)束后，設(shè)計(jì)單位、礦山企業(yè)可向?qū)彶檎摺⒐娬故疽粋€(gè)三維和動(dòng)態(tài)的礦山。總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦山設(shè)計(jì)、技術(shù)改造、生產(chǎn)中可廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)土木工程可視化計(jì)算
一、引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長和基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模的加入，建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)模越來越大、結(jié)構(gòu)形式日益復(fù)雜，對土木工程學(xué)科管理的科學(xué)性、精確性要求越來越高。實(shí)現(xiàn)土木工程的信息化、智能化、可視化和集成化成為土木建筑工程項(xiàng)目管理現(xiàn)代化的要求和本領(lǐng)域的探究熱點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VirtualReality,VR)是綜合性和集成性極強(qiáng)的高新技術(shù)，在軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計(jì)、藝術(shù)、娛樂等多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。土木工程中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及土木工程領(lǐng)域的各個(gè)學(xué)科，已顯示出一定的實(shí)用性，技術(shù)潛力十分巨大，應(yīng)用前景非常廣闊[1。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其特征
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，又稱靈境技術(shù)，是20世紀(jì)末興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)。它融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)信息技術(shù)分支，大大推進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。VR技術(shù)是把抽象、復(fù)雜的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)空間轉(zhuǎn)化為直觀的、用戶熟悉的事物。它的技術(shù)實(shí)質(zhì)在于提供一種高級(jí)的人機(jī)接口。利用VR技術(shù)所產(chǎn)生的局部世界是人造和虛構(gòu)的，并非是真實(shí)的，但當(dāng)用戶進(jìn)入這一局部世界時(shí)，在感覺上和現(xiàn)實(shí)世界卻是基本相同的。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)改變了人和計(jì)算機(jī)之間枯燥、生硬和被動(dòng)的目前狀況，給用戶提供了一個(gè)趨于人性化的虛擬信息空間。它以模擬方式為使用者創(chuàng)造了一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對象變化和相互功能的三維圖像世界，在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗(yàn)中，使參和者可直接參和和探索虛擬對象所處環(huán)境的功能和變化，仿佛置身于現(xiàn)實(shí)世界中。一個(gè)身臨其境的虛擬環(huán)境系統(tǒng)是由包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖象處理和模式識(shí)別、智能接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、多傳感器技術(shù)、語音處理和音像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等不同功能、不同層次的具有相當(dāng)規(guī)模的子系統(tǒng)所構(gòu)成的大型綜合集成環(huán)境。所以，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是綜合性極強(qiáng)的高新信息技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具備以下三個(gè)方面的特性。
1．沉浸性
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特征，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生逼真的三維立體圖像，使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者和虛擬環(huán)境中的各種對象的相互功能，就如同在現(xiàn)實(shí)世界中的一樣，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。
2．交互性
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行交互，而且能夠通過非凡頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)行交互。使用者通過自身的語言、身體運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作等自然技能，就能對虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行考察或操作。
3．多感知性
由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動(dòng)覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動(dòng)覺等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的感受。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用
1．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用前景
在土木工程中，長期以來人們不得不用抽象的概念表示非常豐富的內(nèi)容，如用平面圖、剖面圖、立面圖等平面圖形成一些規(guī)定的符號(hào)來表示三維的立體建筑，用比較抽象的圖形和精練的語言來描述復(fù)雜的場景，以傳遞大量的信息。但這一種信息處理和傳遞方式受到信息接受者所從事的職業(yè)、知識(shí)結(jié)構(gòu)及理解能力的影響，交流起來非常困難。
VR技術(shù)的發(fā)展為我們克服這一困難提供了極其有效的手段。用虛擬現(xiàn)實(shí)既能表示真實(shí)的世界，也可以表示虛擬的世界。表示真實(shí)世界時(shí)，可以突破物理空間和時(shí)間的約束，做到能“超越現(xiàn)實(shí)”；在表示虛擬世界時(shí)，又能使其中的虛擬物體表示出三維逼真感，以達(dá)到身臨其境的感受，最后形成一種“人能沉浸其中、超越其上、進(jìn)出自如、交互功能的三維信息空間”。VR技術(shù)為用戶提供了一種新型的人機(jī)接口，它利用計(jì)算機(jī)生成交互式三維環(huán)境，不僅使參和者能夠感受到景物或模型的逼真存在，并且對參和者的運(yùn)動(dòng)和操作做出實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的響應(yīng)。
2．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用領(lǐng)域
由于具有上述的優(yōu)勢特征，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中得到了廣泛的應(yīng)用，并且具有廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面[2。
（1）在虛擬施工過程和施工結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)用[3
在實(shí)際工程施工中，復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工方案設(shè)計(jì)和施工結(jié)構(gòu)計(jì)算是一個(gè)難度較大的新問題，前者難點(diǎn)關(guān)鍵就在于施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機(jī)械設(shè)備間的空間關(guān)系的表達(dá)；后者在于施工結(jié)構(gòu)在施工狀態(tài)和荷載下的變形大于就位以后或結(jié)構(gòu)成型以后。
基于虛擬現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工方案設(shè)計(jì)是指利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在虛擬的環(huán)境中，建立四周場景、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機(jī)械設(shè)備等的三維CAD模型（虛擬模型），形成基于計(jì)算機(jī)的具有一定功能的仿真系統(tǒng)，讓系統(tǒng)中的模型具有動(dòng)態(tài)性能，并對系統(tǒng)中的模型進(jìn)行虛擬裝配，根據(jù)虛擬裝配的結(jié)果，在人機(jī)交互的可視化環(huán)境中對施工方案進(jìn)行修改。復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工涉及的因素較多，起重機(jī)的布置位置、高度，纜風(fēng)繩著力點(diǎn)的選擇，構(gòu)件堆場的位置，起重機(jī)的開行路線，構(gòu)件起吊路線等，都是施工方案設(shè)計(jì)必須考慮的新問題。若對這些新問題考慮得不夠，則工程施工的進(jìn)度、成本等都會(huì)受到影響，甚至導(dǎo)致平安事故的發(fā)生。
建筑結(jié)構(gòu)施工前往往要對施工方案進(jìn)行受力狀態(tài)復(fù)核。如在大跨空間結(jié)構(gòu)施工中，不僅要考慮施工過程的平安性、可行性，還要考慮結(jié)構(gòu)本身在施工過程中平安性、可靠性。某展覽中心，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋支承在鋼桅桿上，桅桿兩端為錐形，和下部混凝土結(jié)構(gòu)鉸結(jié)。為了減小鋼桁架的變形，更為了維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，在鋼屋蓋桅桿和混凝土之間，采用了一系列的斜拉索(前索、背索、穩(wěn)定索)和撐桿，形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。在鋼結(jié)構(gòu)的施工中，不同的支撐方案、不同的拼接方案，在結(jié)構(gòu)的不同部位會(huì)引起不同的效應(yīng)，而隨著連接桿件的安裝，這些施工階段的應(yīng)力將殘余在結(jié)構(gòu)部位上，并影響到最終的結(jié)構(gòu)受力平安性；并在結(jié)構(gòu)就位過程中，有可能失穩(wěn)和變形。這就需要進(jìn)行施工過程的精確分析。用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對不同的方案，在短時(shí)間內(nèi)做大量的分析，從而保證施工方案最優(yōu)化。
（2）在工程項(xiàng)目招標(biāo)投標(biāo)中的應(yīng)用
建筑業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，建筑市場的過度競爭已是長期的事實(shí)。現(xiàn)代建筑工程項(xiàng)目的運(yùn)作，業(yè)主處于絕對有利的地位。在有限的時(shí)間內(nèi)，如何使業(yè)主和評(píng)標(biāo)的專家很好地了解招投標(biāo)文件的編制和被認(rèn)可的程度直接關(guān)系到承包商有沒有中標(biāo)的機(jī)會(huì)。因此，承包商在注重投標(biāo)文件的技術(shù)可行、報(bào)價(jià)合理的同時(shí)，也非常注重投標(biāo)文件的包裝。尤其是大型工程、國家重點(diǎn)工程和國際工程的招標(biāo)投標(biāo)，往往在項(xiàng)目企劃階段就已經(jīng)開始這方面的運(yùn)作[4。
借助虛擬仿真系統(tǒng)，把不能預(yù)演的施工過程和方法表現(xiàn)出來，不僅節(jié)省了時(shí)間和建設(shè)投資，而且不用項(xiàng)目經(jīng)理的現(xiàn)場答辯，方案的優(yōu)劣就一目了然。這無疑大大增加了承包商中標(biāo)的幾率。
（3）在可視化計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用
可視化計(jì)算將是今后一個(gè)重要的發(fā)展方向。在科研中，人們會(huì)碰到大量數(shù)據(jù)，為從中得出有價(jià)值的規(guī)律和結(jié)論，需要對龐大的數(shù)據(jù)量進(jìn)行認(rèn)真分析。對科學(xué)計(jì)算取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化加工或三維圖形顯示，可通過交互改變參數(shù)來觀察計(jì)算結(jié)果的全貌及其變化，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化及可視化計(jì)算，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生了飛躍式的發(fā)展。
在運(yùn)用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以通過顏色的深淺給出三維物體中各點(diǎn)力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點(diǎn)去觀察。還可以利用VR的交互性能，實(shí)時(shí)修改各種數(shù)據(jù)，以便對各種方案及結(jié)果進(jìn)行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。把可視化計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于超大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、工程控制和結(jié)構(gòu)分析中，將增強(qiáng)計(jì)算軟件的前后置處理能力。例如，在橋梁工程控制和結(jié)構(gòu)分析的可視化計(jì)算中，倒退(拆)分析結(jié)構(gòu)倒拆動(dòng)態(tài)演示、結(jié)構(gòu)理想施工線型顯示、施工階段主梁形心線的設(shè)計(jì)曲線和實(shí)測擬合曲線的顯示、前進(jìn)分橋結(jié)構(gòu)拼裝動(dòng)態(tài)演示、施工預(yù)告圖形顯示、主梁內(nèi)力圖顯示、危險(xiǎn)截面應(yīng)力分布圖顯示等等。更重要的是能借助圖形或圖像來進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地控制結(jié)構(gòu)的重分析和獲取施工控制數(shù)據(jù)，同時(shí)能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)演示和控制設(shè)計(jì)和施工的過程。
四、結(jié)語
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不斷發(fā)展，專用于計(jì)算機(jī)圖形和多媒體信息處理的高性能DSP芯片可使處理能力提高上百倍，三維圖形算法和參數(shù)化建模算法等可使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更加成熟。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還有很多不完善的地方，尤其在土木工程的探究方面，我們應(yīng)努力建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)有價(jià)值的虛擬現(xiàn)實(shí)工程系統(tǒng)，使其在工程設(shè)計(jì)、施工、管理和可視化計(jì)算等方面得到更廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1張躍．土木工程中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[N．科技日報(bào)．1997年6月23日．
[2沈金良．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J．科技交流，2004，(3)．
數(shù)字媒體方向課程體系的建設(shè)以創(chuàng)新性復(fù)合型人才培養(yǎng)為基本指導(dǎo)思想，重視實(shí)踐課程的開設(shè)，使學(xué)生所學(xué)習(xí)掌握的方法具有充分的實(shí)效性，真正做到學(xué)有所用，以適應(yīng)未來的工作崗位，成為本行業(yè)和企業(yè)所歡迎的有用人才。課程體系分為軟件工程專業(yè)核心課程模塊、數(shù)字媒體方向核心課程模塊、專業(yè)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）等模塊。
1.1核心課程
