導語：如何才能寫好一篇虛擬現(xiàn)實技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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虛擬現(xiàn)實采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高技術，生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，使用戶如身臨其境一般，可以及時而沒有限制地觀察三維空間內的事物。由此可見，虛擬現(xiàn)實的主要特征為交互性、沉浸感和構想性。具體來說可以用3個“I”來概括，即Immersion、Interactivity和Imagination。

1.交互性（Interactivity）

虛擬現(xiàn)實的交互性是指參與者對虛擬環(huán)境內物體的可操作程度以及用戶從該虛擬環(huán)境中得到反饋的自然程度。而這種交互的產生，需要借助于各種專用的三維交互設備。例如，船舶結構虛擬裝配系統(tǒng)中借助三維鼠標，用戶便可以感受在虛擬船舶內走動并可以拆裝設備。

2.沉浸感（Immersion）

又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于該虛擬環(huán)境中的真實程度。VR技術最主要的技術特征就是使用戶具備一種在計算機虛擬環(huán)境中的沉浸感，即讓使用者覺得自己是計算機系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境的一部分，使人由觀察者變?yōu)閰⑴c者，從而能投入到計算機實踐并沉浸其中。在曼恒數(shù)字呈現(xiàn)的虛擬船舶內，用戶戴上三維立體眼鏡便能感覺自己抽離了現(xiàn)實，沉浸于大海之中的船舶上。理想的模擬環(huán)境應該使用戶全身心投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，在該環(huán)境中，看起來、聽起來、聞起來、摸起來甚至嘗起來感覺都是真的，跟現(xiàn)實世界毫無分別。

3.構想性（Imagination）

構想性強調虛擬現(xiàn)實技術廣闊的想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。在電影《阿凡達》中，卡梅隆依靠自己的想象和虛擬現(xiàn)實技術，創(chuàng)造了一個夢幻般的星球――潘多拉星球，片中的巖石沙塵、森林陡山、外星生物都是構想的，虛擬現(xiàn)實的構想性應用給觀眾帶來了首當其沖的視覺震撼。

虛擬現(xiàn)實的分類

虛擬現(xiàn)實技術是一門涉及到計算機、圖像處理與模式識別、語音和音響處理、人工智能技術、傳感與測量、仿真、微電子等技術的綜合集成技術。從不同角度出發(fā)可以有不同的分類，這里我們從系統(tǒng)性能進行分類，主要分為沉浸式、分布式、增強現(xiàn)實型和桌面式虛擬現(xiàn)實。

1.沉浸式虛擬現(xiàn)實

沉浸式虛擬現(xiàn)實是一種最佳的虛擬現(xiàn)實模式，提供一個完全沉浸的體驗。虛擬現(xiàn)實影院（VR theater）就是一個完全浸入式的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，用幾米高的6個平面組成的立方體屏幕環(huán)繞在觀眾周圍，設置在立方體的6個投影設備共同投射在立方體的投射式平面上，觀眾置身于立方體中可同時觀看由5個或6個平面組成的圖像，完全沉浸在圖像組成的空間中。沉浸式虛擬現(xiàn)實選用了完備的虛擬現(xiàn)實硬件設備和先進的虛擬現(xiàn)實軟件技術支持，從而模擬出一套比較復雜的系統(tǒng)，優(yōu)點是使用戶全身心地體驗該虛擬環(huán)境，但是在硬件和軟件方面投資較大。

2.分布式虛擬現(xiàn)實

分布式虛擬現(xiàn)實（通常又稱為分布式虛擬環(huán)境）是多用戶基于網絡進行分布式交互、信息共享和仿真計算等，如暴雪公司2004年推出公測的魔獸世界網絡游戲，中視典2012年推出的“超炫VRPIE多人在線MMO”支持多人在線互動等。分布式虛擬現(xiàn)實需要通過互聯(lián)網傳遞虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的各類數(shù)據，對網絡的實時性、穩(wěn)定性、帶寬都有較高的要求。

3.增強現(xiàn)實型虛擬現(xiàn)實

也稱混合現(xiàn)實，通過計算機技術，將虛擬的信息疊加到真實世界中，用戶既能感受真實世界，同時又能看到虛擬對象，以此實現(xiàn)對真實世界的增強。這種系統(tǒng)不但減少對構成復雜真實環(huán)境的計算，又可對實際物體進行操作，真正達到亦真亦幻的境界。戴上谷歌最新的Project Glass增強現(xiàn)實眼鏡，在馬路上行走時，Google Maps會自動導航；到達迪特時，自動顯示地鐵停運信息；還能通過語音控制眼鏡取景拍照等。

4.桌面式虛擬現(xiàn)實

也稱基本虛擬現(xiàn)實技術模式，是基于普通PC平臺的小型桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。計算機屏幕作為虛擬場景觀察窗口，位置跟蹤器、鼠標、數(shù)據手套、力反饋器等作為手控輸入設備，來模擬操作虛擬場景，是不完全沉浸的。它最大的特點是缺乏完全投入，但是成本相對較低?，F(xiàn)在，各大高校都建立起虛擬校園，用戶能夠游覽虛擬校園內的三維景觀游覽校園。

虛擬現(xiàn)實的關鍵技術

由于虛擬現(xiàn)實需要提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，因此需要依托于計算機科學、數(shù)學、力學、聲學、光學、機械學、生物學乃至美學和社會科學等多種學科。歸根到底，虛擬現(xiàn)實技術包括實物虛化、虛物實化和高性能的計算處理技術這3個主要方面。因此，虛擬現(xiàn)實的關鍵技術可從以上3方面進行概括。

1.實物虛化

實物虛化就是將真實世界的物體或構想出來的物體映射到虛擬世界中，主要包括模型的構建、空間跟蹤、聲音定位、視覺跟蹤等關鍵技術，這些技術使得真實感強的虛擬世界產生、虛擬環(huán)境獲得用戶操作數(shù)據成為可能。其中模型構建可以利用現(xiàn)階段的一些三維制作軟件，比如3DMax、Maya等，對于空間、視覺和聲音跟蹤則需要借助于硬件設備，比如3DSpace數(shù)字化儀、SpaceBall空間球等。

2.虛物實化

通過實物虛化產生虛擬環(huán)境，而要確保用戶在虛擬環(huán)境中獲取視覺、聽覺和觸覺等感官感受則需要依托于虛物實化。

虛物實化的實現(xiàn)主要是各種傳感器的作用，包括視覺、觸覺、聽覺和力學等傳感器，比如數(shù)據手套、數(shù)據衣、頭盔顯示器、3D眼鏡等。但是現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實還遠遠不能滿足虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的要求，例如，數(shù)據手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不方便等缺點；虛擬現(xiàn)實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發(fā)出更先進的傳感器。

3.高性能計算處理技術

虛擬現(xiàn)實是以計算機技術為核心的現(xiàn)代高新科技，高性能的計算處理技術是直接影響系統(tǒng)性能的關鍵所在。具有計算速度高，處理能力強，存儲容量大和聯(lián)網特性強等特征的計算處理技術。

4.應用系統(tǒng)開發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實應用的關鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性。選擇適當?shù)膽脤ο罂纱蠓忍岣咝?，減輕勞動強度，提高產品質量。為了達到這一目的，有必要研究VR的開發(fā)工具，例如VR系統(tǒng)開發(fā)平臺、分布式VR技術等。

虛擬現(xiàn)實的應用

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關鍵詞:概念設計虛擬現(xiàn)實技術產品市場

一、產品概念設計與市場

概念設計是工業(yè)設計領域中的一個重要方面。國外大公司的產品設計部門包括:1)(Conceptdesign)概念設計;2)(Detaildesign)詳細設計;3)(Manufacturingdesign)制造設計。由此可見，產品的概念設計的主導地位和重要性。

1概念設計的內涵

概念的設想是創(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn)，概念產品是一種理想化的物質形式。下面以概念設計教學實例之一來說明其涵義:給出一個概念“斷藥”，讓學生進行座椅的開發(fā)設計。步驟是，首先向學生講述心理學中的一個名詞———暗示心理，并分別舉出一個“安樂死”實驗和一個“挽救少女生命”的文學名著故事，從正反兩個方面說明暗示對人的健康的影響;然后運用一個“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產品上。因為，在民間曾有這樣一個說法，就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上，取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項鏈之后，就斷了藥，從此不再吃藥，這也意味著孩子走向健康。所以，將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產品上來為健康做設計時，用折斷了的鑰匙做椅架為主題，由學生創(chuàng)意出現(xiàn)了形形的座椅開發(fā)設計方案(其草圖、效果圖、視圖等技術說明從略)，于是就有了一種新型的專用座椅的概念設計。其應用場合為療養(yǎng)院、醫(yī)院、不能自理的老人家庭等。

這是傳統(tǒng)的產品概念設計。當然，產品的類型不止是這種無障礙設計思想指導下的專用座椅。產品即人之觀念的物化，設計是一種思維行為。在這種思維創(chuàng)造活動中，產品概念的構思是豐富的，人的創(chuàng)作智慧是無窮的。概念產品的類型更是多種多樣。

2概念設計與產品市場

完成概念設計只是第一步，能不能進行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市場為開發(fā)商或企業(yè)帶來效益等，這是個風險問題。設計師的概念設計畢竟與難以預料市場變化有著許多差距。如何縮短這一差距，是以往概念設計者的難題。在開發(fā)設計的許許多多產品中，只要一百件產品中有幾件能夠投放市場見效益就是成功。在追求“百分之幾”的見效益成功的過程中，如何減少做“分母”的被動，擴大見效益的百分比，仍是最關鍵的，是公司管理決策人士和設計師共同努力的方向。

