虛擬現實技術綜述精選(九篇)

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第1篇：虛擬現實技術綜述范文

>> 虛擬現實系統的分類 基于虛擬現實的協同訓練系統研究與實現 基于虛擬現實的測控通信系統訓練模式探討 基于虛擬現實的軍用后勤裝備維修訓練系統模型設計 虛擬現實在體育仿真中的應用綜述 虛擬現實的黎明 虛擬現實的恐慌 虛擬現實的救贖 身邊的虛擬現實 虛擬現實技術在銀行系統的應用與發展 虛擬現實導游系統的開發與應用 助力導游專業實訓的虛擬現實系統 基于全景視圖的虛擬現實系統研究 基于Virtools軌道客車虛擬現實系統的研究 虛擬現實漫游系統的設計與實現 基于虛擬現實的建筑火災模擬系統

">虛擬現實技術在培訓系統中的應用

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

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第2篇：虛擬現實技術綜述范文

關鍵詞：人機交互；虛擬現實技術；3D技術；攝像機

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

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

0 引言

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

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

1 關鍵技術

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

1.1 3D建模技術

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

1.2 VRay渲染技術

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

1.3 虛擬現實交互控制技術

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

2 系統實現

2.1 軟件功能需求設計

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

2.2 3D虛擬攝像機模型制作

2.2.1 3D建模過程

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

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

圖1 機身模型

圖2 機身模型細節部分

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

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

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

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

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

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

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

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

2.2.2 交互控制功能實現

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

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

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

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

圖9 主界面效果

圖10 主次界面間切換行為模塊

3 結語

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

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第3篇：虛擬現實技術綜述范文

[關鍵詞]虛擬現實技術 教學效果 評價

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

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

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

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

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

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

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

二、虛擬現實技術在旅游管理專業教學中效果評價指標權重計算與比較

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

三、總結與展望

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

第一、突出對虛擬現實技術開發研究

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

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

第二、深入對虛擬現實技術與旅游管理專業知識結合運用的研究

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

第三、增強運用虛擬現實技術進行教學的協作性研究

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

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

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作者簡介

第4篇：虛擬現實技術綜述范文

關鍵詞：虛擬現實；實體會展；行業變革

1 概述

1.1 展會虛實耦合發展背景

虛擬會展是指利用三維虛擬技術、網絡的虛擬空間進行的展覽及貿易活動的一種多維立體展示。他可以是人機實現立體互動，強調用戶體驗[1]。本文研究對象為基于虛擬現實技術的虛擬會展。該類型的展會不受傳統實體展會時間性、空間性的局限，同時具有易于組織與管理、性價比高、便于參展者了解展品、低碳環保等特點[3]。傳統實體會展也有著創意虛擬會展所不具有的一些重要優勢，目前創意虛擬會展無法完全脫離傳統實體會展而獨立出現，普通大眾對于虛擬會展的了解和使用也剛剛起步。

“VR”①在2016年強勢崛起成為繼O2O后又一熱詞。各種關于虛擬現實技術的科技展和高峰論壇在國內外輪番上演。虛擬現實掀起對實體經濟新一輪的沖擊。虛擬現實在B端有廣泛應用，隨著2C產品的出現而進入全新發展階段，2016年國內外產業領先者陸續推出消費級新產品，同時大量資本涌入，虛擬現實產業發展將迎來爆發點[6]。基于此，會展行業應對技術革新在傳統實體展會加入虛擬技術的元素逐漸成為常態。到2030年虛擬和現實之間的界限將明顯弱化[7]，我國現有虛擬展會多是將虛擬現實技術作為吸引觀眾的元素并未形成獨立存在的虛擬展。國內虛擬會展處于發展階段：基本屬于界面包裝，主要通過二維平面靜態的網頁展示[2]。在展會中加入虛擬現實元素能強化會展行業的紐帶作用和產業聯動性。我國會展業在虛擬展與實體展耦合的發展之路上與以德國為代表的展覽業發達的西方國家存在一定差距但是虛擬展作為一個新的起點，抓住這個機遇可以使我國展覽業也能站在國際前端。