軟件工程專業(yè)數(shù)字媒體技術(shù)方以軟件工程專業(yè)為主線構(gòu)成專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)主干課程。其中，計(jì)算機(jī)與軟件基礎(chǔ)課程有：計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、程序設(shè)計(jì)入門、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、Java程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)庫原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、編譯原理、信息安全技術(shù)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及J2EE與中間件技術(shù)；軟件工程專業(yè)課程有：軟件工程導(dǎo)論、軟件測試技術(shù)、需求分析與UML設(shè)計(jì)、軟件項(xiàng)目管理與過程控制；數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)課程有：數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)、用戶界面設(shè)計(jì)、視頻音頻制作與處理、數(shù)字影視特技應(yīng)用、高級(jí)游戲特性與游戲引擎、人機(jī)交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用、高級(jí)腳本與插件技術(shù)等。對于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程開始單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)課程和配套的課程設(shè)計(jì)。
1.2特色課程
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)游戲由計(jì)算機(jī)技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫以及計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)高度交叉結(jié)合，目的是培養(yǎng)具有扎實(shí)的游戲編程功底和良好的邏輯思維習(xí)慣，具備較強(qiáng)的審美能力和一定的藝術(shù)素養(yǎng)，熟悉游戲產(chǎn)品開發(fā)流程，具有一定的策劃能力，能在游戲公司、門戶網(wǎng)站、手機(jī)運(yùn)營企業(yè)、動(dòng)畫公司等單位從事游戲設(shè)計(jì)、游戲開發(fā)、游戲制作、游戲策劃、游戲運(yùn)營等方面工作的富于競爭力與創(chuàng)新精神的高級(jí)復(fù)合型人才。計(jì)算機(jī)游戲程序設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)：本課程主要學(xué)習(xí)普及游戲開發(fā)理念，培養(yǎng)游戲開發(fā)氛圍，挑選有潛力的學(xué)生組成開發(fā)團(tuán)隊(duì)；傳授游戲開發(fā)中的程序設(shè)計(jì)要素，特別是游戲引擎開發(fā)的基本知識(shí)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握游戲開發(fā)的基本理念，熟悉游戲開發(fā)的基本技巧和流程，并具備從事游戲程序設(shè)計(jì)工作的基本技能。虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)字娛樂。課程目標(biāo)：本課程主要介紹虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念及其系統(tǒng)組成、相關(guān)的軟件技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，并介紹了當(dāng)前數(shù)字娛樂的現(xiàn)狀，發(fā)展和一些關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)容包括：虛擬現(xiàn)實(shí)的定義、特性和組成，虛擬世界的創(chuàng)建和管理，虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺計(jì)算，虛擬現(xiàn)實(shí)中的交互技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)中的聲覺計(jì)算，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，與虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的數(shù)字娛樂技術(shù)。
2實(shí)踐教學(xué)體系
培養(yǎng)符合時(shí)代需要的創(chuàng)新性人才，就要強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開放性和多層次化。基于創(chuàng)新性原則和以生為本原則，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)和自身教學(xué)特點(diǎn)，數(shù)字媒體技術(shù)方向?qū)嵺`教學(xué)體系分為課程實(shí)驗(yàn)，專業(yè)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)三個(gè)方面，各實(shí)踐環(huán)節(jié)之問相互協(xié)調(diào)、相互銜接、循序漸進(jìn)。
2.1課程實(shí)驗(yàn)
依照實(shí)踐能力培養(yǎng)循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)基本能力培養(yǎng)的系列課程，并按照系列課程的復(fù)雜度和規(guī)模設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，開展了多層次課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的需要和實(shí)踐能力培養(yǎng)的漸進(jìn)規(guī)則，將實(shí)驗(yàn)課安排大學(xué)四年的各個(gè)環(huán)節(jié)。多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指在實(shí)驗(yàn)大綱與目標(biāo)的規(guī)范基礎(chǔ)上，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型不同層次的實(shí)驗(yàn)。同一學(xué)生從基礎(chǔ)規(guī)范一綜合設(shè)計(jì)一研究創(chuàng)新這樣難度遞增的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中逐漸進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力。課程實(shí)驗(yàn)主要包括：手繪訓(xùn)練、視頻特技與非線性編輯、多媒體網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、移動(dòng)娛樂軟件開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)娛樂軟件開發(fā)、界面設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)課程設(shè)計(jì)等。
2.2專業(yè)實(shí)訓(xùn)
專業(yè)實(shí)訓(xùn)作為知識(shí)、能力、綜合素質(zhì)教育的結(jié)合點(diǎn)，成為數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的重點(diǎn)之一。專業(yè)實(shí)訓(xùn)是對課堂教學(xué)具有延伸作用，是學(xué)生培訓(xùn)職業(yè)能力、熟悉職業(yè)環(huán)境、了解實(shí)際知識(shí)的重要渠道。通過專業(yè)實(shí)訓(xùn)，學(xué)生不僅可以把所學(xué)轉(zhuǎn)化為所用，還能使學(xué)生在學(xué)習(xí)操作過程中通過不斷調(diào)整自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)來慢慢適應(yīng)相應(yīng)職業(yè)崗位，鍛煉職業(yè)的能力，為實(shí)習(xí)以及今后走向社會(huì)積累經(jīng)驗(yàn)、打下基礎(chǔ)。我校軟件工程專業(yè)是校級(jí)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)專業(yè)，以爭建微軟IT學(xué)院、HP軟件學(xué)院為契機(jī)，與知名IT企業(yè)開展深度合作，聯(lián)合培養(yǎng)具有國際視野的軟件開發(fā)、軟件測試和服務(wù)外包人才。與中軟國際、Tarena（達(dá)內(nèi)）科技等十多家IT企業(yè)聯(lián)合建立了實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地、就業(yè)基地。
2.3畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)
畢業(yè)實(shí)習(xí)是學(xué)生將前期學(xué)習(xí)到的知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，真正了解、感受未來的工作，鍛煉自己各方面的綜合能力。真正實(shí)現(xiàn)與行業(yè)需求的專業(yè)實(shí)踐能力對接。能勝任相應(yīng)崗位的工作，從而積累工作經(jīng)驗(yàn)，為就業(yè)做準(zhǔn)備。為了增強(qiáng)學(xué)生和指導(dǎo)老師對畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)及畢業(yè)實(shí)習(xí)的重視，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的質(zhì)量和提高學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)及畢業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)獲得的實(shí)踐能力，也為緩解畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間(論文)不足，筆者將畢業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)有機(jī)結(jié)合，實(shí)行“畢業(yè)實(shí)習(xí)+畢業(yè)設(shè)計(jì)”相結(jié)合的模式，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容來自于畢業(yè)實(shí)習(xí)，并且畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容要將畢業(yè)實(shí)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行一定的升華，除體現(xiàn)學(xué)生四年來所學(xué)知識(shí)綜合之外，還要體現(xiàn)出學(xué)生的創(chuàng)新能力與科研能力，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的標(biāo)準(zhǔn)。
3結(jié)束語
一、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立
1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)VR(VirtualReality)是近幾年來信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物,畢業(yè)論文是一門在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)和傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科。其基本方法和目標(biāo)是集成并利用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類傳感器創(chuàng)建一個(gè)使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發(fā)構(gòu)思的信息環(huán)境,即讓用戶在人工合成的環(huán)境里獲得角色的體驗(yàn)。
虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個(gè)基本特征。沉浸性,是指觀察者對虛擬世界的情感反映,這種感覺能使用戶全方位地投入這個(gè)虛擬世界,這是虛擬現(xiàn)實(shí)的首要特征。交互性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)開放的環(huán)境,能對用戶的輸入作出響應(yīng),并能通過監(jiān)控裝置來影響用戶和被用戶影響。想象性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是一個(gè)媒體、一個(gè)高級(jí)用戶界面,還是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng),它以生動(dòng)形象的形式反映設(shè)計(jì)者的思想。虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)基本特征強(qiáng)調(diào)了人在這個(gè)系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按其功能不同,可以分為三種類型:沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其中,桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是運(yùn)用軟件編程方法在顯示器上顯示三維場景,用戶通過鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備與虛擬場景交互,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低,易于推廣。
2.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室
所謂網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室,是指利用區(qū)域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng),由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對象及實(shí)驗(yàn)信息資源等。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)實(shí)現(xiàn),也可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室,虛擬實(shí)驗(yàn)通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)者有逼真的感覺,有身臨其境的感受,好像是真正在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里近距離進(jìn)行現(xiàn)場操作。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,沒有一個(gè)有形的實(shí)驗(yàn)室,也沒有以實(shí)物形態(tài)存在的實(shí)驗(yàn)工具與實(shí)驗(yàn)對象,實(shí)驗(yàn)過程主要是對虛擬物的操作。
3.計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建
構(gòu)建專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室,其實(shí)就是搭建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng),包括硬件、軟件及管理三個(gè)方面。在硬件上,
目前各校都建立了校園網(wǎng)絡(luò)并接入了互聯(lián)網(wǎng),這些基礎(chǔ)設(shè)施基本可以滿足需求,不需要太多的投入。在軟件方面,一個(gè)是實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)軟件系統(tǒng)的開發(fā),它與網(wǎng)站建設(shè)相聯(lián)系;另一個(gè)是網(wǎng)站的內(nèi)容(實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)建設(shè),這是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵。虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有可以做的實(shí)驗(yàn)來支撐,不然軟件平臺(tái)就是一個(gè)空架子,形同虛設(shè)。同時(shí),該平臺(tái)上還應(yīng)有實(shí)驗(yàn)管理的支持,對實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)成績及網(wǎng)上答疑等進(jìn)行有效管理,并對虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)控,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)各模塊的主要功能如下。