3虛擬現(xiàn)實技術促使概念設計的市場化

為了更好地接近產品的市場需求，目前國際上流行的一種“故事版情景預言法”的概念設計，就是將所要開發(fā)的產品置于一定的人、時、地、事和物中進行觀察、預測、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設計表達展示給人們。于是，產品在設計的開始便多了一份生命和靈氣。然而，設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，計算機輔助工業(yè)設計的發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實技術在產品概念設計中的應用，已使設計師的設計思路和設計表達如虎添翼;可以想象面對一種虛擬的“故事版情景預言法”設計出的產品，讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發(fā)設計的產品與傳統(tǒng)相比，就大大減少了投放市場的風險性，也為企業(yè)決策人尋找商機、判斷概念產品能否進一步開發(fā)生產，提供更好的依據。虛擬現(xiàn)實技術能模擬整個產品開發(fā)過程，保證產品開發(fā)一次性成功，加快開發(fā)進程，甚至使設計者和用戶融為一體，設計出滿足市場需要的產品。

二、虛擬現(xiàn)實技術與虛擬產品

1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(VirtualReality，VR)

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)又稱為虛擬現(xiàn)實環(huán)境，是指計算機生成的一個實時三維環(huán)境。使用者可以在這環(huán)境中“自由地”運動，觀察周圍的景物，還可通過各種專用的傳感交互設備與虛擬物體進行交互操作。用戶看到的是全彩色景象，聽到的是虛擬環(huán)境中的音響，感覺(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環(huán)境所反饋的作用力，從而讓使用者產生一種身臨其境的感覺。產生虛擬現(xiàn)實環(huán)境的方法有:

1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)這種方法產生虛擬環(huán)境的步驟為:

①用放置在不同地點的多個攝像機將某環(huán)境或事物記錄下來;

②利用計算機的視頻技術抽取出環(huán)境或事物的三維模型;

③從虛擬攝像頭的視角展示獲得模型。具體的做法是:獲得數(shù)據標度攝像頭分離對象建立模型嵌入顏色交互回放。

2)基于圖像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:

用攝像頭連續(xù)掃描周圍空間來獲取某一區(qū)域完整的景物圖像，將獲取的景物圖像，通過圖像處理技術，按坐標映射到圖形工作站的虛擬全景屏上，用戶載上頭盔顯示器就可以看到所攝周圍景物環(huán)境。

2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的常用設備及要求

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)常用設備有:三維鼠標(也稱鳥標)、數(shù)據手套、數(shù)據衣、頭盔顯示器、立體聲耳機等。對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的要求除了應具有高性能的計算機系統(tǒng)(包括軟、硬件)外，還必須有下列關鍵技術提供強有力的支持:(1)能以實時的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實時跟蹤用戶的頭和手;(4)能對用戶的動作產生力學反饋。

3虛擬產品(VirtualProduct，VP)

虛擬產品是虛擬現(xiàn)實技術應用于產品設計的產物，是一個數(shù)字化的產品。它具有真實產品所必須具有的特征。通過對產品實時的仿真，設計人員或用戶就能夠像使用真實產品一樣使用虛擬產品。由于產品的設計過程是數(shù)字化的，因此節(jié)省了傳統(tǒng)方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實驗模型、外觀模型和生產模型等)的時間和物質。在計算機中由于對設計的產品進行反復設計、分析、干涉檢查、模具設計等過程，使設計繪圖的工作量比傳統(tǒng)的繪圖工作量大大減少。

三、虛擬現(xiàn)實技術在概念設計中應用前景

在概念設計中，如采用頭腦風暴法進行方案創(chuàng)意時，可以將體驗設計思想更好地融于其中，也就是更多地關注產品使用者的感受，而非產品本身。比如，針對不同用戶及愛好者的要求，在不同的虛擬環(huán)境中，讓他們親自體驗修改模型的感受;利用觸摸屏來選擇產品的造型、色彩、裝飾風格等許多可選部件。在渲染和生成十分逼真的三維模型時，充分感受了自己所喜愛的產品在虛擬環(huán)境中的“真實”情況。甚至還可根據用戶的建議，邀請部分用戶直接與設計者一起對模型提出修改意見，觀察設計和修改過程，直至大多數(shù)人滿意為止。

為了適應激烈的市場競爭，設計廠家不能坐等用戶找上門訂購產品，而應該主動把自己廠家的產品推向市場。利用虛擬現(xiàn)實技術做出虛擬產品的動畫廣告，再與計算機網絡技術結合起來，使用戶能夠通過網絡來游覽設計廠家的設計產品，并能直接在虛擬環(huán)境中對產品的功能、結構、外形、色彩等方面進行實時交互、了解、觀察;同時，還可以通過Email對產品提出意見和建議，讓廠家參照各方面的意見修改和完善所設計的產品。這樣可提高設計廠家的競爭力，為設計廠家謀得更多的市場份額。

若用戶對廠家設計的產品引起購買的欲望，通過網上游覽，將信息反饋到各商家，商家則會主動爭先與廠家聯(lián)系，網上定貨，使廠家的產品提前占領市場。由于激烈的全球市場競爭，各國都投入了大量的資金對虛擬現(xiàn)實技術及其在工業(yè)設計領域中的應用進行深入地研究。將研究的成果及時轉化為生產力，這是產品迅速占領市場的關鍵。

參考文獻

1陳軍等虛擬現(xiàn)實中虛擬景象產生的技術初探計算機應用研究，1999，6

2熊曼辰等數(shù)字化與概念化工業(yè)設計ICME2000論文集

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將虛擬現(xiàn)實技術應用于產品的開發(fā)設計，稱之為虛擬設計。傳統(tǒng)的產品設計教學手段沒辦法達到現(xiàn)實設計的完整程度，虛擬現(xiàn)實技術的應用到產品設計教學中，這樣可填補傳統(tǒng)教學手段的不足。從其虛擬現(xiàn)實技術本身來說，虛擬設計是將將要設計的產品從設計概念到最終的投入市場使用的全過程在計算機上創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中假象地實現(xiàn)。主要目標不僅是對未來產品的外在形態(tài)和生產程序進行模擬開發(fā)和可視化視頻，而且對產品的使用、技術、功能和指標以及在產品未來實現(xiàn)的各個階段中的實施方法進行評價、測量和完善。

1.1虛擬技術的特征符合產品設計教學的教學特點

交互性、沉浸性、構想性是虛擬技術的主要特征。交互性，是虛擬技術的共同特性。利用虛擬現(xiàn)實技術設計的概念產品是一個數(shù)字化的虛擬產品，它具有真實產品所具有的特征。通過對產品實時的模仿真是存在的特性，設計師就可以像使用現(xiàn)實產品一樣使用虛擬設計的產品，不必受到現(xiàn)實情況和儀器設備的各種束縛，通過虛擬設備設計無拘束的在虛擬空間發(fā)展、完成自己的創(chuàng)造性能力和想象性能力。沉浸性，是虛擬現(xiàn)實技術區(qū)別于其他應用性技術領域和教育范圍的最重要也是最明顯的特征之一。應用虛擬現(xiàn)實技術節(jié)約了傳統(tǒng)產品設計中需要制造的模型產品所需的材料物資，時間也盡可能的縮短。而且在計算機技術軟件中對設計的產品修改、分析、測量等過程中比以往教學設計方法中反復修改繪圖及重新制造產品的外觀模型的方法要快捷省力很多。因此從虛擬現(xiàn)實中學習的的設計知識和實踐能力是以往的學習方法所不能比擬的。構想性，是從概念的認知到最終的知識完全掌握的一個循序漸進的過程。虛擬現(xiàn)實技術提供了減小產品設計開發(fā)過程，充分利用計算機軟件技術功能對產品色彩、造型、材料的完善，并模擬一個假設的使用情景和使用環(huán)境，將設計產品放置于其中進行分析、檢測、總結、歸納。這種情景式的教學設計方式能夠產生高水平的思維能力，使學生在學習時縮短時間，提高學習產品設計的效率。

1.2虛擬技術的特征符合產品設計教學需要

虛擬現(xiàn)實技術在教學上的應用開創(chuàng)了“虛擬教學”模式。虛擬現(xiàn)實技術教學的創(chuàng)造性和實踐性為學生提供了一個自主、交互和直觀的學習環(huán)境,為教學的創(chuàng)新提供了新的平臺和可能性,豐富了教學的實踐形式和多樣性。從而培養(yǎng)了學生的發(fā)散思維、形象思維、直覺思維。隨著網絡技術、多媒體技術的不斷發(fā)展和完善,虛擬現(xiàn)實技術必將具有更加廣闊的應用和發(fā)展前景。隨著VR、Java3D、3DStudioMAX等計算機設計軟件在產品設計開發(fā)教育領域的應用,虛擬現(xiàn)實技術作為一個全新的教學手段方式,將會在產品設計教學過程中廣泛應用并發(fā)揮非常重要的作用。其自身強大的教學優(yōu)勢和潛力必將更好地服務于產品設計教學當中。

1.3虛擬技術的應用促進產品設計教學模式的改變

教學改革的目標是實現(xiàn)教學現(xiàn)代化，提高教學效益和質量，全面提高學生學習能力。在產品設計教學課程中虛擬技術的應用起到了實現(xiàn)教學方式現(xiàn)代化的手段之一。教學內容的現(xiàn)代化、教學手段的現(xiàn)代化、教學觀念的現(xiàn)代化、教學組織的現(xiàn)代化是教學現(xiàn)代化核心內容。虛擬現(xiàn)實教學有利于創(chuàng)造性創(chuàng)造這樣的環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術逼真的虛擬設計環(huán)境為學生提供了很好的人機交換的過程，產品設計教學本身就是一個全面、整合、多學科知識交叉的專業(yè)課程，虛擬現(xiàn)實技術針對這些問題提供了文本、圖像、圖形、音頻、視頻、和動畫等多媒體的教學模式，是產品設計教學改革實現(xiàn)的重要手段之一。在這種全新的環(huán)境中極大地促進了學生的學習觀念和學生的學習主動性，同時也對教師教學方法的多樣性提供了幫助。