1.2 展會虛實耦合發展的趨勢

在我國新常態的經濟模式下，會展的虛實耦合主要帶來外部經濟趨勢、協同發展趨勢和創新趨勢三大趨勢。外部經濟的發展給會展業注入生機，自廣交會帶給中國會展業飛躍式發展后，此次高新技術對整體經濟新一輪沖擊的同時也給會展業帶來發展的機遇。會展行業具有高度產業聯動性，會展產業的發展勢必在給所鏈接的產業帶來發展的機遇同時促進會展產業再次發展，兩者相輔相成、協同發展。技術紅利之下的會展行業在實體展會虛擬化、會展虛實耦合等方面進入高速發展階段。三維重建、3D打印以及虛擬現實技術都為會展業在展會的設計、運營中有所體現，在技術沖擊下會展產業勢必開展新一輪的創新。

2 市場調研與市場接受程度

針對會展虛實耦合采取線上問卷和現場數據收集相結合的方式。在正式開展大樣本調查前進行預調研。在對滬、杭高校的25名會展專業及計算機專業學生的問卷調查后作數據分析，對問卷作進一步修改。正式調查共發放問卷494份。回收有效問卷共262份，有效問卷回收率為53%。

本次問卷調研受眾群體的主體是25歲以下的年輕人：25歲以下的回答者占比91.99%。對于VR技術的了解程度基本符合正態分布，但作為最能接受變革性事物的年輕人，對于VR也止于基本了解。這導致該類人群對于VR設備的購買意愿并不強烈，66.03%的人持中立態度。同時在設備價格的接受程度上92.75%的人更傾向于3000元及以下的設備。

門票是虛擬展的盈利重點之一。本文創造性提出“買斷制”：一次付費獲得相應虛擬展一定時限內重復觀展權限。63.36%的人認可新穎的買斷制，加之與實體會展票價的對比，從中進一步窺探虛擬會展在調查群體中的可接受性。設實體會展門票基數為5，得出虛擬展會門票價格均值為4.75，略低于實體展會。觀眾考慮到虛擬展會在時空的機動性、布展成本的環保型，對于虛擬展會的價格預估基本是低于實體展會的。另一方面，調查群體基于虛擬展會的技術因素、設計效果、實時互動性與現場感等基本屬性的理性考慮，其預估的門票價位不會過低。虛擬展會相對實體展會更加強調表現性、交互性，在表現內容豐富性的同時滿足技術的即時性。這無疑擴大了虛擬展會的受眾人數并優化了觀展群體的范圍。

虛擬展要能夠在市場中占得一定份額，對展會自身也有所要求。觀展人群與展會之間的連接并非單向，觀展人群更注重與展會間的雙向聯系。參展觀眾對于展會的場景設計（44.66%）、互動性（48.47%）、專業性（51.91%）有較高要求，能與觀眾產生共鳴的展會才能吸引人群并擴大其影響力。

3 分析結果與討論

在對滬、杭兩地多個展會、展館的實地調研之后發現展會中對于高新技術的運用處于發展階段。展會更傾向于將VR作為吸引觀眾的輔助手段而非利用VR將體展會虛擬化使之成為在時空上獨立實體展會而存在的虛擬展。

現代創意虛擬會展構建在VR技術之上而市場上的VR設備良莠不齊。想要獲得良好的用戶體驗對設備有較高要求，在價格上受眾的心理價位和市場實際價格有所出入，這將成為虛擬會展發展的制約因素之一。同時這對制造商有導向作用，搶占中低價位市場將對企業發展有重要作用。虛擬展會門票的定價可與實體展會相持平。展會應關注其主題的新穎性，同時在展臺設計、展會專業性上有更多考量。滿足展會的基本屬性之后提高展會的藝術性、互動性將使展會在同類型展會中脫穎而出。

虛擬會展會帶給傳統實體會展重大影響和一定沖擊，但同時也促進會展行業在深度和廣度上的發展，在綜合已有基礎上考慮創意虛擬會展和傳統實體會展的信息耦合，包括現階段的實體會展+網絡會展+電子商務模式和未來的實體會展+網絡會展模式[2]。我國會展業對于虛擬展的拓展可以分三步循序漸進以達到對兩者耦合之平衡點的獲得：設立VR展區、建立附屬于實體展會的虛擬展、建立獨立存在的虛擬展會。無論是傳統實體展會還是新興虛擬展會，兩者都不會完全取代對方地位。對于會展行業來說，實體展和虛擬展合則兩利分則兩傷，只有兩者相輔相成才能使會展行業在深度和廣度上有長足的發展。

注釋

① VR：virtual reality 虛擬現實技術.