(1)實(shí)驗(yàn)管理模塊,由學(xué)生管理、教師管理、儀器管理和學(xué)生成績管理等組成。碩士論文在學(xué)生管理方面,學(xué)生通過瀏覽器進(jìn)行注冊登錄,登陸成功后可瀏覽實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,查看實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)資料,預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間,在線發(fā)送和接受消息,進(jìn)行問題討論,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)登記,實(shí)驗(yàn)完成后可通過網(wǎng)絡(luò)寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交報(bào)告。教師管理方面,可對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容添加、修改、整理、刪除,對學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告列表,批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,填寫評(píng)語和成績,提交批改結(jié)果,與學(xué)生進(jìn)行討論。儀器管理方面,對新設(shè)計(jì)開發(fā)的虛擬儀器上傳并進(jìn)行分類整理,以便實(shí)驗(yàn)使用。成績管理方面對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況(實(shí)驗(yàn)次數(shù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及完成情況)給出成績,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及提供查詢等。
(2)儀器展示模塊,對虛擬實(shí)驗(yàn)室可用虛擬元器件、虛擬儀器設(shè)備分門別類地進(jìn)行管理,以圖形的方式直觀呈現(xiàn)出來,供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行選擇。
(3)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊,包括實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)及難點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求及實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的事項(xiàng)等。
(4)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊,主要對學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后,提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板,供學(xué)生下載,由學(xué)生填寫相關(guān)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,完成后上傳電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告,由教師進(jìn)行批閱,并進(jìn)行記載。
(5)實(shí)驗(yàn)答疑模塊,由專業(yè)教師對學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的疑難問題進(jìn)行及時(shí)解答,幫助學(xué)生順利通過實(shí)驗(yàn)。同時(shí)了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的掌握程度,并及時(shí)反饋、調(diào)整教學(xué)。
(6)論壇交流模塊,教師和學(xué)生可以通過論壇進(jìn)行充分的交流,學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)中的收獲、經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)及問題到論壇上,教師可以將一些典型的問題提出來,供大家探討。學(xué)生在這樣寬松的環(huán)境下發(fā)表自己的見解,教師從中可以得到及時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋信息,以便整改7)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K,是虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要部分。學(xué)生通過該模塊進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),醫(yī)學(xué)論文以達(dá)到鞏固強(qiáng)化知識(shí)的目的。該模塊內(nèi)容根據(jù)專業(yè)學(xué)習(xí)的具體情況及實(shí)驗(yàn)建設(shè)條件,可不斷增加。計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的建設(shè),可以引入其他學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)室中。這種方式比較簡單,容易實(shí)現(xiàn),見效較快。但需要投入較多的軟件購置費(fèi)用,同時(shí)也需要結(jié)合本校的實(shí)際情況進(jìn)行一些調(diào)整,有一個(gè)磨合期。另一種是因地制宜,自主開發(fā)。根據(jù)本校的實(shí)際教學(xué)和實(shí)驗(yàn)情況,結(jié)合學(xué)生的實(shí)際水平,由任課教師或聘請部分專家組成開發(fā)小組,進(jìn)行一系列的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)研究,并將研究的成果連接到虛擬實(shí)驗(yàn)室中,逐漸擴(kuò)充直至完善。這種方式比較靈活,能充分發(fā)揮教師的積極性,能有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā),適合學(xué)生的實(shí)際情況,學(xué)生容易接受,并且經(jīng)費(fèi)投入較少。缺點(diǎn)是開發(fā)周期較長,系統(tǒng)性不夠,水平有限。也可以將上述兩種方式結(jié)合起來,一是引入、購置部分自己不宜開發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,二是結(jié)合自身的優(yōu)勢和長處開發(fā)一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如非交互性的、演示性的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。
二、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理
1.加強(qiáng)用戶管理,為每個(gè)學(xué)生分配賬號(hào)。對學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室,使用實(shí)驗(yàn)室做虛擬實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行登記保存。鼓勵(lì)學(xué)生經(jīng)常訪問虛擬實(shí)驗(yàn)室,在上面提出問題、發(fā)表見解,做好實(shí)驗(yàn),努力提高虛擬實(shí)驗(yàn)室的人氣。
2.全天候開放虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)自己動(dòng)手組織實(shí)驗(yàn),自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn),整理和總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),職稱論文提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力,逐步向以“學(xué)生為中心”的自主個(gè)性發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。
3.組織專業(yè)教師網(wǎng)上指導(dǎo)與答疑,參與論壇討論交流,及時(shí)批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,為學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)提供服務(wù)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中,教師應(yīng)對學(xué)生提出的疑問盡快給出幫助和解答,并進(jìn)行必要的指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)室論壇上發(fā)表觀點(diǎn),提出問題讓學(xué)生思考,使師生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中有較強(qiáng)的互動(dòng)性,教師應(yīng)充當(dāng)好學(xué)生實(shí)驗(yàn)的合作者和知識(shí)的建構(gòu)者的角色。
4.對學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室的表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行
評(píng)價(jià)。針對學(xué)生每一門課程的虛擬實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、網(wǎng)上提問、論壇發(fā)帖的情況,給學(xué)生一個(gè)成績和評(píng)價(jià),反饋給學(xué)生,英語論文并與該課程的正常實(shí)物實(shí)驗(yàn)一起記入實(shí)驗(yàn)總分。教師也要在對學(xué)生評(píng)價(jià)的同時(shí),征求學(xué)生對虛擬實(shí)驗(yàn)室的意見,對學(xué)生反饋的信息進(jìn)行整改。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立,可以很好地解決目前硬件設(shè)備跟不上實(shí)驗(yàn)的要求、學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間不夠用等問題,對于提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題和解決實(shí)際問題的能力具有非常重要的意義。但在具體應(yīng)用中還要注意處理好“虛擬實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)物實(shí)驗(yàn)”的關(guān)系,不能一味地強(qiáng)調(diào)虛擬實(shí)驗(yàn),要“虛實(shí)”結(jié)合,既相互補(bǔ)充,又各有側(cè)重,這樣才能取得很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時(shí),在虛擬實(shí)驗(yàn)中要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒁唤z不茍的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。
參考文獻(xiàn)
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論文摘要：文章在介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，探討虛擬技術(shù)的在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)的使用讓設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)表達(dá)更上一個(gè)全新的臺(tái)階，在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，保證產(chǎn)品開發(fā)的一次性成功。
目前國際上流行的一種“故事版情景預(yù)言法”的概念設(shè)計(jì)，就是將要開發(fā)的產(chǎn)品置于一定的人、時(shí)、地、事和物中進(jìn)行觀察、預(yù)測、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設(shè)計(jì)表達(dá)展示給人們。于是，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的開始便多了一份生命和靈氣。然而，設(shè)計(jì)表達(dá)在信息時(shí)代已是多元化的展示形式，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，使設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)表達(dá)如虎添翼。讓人多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)相比，大大減少了投放市場的風(fēng)險(xiǎn)性，也為 企業(yè) 決策人尋找商機(jī)、判斷概念產(chǎn)品能否進(jìn)一步開發(fā)生產(chǎn)，提供更好的依據(jù)。
一、虛擬現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
（一）虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，vr）及虛擬設(shè)計(jì)（virtual design，vd）
虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，vr）是利用 計(jì)算 機(jī)省城一種模擬環(huán)境，通過多種傳感設(shè)備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn) 自然 交互的技術(shù)。這里所謂模擬環(huán)境就是計(jì)算機(jī)生成的具有色彩的立體圖形，它可以是某特定現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)體現(xiàn)，也可以是純粹構(gòu)想的世界。傳感設(shè)備包括立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服等穿戴于用戶身上的裝置和設(shè)置現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的傳感裝置。自然交互是指用日常使用的方式對環(huán)境內(nèi)的武體進(jìn)行操作并得到實(shí)時(shí)立體反饋。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種全新的人機(jī)交互系統(tǒng)，它能對介入者產(chǎn)生各種感官刺激，如聽覺、視覺、嗅覺、觸覺，給人身臨其境的感覺，人能以自然的方式與計(jì)算機(jī)生成的環(huán)境進(jìn)行交互操作。
虛擬設(shè)計(jì)是以“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械產(chǎn)品為對象的設(shè)計(jì)手段”，借助這樣的設(shè)計(jì)手段，設(shè)計(jì)人員可以通過多種傳感器與多維的信息環(huán)境進(jìn)行自然地交互，實(shí)現(xiàn)從定性和定量綜合集成環(huán)境得到感性和理性的認(rèn)識(shí)，從而幫助深化概念和萌發(fā)新意。
（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是人的想象力和 電子 學(xué)等相結(jié)合而產(chǎn)生的一項(xiàng)綜合技術(shù)，它利用多媒體計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)構(gòu)成一種特殊環(huán)境，用戶可以通過各種傳感系統(tǒng)與這種環(huán)境進(jìn)行自然的交互，從而體驗(yàn)比現(xiàn)實(shí)世界更加豐富的感受。
二、概念設(shè)計(jì)的定義及內(nèi)涵
pahl和beitz在《engineering design》一書中提出“概念設(shè)計(jì)”這一名詞以來，人們對概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了十幾年的研究。他們將其定義為：在確定任務(wù)之后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷順O其組合等，確定出基本求解途徑，得到求解方案，這部分設(shè)計(jì)工作叫做概念設(shè)計(jì)。
國內(nèi)的學(xué)者也對概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量的研究，其中鄧家褆在《產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)》一書中將“產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)”定義為“由分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的，可組織的，有目標(biāo)的設(shè)計(jì)活動(dòng)，它表現(xiàn)為一個(gè)由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具體、不斷進(jìn)化的過程。”
在幾十年的時(shí)間里，人們對概念設(shè)計(jì)的研究日益增加、不斷深入，使概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵更加廣泛和深刻。主要體現(xiàn)在:根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段的要求進(jìn)行市場需求分析、功能分析、功能的工作原理、動(dòng)作行為的構(gòu)思、行為載體的選擇和方案的組成的等。可見，確定方案是概念設(shè)計(jì)的最終結(jié)果，產(chǎn)品生命周期全過程的滿足才是概念設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)方法上更加全面融合各種方法，尋求綜合最優(yōu)方案，同時(shí)使設(shè)計(jì)更具創(chuàng)造性。