2虛擬產品設計開發(fā)在教學應用中存在的問題

2.1計算機軟件對虛擬產品設計技術支持情況

虛擬產品設計教學主要是應用現(xiàn)代計算機技術，通過計算機技術對產品設計教學帶來全新的改變，彌補了教學中的不足。這就不得不面臨計算機軟件本身的技術、研發(fā)、應用等問題。圖形生成技術是虛擬現(xiàn)實的重要瓶頸。圖形生成的速度取決于設計軟件的運算能力，除此之外還要求計算機軟件設計人員在開發(fā)、研發(fā)、材料、運算方法等方面都要有較高的水平。等等這些都制約著虛擬技術在產品設計開發(fā)教學中的應用。

2.2學生使用計算機軟件自控能力和熟練程度

虛擬現(xiàn)實技術本身是一項走在時代科技前列的科學技術，吸收和應用的普及化難度較高，從而影響到虛擬現(xiàn)實技術的應用。同時鑒于教師本身的素質,使用這些教育軟件也存在困難。在學生的角度來看，由于自身在這種虛擬環(huán)境中的學習,沒有了傳統(tǒng)的教學方法，他們的學習方式需要改變?，F(xiàn)在很多學生自制能力較差、學習依賴性較大，對教學中教師的主導作用依賴比較高，而且每個學習個體對計算機知識的了解情況不同，對軟件的操作能力水平也不相同等等，這些都造成了部分學生跟不上教師講解的問題。

2.3教學過程中不應該完全依賴虛擬技術

產品設計教學過程中虛擬技術的應用本身只是教學手段的一種擴展。產品設計教學方式應采用多種手段的教學方式。虛擬現(xiàn)實技術與傳統(tǒng)教學模式在教育觀念、教學方式、教師的素質、教學手段等都有著較大的差異。產品設計本身是多學科相互交叉、相互融合的一種設計方法。怎樣才能更好的在產品設計教學中應用多種教學方式、教學手段，擴大學生學習的知識點，引用不同的教學技術等，都是我們在教學中應該注意的問題。所以雖然虛擬技術是能夠對產品設計教學創(chuàng)新模式提供一定的幫助，但是不能把虛擬現(xiàn)實技術教學手段看成是萬能的教學方法。還應該從產品設計教學本身的特點、要求、實現(xiàn)方法等方面，找出可以適合不同教學重點、適合不同學生、適合不同的地域文化、適合不同的教學技術的教學方法。

3如何促進虛擬現(xiàn)實技術為產品設計教學更好的服務

3.1加大虛擬技術的技術更新

現(xiàn)在大多數(shù)虛擬現(xiàn)實技術軟件普遍存在語言專業(yè)性較強、通用性較差、易用性較差等問題。同時，軟件的開發(fā)費用支出十分巨大，這都是因為硬件設備的局限性，而軟件所能實現(xiàn)的效果受到空間和時間的影響較大。很多的設計軟件開發(fā)不成熟，同時也缺少高性能、高速度、高配置的計算機來處理相關的圖像、圖片、計算等。這些都制約著虛擬技術的在教學中的應用水平和教學效果。所以加大虛擬技術的技術更新?lián)Q代，提高計算機運算能力，開發(fā)適合在產品設計教學中應用的軟件是非常重要的。

3.2加強對虛擬技術教學教師的培訓

虛擬現(xiàn)實技術在教學中的應用，是教師有了更多的有效的教學方法。但是教師要想利用好這種新的教學手段，尤其是產品設計開發(fā)課程中所涉及到的相關計算機技術、軟件多是一些在行業(yè)中比較領先的技術，這就對教師提出了挑戰(zhàn)。教師要想繼續(xù)的在教學中發(fā)揮主導作用就必須提高自己的綜合素質，學習、掌握、應用新的技術知識，要想做到這些就要求教師利用更多的時間去學習新的科學知識、相關技術知識和相應計算機軟件，積極地進行教學研究，以適應現(xiàn)代化產品設計課程的教學需要。教育機構在購置或者開發(fā)應用虛擬現(xiàn)實技術教育軟件后，還應該加大對使用者的技術能力培訓，這樣他們能正確、獨立、完整地操作這些設計軟件，并且要向開發(fā)者尋求幫助，得以對軟件使用過程中出現(xiàn)的新的需求和問題得到有效的解決。對設計軟件在使用時產生的效果還應建立長期有效的評價機制?，F(xiàn)代我國的工業(yè)設計專業(yè)教師在教學手段和教學能力上還有待遇提高。由于虛擬技術本身產生的時間較短，在有些關鍵技術又是以信息技術為技術創(chuàng)新，對于有些教師來說掌握和學習起來比較吃力。如何使這些老師能更好、更快的適應新的教學技術、教學手段，這就需要社會和學校應該加大這方面的教育投入。從而使虛擬產品設計在產品教學中的應用更廣泛、更適合、更靈活的應用到教學中來。

3.3完善虛擬技術相關產業(yè)

虛擬現(xiàn)實技術是一項投資大、見效慢、高難度的科學領域。和一些發(fā)達國家相比，我國的虛擬技術研究起步較晚，技術上有一定的差距。但是這些引起了我國政府相關部門的高度重視，根據我國國情及時的制定出了開展虛擬技術的研究計劃。于我國的上世紀90年代在國家“九五”規(guī)劃、“十五”規(guī)劃、863計劃、國家自然科學基金會、國防科工委等部門的重視下，把虛擬現(xiàn)實技術列入了重點資助范圍。這些都對我國的虛擬現(xiàn)實技術未來發(fā)展起到關鍵作用。在國內其他民營企業(yè)及組織對虛擬現(xiàn)實技術的研究中，產生了一大批的技術網站，為國內眾多的虛擬現(xiàn)實愛好者創(chuàng)建了良好的學習環(huán)境。同時也提供有益的虛擬現(xiàn)實引導，他們在積極推動虛擬現(xiàn)實技術本土化、大眾化、普遍化的同時，也在建筑仿真、房地產交互、教育虛擬技術教學的應用系統(tǒng)開發(fā)方面取得了良好的效果。使虛擬現(xiàn)實在商業(yè)應用、教學應用、科學應用、工業(yè)應用等方面得到了廣泛的應用。這些技術不斷的成熟，同時也為虛擬技術在教學中的應用帶來發(fā)展的空間。所以說虛擬現(xiàn)實技術產業(yè)的提升對教學使用虛擬技術的成果起到至關重要的作用。

4結語

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【關鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術 沉浸感 沉浸美感

計算機圖形藝術設計和以虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）為代表的多媒體技術的聯(lián)姻，為人類實現(xiàn)真正具有身臨其境感的藝術形式提供了可能，虛擬現(xiàn)實藝術由此應運而生。虛擬現(xiàn)實藝術的誕生使藝術和欣賞者能夠身臨其境于藝術作品所營造的虛擬空間，并能以一種簡潔、自然的方式與設計對象進行互動。①由此，決定了虛擬現(xiàn)實技術的目標，是通過一切方法增強用戶與設計作品之間的聯(lián)系，增強用戶在作品中的沉浸感，使得用戶能在更近的距離欣賞作品，得到更多、更細致的信息，獲得更強的感官感受。

沉浸是指精神的全神貫注，是從一種精神狀態(tài)到另一種精神狀態(tài)的發(fā)展、變化和過渡的過程，其特點是減少與被展示物體的展示距離，從而增加對當前事件的情感投入。②距離與沉浸二者之間并不是簡單的“非此即彼”的關系，而是多方面的、緊密聯(lián)系的、辯證的、部分矛盾的。在虛擬現(xiàn)實技術的研究中，用到“沉浸”一詞的有兩個術語，一為“沉浸式”，一為“沉浸感”。兩術語中的“沉浸”含義并不相同，“沉浸式”中“沉浸”指生理上的沉浸，而“沉浸感”中的“沉浸”指心理上的沉浸。

生理沉浸的“沉浸”，在學術界研究虛擬現(xiàn)實技術時經常被提到，其含義描述為“讓用戶感覺到好像置身于屏幕所顯示的情節(jié)中”，“用戶覺得自己是虛擬環(huán)境中的一個部分，而不是旁觀者。他感到被虛擬景物所包圍，可以在這一環(huán)境中左顧右盼、自由走動，與客體相互作用，如同在已有經驗的現(xiàn)實世界中一樣”。③在當前的研究領域，生理沉浸多指通過虛擬現(xiàn)實技術為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等多種感知覺，以使用戶感到存在于該虛擬現(xiàn)實技術所構建的世界之中，是一種“存在感”。

心理沉浸的“沉浸”，主要指的是使用者在互動過程中的心理滿足感，即“具有適當?shù)奶魬?zhàn)性而能讓一個人深深沉浸于其中，以至忘記了時間的流逝、意識不到自己存在的體驗”，④至此，沉浸理論的發(fā)展步入了相對完善的階段。筆者以為，心理沉浸亦可表述為因為專注于某項活動而忽略掉不相關知覺，達到一種忘我的心理狀態(tài)，即“沉浸感”。由此可以看出，從生理沉浸到心理沉浸，是一個有序漸進的過程，當生理沉浸達到一定的高度，就會產生相當程度上的心理沉浸。當然，心理沉浸同時也取決于展示的內容與用戶心理認知之間的認同程度。有些在生理沉浸上十分缺乏的交互作品，比如一些桌面游戲，因為其內容上對使用者有很大的吸引力，反而產生了非常強烈的心理沉浸。本文主要研究的是生理沉浸的增強方式，分析如何從技術的角度增強心理沉浸感。