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第5篇：虛擬現實技術綜述范文

>> 虛擬手術中實時碰撞檢測技術研究 增強現實中的虛實交互碰撞檢測技術研究 ActionScript3.0碰撞檢測技術分析 碰撞檢測技術在顆粒混合中的應用 布料虛擬商品碰撞檢測研究概述 基于Vega的碰撞檢測算法研究 游戲引擎中碰撞檢測算法研究 基于包圍盒的碰撞檢測算法研究 虛擬吊裝碰撞檢測算法 入侵檢測技術研究綜述 《核電站虛擬建造系統》中碰撞檢測\響應處理的技術實現 Flash游戲中碰撞檢測方法的研究與實現 基于優化的蟻群算法在碰撞檢測中的應用研究 虛擬手術中基于邊界元模型的碰撞檢測研究 基于Unity 3D的虛擬樓盤漫游和碰撞檢測研究 碰撞檢測在益智類教學游戲中的應用研究 Boids群集動畫中Mesh碰撞檢測的研究與實現 虛擬裝配中快速碰撞檢測算法的研究與實現 混合包圍盒碰撞檢測算法的優化研究 虛擬景區中層次碰撞檢測方法的研究 常見問題解答 當前所在位置：l，1999.8（4）：11-17

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第6篇：虛擬現實技術綜述范文

【關鍵詞】虛擬現實電子商務網絡

1引言

虛擬現實(VirtualReality)是通過多媒體技術與仿真技術相結合，生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環境，用戶以自然的方式對虛擬環境中的對象進行體驗和交互。然而當前的電子商務大多是基于Web的，要在其中普及由視覺頭盔和數字手套等設備構成的力反饋式交互虛擬現0實是極其困難的(一是技術原因，二是資金原因)。但是以鍵盤、鼠標和顯示器等常規輸入輸出設備在客戶機瀏覽器中構成交互環境的網絡虛擬現實技術卻日趨成熟和完善，這些以Web3D技術為基礎的網絡虛擬現實技術同樣以模擬自然、體驗逼真和交互極強為目標，在相當程度上高效、經濟地實現了虛擬現實系統的目標。

由于網絡虛擬現實技術的出現，不僅促進了虛擬現實技術的普及應用，而且也給電子商務帶來了新的應用空間，有效地提高了電子商務的質量。因此，充分認識虛擬現實技術在電子商務中的重要性、研究網絡虛擬現實技術的特點及其應用規律，從而進一步促進電子商務的發展，已成為當前電子商務中的一個重要課題。

2虛擬現實在電子商務中的作用

2.1虛擬現實技術的特點。

臨場感:用戶感覺到沉浸于在瀏覽器中所呈現的虛擬環境中。

多感知性:用戶能以視覺、聽覺等多種形式感知信息。

交互性:用戶能以接近自然的習慣，用常規的輸入、輸出設備對虛擬環境中的物體或場景進行操作和得到反饋。

真實性:虛擬環境中的物體運動接近符合物理定律。

高效率:虛擬環境中三維空間的建立和顯示不過分依賴客戶機的硬件性能并可實時渲染，所需傳輸的數據量小且可流式傳輸。

2.2虛擬現實在電子商務中的作用。由于網絡虛擬現實技術的上述特點，它在電子商務中正起著獨特的作用:

真實感強:縮小網上購物與真實購物環境間的差別，是一個接近現實場景的虛擬智能購物商城。

激發購買熱情:網上產品展示的目的不僅僅是展示產品，而更重要的是通過讓客戶更多地了解產品而提高產品的購買率。通過網絡虛擬現實技術可將用戶在購買過程中產生的假設進行虛擬，呈現相應的結果或效果。這樣有利于激發用戶的購買熱情。

拓展電子商務的內涵:INTERNET作為有效的商業信息的交通通道被廣為接受，網絡虛擬現實技術的應用使電子商務的內涵被大大地拓寬和延伸了。

3網絡虛擬現實技術

目前網絡虛擬現實技術大多是基于Web3D[1][2][3]技術的，而Web3D技術主要由實時3D建模和動態顯示兩部分組成。通常實時3D建模和動態顯示分為兩種類型，一種是基于幾何模型，另一種是基于圖像。這兩種技術方案各有其特點，前者可方便地建立以任意角度進行觀察的3D空間，但計算量大，因而對硬件要求較高，對復雜模型的建模過程較為困難;后者采用圖像鑲嵌方式實現實時建模，開發成本低，計算量小且效果逼真，但數據量較大。

各種網絡虛擬現實技術為了能在網絡這一特殊環境下不斷發展，都不僅具有鮮明的技術特點，而且也都盡量揚長避短，形成了各自的技術風格，這也為我們在電子商務中針對不同展示內容選用最為合適的網絡虛擬現實技術打下了良好的基礎。有鑒于此，研究和對比分析各種主流網絡虛擬現實技術是十分必要的。