概念設(shè)計(jì)是對產(chǎn)品或部件的構(gòu)思，目的是捕捉產(chǎn)品的基本形狀。這個(gè)階段，產(chǎn)品的形狀和精確尺寸尚未確定，設(shè)計(jì)人員有一定變更自由，所以盡可能考察設(shè)計(jì)方案，以便選出生產(chǎn)成本最低、創(chuàng)意良好的方案。利用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，往往多是二維交互工具，缺乏三維或者多維的功能，但是產(chǎn)品卻是三維的部件，這樣必然導(dǎo)致人機(jī)交互效率低。現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求定義零件的尺寸，而在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段這樣的尺寸可能無法精確得到或者根本沒必要精確定義，這樣必然影響設(shè)計(jì)效率和周期。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)需要兩類人員配合，即產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員和電腦繪圖員，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員有關(guān)產(chǎn)品的概念信息通過草圖或者口述的方法傳達(dá)給電腦人員，這樣導(dǎo)致信息的丟失或者繪圖者的曲解，而如果設(shè)計(jì)者本人直接參與電腦輔助設(shè)計(jì)建模的話，由于現(xiàn)行的電腦輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的操作復(fù)雜和交互能力若，大大分散了設(shè)計(jì)者的精力，限制了思路。為了克服這樣的限制，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性，人們開始把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和概念設(shè)計(jì)有效結(jié)合，利用豐富直觀的交互手段，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，從而節(jié)省產(chǎn)品精確描繪和尺寸定義的時(shí)間，這就是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)，即虛擬概念設(shè)計(jì)。
三、虛擬概念設(shè)計(jì)的研究方向和應(yīng)用前景
（一）概念設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的兩個(gè)問題
1. 虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的概念可視化。概念可視化是指設(shè)計(jì)師透過畫面或者模型，將市場的需求轉(zhuǎn)換成可視化的具體形態(tài)。概念設(shè)計(jì)是否能符合目標(biāo)用戶的要求，“眼見為實(shí)”的圖面或者模型是最具有說服力的。
2. 虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的人機(jī)交互界面。想實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，必須解決一系列技術(shù)問題，形成和諧的人機(jī)環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)就是一種基于可 計(jì)算 信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的 現(xiàn)代 高科技省城逼真的視聽觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以 自然 的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、互相影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真環(huán)境的感受和體驗(yàn)。
（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在概念設(shè)計(jì)中的前景
在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，進(jìn)行產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本內(nèi)容。在電腦虛擬現(xiàn)實(shí)提供的良好的可視化條件下，對電腦輔助設(shè)計(jì)建立的三維模型在幾何、功能、加工與裝配等方面進(jìn)行交互性的修改，利用虛擬現(xiàn)實(shí)給用戶提供諸如視聽觸覺等各種感知交互手段，最大限度地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負(fù)擔(dān)、提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。相關(guān)人員可以對原型的各方面包括視覺效果、部件間比率進(jìn)行評(píng)價(jià)。針對不同用戶的愛好要求，在不同的虛擬環(huán)境中，親自體驗(yàn)修改模型；選擇產(chǎn)品的可選部件，觀察設(shè)計(jì)和修改過程。
概念設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)過程的初步階段，它的目的是獲得做夠多的有關(guān)產(chǎn)品式樣和形狀的信息，同時(shí)它又是設(shè)計(jì)過程中的重要階段，因?yàn)楫a(chǎn)品成本的60%～70%是由這個(gè)階段決定的。面對日益加劇的產(chǎn)品市場競爭的挑戰(zhàn)，可以預(yù)見，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)必有長足 發(fā)展 ，最終將與現(xiàn)有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫集成。激烈的全球市場競爭，各國投入大量的資金對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在 工業(yè) 設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。將研究的成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，這是產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場的關(guān)鍵。
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【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；增強(qiáng)顯示技術(shù)；科技館教育活動(dòng)；運(yùn)用
0引言
進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國的市場經(jīng)濟(jì)持續(xù)繁榮，科學(xué)文化事業(yè)也迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。現(xiàn)代技術(shù)的突飛猛進(jìn)為科學(xué)文化事業(yè)提供了發(fā)展方向，就目前來看，我國的科學(xué)文化事業(yè)正朝著現(xiàn)代化、智能化、自動(dòng)化的方向邁進(jìn)。科技館是對國民進(jìn)行科學(xué)文化教育的重要場所，為了推動(dòng)科技館教育活動(dòng)的發(fā)展，必須發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。
1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述
1.1內(nèi)涵
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是我國現(xiàn)代技術(shù)的代表。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，可以對真實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬，給受眾帶來如臨其境的感受。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的作用下，人們不自覺地進(jìn)入到了虛擬的現(xiàn)實(shí)世界之中，實(shí)現(xiàn)了虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的水融。近幾年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國的應(yīng)用范圍越來越廣泛，國內(nèi)一些科技館將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到了教育活動(dòng)當(dāng)中，收獲了良好的應(yīng)用效果[1]。
1.2特征
首先，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有實(shí)物虛擬化的特征。在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的過程中，可以模擬現(xiàn)實(shí)世界的生成，帶給受眾真實(shí)的感受。但總的來說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要利用3D模型建構(gòu)現(xiàn)實(shí)世界，所呈現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)世界只保留了基本的物理屬性。其次，虛擬現(xiàn)實(shí)世界具有虛擬環(huán)境真實(shí)化的特征。在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的過程中，人們的感官體驗(yàn)是真實(shí)的，仿佛處在現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中。再次，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有技術(shù)集成性的特征。在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，需要兼顧圖像生成技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等等。
2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述
2.1內(nèi)涵
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代科技發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對實(shí)體進(jìn)行三維立體建模，實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的交互。在應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的過程中，首先要使用傳感技術(shù)識(shí)別對象，然后要把對象放置在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中。用戶觀看圖像，可以發(fā)現(xiàn)對象成為了現(xiàn)實(shí)空間的一部分[2]。
2.2類型
以不同要素作為依據(jù)對增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行區(qū)分，具體包括以下幾種分類方法：第一種是按照移動(dòng)性進(jìn)行劃分，可以把增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)分為固定和非固定兩個(gè)類型。第二種是按照跟蹤方法進(jìn)行劃分，可以把增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)分為標(biāo)識(shí)物和非標(biāo)識(shí)物兩個(gè)類型。
3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技館中的應(yīng)用
近幾年來，依靠虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建而成的展品類型非常多，我國的科技館引進(jìn)了大量的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，在一定程度上滿足了觀眾的獵奇心理。值得注意的是，當(dāng)前一些虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的娛樂性過分突出，實(shí)用價(jià)值并不高，致使現(xiàn)代技術(shù)和現(xiàn)實(shí)生活相互脫離，阻礙了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的健康發(fā)展。
在上述問題的指引下，我國科技館開始探索虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用路徑。科技館是我國科學(xué)文化事業(yè)的重要組成部分，承擔(dān)著提升國民科學(xué)文化素質(zhì)的重要教育職能，如何把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理念傳遞給受眾，如何讓受眾參與但現(xiàn)代技術(shù)的成果之中，成為各個(gè)科技館關(guān)注的重點(diǎn)問題[3]。就當(dāng)前來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技館中的應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
第一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)造虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使受眾獲得耳目一新的感受。在我國的科技館中，經(jīng)常有海底觀測動(dòng)畫、外太空探測圖示等等，事實(shí)上這些圖景都是由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建起來的。除了上述的自然環(huán)境外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還為受眾展示了古代環(huán)境，在虛擬的古代環(huán)境之中，受眾仿佛能看到古代歷史長河的漫漫畫卷。
第二，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)了受眾的體驗(yàn)感。在很多科技館中，都建立了專門的虛擬物理實(shí)驗(yàn)室、虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、虛擬生物實(shí)驗(yàn)室等等。在上述的實(shí)驗(yàn)室中，受眾可以應(yīng)用虛擬手套，和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)形成關(guān)聯(lián)，通過控制手的力度和方向，人們可以自主完成物理實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等等。學(xué)生進(jìn)入到科技館的虛擬實(shí)驗(yàn)室中，能將理論知識(shí)和具體實(shí)踐相聯(lián)系，提升自身的科學(xué)文化素養(yǎng)。
第三，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)縮短了展品更新的時(shí)間。在未應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之前，科技館更新展品的速度相對較慢，僅限于為受眾介紹科學(xué)知識(shí)等。在用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之后，各大虛擬產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，展示了現(xiàn)代技術(shù)的功能，滿足了受眾的知識(shí)更新需求。
4增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技館中的應(yīng)用
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為基礎(chǔ)，在科學(xué)館中的應(yīng)用非常普遍。科技館承擔(dān)著重要的文化科普職能，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓古代文化重新展示在受眾的面前[4]。就當(dāng)前來看，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技館中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下的幾個(gè)方面。
第一，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以還原古代的歷史文化著作。歷史文化著述記錄著我國五千年的華夏文明，科技館想要對人們進(jìn)行科學(xué)文化教育，必須介紹我國的優(yōu)秀歷史文化，展示我國的科學(xué)文化體系。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以還原我國古代著作，以中國科學(xué)技術(shù)館的《天工開物》為例，《天工開物》是我國古代最著名的科普著作之一，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)再現(xiàn)了書中的內(nèi)容，受眾只需要翻閱桌面上的紙質(zhì)書篇，就能看到《天工開物》中記載的各種器具。