對于虛擬沉浸感如何提高，人們從各個角度進行了研究，并取得了一定的成果，主流的意見大概集中在以下三個方面：

第一，導致“沉浸感”的原因，是用戶對計算機環(huán)境中的虛擬客體產生了類似于對現(xiàn)實客體的存在意識或幻覺。⑤對于現(xiàn)實客體的存在感，人們獲取這個客體真實存在的主要信息來自于幾個不同的途徑，根據這幾個不同途徑，我們可以延伸出，想要讓用戶對計算機環(huán)境中的虛擬課題產生類似于真實客體的存在意識，必須具備三種基本的技術要素：

（一）圖像。視覺是人們獲取信息最主要的途徑，科學家研究發(fā)現(xiàn)，人們日常生活和工作中獲取的信息，80%以上來自于視覺途徑。因此，圖像的研究是虛擬現(xiàn)實過程中如何產生沉浸感的首要課題。圖像媒介可以采用對感知的介入以及通過組織和建構感知、認知的方式來進行描述，所以虛擬沉浸空間應當被列為圖像媒體的極端異體。⑥圖像的意義主要集中于兩點：呈現(xiàn)功能和構造存在。從目前的發(fā)展來看，我們不能僅僅要求出現(xiàn)圖像，應該對圖像有著更高的要求，比如更加真實的細節(jié)處理；虛擬客體三維結構的顯示包括雙目視差、運動視差提供的深度信息；圖象顯示要有足夠大的視場；顯示畫面要符合觀察者當前的視點，能跟隨視線變化；客體圖像能得到不同層次的細節(jié)審視等。⑦

（二）交互。交互存在于人們生活的各個方面，交互的易用性、引導性、實用性很大程度決定了主體使用過程中的心理感受，而這種感受將直接影響沉浸感的產生。只有當交互的行為能夠讓用戶在交互當中有主體感，覺得自己是在虛擬環(huán)境中參與對客體的控制時，用戶才能在使用虛擬環(huán)境中得到與在實際環(huán)境中類似的心理體驗，為進一步提升心理沉浸感做好準備。

（三）行為。這里的行為，并不是指主體或者用戶的行為，而是指虛擬環(huán)境中的客體，在用戶發(fā)出指令或者做出交互行為之后，一定要有動態(tài)的表現(xiàn)，這樣才能讓用戶在使用過程中注意力得到一定的轉移和集中，而不會從虛擬環(huán)境中跳脫出來。這種心理狀態(tài)，我們很容易在日常生活中得到類似的體驗。比如，人們正在看一部非常吸引人的電影，突然圖像暫停了，這個時候，觀看者（對應虛擬環(huán)境中的用戶）會馬上從電影塑造的那個環(huán)境（更多的是一種心理環(huán)境）中脫離出來。因此，在虛擬設計的環(huán)境里，虛擬客體在活動時，其動態(tài)都要有一定的表現(xiàn)，這些表現(xiàn)或者服從于自然規(guī)律，或者遵循設計者想象的規(guī)律。虛擬客體對用戶作用的不平凡反應往往能令人增加信服感，減少觀看的距離。

第二，在虛擬現(xiàn)實作品中可以實現(xiàn)一種“沉浸美感”，來彌補“沉浸感”的缺失。這種虛擬現(xiàn)實中的“沉浸美”不是感知的生理沉浸，而是一種發(fā)生在審美活動過程中、具有引導作用的“心理沉浸”。⑧用通俗的語言來描述，就是給用戶的信息是他想要得到的信息或者他喜歡收到的信息。從審美對象的審美屬性要求，虛擬現(xiàn)實的審美特征以及虛擬現(xiàn)實的審美障礙，及對“沉浸美”效果的需要應從四方面出發(fā)：

（一）能夠典型反映現(xiàn)實世界的特征。虛擬現(xiàn)實這個詞，完美地揭示了虛擬技術的最終目的，就是要現(xiàn)實。因此，沉浸美感的最基本要求就是寫實，甚至是比現(xiàn)實生活中要有更多細節(jié)展示的寫實。當人們在虛擬環(huán)境中看到的世界跟現(xiàn)實生活沒有區(qū)別，甚至比現(xiàn)實生活的細節(jié)更加豐富的時候，他們會更容易進入心理沉浸的階段。

（二）符合虛擬現(xiàn)實的審美特征。這一點也是很多虛擬現(xiàn)實作品忽視的問題，我們塑造的這個虛擬環(huán)境，是一個人造的環(huán)境，是一件設計作品，必須主動迎合人們的基本審美。用戶的審美情趣決定了虛擬現(xiàn)實的審美特征，一切從用戶的心理需求出發(fā)，細化用戶的審美要求，就是虛擬現(xiàn)實的審美特征。

（三）符合視覺心理中的刺激物信息。在整個虛擬環(huán)境塑造時，必須有一個符合用戶心理需求的刺激物，并以刺激物信息為中心搭建視覺信息平臺，在用戶使用、與環(huán)境交互的過程中吸引用戶注意力，并將創(chuàng)作者的思想和信息通過這個刺激物引起的視覺交流傳達給用戶。

（四）增加其他感受的傳播信息比重和傳播方法。人的信息接受主要途徑是視覺，但是聽覺和觸覺的重要性在近些年的研發(fā)中也慢慢處于越來越重要的地位。研究者發(fā)現(xiàn)，與視覺信息配套的聽覺或者觸覺感受，會讓用戶的沉浸感，尤其是心理沉浸感大大加強。如Rain Room，就是一個非常好的利用聽覺來增強虛擬現(xiàn)實感的例子。

第三，沉浸感是虛擬系統(tǒng)的一個重要的性能尺度，它需要幾個主要條件來實現(xiàn)，即感知性（Multi-sensory），指除了視覺感覺外，還有聽覺感知、力覺等；自主性（Autonomy），指虛擬環(huán)境中的物體依據物理定律動作的程度；畫面的視野（是否足夠大）；實現(xiàn)跟蹤的時間或空間響應是否實時（即是否滯后或不準確）；交互的約束程度（能否為用戶所適應）等。

通過對以上三種主流的增強沉浸感的方法的描述，我們可以發(fā)現(xiàn)，盡管分析問題的角度和出發(fā)點各不相同，最后的解決方法卻集中在幾個相同的方面，即增強展示物體的顯示細節(jié)，創(chuàng)造一種視覺真實感；加強展示物體與用戶之間的交互性；注重除視覺信息傳播以外的其他各種信息傳播渠道。

（注：本文為武漢工程大學青年基金項目，項目編號：20123056）

注釋：

①曹戍.論身臨其境的藝術設計――虛擬現(xiàn)實藝術設計研究[D].清華大學，2004.

②⑤⑥⑦胡小強.虛擬現(xiàn)實技術 [M].北京：北京郵電大學出版社，2005：34， 36， 41， 45.

③安蕾.虛擬場景技術在模擬機教學中的應用研究[D].電子科技大學，2010：27.

④伯恩德?H?施密特.體驗式營銷[M].北京：中國三峽出版社，2001：7.

⑧林迅.新媒體藝術[M].上海：上海交通大學出版社，2011：134-136.

參考文獻：

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[2]奧利佛?格勞.虛擬藝術[M].陳玲，譯.北京：清華大學出版社，2007.

篇5

我國石油行業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)場地質情況等密不可分，充滿著危機和挑戰(zhàn)。對于員工的能力和安全意識要求很高，傳統(tǒng)的進場培訓有一定的局限性，例如：職業(yè)培訓效果是否良好主要依賴于教師的水平，培訓過程沒有明確統(tǒng)一的評價標準，針對性差，沒有可重用性等。可見傳統(tǒng)的培訓技術不但受時間、空間的限制，而且在人力、資源、經費、組織實施等方面都存在很大問題。尤其對于危險作業(yè)或不具備實驗條件的高級培訓，傳統(tǒng)的培訓方式更是難以實現(xiàn)。傳統(tǒng)培訓模式的局限性制約了人們所期望的培訓質量和培訓效率，滿足不了現(xiàn)代社會的需求。

鉆井模擬器采用虛擬制造技術的概念，開發(fā)過程基于現(xiàn)代計算機控制技術、計算機仿真技術、計算機圖形技術、計算機網絡技術，并結合了鉆井工程的實際工藝，改變了原有的鉆井培訓方法。它為用戶提供了起下鉆、鉆進、井控和鉆井事故及復雜情況處理等作業(yè)的操作過程模擬，主要用于鉆井司鉆、鉆井技術人員的操作培訓和安全培訓，并為學員培訓考核提供了教師評分系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)培訓過程中客觀上無法解決的技術難題。作為新型的針對油田具體情況開發(fā)的培訓系統(tǒng)，鉆井模擬器有著積極的意義。

2．基于虛擬現(xiàn)實技術的虛擬培訓

該設備是以控制為中心的VM設備，主要用于鉆井人才的培訓。這套虛擬培訓設備運用虛擬現(xiàn)實技術，真實生動的模擬了鉆井工藝流程的細節(jié)。學員能夠通過對仿真鉆機設備的操作，直接觀察到鉆井平臺上的活動以及操作結果，最終達到讓培訓人員掌握正確操作過程的效果。虛擬培訓有以下特征：

2．1仿真性

在虛擬現(xiàn)實技術支持下，虛擬培訓設施與真正的培訓設施功能相同，操作方法也一樣，學員通過虛擬培訓設施訓練技能與現(xiàn)實培訓基地里同樣方便。這是因為虛擬培訓環(huán)境無論是現(xiàn)實的環(huán)境還是構想的環(huán)境，都是虛擬的但又是逼真的。理想的虛擬環(huán)境應該達到使受訓者難以分辨真假的程度。

2．2開放性

虛擬培訓環(huán)境可以為所有受訓者在任何時間、地點提供各種培訓的場所。實際上，虛擬培訓環(huán)境的內涵是廣泛的，它不同于傳統(tǒng)的培訓基地概念，它具備可以進行類似于傳統(tǒng)培訓項目的環(huán)境，但更擅長的是使學員置身于培訓項目對象中的逼真環(huán)境。凡是受訓者可以通過有關器具操作，來學習或訓練某種技能的虛擬環(huán)境，并都歸之于虛擬培訓環(huán)境。

2．3超時空性

虛擬培訓環(huán)境具有超時空的特點，它能夠將過去世界、現(xiàn)在世界、未來世界、微觀世界、宏觀世界、客觀世界、主觀世界幻想世界等擁有的物體和發(fā)生的事件單獨呈現(xiàn)或進行有機結合，并可隨時隨地提供給學員進行培訓。

2．4可操作性

受訓者可通過使用專門設備，用人類的自然技能實現(xiàn)對虛擬環(huán)境的物體進行操作，就像在現(xiàn)實世界中一樣。

2．5對應性

學員的培訓內容與虛擬環(huán)境是密切對應的。例如，學員要學習飛行器駕駛技術，那么虛擬環(huán)境就是飛行器飛行的模擬環(huán)境。對應性將能為受訓者設定各種復雜的情況，以提高受訓者的應變能力，從而使得他們在實際環(huán)境下能得心應手的處理各種情況。另外，虛擬現(xiàn)實技術能按每個學員的基礎和能力，對應性的開展個性化的教育培訓。3．鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的分析與設計

計算機圖形學是研究現(xiàn)實場景計算機顯示的科學，也是利用計算機處理人類所能看見的圖景的手段和方法。視景仿真技術是以計算機圖形學為理論基礎的三維模型動態(tài)顯示技術，基本原理是：根據觀察點及觀察方向對場景進行實時計算和實現(xiàn)，并做到對三維復雜環(huán)境中物體運動的實時交互控制，產生良好的動畫效果。實現(xiàn)三維模型視景的實時動態(tài)顯示，一方面要求計算機硬件有高速運算能力和很強的三維圖形處理功能；另一方面還要求在算法和軟件上有所發(fā)展，以便在硬件平臺上取得更好的實時動態(tài)顯示效果。視景仿真系統(tǒng)是鉆井模擬器的重要組成部分，它提供給用戶一個三維的真實感視覺環(huán)境。

3．1鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)分析

鉆井模擬器在虛擬培訓過程中需要模擬井場環(huán)境和操作結果，這就需要視景仿真系統(tǒng)根據鉆井模擬器司鉆控制臺的操作過程，實時模擬出井場環(huán)境的變化和司鉆、井控操作對鉆井過程的影響。在現(xiàn)實的司鉆和井控過程中，操作錯誤和地質環(huán)境變化都是事故的誘因，在鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)中也模擬了事故發(fā)生過程和事故排除的情況。實時地顯示鉆井過程中的數(shù)據，計算參數(shù)。根據司鉆臺操作的具體行為，依照物理模型和數(shù)學模型來模擬設備運動的過程，使得鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的三維動畫過程更貼近現(xiàn)實。

鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)需要對井場設備、自然環(huán)境、井下情況進行實時的動態(tài)模擬，使培訓者在培訓過程中除了學習操作知識，還能更有效、直觀的學習到理論知識。硬件設施和三維圖形軟件的結合實現(xiàn)了虛擬模擬系統(tǒng)，培訓人員能夠通過這套虛擬培訓設備完成所有鉆井工作人員所需要的專業(yè)知識和實際操作技術。

3．2實時場景系統(tǒng)組成

根據鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的需要，開發(fā)過程在WindowsxP平臺上，建模部分使用3DMAX完成機械部件的模擬，模型的管理由3DExplorer~成，并實現(xiàn)模型數(shù)據文件的轉換導出。程序對模型的控制由C++Builder6．0實現(xiàn)，整個開發(fā)過程基于OpenGL2．0。

鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的實時場景組成包括以下幾個部分：三維圖形實體模型、鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)控制程序、GLSL編寫的渲染效果。

在整個組成部分中，最重要的是鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)控制程序，在程序中完成了以下工作：場景初始化、工藝動畫控制、與主控機通信、參數(shù)顯示、碰撞處理以及特效渲染。

場景初始化：由于鉆井工藝的復雜性和虛擬培訓的操作性，每個作業(yè)當前場景都有所不同。在一個新的作業(yè)開始前，圖形程序在接收到控制機發(fā)出的作業(yè)指令后初始化當前場景，例如：鉆井平臺上各操作部件當前的數(shù)量、狀態(tài)以及位置。

工藝動畫控制：在完成規(guī)定工藝作業(yè)的過程中，司鉆控制臺做出的每一個動作都將轉換成數(shù)字信號傳遞給主控機，再由主控機發(fā)送協(xié)議數(shù)據給圖形程序，圖形程序得到參數(shù)后，做出具體反映。在圖形機上體現(xiàn)出鉆臺上各種控制系統(tǒng)的運動參數(shù)、具體動作、視圖選擇(包括上視角、井下視角、防噴器視角、多視圖顯示等)等。

與主控機通信及參數(shù)顯示：主控機的設計主要由鉆井模擬器設計的需求決定，由于這套儀器主要用于虛擬培訓，教師和學生之間有教與學的關系，主控機能夠提供給教師一個教育平臺，提供作業(yè)調度、控制、評分等功能，與此同時，傳遞司鉆控制臺上發(fā)來的各項數(shù)據，并把與操作有關的數(shù)據發(fā)給圖形機，即鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)，兩方通信，傳遞參數(shù)并進行數(shù)據處理，在屏幕上顯示操作過程中需要操作者了解的參數(shù)值。

碰撞處理：在三維圖形的運動仿真過程中是不允許有“穿墻而過”的狀況發(fā)生的，因此要對運動物體作碰撞檢測的處理。為了遵循模型運動的真實感，鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)當然也包括碰撞的檢測與處理部分。

渲染特效：實現(xiàn)對火焰、氣泡、液體噴涌效果的模擬，使用GLSL實現(xiàn)電影級的光照效果，可以分別模擬白天，夜晚，探照燈等光照模式，大大地提高了圖形效果和真實感。

3．3鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)設計

一個性能優(yōu)越、功能完備的系統(tǒng)需要在設計階段就進行詳細的設計規(guī)劃。這樣，在后期的開發(fā)過程中才能完成高質量的軟件項目。鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的設計遵循面向對象的原則，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴展性和兼容性等方面都有突出的表現(xiàn)。

3．4系統(tǒng)特點及設計目標

鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)要求有以下特點：

1)可以生成高質量的圖形，實現(xiàn)實時的可控動畫。

2)圖形的生成快速穩(wěn)定，對圖形硬件要求不高。目前，系統(tǒng)配置為NVIDA6800，NVIDA6系列以上顯卡都可以實現(xiàn)高質量的圖形動畫。

3)提供給用戶多角度、多視圖的工作窗口，方便用戶定位觀測，在操作過程中既能觀察整個場面，又能集中觀察工藝作業(yè)下重要部件的工作過程。

4)建立模型細致、真實，宏觀模型和微觀模型通過軟件和程序分別建模，真實感程度高。

經過分析鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)特點后，設定該系統(tǒng)要達到以下目標：

可擴展性：對于新模型、新器件、新工藝的增加，方便快捷，可以在短時間內完成對系統(tǒng)的擴展。

兼容性：系統(tǒng)可以用于Windows2000／XP平臺，兼容于各種圖形加速硬件。

敏捷性：圖形生成迅速、穩(wěn)定，一般的圖形加速硬件既可滿

足要求；系統(tǒng)應達到反應迅速、操作靈敏的功效。

3．5基于面向對象的系統(tǒng)設計

鉆井模擬器圖形系統(tǒng)的設計是基于面向對象的，系統(tǒng)規(guī)模較大，設計復雜。基于在鉆井工藝中涉及到的物體較多，并且各個物體在不同的方面有不同的特性，因此在設計之前，應確定設計類的準則。對本系統(tǒng)而言，這里關心的是用物體如何展現(xiàn)工藝流程，所有類的設計應該圍繞物體的動畫功能需要來進行。

在鉆井各工藝流程中，大鉤、鉆桿等物體是系統(tǒng)動畫的載體，具有物體自身的方法和屬性，因此，可以將其封裝成類。根據圍繞物體的運動功能來設計類的思想，將液壓大鉗和液壓大鉗的活塞、吊卡的主體和活頁設計成不同的類，這樣設計不僅可以使動畫更加逼真，還能提高系統(tǒng)靈活性。

篇6

【關鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術 舞臺技術 虛擬舞臺

舞臺技術的變遷歷史是伴隨著演出藝術的變化而發(fā)展的。新的技術被引進到劇場以后，方便了舞臺技術人員的同時，也為戲劇藝術家的創(chuàng)作帶來了新的藝術靈感。在當今科學技術手段日新月異的年代顯得尤為明顯，伴隨著各地方對文化產業(yè)的投入不斷增加，許多種類的舞臺戲劇得到了蓬勃的發(fā)展，與此同時，伴隨著各地新老劇場的建設與改造，更多新的技術也在不斷的引入到劇場中。于是被科技力量所武裝的舞臺讓戲劇在內容、形式上都有了天翻地覆的變化。而伴隨著變化而來的也有讓人不能忽視的問題。為了實現(xiàn)舞臺景物與現(xiàn)實的高度還原，舞美設計師往往將景物設計得非常逼真，于是很多大型景物被搬到舞臺當中。雖然滿足了視覺上的效果，但是不能否認的安全隱患也會成倍的提高。那么對其安裝以及演出時的安全性進行預判也就變得尤為重要了。而現(xiàn)代化虛擬現(xiàn)實技術正好可以滿足這個需要，于是舞臺系統(tǒng)的設計人員著手將這一功能引進到了舞臺操作的系統(tǒng)中。