第二，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以再現(xiàn)自然景觀和人文景觀。我國地域遼闊，每個(gè)區(qū)域都有著不同的自然圖景和文化圖景，對自然人文知識(shí)進(jìn)行把握，可以提升國民的地理文化素質(zhì)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以重現(xiàn)某一區(qū)域的自然人文景觀，受眾想要獲取某一區(qū)域的自然人文信息，只需在大屏幕上輕輕一點(diǎn)，就能看到該區(qū)域的自然風(fēng)景圖片、民族文化講解等等。
5結(jié)論
綜上所述，我國的經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，科學(xué)文化事業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展階段。現(xiàn)代技術(shù)的突飛猛進(jìn)為科學(xué)文化事業(yè)提供了發(fā)展方向，我國的科技館正朝著現(xiàn)代化的方向邁進(jìn)。為了推動(dòng)科技館教育活動(dòng)的發(fā)展，必須發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。
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論文摘要：在旅游信息網(wǎng)站中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行景點(diǎn)展示取得的效果比使用文字和圖片更生動(dòng)。目前利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行場景展示的3種主要方式為單機(jī)仿真軟件、Web3D和全景圖。該文提出一種利用 Google Earth技術(shù)進(jìn)行在線場景展示的方法，綜合上述方式的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對大場景的加載、Internet對接以及與全景圖的組合。該方法利用 Servlet返回動(dòng)態(tài) KML，激發(fā) Google Earth啟動(dòng)并顯示場景。利用KML控制地標(biāo)顯示、地標(biāo)說明圖文和 3D模型加載。通過說明圖文中的超鏈接，讓地標(biāo)鏈接到全景圖網(wǎng)頁或Servlet，以返回3D模型數(shù)據(jù)。
1 概述
隨著信息化工程的推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)被廣泛用于旅游業(yè)。在很多現(xiàn)有旅游網(wǎng)站的旅游地介紹中，通常包括行車路線、景區(qū)展示等內(nèi)容。在景區(qū)展示中，多數(shù)旅行網(wǎng)都使用傳統(tǒng)形式，即文字和圖片。隨著 IT技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，已出現(xiàn)比圖片更直觀且生動(dòng)的展示方式，即虛擬現(xiàn)實(shí)。虛擬實(shí)現(xiàn)把場景做成三維計(jì)算機(jī)模型，通過交互方式實(shí)現(xiàn)場景漫游和瀏覽。與圖片相比，虛擬現(xiàn)實(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)能全方位觀察場景，整體感強(qiáng)；(2)具有交互性和沉浸性，使用戶能產(chǎn)生 “虛擬游歷”的感覺。對于訪問旅游站點(diǎn)、查找旅游信息的人，虛擬現(xiàn)實(shí)可以給予他們更有趣的體驗(yàn)，使其積累更強(qiáng)烈的參與旅游的愿望。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)景區(qū)展示在國內(nèi)外已成為研究熱點(diǎn)。
原有 “虛擬游歷”方案可以歸納為以下 3類：(1)用基于單機(jī)或圖形工作站的三維仿真軟件構(gòu)建場景，實(shí)現(xiàn)漫游，該方法能運(yùn)行大場景 ，但其仿真軟件沒有與互聯(lián)網(wǎng)掛接，構(gòu)建的仿真場景只能單機(jī)使用，無法到網(wǎng)絡(luò)；(2)利用一些傳統(tǒng)Web3D技術(shù)，如VRML，構(gòu)建一個(gè)三維場景實(shí)現(xiàn)瀏覽該方法適合較小的場景，它對大場景的處理很粗糙；(3)全景圖技術(shù) J，它對單點(diǎn)的效果較好，但交互時(shí)不能走動(dòng)，整體感不佳。
2 虛擬景區(qū)實(shí)現(xiàn)方案
2．1 Google Earth簡介
GoogleEarth是Goolge公司于2005年推出的一款集衛(wèi)星影像、GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)于一體的數(shù)字地球軟件。在 Google數(shù)字地球中，可以看到世界各國的衛(wèi)星影像圖，其精度較高。Google Earth具有豐富的 GIS功能，包括地形、路網(wǎng)、區(qū)域邊界、餐館旅店、機(jī)場、學(xué)校等位置的矢量信息。Google Ear可以通過 KML語言進(jìn)行地標(biāo)管理，通過地標(biāo)管理功能，可以加載自己制作的3D模型并漫游 。
2．2 數(shù)據(jù)制作與KML
可以用 Google Earth的一個(gè)外部模塊一一sketchup制作Google Earth 3D模型。SketchUp支持普通幾何體建模、CA導(dǎo)入、紋理處理等功能，且簡單易用。
模型加載后，Google Earth把模型、插入的坐標(biāo)、視點(diǎn)坐標(biāo)等數(shù)據(jù)看作一個(gè)地理標(biāo)志，稱為 “地標(biāo)”，能保存為一個(gè)KML格式文件。KML是一種基于 XML語法和文件格式的標(biāo)簽語言，專門用于描述和保存地理信息，如點(diǎn)、線、圖片、折線，并控制 Google Earth顯示效果。Google Earth客戶端是一個(gè) KML文件瀏覽器。
2．3 基于Servlet和Google Earth的虛擬景區(qū)實(shí)現(xiàn)方案
一般情況下，Google Earth和網(wǎng)頁瀏覽器(如 IE)是互不相關(guān)的 2個(gè)程序。用戶瀏覽網(wǎng)頁時(shí)，Google Earth不會(huì)啟動(dòng)。在一個(gè)需要用虛擬現(xiàn)實(shí)方式展示場景的旅游網(wǎng)站，可以利用KML作為中介實(shí)現(xiàn)場景啟動(dòng)，如圖 1所示。
用 JSP編寫網(wǎng)頁，獲取景點(diǎn)地名后，交由一個(gè)專門實(shí)時(shí)生成 KML的Servlet處理。在 Servlet中，可以利用 PrintWriter根據(jù)需要實(shí)時(shí)回寫數(shù)據(jù)。例如，若需要返回的 KML文本為
對于一個(gè)完整的 3D場景，返回的 KML代碼比上述例子稍復(fù)雜，例如以下 KML代碼：
上述 KML代碼的含義是使 Google Earth加載一個(gè)地標(biāo)，連接模型文件為網(wǎng)絡(luò)上的mode1．dae，加載的地標(biāo)放在經(jīng)度為11 3．27、緯度為 23．19的地方。相同視點(diǎn)的位置也在該處。 KML詳細(xì)語法說明可以參考文獻(xiàn)。
2．4 Google Earth與全景圖的組合
在仿真應(yīng)用中，不是所有場合都適合做成 3D場景。很多人傾向于把景點(diǎn)拍攝制作成全景圖。全景圖不能全方位漫游，但其逼真度高、制作過程較簡單。
可以利用 KML使 Google Earth與全景圖相結(jié)合。方法是插入一個(gè)沒有三維模型的地標(biāo)。每個(gè)地標(biāo)都可以配有說明圖文。說明圖文支持網(wǎng)頁格式，可以在網(wǎng)頁中加入超鏈接，如圖 2所示。點(diǎn)擊超鏈接可以激發(fā)網(wǎng)頁瀏覽器(如 IE)打開鏈接網(wǎng)頁。該網(wǎng)頁可以嵌有全景圖虛擬現(xiàn)實(shí)場景。通過 GoogleEarth地標(biāo)就可以打開全景圖場景，如圖3所示。
3 實(shí)例
圖 2～圖4描述了一個(gè)基于 Google Earth的旅游景點(diǎn)景觀展示的應(yīng)用實(shí)例。用戶先訪問旅游網(wǎng)站的介紹頁面(圖 2中的IE界面)，點(diǎn)擊網(wǎng)頁中的一個(gè) “景觀漫游”按鈕后，IE新開一個(gè)會(huì)話訪問后臺(tái)的Servlet。Servlet向客戶端返回包含地標(biāo)的KML。客戶端 IE接收到 KML后，將提示下載還是打開，選擇 “打開”，Google Earth就會(huì)被激發(fā)啟動(dòng)，并根據(jù)該 KML加載地標(biāo)、定位視點(diǎn)。在 Google Earth中，點(diǎn)擊每個(gè)地標(biāo)都會(huì)彈出簡要的圖文說明，如圖2中的Google Earth界面。不同地標(biāo)鏈接不同景點(diǎn)的虛擬場景，且實(shí)現(xiàn)方法不同。例如， 點(diǎn)擊 “天河體育中心”的說明圖片，可以打開如圖 3所示的網(wǎng)頁，即天河體育中心的全景圖虛擬場景頁面，在該頁面中，可以通過鼠標(biāo)或鍵盤改變觀察角度，從各個(gè)方向觀看場景。 地標(biāo) “新電視塔”的處理方法有所不同，點(diǎn)擊其說明圖文中的超鏈接后，將轉(zhuǎn)向網(wǎng)站后臺(tái)的 Servlet，此時(shí)Servlet返回一個(gè)加載 3D場景的KML。客戶端 IE收到 KML后，根據(jù) KML下載 3D模型并加載，并移動(dòng)視點(diǎn)到 3D場景的位置，如圖4所示。在該場景中，用戶可以進(jìn)行任意 3D 漫游，觀看仿真的 3D場景。
4 結(jié)束語
使用 Google Earth技術(shù)進(jìn)行旅游景點(diǎn)場景展示，可以把網(wǎng)頁、衛(wèi)星影像圖片、全景圖虛擬場景、3D虛擬場景等各種數(shù)據(jù)整合在一起，是一種有效且靈活的場景展示方法。
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關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；數(shù)據(jù)采集；檔案數(shù)字化
中圖分類號(hào)：TP311.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
the Application and Research ofWorkflow Model in the Construction of Digital Estate Management
System
SUN De-chao, SHEN Xu-dong
(Ningbo real estate property section, Ningbo315100, China)
Abstract: This article takes the paper file digitization as a starting point, through the establishment based on digital image's three dimensional file virtual system model, utilizes the technology of imagery processing, WEB application and virtual reality and so on, realizes the function of the digital image gathering input, processing, the memory and the three dimensional virtual call, and this function supports the B/S pattern .
Key Words: Virtual reality; Data acquisition; File digitization
1 引言
信息技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用給檔案工作帶來新的契機(jī)和新的研究課題。檔案作為一種原生的信息資源，其重要性正日益凸顯出來，采用先進(jìn)的信息技術(shù)對檔案進(jìn)行管理，開展檔案數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)勢在必行。目前國外的檔案數(shù)字化建設(shè)在檔案管理信息系統(tǒng)的建設(shè)方面比較成熟，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫、搜索引擎、檢索服務(wù)、信息資源共享、三維虛擬等方面技術(shù)在檔案管理中的應(yīng)用研究比較活躍，已經(jīng)達(dá)到新的。相比較，國內(nèi)的檔案數(shù)字化建設(shè)相對滯后，在檔案管理信息系統(tǒng)的建設(shè)方面尚處在起步的階段， WEB技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面在檔案管理中的應(yīng)用非常局限，雖有虛擬檔案館一詞，但僅僅停留在展示方面，還未真正達(dá)到有效虛擬管理作用的目的，有關(guān)檔案管理的三維虛擬現(xiàn)實(shí)方面的課題研究剛處在起步階段。因此，建立檔案管理的三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，將對檔案管理模式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響與變革。
目前中國許多檔案部門著手進(jìn)行擋案的數(shù)字化工作，檔案整理工作量龐大，設(shè)計(jì)一套有效的檔案數(shù)字化模型是非常必要及時(shí)的，對檔案數(shù)字化工程的推進(jìn)有著非常重要的意義，通過數(shù)字圖象三維虛擬系統(tǒng)模型的建立，可保護(hù)實(shí)物檔案形成電子檔案，有助于電子查閱和網(wǎng)上瀏覽，降低辦公成本，提高檔案管理效率，而且使用直觀方便，接近現(xiàn)實(shí)世界。
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
2.1 主要內(nèi)容介紹
系統(tǒng)深入研究檔案數(shù)字化進(jìn)程中的檔案三維虛擬現(xiàn)實(shí)管理問題，包括紙質(zhì)檔案的拍攝或掃描采集錄入系統(tǒng)與檔案電子庫房的三維虛擬管理如虛擬檔案袋與檔案架的創(chuàng)建、上架下架位置排列與虛擬檔案袋的調(diào)閱等問題，充分利用理論、硬件、軟件與技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，對檔案的三維虛擬現(xiàn)實(shí)管理方面進(jìn)行獨(dú)特而全面的研究。
系統(tǒng)主要運(yùn)用Visual Studio 2005和.Net框架建立一套基于B/S模式的數(shù)字圖象三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)模型，主要分成兩大塊：電子檔案數(shù)字圖象的采集錄入系統(tǒng)與三維檔案虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作流程如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)工作流程
電子檔案數(shù)字圖象的采集錄入系統(tǒng)主要是通過錄入系統(tǒng)程序客戶端運(yùn)用USB接口控制技術(shù)控制數(shù)碼相機(jī)或高速掃描儀進(jìn)行檔案紙質(zhì)材料的拍攝或掃描錄入，以TIFF/JPEG等主要圖象格式進(jìn)行數(shù)字圖象的分布式存儲(chǔ)并上傳到文件目錄服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，為三維虛擬現(xiàn)實(shí)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)來源；三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要建立三維虛擬檔案袋與虛擬檔案庫，根據(jù)檔案的空間位置信息與上架信息，通過虛擬檔案袋載入數(shù)字圖象信息，自動(dòng)形成三維圖形展示的檔案庫房密集架直觀圖，通過該圖可以直接定位檔案的具置，可以直接對該卷電子檔案進(jìn)行操作，如調(diào)閱、遷出、銷毀、借閱登記等，實(shí)現(xiàn)三維電子檔案的模擬實(shí)物查詢與操作，以簡化檔案管理的業(yè)務(wù)工作環(huán)節(jié)。
2.2 關(guān)鍵技術(shù)
(1)USB接口控制數(shù)碼相機(jī)技術(shù)：支持JPEG、GIF、PDF、BMP、DWG、DXF、TIFF等多種圖象格式，支持黑白二值、灰度和彩色拍攝或掃描錄入，支持多種數(shù)碼相機(jī)或高速掃描儀的錄入接口，支持遠(yuǎn)程服務(wù)應(yīng)用，能進(jìn)行拍攝或掃描模板及參數(shù)的設(shè)置。
（2）數(shù)字圖象處理、圖象存儲(chǔ)安全與圖象壓縮技術(shù)：能對圖象進(jìn)行縮小放大、去噪去污等處理，以保證圖象質(zhì)量；鑒于檔案種類繁多，數(shù)據(jù)量龐大，考慮到虛擬現(xiàn)實(shí)管理的實(shí)時(shí)性與快速性，本系統(tǒng)具有高效圖象處理的功能，并采用LZW無損壓縮算法對彩色數(shù)字圖象進(jìn)行高比例無損壓縮存儲(chǔ)，以滿足數(shù)字圖象訪問速度的需要，具有良好的實(shí)時(shí)性、擴(kuò)展性和伸縮性。
（3）虛擬電子檔案袋建立技術(shù)：將文本數(shù)據(jù)與圖象數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，存取在虛擬電子檔案袋中，形成完整的電子檔案；
（4）三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：能形象逼真地模擬檔案的查詢與調(diào)閱；三維虛擬現(xiàn)實(shí)提供電子庫房虛擬管理和虛擬檔案的調(diào)檔查閱，具有生動(dòng)逼真和模擬實(shí)物檔案管理的效果。同時(shí)，具有虛擬檔案位置信息大變動(dòng)調(diào)整速度比實(shí)物檔案位置信息大變動(dòng)快的得多。。
（5）數(shù)據(jù)庫存取與數(shù)字多媒體技術(shù)：能實(shí)現(xiàn)圖象文件的分布式存儲(chǔ) ，能快速讀取圖象數(shù)據(jù)；支持聲音，實(shí)現(xiàn)多媒體漫游；
3 結(jié)論