1 演出所引發(fā)的的技術需要

舞臺藝術是一門由來已久的表演藝術，其中包含歌劇、戲曲、音樂、舞蹈等多種藝術形式，舞臺戲劇不同于電影電視劇等其他藝術表達方式，它更偏向于一次性的藝術表演。隨著近些年來舞臺戲劇事業(yè)的發(fā)展狀況以及方向來看，很多歌劇為了追求完美再現(xiàn)場景的藝術效果，正在越來越頻繁的使用一些大型或超大型的景物。這樣一來就需要比較長的時間來進行搭建，不單如此，在技術合成中也經常會出現(xiàn)因設計師考慮不周而出現(xiàn)的景物尺寸不合適等問題。結果就導致了裝臺時間超過預期安排，產生加班、熬夜等情況。而且會連鎖影響到之后的技術合成以及彩排的時間。不單提高了制作成本，也增大舞臺技術人員的疲勞度。彩排時間上的壓縮會使舞美人員與演員的節(jié)奏配合不熟練，休息不足的現(xiàn)場指揮與控制操作人員也會出現(xiàn)失誤的可能。而這些都會成為演出中的安全隱患。正因為如此，充足的彩排與技術合成在正式演出之前就顯得尤為重要。在初期的裝臺時間舞臺機械往往是以被動配合為主。大部分問題往往不會在這個階段暴露，只有在技術合成階段才會體現(xiàn)出來。而此時各方面而來的信息量往往是呈現(xiàn)幾何式的增長，讓人難以招架。若能夠將其中的工作進行有效分散，將一些明顯的問題工作提前到項目前期去做，不但可以有效減少返工情況，也會讓舞臺機械自動化部門在合成彩排和演出中應對得更從容，避免事故的發(fā)生。排練過程也會更流暢，達到提高效率，節(jié)約成本的目的。

綜上所述，我們可以看出，通過三維模擬提前對舞臺劇目進行預演設計在整個演出系統(tǒng)中是很有必要的。為此虛擬現(xiàn)實技術被引入到舞臺系統(tǒng)中。

2 虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality） 也稱靈境是近年來出現(xiàn)的高新技術。它是利用電腦模擬產生一個三維的虛擬世界，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的事物?，F(xiàn)如今隨著計算機技術，以及與之相關的網絡、可編程處理器的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術已成為各個方面的熱點，并且已被廣泛應用到醫(yī)學、軍事、工程設計、電子娛樂等社會的各個領域當中。并且已經深入到人們日常生活的方方面面。它的功能就是讓用戶可以在虛擬的環(huán)境下模擬、推演真實場景的變化。而這一功能的特點也恰巧符合之前提到的舞臺藝術快速發(fā)展的需要。

3 虛擬現(xiàn)實技術可以解決的問題

而現(xiàn)如今，虛擬現(xiàn)實技術漸漸也進入了舞臺系統(tǒng)當中，將現(xiàn)代科學技術與傳統(tǒng)藝術結合了起來。虛擬現(xiàn)實技術被應用到舞臺中，其目的并不僅是將劇院、布景等簡單的三維化，而且希望通過2D或3D圖紙建模之后使得虛擬工作可以代替現(xiàn)實工作。這樣通過科技手段來減輕舞臺技術人員的工作量，其目的在于提高工作效率。如今為了最大化收益，各個演出公司都在研究如何將技術合成時間壓縮到更短的情況下。劇目的演出規(guī)劃時間也在縮短，這樣一來就更加需要虛擬現(xiàn)實技術在劇院中應用的成熟。在這種需求的推動下虛擬技術在劇院中的功能將會不斷完善。也許在不遠的將來系統(tǒng)不單可以模擬布景、舞臺的遷換運動方式，還可以對景物的材質、吊點的力度進行判斷等功能。而這也應該是未來虛擬技術在舞臺應用所追求的目標和趨勢。我們有理由相信，作為與網絡、多媒體并稱為21世紀最具前景的三大技術之一的虛擬現(xiàn)實技術，必然會在未來的舞臺機械行業(yè)中大放異彩。

4 結語

藝術創(chuàng)作的本質在于給觀演者帶來感動、愉悅、享受，藝術借助科技之力，使得演出絢麗多彩、美輪美奐，更具有視覺沖擊。本文所討論的虛擬功能理念在當今的演藝界中可能還不夠成熟。這樣的觀點也有待于和業(yè)內同行們進一步推敲和驗證。

參考資料

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篇7

關鍵詞：現(xiàn)代教育技術；虛擬現(xiàn)實；教學模式；教育應用

引言

新一輪的信息革命將深刻地改變傳統(tǒng)行業(yè)，逐漸克服技術難題之后，5G通信技術、人工智能技術、虛擬現(xiàn)實技術都得到了長足的發(fā)展，研究者們開始關注虛擬現(xiàn)實技術的應用，它在現(xiàn)代教育領域的運用成了矚目的焦點。

1現(xiàn)代教育技術的特點和發(fā)展趨勢

現(xiàn)代教育技術是把現(xiàn)代教育理論應用于教育、教學實踐的現(xiàn)代教育手段和方法的體系。它以實現(xiàn)教學過程、教學資源、教學效果、教學效率的最優(yōu)化為目的[1]。它的現(xiàn)代化體現(xiàn)在教學設計現(xiàn)代化、教學手段現(xiàn)代化、教學媒體現(xiàn)代化。隨著現(xiàn)代教育科學和現(xiàn)代信息技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代教育技術和教育聯(lián)系緊密，它增加了信息傳遞的方式與方法，提升了教學效果與效率?，F(xiàn)代教育技術與普通教育技術沒有本質區(qū)別，突出”現(xiàn)代”一詞的目的是要更多地關注現(xiàn)代科學技術的相關問題，吸納新的科學技術成果和思維方式，凸顯教育技術的時代特色。目前，教育技術在教育中的應用可以按照技術特點大致分為以下5類：（1）基于傳統(tǒng)媒介（如書本、圖片、畫冊、黑板、模型、實物、小型展覽）的常規(guī)教學模式；（2）基于視聽技術（計算機技術）的多媒體教學模式；（3）基于衛(wèi)星通信技術的遠距離教學模式；（4）基于因特網等網絡技術的網絡直播教學模式；（5）基于三維仿真技術的“虛擬現(xiàn)實”的教學模式。隨著現(xiàn)代信息技術的快速發(fā)展，許多新技術被用到教育教學實踐中，豐富了現(xiàn)代教育技術的內涵?，F(xiàn)代教育技術突破了傳統(tǒng)教育方式，正朝著多媒體化、網絡化、信息化、教育技術應用模式多樣化和遠程教育普及化的趨勢發(fā)展[2]。而“虛擬現(xiàn)實”的教學模式，具有多種教學模式的優(yōu)勢，試想一個場景——分散在世界各地學習者穿戴著虛擬現(xiàn)實設備，匯集到一個共同的虛擬社區(qū)，在這里自由交流與學習——這種美好的愿景并不遙遠。

2虛擬現(xiàn)實的概念及特征

虛擬現(xiàn)實是一項融合了計算機圖形技術、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、心理學及仿真技術等多種科學技術發(fā)展起來的計算機綜合技術[3]。虛擬現(xiàn)實技術有三大基本特征：沉浸感、交互性和想象力，它強調人在虛擬現(xiàn)實技術中的主導作用[4]。交互性是指用戶與虛擬空間中的虛擬物體的互動能力；沉浸性是指用戶在計算機生成的虛擬環(huán)境中，通過模擬視覺、聽覺等感官，給人以真實感覺；想象性是指用戶在虛擬環(huán)境中，根據環(huán)境傳遞的信息以及自身沉浸在系統(tǒng)的行為，通過自己的邏輯判斷、聯(lián)想等思維過程，想象虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中并未直接呈現(xiàn)的畫面和信息。近年來，科技不斷發(fā)展，信息量呈爆炸式增長，虛擬現(xiàn)實技術能有效地提高信息傳播和教學效率。虛擬實現(xiàn)的特性符合現(xiàn)代教育技術對提高教學水平的要求。

3虛擬現(xiàn)實技術在教學中的運用途徑

3.1自主學習

虛擬現(xiàn)實提供了一種嶄新的交互方式，學生可以通過眼睛、耳朵等多種感覺器官與它進行實時互動。學生憑借自然語言交互，以觸覺、視覺、聽覺作為媒介，和計算機進行交流溝通。這種嶄新的人機交互方式，給與學習者全新的體驗：在這個虛構的學習場景中，真實與虛擬模糊了邊界，理論知識和實踐操作同時進步。虛擬現(xiàn)實模擬的環(huán)境大體可以分為三個層次：（1）“顯示現(xiàn)實”，還原真實的環(huán)境，但是一般人不容易直接接觸，如火山口的場景、銀河中的場景、危險的化學實驗室等；（2）“模擬現(xiàn)實”，模擬現(xiàn)實中不存在的環(huán)境、特殊條件下才會產生的事物，如仿真訓練、模擬訓練等；（3）“創(chuàng)造現(xiàn)實”，突破現(xiàn)實的制約，想象力有多大，創(chuàng)造力就有多大，一切現(xiàn)實法則都可以在虛擬空間中被顛覆，給學生發(fā)揮創(chuàng)造力的機會，把好的創(chuàng)想在虛擬空間中盡情展現(xiàn)。

3.2虛擬實驗室

虛擬實驗室是虛擬現(xiàn)實技術的一大創(chuàng)新，學生可以在其中自由實驗，動手操作，觀察各種實驗反應，擺脫常規(guī)實驗室的局限。在虛擬物理實驗室中，學生可以虛擬出各種物理現(xiàn)象，實驗效果直觀可見；可以看見現(xiàn)實中看不到的磁場，理解磁場變化的原理；可以感受橋梁大廈的建造與崩塌，分析其中的力學原理。身處虛擬生物實驗室內，可以仔細觀察人體組織的切片結構，各種骨骼結構也變得清晰透明。在虛擬化學實驗室中，學生可以遠離現(xiàn)實實驗室的各種危險，安全地操作天平、砝碼，觀察燃燒、爆炸等反應現(xiàn)象；在虛擬地理實驗室中，學生可以進行地震和火山爆發(fā)等實驗，瞬間遨游太空，瞬間又深潛入海底，盡情體驗地理科學的魅力。想象力的邊界才是虛擬實驗室的邊界，虛擬實驗室將成為學生們最喜愛的場所。

3.3技能訓練

虛擬現(xiàn)實沉浸感和互動性的特性，可以使學習者全身心進入學習狀態(tài)，在安全的虛擬環(huán)境中反復練習，不斷試錯，直到熟練掌握技能。例如，在虛擬射擊培養(yǎng)體系中，學生可以重復射擊，提高反應能力，學習不同的掩體情況下的射擊方法，直到熟練掌握。運用VR技術可以使醫(yī)務工作者反復操練，保障手術訓練的實效。在教學技能訓練方面，與傳統(tǒng)微格教室相比，在虛擬教室中，師范生可以自由選擇面對的學生人數(shù)，克服上臺教學的畏懼心理。但是值得注意的是，真實的情景也是技能訓練不可或缺的內容，需要合理安排虛擬現(xiàn)實學習和真實情景練習，找到它們之間的平衡點，最大化利用虛擬現(xiàn)實技術的優(yōu)勢。

4虛擬現(xiàn)實教育應用的展望

虛擬現(xiàn)實技術正處于高速發(fā)展階段，它會給教育帶來巨大的變革，未來的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能夠與通信技術、大數(shù)據技術、人工智能技術等前沿科技緊密結合。在虛擬教育社區(qū)，每個學習者都有自己唯一的虛擬身份，能夠在虛擬的空間中與他人的虛擬角色互動交流，也能與人工智能的虛擬角色交流。人工智能虛擬學伴可以為學習者提供全程的學習規(guī)劃指導，制定個性化的培養(yǎng)方案；學習者的成長軌跡全程被記錄在虛擬世界之中，通過物聯(lián)網技術制作的可穿戴設備，學習者的身體健康狀況也可以被詳實記錄。數(shù)字虛擬世界和真實世界共同培養(yǎng)人才，這正是未來智慧教育的圖景

篇8

關鍵詞：機械設計;虛擬現(xiàn)實 技術

前言

伴隨著科學技術的不斷發(fā)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(yè)為了在競爭中求得生存和發(fā)展， 必須以最快的上市速度， 最好的質量， 最低的成本和最優(yōu)的服務， 滿足不同顧客的需求。這就要求企業(yè)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(xiàn)實技術由此產生。

1.虛擬現(xiàn)實的內涵和特點

虛擬現(xiàn)實是實際制造過程在計算機上的本質實現(xiàn)， 即采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術， 在計算機上群組協(xié)同工作， 實現(xiàn)產品的設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質量檢驗以及企業(yè)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(xiàn)實雖然不是實際的制造， 但卻實現(xiàn)實際制造的本質過程， 是一種通過計算機虛擬現(xiàn)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(fā)展到了全方位預報的新階段。與實際制造相比較， 虛擬現(xiàn)實的主要特點是：

（1）產品與制造環(huán)境是虛擬現(xiàn)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(huán)境檢驗其設計、加工、裝配和操作， 而不依賴于傳統(tǒng)的原型樣機的反復修改;還可將已開發(fā)的產品（部件）存放在計算機里， 不但大大節(jié)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(fā)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(yè)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(fā)以快捷、優(yōu)質、低耗響應市場變化。

2.虛擬現(xiàn)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(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn)，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(tài)。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(xiàn)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(huán)境中操縱產品及零件并改變或修改產品的各種形態(tài)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(xiàn)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(fā)設計大大減少了投放市場的風險性，保證產品開發(fā)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(huán)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(huán)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(xiàn)實技術用于產品的開發(fā)設計。虛擬設計涉及到許多的學科和專業(yè)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(xiàn)實的工程設計方法。一種是利用現(xiàn)有的CAD 系統(tǒng)產生模型，再將其轉換成虛擬現(xiàn)實軟件支持的格式，然后將模型輸入到虛擬現(xiàn)實軟件的環(huán)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(tǒng)，將虛擬現(xiàn)實技術引入CAD 環(huán)境，這種設計環(huán)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(tài)等隨外部輸入的實時改變。設計者直接在虛擬環(huán)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(xiàn)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(xié)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(xiàn)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(xié)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(tài)的仿真真實過程的實體數(shù)字模型之上，實現(xiàn)產品設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質量檢驗以及企業(yè)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(yè)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(tǒng)和工藝過程進行建模、修改、分析及優(yōu)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(shù)字化的機車樣機模型，并圍繞這個數(shù)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(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高研發(fā)水平，保證產品質量。

4.結束語

現(xiàn)在，虛擬現(xiàn)實技術在工業(yè)領域中獲得較為成熟的運用，但仍是初級階段?？梢灶A見得到，虛擬現(xiàn)實技術將逐漸應用到設計制作的各個環(huán)節(jié)中，為設計制造業(yè)的蓬勃發(fā)展提供無限動力。

參考文獻：

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篇9

計算機現(xiàn)在是運用的比較普遍的一種表現(xiàn)方式，有三維表現(xiàn)和虛擬動漫的表現(xiàn)形式，而現(xiàn)在我們運用計算機表現(xiàn)的形式是3D多，現(xiàn)在基于人們的文化修養(yǎng)和審美意識提高，在室內設計方面的表現(xiàn)手法選擇性越來越多，有時候同樣方案和同樣的設計，但是表現(xiàn)手法不一樣，就會給客戶不一樣體驗和效果。而基于這種計算機和傳統(tǒng)手法相結合的虛擬表現(xiàn)手法就有很大的優(yōu)勢，可以更加直觀充分的展現(xiàn)給客戶看了。

二、虛現(xiàn)實在室內設計的運用和發(fā)展目的

室內設計發(fā)展至今，已經有多種表現(xiàn)形式了，那么虛擬表現(xiàn)在室內設計中有一下幾個功能和目的：

1、充分的幫助設計師講解設計理念

在室內設計這專業(yè)出現(xiàn)之前，室內裝修都是以業(yè)主根據自己的欣賞水平和想象來施工的，這種方式只能以親自在現(xiàn)場知道工人去施工，所以也就沒有施工圖啊，設計方案之說，裝修功能也只局限于人類的居住需求。隨著社會發(fā)展才分工出設計師行業(yè)，也就有了方案和平面圖包括效果圖，伴隨著設計師和客戶交流也越來越多。但是在交流中客戶和設計師都有對方案的理解，那么就能使設計師更好的修改方案，也就能和施工人員對接施工，但是這種施工固然能解決設計問題，也能更好的和施工人員交流，但是還不能滿足設計師和客戶之間的交流，在這個發(fā)展過程中虛擬現(xiàn)實運用很好的彌補了室內設計的不足，能使設計師的方案更直接的和客戶交流對接，當然更加豐富了室內設計的表現(xiàn)手法。

2、在室內設計中優(yōu)勢

近年來，虛擬設計在室內設計中作為一個獨立體系正在快速的發(fā)展，三維立體在虛擬現(xiàn)實中相比于傳統(tǒng)手繪中的優(yōu)勢在于實際設計空間的真實尺寸體現(xiàn)。這種設計更加直觀的表達出設計師的效果，更加人性化和專業(yè)化，在設計過程中更加快捷、直觀、逼真。

3、靈感創(chuàng)作的來源

計算機更能反映空間的真實性，虛擬在空間的創(chuàng)作中，能把各種模型組合有利于激發(fā)設計師的創(chuàng)作潛能和再創(chuàng)作的靈感。在計算機創(chuàng)造中，各種模型有趣的組合，能使設計師找到源自大自然的設計，一切的設計來自大自然萬物，它能使設計師在面對計算機時消除疲勞，避免單調的工作，使設計師有更多的時間來找創(chuàng)作作品的靈感。

4、合理的展示平面布局

計算機處理數(shù)據的強大功能，室內設計的數(shù)據一般通過計算機數(shù)據處理得來的，像室內的平面圖的尺寸、標注等都可以用計算機處理得來的。傳統(tǒng)方式則需要設計師發(fā)費大量的人力物力來計算，而且沒有計算機那樣精準?，F(xiàn)在計算機的處理大大節(jié)省了時間和人力成本。

三、虛擬現(xiàn)實技術在運用中的不足

1、時間成本更高

以往通過傳統(tǒng)方式手繪來與客戶交流，直接可以描繪出客戶的想法，而虛擬現(xiàn)實的制作方式則相對來說時間周期更長，也更加不好修改，在表現(xiàn)方式越來越多的情況下，手繪通常時間比較節(jié)省，而電腦制作的效果圖相對來說也比較短，而使用的虛擬現(xiàn)實技術來表現(xiàn)方案時，通常比較漫長的，而且也不容易修改，因此虛擬技術在現(xiàn)實運用中的時間成本比較高。