該系統(tǒng)針對數(shù)字化檔案工程，提出了用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、USB接口技術(shù)、圖象處理技術(shù)和WEB技術(shù)相結(jié)合來解決電子檔案數(shù)字圖象采集、存儲(chǔ)、三維虛擬調(diào)閱等問題的方案，給檔案數(shù)字化管理提供了有力的應(yīng)用工具，有利于信息共享，大大提高了數(shù)字化效率,圖2為系統(tǒng)在寧波數(shù)字化檔案管理使用過程中虛擬現(xiàn)實(shí)的圖片。該作品具有較好的前瞻性和實(shí)用性，不僅局限于檔案領(lǐng)域，可以擴(kuò)展到多種行業(yè)多種領(lǐng)域，具有很好的使用價(jià)值、社會(huì)效益和市場前景。
圖2 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；游戲領(lǐng)域；交互性；虛擬時(shí)空；3D游戲
一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有3I特性，交互性、沉浸性和構(gòu)想性。使用者可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的各種體驗(yàn)，在某些特定情況下，還能突破各種局限性，讓使用者得到超越現(xiàn)實(shí)的更加真實(shí)的體驗(yàn)。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，包含了很多的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)，如計(jì)算機(jī)圖像顯示技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)流程處理技術(shù)等。通過這些技術(shù)，可以達(dá)到模仿使用者嗅覺、聽覺、視覺和觸覺等效果，讓使用者在虛擬環(huán)境中，能夠得到真實(shí)世界當(dāng)中的體驗(yàn)，而且規(guī)避到其中的一些傷害，并且能夠通過自身行動(dòng)與周圍環(huán)境之間形成交互與互動(dòng)，創(chuàng)建一種多維信息空間。除此之外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還具有超越現(xiàn)實(shí)的虛擬性，作為一種新型技術(shù)，它所能達(dá)到的虛擬效果絕對是最為逼真，交互性最強(qiáng)的，這也是他被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)的原因，將虛擬照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)作為新型計(jì)算機(jī)技術(shù)，其核心當(dāng)然離不開計(jì)算機(jī)，它主要也是靠計(jì)算機(jī)來生成一個(gè)可交互的虛擬環(huán)境，虛擬環(huán)境能夠產(chǎn)生立體效果的關(guān)鍵在于外設(shè)，與傳統(tǒng)鼠標(biāo)鍵盤的交互方式不同，虛擬設(shè)備包括多種多樣的交互設(shè)備，里面配置有陀螺儀、速度感應(yīng)計(jì)等，可以提供全方位的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測，用于三維空間的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔、數(shù)據(jù)衣和三維投影儀等都比較成熟，而像數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)跟運(yùn)動(dòng)跟蹤器等裝置主要用于虛擬現(xiàn)實(shí)交互。與現(xiàn)實(shí)中的感官體驗(yàn)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一樣做到了視覺系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)的分離，不僅如此，還大大提高了分辨率、大場景的虛擬效果，并且?guī)в辛Ⅲw聲效，可以使人產(chǎn)生強(qiáng)烈的浸沒感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，在文物保護(hù)、室內(nèi)設(shè)計(jì)、交通模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)3D游戲等領(lǐng)域，都有著不錯(cuò)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在一步步改變我們的生活。本文就主要講一下虛擬現(xiàn)實(shí)在游戲中的應(yīng)用。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲中的應(yīng)用
3D游戲，所追求的是一種虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)，一直致力于為玩家?guī)碜钯v的感官體驗(yàn)。游戲的發(fā)展從最初的簡單文字游戲，一步步到后來的大型網(wǎng)絡(luò)3D游戲，都是為了能給用戶帶來更好的真實(shí)性與交互性，希望能達(dá)到如客觀世界一般存在一個(gè)游戲的虛擬世界。3D游戲，即是三維游戲，3D游戲通過三維空間的原理，在游戲中運(yùn)用了長、寬、高等三種度量，來達(dá)到游戲世界對客觀世界的真實(shí)還原，相對于2D平面游戲，也更加的吸引人。場景就是游戲世界各種活動(dòng)所發(fā)生的場所，在游戲中起著很重要的作用，對于3D游戲開發(fā)來說，目前適合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有：冒險(xiǎn)類、動(dòng)作類、賽車類和角色扮演類。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)游戲技術(shù)，目的是僅僅是為了滿足玩家的精神追求，更加注重游戲世界的設(shè)定，而忽視了玩家體驗(yàn)，將玩家拒之于顯示器之外，玩家只能通過操作角色來體驗(yàn)游戲中的各種設(shè)定，游戲體驗(yàn)僅僅停留于鍵盤跟鼠標(biāo)的操作，并不能真正達(dá)到一種真切的感官體驗(yàn)。隨著網(wǎng)絡(luò)游戲時(shí)代、技術(shù)的發(fā)展，人們更加傾向于去進(jìn)行帶有實(shí)際體驗(yàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)3D游戲，虛擬現(xiàn)實(shí)類游戲，占據(jù)著更多的市場，這種大大提高了玩家體驗(yàn)，與傳統(tǒng)的3D游戲完全是不一樣的游戲，能讓玩家在其中得到感官上滿足。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)游戲模擬方面展現(xiàn)出它的優(yōu)勢，玩家通過一系列的可穿戴設(shè)備，與游戲中的角色合二為一，它可以模擬任何世界上客觀存在的物質(zhì)，也可以模擬人腦中抽象出來的精神物質(zhì)，更加真實(shí)的體驗(yàn)到游戲中的角色就是自己，自己就是游戲中的角色。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在3D游戲中的應(yīng)用完全的將人類智慧的結(jié)晶，科技的成果展現(xiàn)出來，它將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的逼真性、互動(dòng)性、沉浸性和構(gòu)想性表現(xiàn)得淋漓盡致。計(jì)算機(jī)可以阻止一個(gè)虛假的圖像在墻壁前停止，但它卻很難阻止真人的行動(dòng)，操作者在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)是不受限制的，可以自由出入于這個(gè)空間，這也是傳統(tǒng)模擬游戲與虛擬現(xiàn)實(shí)游戲之間存在的最大的差別，也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)賦予游戲的獨(dú)特魅力。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)前景和未來發(fā)展
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)在的發(fā)展能夠?qū)⒁恍┖唵蔚?D游戲進(jìn)行完全的操作，但在一些大型3D網(wǎng)絡(luò)游戲中，仍然很難以讓玩家得到一個(gè)足夠良好的游戲體驗(yàn)，所以還有很大的發(fā)展空間，讓玩家能夠真切的去體驗(yàn)游戲世界當(dāng)中的各種體驗(yàn)，讓游戲帶給玩家更多的快樂。
VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)新型技術(shù)，近年來一直備受關(guān)注，僅在2015年間就有200多家風(fēng)投企業(yè)對VR行業(yè)總計(jì)投入了35億美元。這其中，很多明星、影視導(dǎo)演也熱衷于網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，像大家都很熟悉的林志穎，便有自己的科技公司，像黃曉明、張藝謀等藝人，也準(zhǔn)備進(jìn)入VR行業(yè)。國內(nèi)一些大型企業(yè)，如聯(lián)想、小米、華為也都積極致力于VR硬件設(shè)備的開發(fā)。盡管現(xiàn)在VR行業(yè)看上去一片大號(hào)，但由于3D游戲主機(jī)在國內(nèi)市場剛剛解禁，市場占有份額不打，限制了國內(nèi)VR技術(shù)的發(fā)展，目前國內(nèi)的VR技術(shù)水平與國際頂尖技術(shù)仍然存在較大的差距，仍然需要我們繼續(xù)的努力來發(fā)展VR技術(shù)。（作者單位：西華大學(xué)）
參考文獻(xiàn)：
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[論文摘要] 配送中心是企業(yè)生產(chǎn)和流通領(lǐng)域以及整個(gè)供應(yīng)鏈的一個(gè)重要組成部分，物流合理化是提高供應(yīng)鏈生產(chǎn)率最重要的方法之一。對配送中心的設(shè)計(jì)和仿真的研究，也日益受到人們的重視。本文主要介紹了以AutoMod為代表的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在配送中心設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
1．引言
配送中心是對貨物進(jìn)行儲(chǔ)存、保管的重要場所，是構(gòu)成整條供應(yīng)鏈和物流網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，在現(xiàn)代城市和企業(yè)物流體系中發(fā)揮著非常重要的作用。配送中心設(shè)計(jì)不合理，不僅會(huì)影響企業(yè)的物流效率，增加企業(yè)的運(yùn)營成本，而且會(huì)加重社會(huì)的運(yùn)行成本，導(dǎo)致資源利用效率的下降。因此，對配送中心進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)是增強(qiáng)企業(yè)競爭力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。配送中心設(shè)計(jì)具體指通過對貨物種類、存儲(chǔ)量、周轉(zhuǎn)率以及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，確定配送中心的類型和面積、所需的作業(yè)區(qū)面積和相對位置、所需的人員人數(shù)和設(shè)備型號(hào)與數(shù)量。配送中心設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是有效利用空間、設(shè)備、人員和能源，最大限度地減少物料搬運(yùn)和縮短作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)進(jìn)貨、儲(chǔ)存、揀貨、出貨四個(gè)主要功能協(xié)調(diào)配合，以提高運(yùn)營效率，降低物流成本。
配送中心物流系統(tǒng)的設(shè)備及人員的配置、場地布局評(píng)價(jià)、工程計(jì)劃以及物流系統(tǒng)工藝的設(shè)計(jì)論證是一個(gè)空間、時(shí)間與隨機(jī)變量交錯(cuò)的復(fù)雜課題，難以用方程式或簡單的表達(dá)式來解決。并且隨著物流行業(yè)生產(chǎn) 自動(dòng)化水平的不斷提高，物流系統(tǒng)越來越復(fù)雜，生產(chǎn)節(jié)奏越來越快，管理者對生產(chǎn)改進(jìn)的每一決策，都需謹(jǐn)慎考慮。決策不當(dāng)，往往需要付出高昂的代價(jià)。傳統(tǒng)的配送中心設(shè)計(jì)方法主要是基于二維的設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)者通常以繪制建筑的平、立、剖面圖作為設(shè)計(jì)過程中的主要手段，對于方案的思考、推敲也更多的是在二維平面內(nèi)進(jìn)行草圖的修改。直到以3DMAX為代表的三維建模軟件在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，標(biāo)志著建筑設(shè)計(jì)進(jìn)入了三維的時(shí)代。但是無論是二維建筑效果圖還是三維建筑效果圖，只能提供靜態(tài)局部的視覺體驗(yàn)，不具備實(shí)時(shí)的交互性，不能有效預(yù)知設(shè)計(jì)的不合理性。正是由于物流系統(tǒng)的復(fù)雜性、快節(jié)奏和柔性，要想預(yù)測每一個(gè)決策給系統(tǒng)帶來的后果，已經(jīng)是人的火腦無法勝任的了。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正是彌補(bǔ)了這一不足，不儀成為物流系統(tǒng)管理者的有用工具，而且成為配送中心設(shè)計(jì)人員的得力助手。
2．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概況
虛擬現(xiàn)實(shí) (Virtual Reality，簡稱 VR)一詞是 80年代初美國VPL公司的創(chuàng)建人之一Jaron Lanier提出來的，當(dāng)時(shí)主要應(yīng)用于美國宇航局和國防部。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)及傳感裝置所創(chuàng)建的一種嶄新的模擬環(huán)境。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真。一個(gè)好的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境是由計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、多傳感器、語音處理、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)所構(gòu)成的大型綜合集成系統(tǒng)環(huán)境。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下特征：
(1)多感知性 (Multi．Sensory)——所謂多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)等幾種。
(2)浸沒感 (Immersion)——又稱I臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動(dòng)起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣，典型的系統(tǒng)為虛擬現(xiàn)實(shí)大屏幕立體投影系統(tǒng)。
(3)交互性 (Interactivity)——指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實(shí)時(shí)性)。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。
(4)構(gòu)想性 (Imagination)——強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，而且可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。
根據(jù)用戶參與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的形式及沉浸的不同程度，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以分為四類：桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。
在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用中，人們能夠在一個(gè)虛擬的三維環(huán)境，用動(dòng)態(tài)交互的方式對未來的建筑物進(jìn)行身臨其境的全方位審視，可以從任意角度和距離觀察場景，可以選擇切換多種運(yùn)動(dòng)模式，如行走、駕駛、飛行等，并可以自由控制瀏覽路線，并且在漫游過程中，還可以實(shí)現(xiàn)多種設(shè)計(jì)方案、多種環(huán)境效果的實(shí)時(shí)切換比較，這是傳統(tǒng)的建筑效果圖與三維動(dòng)畫所無法達(dá)到的。
3．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在配送中心設(shè)計(jì)上的實(shí)現(xiàn)方法
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在配送中心設(shè)計(jì)上的實(shí)現(xiàn)就是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)實(shí)世界中配送中心的三維場景并通過一定的軟件環(huán)境驅(qū)動(dòng)整個(gè)三維場景，響應(yīng)用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動(dòng)作做出相應(yīng)的反應(yīng)，并在三維環(huán)境中顯示出來。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)主要有動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具、系統(tǒng)集成技術(shù)等。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。
3．1 虛擬現(xiàn)實(shí)硬件系統(tǒng)
簡單的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不需要太多復(fù)雜的設(shè)備，只要具有輸入、輸出功能的設(shè)備即可，簡單的計(jì)算機(jī)桌面互動(dòng)系統(tǒng)就可以構(gòu)成一個(gè)簡單的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。如果要充分實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)帶來的多感知性、浸沒感、交互性和構(gòu)想性，就需要專業(yè)的信息輸入、輸出設(shè)備，信息輸入設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、力反饋方向盤、手柄等，信息輸出設(shè)備包括高性能顯示器適配器、單通道或多通道投影儀、立體眼鏡、頭盔顯示器等。
3．2 虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)
建立可視化三維模型從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上可以分為三個(gè)步驟：第一步為幾何建模，主要建立所需三維場景的幾何構(gòu)型；第二步為形象建模 (也稱物理建模)，主要對幾何建模的結(jié)果進(jìn)行材質(zhì)、顏色、光照等處理；第三部為行為建模，主要處理物體的運(yùn)動(dòng)和行為描述。目前，用于建立可視化三維模型的物流系統(tǒng)仿真軟件主要有 AutoMod、Flexsim等仿真軟件，現(xiàn)主要介紹 AutoMod仿真軟件。
AutoMod是由美國Brook Automation公司開發(fā)的產(chǎn)品，它是 目前市面上比較成熟的三維離散性事件仿真軟件，廣泛應(yīng)用于制造系統(tǒng)、倉儲(chǔ)系統(tǒng)、物流處理、企業(yè)內(nèi)部物流、港口、車站、配送中心，以及控制系統(tǒng)等的仿真分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)等。AutoMod主要包括了四大模塊：AutoMod模塊、AutoStat模塊 、AutoView 模塊 以及一些輔助模塊 。
AutoMod模塊提供給用戶一系列的物流系統(tǒng)模塊來仿真現(xiàn)實(shí)世界中的物流 自動(dòng)化系統(tǒng)，該模塊主要包括輸送機(jī)模塊(輥道、鏈?zhǔn)?，自動(dòng)化存取系統(tǒng) (立體倉庫、堆垛機(jī))，基于路徑的移動(dòng)設(shè)備 (AGV等)，起重機(jī)模塊等，用戶可以選擇適當(dāng)?shù)哪K組建 自己的相應(yīng)模型。AutoStat模塊為仿真項(xiàng) 目提供增強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)分析工具，由用戶定義測量和實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)在 AutoMod的模型上執(zhí)行統(tǒng)計(jì)分析。主要特點(diǎn)是：基于發(fā)展策略運(yùn)算法則的最優(yōu)化分析，多 CPU并行計(jì)算等。其仿真結(jié)果輸出形式有多種，如表格、餅圖、曲線和數(shù)據(jù)文件等。AutoView模塊可以允許用戶通過 AutoMod模型定義場景和攝像機(jī)的移動(dòng)，產(chǎn)生高質(zhì)量的 AVI格式的動(dòng)畫。用戶可以縮放或者平移視圖，或使攝像機(jī)跟蹤一個(gè)物體的移動(dòng)，如叉車或托盤的運(yùn)動(dòng)。該模塊可以提供動(dòng)態(tài)的場景描述和靈活的顯示方式。AutoMod輔助模塊包括模型間通訊模塊、三維圖形生成模塊等等，通過這些模塊運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)一些特殊功能。例如，通過 MCM模塊，AutoMod可以實(shí)現(xiàn)半實(shí)物仿真。
應(yīng)用 AutoMod進(jìn)行建模，首先從系統(tǒng)層定義模型所包含的子模型，然后在每個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部定義或者聲明實(shí)體，再編輯實(shí)體的屬性，包括圖形等等，并對物理單元進(jìn)行布局設(shè)置，最后編寫資源文件，控制整個(gè)仿真模型的運(yùn)行邏輯。應(yīng)用 AutoMod進(jìn)行仿真分析，一般說來主要有以下幾個(gè)步驟
(1)建立模型文件夾，定義模型的名稱；
(2)建立模型的子系統(tǒng)，繪制子系統(tǒng)模型，例如對配送中心的仿真，要建立自動(dòng)化立體倉庫 、輸送系統(tǒng)(Conveyor)系統(tǒng)等等；
(3)創(chuàng)建 process系統(tǒng)中的資源 (resources)、載體(1oads)、隊(duì)列 (queues)等單元，導(dǎo)入相應(yīng)的3D模型；
(4)定義 prates：主系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)的實(shí)體單元和邏輯單元以及屬性；
(5)編寫資源文件，即編寫系統(tǒng)控制程序；
(6)定義模型控制、輸出等事項(xiàng)；
(7)運(yùn)行模型，確認(rèn)校正模型；
(8)分析、優(yōu)化模型。
4．結(jié)語
在配送中心設(shè)計(jì)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅可以形成直觀立體的三維仿真動(dòng)畫，避免了建立物理試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的投資，減少了設(shè)計(jì)成本，而且可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行精確計(jì)算和驗(yàn)證分析物流系統(tǒng)的生產(chǎn)量，確定瓶頸位置，報(bào)告資源利用率，從而校驗(yàn)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，提高系統(tǒng)方案的可行性和科學(xué)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必將在今后配送中心的設(shè)計(jì)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
[參考文獻(xiàn)]
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬環(huán)境 計(jì)算機(jī)發(fā)展 新型計(jì)算機(jī)
計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用方面的不斷提高使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也相應(yīng)同步地快速發(fā)展。尤其是計(jì)算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、平行處理和智能化，量子、光子、分子和納米計(jì)算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)及一定的自然語言能力，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入人工智能時(shí)代。這種新型計(jì)算機(jī)將推動(dòng)新一輪計(jì)算技術(shù)革命，更加帶動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，對人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述
虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形（CG）技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，兩者是相輔相成的關(guān)系，如果要正確認(rèn)識(shí)和剖析并把握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，就必須深入研究計(jì)算機(jī)技術(shù)的變化與發(fā)展趨勢，這樣才能有利于我們未來更好的掌握與應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用
自從1944年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計(jì)算機(jī)發(fā)展的突破口，新型計(jì)算機(jī)的研發(fā)應(yīng)運(yùn)而生，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。專家預(yù)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也會(huì)因此得到迅速發(fā)展。尤其是三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、采用多種功能傳感器的交互式接口技術(shù)和高清晰度顯示技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中起著重要作用。此外，智能化的超級(jí)計(jì)算機(jī)和新型高性能計(jì)算機(jī)不斷發(fā)展。這會(huì)更有利于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面的快速發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過計(jì)算機(jī)對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作以及實(shí)時(shí)交互的環(huán)境。與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)人-機(jī)界面（如鍵盤、鼠標(biāo)器、圖形用戶界面以及流行的Windows等）相比，虛擬現(xiàn)實(shí)無論在技術(shù)上還是思想上都有質(zhì)的飛躍。
3 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)有效地建立虛擬環(huán)境主要集中在兩個(gè)方面，一是虛擬環(huán)境能夠精確表示物體的狀態(tài)模型，二是環(huán)境的可視化及渲染。
3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)僅是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)置的一個(gè)近似客觀存在的環(huán)境，它是硬件、軟件和設(shè)備的有機(jī)組合。
3.3 用戶可通過自身的技能以6個(gè)自由度在這個(gè)仿真環(huán)境里進(jìn)行交互操作。
3.4 虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵是傳感技術(shù)。
3.5 虛擬現(xiàn)實(shí)離不開視覺和聽覺的新型可感知?jiǎng)討B(tài)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，并需結(jié)合高速的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫檢索技術(shù)。
3.6 虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)或計(jì)算機(jī)成像生成的一幅畫面，更重要的是人們可以通過計(jì)算機(jī)和各種人機(jī)界面與機(jī)交互，并在精神感覺上進(jìn)入環(huán)境。它需要結(jié)合人工智能，模糊邏輯和神經(jīng)元技術(shù)。
4 虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備與軟件技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合
在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，硬件設(shè)備主要由3個(gè)部分組成：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、虛擬世界生成設(shè)備。此外系統(tǒng)還需要虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)。
4.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的輸入設(shè)備。有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的輸入設(shè)備主要分為兩大類：一類是基于自然的交互設(shè)備，用于對虛擬世界信息的輸入；另一類是三維定位跟蹤設(shè)備，主要用于對輸入設(shè)備在三維空間中的位置進(jìn)行判定，并送入虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中。虛擬世界與人進(jìn)行自然交互的實(shí)現(xiàn)形式很多，有基于語音的、基于手的等多種形式，如數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、三維控制器、三維掃描儀等。手是我們與外界進(jìn)行物理接觸及意識(shí)表達(dá)的最主要媒介，在人機(jī)交互設(shè)備中也是如此。基于手的自然交互形式最為常見，相應(yīng)的數(shù)字化設(shè)備很多，在這類產(chǎn)品中最為常用的就是數(shù)據(jù)手套。
4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)的輸出設(shè)備。人置身于虛擬世界中，要體會(huì)到沉浸的感覺，必須讓虛擬世界能模擬人在現(xiàn)實(shí)世界中的多種感受，如視覺、聽覺、觸覺、力覺、痛感、味覺、嗅覺等。基于目前的技術(shù)水平，成熟和相對成熟的感知信息的產(chǎn)生和檢測技術(shù)僅有視覺、聽覺和觸覺（力覺）3種。感知設(shè)備的作用是將虛擬世界中各種感知信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿怂芙邮艿亩嗤ǖ来碳ば盘?hào)，現(xiàn)在主要應(yīng)用的有基于視覺、聽覺和力覺感知的設(shè)備，基于味覺、嗅覺等的設(shè)備有待開發(fā)研究。
4.3 虛擬現(xiàn)實(shí)的生成設(shè)備。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)是虛擬世界的主要生成設(shè)備，所以有人稱之為“虛擬現(xiàn)實(shí)引擎”，它首先創(chuàng)建出虛擬世界的場景，同時(shí)還必須實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶各種方式的輸入。
通常虛擬世界生成設(shè)備主要分為基于高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)、基于高性能圖形工作站、高度并行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和基于分布式計(jì)算機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)四大類。
4.4 虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的目標(biāo)是由計(jì)算機(jī)生成虛擬世界，用戶可以與之進(jìn)行視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等全方位的交互，并且虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。要實(shí)現(xiàn)這種目標(biāo)，除了需要有一些專業(yè)的硬件設(shè)備外，還必須有較多的相關(guān)技術(shù)及軟件加以保證，特別是在現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度還達(dá)不到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所需要求的情況下，相關(guān)技術(shù)就顯得更加重要。虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)主要有立體視覺顯示技術(shù)、環(huán)境建模技術(shù)、真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)、三維虛擬聲音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、自然交互與傳感技術(shù)等等。
4.4.1 立體視覺顯示技術(shù)。人類從客觀世界獲得的信息的80%以上來自視覺，視覺信息的獲取是人類感知外部世界、獲取信息的最主要的傳感通道，視覺通道成為多感知的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。
在視覺顯示技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)立體顯示技術(shù)是較為復(fù)雜與關(guān)鍵的，立體視覺顯示技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)的重要支撐技術(shù)。