2、價格成本偏高

虛擬技術與傳統(tǒng)方式相比較的價格偏高由多方面的成本因素的，首先虛擬技術是一門新型的信息技術，是伴隨著科技發(fā)展的成果，目前掌握這門技術的人員不是很多，這是作為一門技術表現(xiàn)的方式，其次是因為虛擬技術在現(xiàn)實操作中時間成本相對來說比較高，而且對計算機的硬件要求比較高，這也無形中增加了運行成本，因此虛擬現(xiàn)實運用在實際運行中有著多方面的制約因素。

3、技術人才的匱乏

目前我國教育還沒有大量培養(yǎng)掌握這門技術的人才，而科技在前進，所以人才的匱乏不足也制約著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展。

四、結束語

篇10

【關鍵詞】虛擬現(xiàn)實，建筑施工，應用

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：

一、前言

隨著信息技術變革對現(xiàn)代社會帶來了巨大的沖擊和影響，針對建筑施工這一領域，如何加快施工生產的信息化是改造和提升傳統(tǒng)建筑業(yè)、促使施工生產進步與發(fā)展的方向。研究和開發(fā)土木工程施工技術的數(shù)字化和集成化，可促進我國建筑業(yè)的發(fā)展，改造和提升建筑業(yè)的生產水平。特別是虛擬現(xiàn)實所衍生的虛擬建筑技術的誕生，促使建筑業(yè)發(fā)生著根本性的變革。

二、虛擬現(xiàn)實技術概述

所謂虛擬現(xiàn)實是20世紀90年代以來在美國興起的一門嶄新的綜合性信息技術、它融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人機接 口技術、傳感器技術、高度并行的實時計算技術及人的行為學研究等多項關鍵信息技術, 是這些技術高層次的集成和滲透, 并以模擬方式為用戶創(chuàng)造了一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖像世界, 給用戶以視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗, 為人們探索宏觀世界和微觀世界中由于種種原因而不便直接觀察的事物的運動變化規(guī)律, 提供了極大的便利。虛擬現(xiàn)實技術具有以下幾個明顯的特征:動態(tài)性、系統(tǒng)性、分布性、交互性、實時性、一致性、可信性、直觀性。

三、虛擬現(xiàn)實技術在建筑施工中的應用

1、在培訓中的應用

在虛擬環(huán)境中對施工人員進行培訓,能有效地保證復雜結構施工安全高效.另外,現(xiàn)代新型的結構形式,結構的最終受力狀態(tài)和結構的施工安裝過程有密切關系,建筑結構施工中前往往要對施工方案進行受力狀態(tài)復核，如在預應力空間結構中,索的張拉次序及張拉力對結構最終成形的受力狀態(tài)及使用狀態(tài)都影響巨大,施工階段的內力復核非常必要，基于計算機仿真技術的虛擬現(xiàn)實技術可以很好的解決這個問題,在施工過程計算中,可以針對不同的施工階段,不同的邊界條件,適時的修改結構的內力計算條件,動態(tài)的跟蹤觀察復雜結構在施工階段的內力及變形狀態(tài),為結構的成形安裝和最終使用狀態(tài)下結構的受力安全提供保障，上海海灣國家森林公園內茶長廳鋼結構設計及鋼構件的安裝均是鋼結構施工中在虛擬施工上的一個成功嘗試,另外園中超過24米跨度的2攤拱橋施工,更是驗證了虛擬現(xiàn)實技術在工程實踐中的運用.在工程施工中其工作主要包括三部分:

首先，鋼結構施工方案及其優(yōu)化。

其次，桅桿起重機和鋼構件內力及焊接變形分析。

最后，建筑外觀與公園景觀的虛擬漫游。即在建筑物建成之前,虛擬顯現(xiàn)建筑物建成后周圍的環(huán)境,獲得直觀的視覺效果.該項目的開發(fā)研究為虛擬施工的應用提供了重要經驗，在大跨度結構施工中,由虛擬現(xiàn)實技術構造的虛擬施工環(huán)境,可以虛擬大跨度鋼結構工程施工的全過程,技術人員可以通過該虛擬施工環(huán)境對施工方案進行驗證，在茶餐廳鋼構架的建設中,通過虛擬現(xiàn)實技術真實地反映了這座六邊形,室內空間超過30米的寶塔形鋼結構在各施工階段中各結構節(jié)點的內力情況,對工程建設的施工方案，施工流程起到指導性的作用。

綜上所述,虛擬現(xiàn)實技術己基本應用到建筑產業(yè)鏈的全過程,從規(guī)劃構思、方案可行性研究、建筑設計、結構設計、施工管理和施工方案制定等全過程,虛擬現(xiàn)實技術都發(fā)揮了巨大的作用,并取得了一些成就,虛擬現(xiàn)實技術是一項高尖端技術,它還有很多不完善的地方，但是虛擬現(xiàn)實技術在建筑業(yè)中有著廣闊的應用前景,它將改變人們的傳統(tǒng)理念,帶給工程界一個嶄新的天地。

2、在設計中的應用

虛擬現(xiàn)實施工方案設計是利用虛擬現(xiàn)實技術構造一個虛擬施工環(huán)境, 在此虛擬環(huán)境中 , 建立圍場景、結構構件及機械設備等的三維CAD 模型和有限元模型, 形成基于計算機的具有一定功能的仿真系統(tǒng), 讓系統(tǒng)中的模型具有動態(tài)性能, 并對系統(tǒng)中的模型進行虛擬裝配, 根據虛擬裝配的結果, 在人機交互的可視化環(huán)境中對施工方案進行修改。沉浸性和交互性是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)關鍵的兩個特性, 這兩個特性充分反映了建筑施工方案設計在人機關系上的基本特征, 它們充分反映了設計者的主導作用: 從過去只能在計算結束后查看計算結果, 到能沉浸到虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中參與整個計算過程; 由過去的經驗、靜態(tài)和類比設計轉向動態(tài)優(yōu)化設計。在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中進行建筑施工方案的分析和設計時,設計人員能對可視化的虛擬模型進行適時修改, 從而優(yōu)化施工方案。

（一）搭建用戶與設計者的交流平臺

當設計者根據用戶最初提供的需求確定設計方案時，設計者往往確定一個方案與用戶進行交流、確認。通過傳統(tǒng)的介紹雖然也能使用戶了解到，但由于設計者的表達能力和客戶最專業(yè)知識的認知程度不同，交流的過程可能會出現(xiàn)很多問題。然而設計者可以通過虛擬現(xiàn)實技術，展示給用戶一個虛擬的施工方案進行過程，以及施工過程中出現(xiàn)的問題都將呈現(xiàn)給用戶。用戶可以根據現(xiàn)象來告訴給設計者方案與自己的需求之間是否吻合，哪里需要改進。這樣，通過虛擬建造技術給用戶和設計者搭建了一個非常直觀的交流，省去了其中很多不必要的中間環(huán)節(jié)，使得用戶能更好的提出設計需求，設計者能夠更加明確用戶需求而建立其需要的設計方案。

（二）設計者的方案的自我修正

在實際的方案制定的過程中，設計者往往根據自己的經驗來確定施工方案，然而，對于一些高難度的或者從未涉及的領域來說，經驗往往會付出很高的代價。有些設計者根據自身自己能夠估計到的問題進行考慮，然而往往現(xiàn)實總是與設計者所估計的有偏差，而這其中的偏差大小取決于設計者的水平。為此，設計者往往考慮到所有可能的問題，根據經驗和運算來使自己的設計能夠和實際更加接近。但是，正是由于建筑施工中使用傳統(tǒng)的方式進行設計，使得很多方案在實際的操作過程中遇到問題，施工人員將問題反饋給設計者，設計者此時根據施工的現(xiàn)狀對方案進行調整。雖然大多都能完成施工任務，但在此過程中所浪費的人力、物力、時間等問題確是十分巨大的。因此，通過虛擬建造技術，設計者可以在計算機上模擬出施工中可能出現(xiàn)的問題，進而對施工方案進行考察，從而使得設計者對自己的設計方案進行自我修正，達到設計者能夠更好的確定施工方案的目的。

3、虛擬現(xiàn)實在建筑施工安全工程中的應用

（1）首先可以用在評價施工安全價值工程中。在施工過程中出現(xiàn)危險事故的原因主要有人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境隱患和組織管理不力等?？梢愿鶕@四個因素的重要程度進行各個方面的安全價值分析，指定不同的安全方案。可以達到資金與安全程度的最大優(yōu)化。

（2）各種施工設備的操作訓練。尤其是某些重要工程中要采用先進的特種設備，而這些設備是不允許出現(xiàn)失誤且需要不斷反復的操作訓練。即使一般的起重機、挖掘機、塔吊也需要熟練的操作，還有混凝土攪拌站等等。采用虛擬現(xiàn)實技術開發(fā)相應的設備模型用戶通過各種傳感及輸入裝置與虛擬場景的交互，使之通過虛擬的設備得到“真實”地訓練。還可以觀察操作過程中存在那些不規(guī)范的操作，可以提前改正，還可以觀察～些設備的操作隱患。以此好采取相應的措施預防和加強。

(3）可以進行按事故過程模擬。有經驗的工程師了解工程當中那些部位容易出現(xiàn)隱患，那些部位容易發(fā)生事故。比如爆炸、坍塌、墜落、交通事故等。利用虛擬現(xiàn)實技術可協(xié)助建立安全事故發(fā)生過程三維動態(tài)仿真模型，為以后類似的事故的分析、職工安全教育停工有力的工具支撐。

四、結束語

以上就是本人結合多年的實踐經驗和理論知識，對建筑施工過程中，虛擬現(xiàn)實技術的應用及作用做的淺要分析，希望可以為廣大施工技術人員提供一些建議，從而促進我國建筑虛擬現(xiàn)實技術的飛躍發(fā)展。

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