4.4.2 環(huán)境建模技術(shù)。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，營造的虛擬環(huán)境是它的核心內(nèi)容，要建立虛擬環(huán)境，首先要建模，然后在其基礎(chǔ)上再進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制、立體顯示，形成一個(gè)虛擬的世界。虛擬環(huán)境建模的目的在于獲取實(shí)際三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)其應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。只有設(shè)計(jì)出反映研究對象的真實(shí)有效的模型，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)才有可信度。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，環(huán)境建模應(yīng)該包括有基于視覺、聽覺、觸覺、力覺、味覺等多種感覺通道的建模。但基于目前的技術(shù)水平，常見的是三維視覺建模和三維聽覺建模。而在當(dāng)前應(yīng)用中，環(huán)境建模一般主要是三維視覺建模，這方面的理論也較為成熟。
4.4.3 真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的虛擬世界，僅有立體顯示技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，虛擬現(xiàn)實(shí)中還有真實(shí)感與實(shí)時(shí)性的要求，也就是說虛擬世界的產(chǎn)生不僅需要真實(shí)的立體感，而且虛擬世界還必須實(shí)時(shí)生成，這就必須要采用真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)。所謂真實(shí)感繪制是指在計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界場景的過程。真實(shí)感繪制的主要任務(wù)是要模擬真實(shí)物體的物理屬性，即物體的形狀、光學(xué)性質(zhì)、表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置、遮擋關(guān)系等等。
4.4.4 三維虛擬聲音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中加入與視覺并行的三維虛擬聲音，一方面可以在很大程度上增強(qiáng)用戶在虛擬世界中的沉浸感和交互性，另一方面也可以減弱大腦對于視覺的依賴性，降低沉浸感對視覺信息的要求，使用戶能從既有視覺感受又有聽覺感受的環(huán)境中獲得更多的信息。
5 總結(jié)
能看到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對計(jì)算機(jī)技術(shù)的聯(lián)系性非常緊密，并且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對計(jì)算機(jī)設(shè)備的應(yīng)用分類也越來越具體，越來越廣泛。相應(yīng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備也應(yīng)用到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的對應(yīng)環(huán)節(jié)上。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)極具潛力的前沿研究方向，是面向21世紀(jì)的重要技術(shù)之一。它在理論，軟硬件環(huán)境的研究方面依賴于多種技術(shù)的綜合，其中有很多技術(shù)有待完善。可以預(yù)見，隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。
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論文摘要：虛擬實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)引起了實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的一場新的革命．本文借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。分析虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)模式及體系結(jié)構(gòu)，并根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)過程研究了主要功能的實(shí)現(xiàn)．本文為虛擬實(shí)驗(yàn)方面的研究提供 了一定的參考借鑒．
虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)是基于一定技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，是信息時(shí)展的產(chǎn)物，是人類的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和研究能力進(jìn)入一個(gè)新發(fā)展階段的標(biāo)志．學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn) ，可以對實(shí)驗(yàn)的思想和方法、儀器的結(jié)構(gòu)及原理的理解取得較好的效果，達(dá)到培養(yǎng)能力、學(xué)習(xí)技能、深化知識(shí)的目的．
1 虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)
1．1 虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)模式
虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立，使得處于不同位置的學(xué)習(xí)者可以同時(shí)對一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng) 目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作．Web為虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)提供了一種基礎(chǔ)平臺(tái)，基于 WEB的 B／S構(gòu)建模式是實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室的一種基本模式．
完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室包含下面幾個(gè)重要的組成部分 ：第一，能處理大量模擬操作數(shù)據(jù)的服務(wù)器(女口超級(jí)計(jì)算機(jī)中心高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng))；第二，用于存儲(chǔ)模擬數(shù)據(jù)初始條件和邊界條件以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；第三，連接于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器及合作工具等；第四，實(shí)驗(yàn)處理軟件 ，每一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都是基于專業(yè)的仿真軟件系統(tǒng)的，它們用于數(shù)據(jù)處理、分析 、存儲(chǔ)并使這幾個(gè)過程可視化．這幾個(gè)部分的緊密結(jié)合就組成了一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室．
1．2 虛擬實(shí)驗(yàn)的體系結(jié)構(gòu)
虛擬實(shí)驗(yàn)根據(jù)參與感知交互方式的不同，主要分為三類：桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、座艙式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)后 兩類虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)需要昂貴的設(shè)備 ，創(chuàng)建一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的花費(fèi)是相當(dāng)巨大的，無論是從軟件還是從硬件 ，普通的用戶都無法承擔(dān)．因此在 目前階段還不可能大規(guī)模應(yīng)用，其僅僅運(yùn)用在軍事和航空航天等方面囝I(lǐng)本文研究的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)屬于第一類，即桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)．和用軟件編程方法在輸出設(shè)備(如顯示器)上輸出逼真的具有虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)特征的三維場景．網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平 臺(tái)采用的是VRML-Java同步協(xié)調(diào)技術(shù)．總體的設(shè)計(jì)思想如下：
(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為 3層 B／S結(jié)構(gòu)，由客戶端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成．B／S結(jié)構(gòu)簡化了客戶端軟件，只須安裝Web 瀏覽器作為客戶端的運(yùn)行平臺(tái)，采用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的共享虛擬環(huán)境比較穩(wěn)定和健壯 ，可擴(kuò)展性較好．系統(tǒng)版本的升級(jí)及維護(hù)均在web服務(wù)器端進(jìn)行的，用戶需要訪問時(shí)才動(dòng)態(tài)下載，這就保證了用戶每次使用的都是最新版本．
(2)客戶端與服務(wù)器端的通信采用基于TCP//P 協(xié)議的．1ava Socket通信技術(shù) ，Java對網(wǎng)絡(luò)通信提供了強(qiáng)有力的支待，其中 Java．net包中的 InetAddress 、URL、Socket 等類對TCP／IP 協(xié)議提供了良好的支持．
獨(dú)立運(yùn)行的服務(wù)器應(yīng)用程序主線程負(fù)責(zé)監(jiān)聽客戶端的連接請求 ，連接上后生成另外一個(gè)線程與客戶端通過‘IEP／IP進(jìn)行通信．在服務(wù)器上建立一個(gè)共享對象的數(shù)據(jù)庫上面有所有變動(dòng)對象的當(dāng)前信息．當(dāng)一個(gè)新用戶連接進(jìn)來的時(shí)候，他的信息將寫入該共享對象數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)通過該數(shù)據(jù)庫讀取共享對象的信息，并將這些信息在本地機(jī)器上的VRML世界中表現(xiàn)出來．
(3)服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫的通信技術(shù)是基于JDBC．
(4)VRML與Java間的通信是基于 SAI．
綜上所述，系統(tǒng)采用 Web、VRML、SAI、Java、JDBC、SQL等主要開發(fā)技術(shù)．虛擬單元作為實(shí)驗(yàn)的主體，提供不同的設(shè)定參數(shù)，以Java Applet形式運(yùn)行 ，并通過 VRML腳本編程接口SAI與 Java進(jìn)行通信翻．
1．3 虛擬實(shí)驗(yàn)的功能層次結(jié)構(gòu)
虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)遵循模塊化設(shè)計(jì)的原則，采取類 ISO協(xié)議的分層技術(shù)，無論是什么課程的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，最終的程序遵循以下的層次結(jié)構(gòu)：上層是實(shí)驗(yàn)接 口層；中間是 Web服務(wù)接口、仿真服務(wù)接 口以及中間件等．下層是后臺(tái)服務(wù)程序．
(1)用戶實(shí)驗(yàn)接口的主要功能：作為虛擬實(shí)驗(yàn)室客戶端模塊的一部分，主要完成“所見即所得”功能，給用戶提供一個(gè)良好的界面(實(shí)驗(yàn)環(huán)境)．同時(shí)引導(dǎo)用戶 了解 、熟悉、掌握虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的基本使用方法；收集用戶設(shè)置的實(shí)驗(yàn)參數(shù)和數(shù)據(jù)；檢查用戶的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否配置正確．提供與web服務(wù)接 口的相關(guān)函數(shù)．另外 ，還要完成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的采集、處理、優(yōu)化和顯示 ，可以包括各種數(shù)據(jù)的圖形化、圖表、動(dòng)畫顯示及打印輸出．具備簡單的智能分析功能，給用戶提供方便的處理接口．
(2)WEB服務(wù)接口的主要功能：負(fù)責(zé)管理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一般 Web服務(wù)請求，負(fù)責(zé)接受虛擬實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù) ，向客戶端發(fā)送虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果．負(fù)責(zé)通知消息的 ，統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，調(diào)整用戶權(quán)限等．
(3)服務(wù)接 口的主要功能：負(fù)責(zé)調(diào)度后臺(tái)虛擬服務(wù)程序，接收上層接口傳遞的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ，記錄用戶的實(shí)驗(yàn)過程．
(4)a0間件模塊的主要功能：為仿真后臺(tái)程序和仿真服務(wù)接口模塊提供通用的接口，向下負(fù)責(zé)發(fā)送調(diào)度指令和接收結(jié)果，向上負(fù)責(zé)接收調(diào)度指令和發(fā)送結(jié)果．
(5)服務(wù)程序的主要功能：第三方服務(wù)程序，提供相應(yīng)的服務(wù)． [
2 虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)
2．1 虛擬實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行環(huán)境
本系統(tǒng)的服務(wù)器試驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境為：WindowsNT、MS IIS、JDK1．2．2、Corona SAI包 ，客戶端的試驗(yàn)環(huán)境為：WindowsNT、IE6．0、Corona VRML Client．在服務(wù)器端用 IIS建立 wWw站點(diǎn)，設(shè)置套接字端 口號(hào)和 VRML文件中一致，并運(yùn)行服務(wù)器程序．客戶端瀏覽器裝載 VRML插件，登陸服務(wù)器 Html文件，連接成功后可進(jìn)行相應(yīng)的操作．
2．2 虛擬實(shí)驗(yàn)的模塊實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)在服務(wù)器端和 IIS建立 irW站點(diǎn)，服務(wù)器端與客戶端設(shè)置套接字端口號(hào)，并在 VRML文件中也設(shè)置一致的端口號(hào)，運(yùn)行服務(wù)器程序．客戶機(jī)端瀏覽器裝載 VRML插件，登錄服務(wù)器 Html文件 ，經(jīng)過身份驗(yàn)證后進(jìn)行在線虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)．用戶可以使用鼠標(biāo)或者鍵盤在場景中漫游，進(jìn)行交互 ．
主要模塊描述如下：
（1)用戶的驗(yàn)證登錄
實(shí)驗(yàn)者首先通過輸入相應(yīng)的用戶名及密碼，經(jīng)過身份識(shí)別后才能進(jìn)入相應(yīng)的頁面進(jìn)行下一步的操作．如驗(yàn)證通過。用戶就可以根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境提供的一些準(zhǔn)備資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 ，比如熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備器材 、了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹W(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理等，然后實(shí)驗(yàn)者就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了．
當(dāng)用戶登錄系統(tǒng)時(shí)，首先在客戶端 ，根據(jù)服務(wù)器名和端口連接服務(wù)器，并啟動(dòng)一個(gè)客戶端線程：
thread=new ClientThread(this，hotname，port，UselTh~lrle，avatarURL)；thread．star@
同時(shí)服務(wù)器端會(huì)根據(jù)客戶端的連接請求創(chuàng)建一個(gè)線程Vuser來負(fù)責(zé)交互 ，并把該線程加入到服務(wù)器端的線程列表中，同時(shí)通過 user．sendALLFields ((VU~r)user)把用戶添加到所有用戶的場景中去．如下 ：
sCene．setViewpointPosition( (VSFVec3Ovalue)；
scene．setViewpointOrientation( (VSFRotation)value)；