3.1VRML(VirtualRealityModelingLanguage——虛擬現實建模語言)[4]是專門用于在網上建立虛擬現實的設計語言，它采用基于幾何模型的實時建模和動態顯示方法。VRML可以用于建立真實世界的場景模型，也可建立虛構的三維空間。VRML提供了所謂的6+1度瀏覽，即沿三軸方向移動場景和旋轉場景，同時還可以建立與其他3D空間的超鏈接。

VRML文件是文本文件，它可以用文本編輯器編寫生成，其文件擴展名是.wrl。由于VRML語言語法規則較為復雜和嚴格，靠人工編寫VRML文件工作量極大，因此一些三維建模工具(如3DSMAX)以可視化方式建立3D空間并自動生成VRML文件，提高了開發效率，但這樣生成的VRML文件數據量比人工編寫的文件大得多。

VRML適用于構造虛擬三維環境，而對于表達現實世界的真實場景和物體則略感不足。

3.2QuickTimeVR。QuickTime是Apple公司開發的數字圖像影視技術規范，它包含多種媒體數據的壓縮/解壓縮技術。QuickTimeVR是其中一種新的媒體數據格式。它包含了對象影視(ObjectMovie)、全景影視(PanoramicMovie)和多節點影像(Multi-NodeScene)等幾種形式，其文件擴展名是.mov。

由于過去QuickTime是Mac系列機上的數字視頻規范，因而制作QuickTimeVR的開發工具大多在Mac機上運行，缺少PC機Windows上的開發工具，而現在已出現了許多Windows上的QuickTimeVR的專業開發工具，如VRToolBox等，使得開發用于電子商務的QuickTimeVR影視更為便捷和高效。

3.3Cult3D是Cycore公司基于Java開發的網絡虛擬現實技術，它具有獨特的渲染方式，可動態顯示極高質量的圖像且不依賴3D加速卡等硬件，所產生的文件(.co)數據量小且可保留建模工具中所建立的貼圖，并可以在3D物體上設計各種交互和添加聲音，特別適合于在網絡上表達3D對象。

Cult3D技術本身并無創建3D模型的能力，它依靠專門的3D建模工具軟件來建立3D模型，并通過安裝在這些軟件中的插件導出所需的3D模型。支持這一功能的3D建模軟件有3DSMAX和Maya。在Cult3D的交互功能設計軟件Cult3DDesigner中為3D對象設計動作和交互并輸出用于網絡的壓縮文件。

Cult3D技術的弱點是不易表達360°的全景虛擬環境。3.4Viewpoint是Viewpoint公司的網絡虛擬現實技術，其正式名稱是VET(ViewpointExperienceTechnology)，它的前身是著名的MetaStream技術。由于Viewpoint開發的虛擬現實文件數據量小、可流式下載、動態顯示圖像質量好以及可實時交互控制改變紋理貼圖，因此被廣泛用于在網上表達3D對象。Viewpoint技術可以根據網絡條件狀況自動調整顯示3D對象的細節和播放幀率，因此它對網絡帶寬適應能力較強。

通常開發Viewpoint的虛擬現實文件是從3DSMAX中導出ASE文件，在Viewpoint的核心應用程序ViewpointSceneBuilder中導入ASE文件，并對相應3D場景的有關元素(如:材質、動畫、交互動作和場景定義信息)進行編輯和設計，最終輸出可在瀏覽器中播放的Viewpoint數據文件(.mts和.mtx)。

3.5Flash是Macromedia公司開發的矢量動畫技術。Flas采用網上流式播放技術，在安裝了Flash播放器的瀏覽器中可以流暢地播放Flas。在Flash中制作動畫時，不僅可在開發環境中繪制矢量對象，而且還可以導入外部矢量圖形文件、位圖圖像文件、多種格式的聲音文件甚至還可編輯視頻文件。Flash現在被廣泛用于開發網絡交互矢量動畫，然而用它也可進行網絡虛擬現實的開發。

用Flash開發虛擬現實數據文件，主要是采用其腳本語言ActionScript控制交互，進而控制通過導入序列圖像或已拼接的360°全景圖像而形成的3D對象或全景虛擬環境。由于用ActionScript進行虛擬現實交互控制的靈活性較大，因此所開發的虛擬現實數據文件也具有較強的個性，同時因為Flash并非專門用于開發虛擬現實的，所以開發時的步驟較為復雜些。

4虛擬現實在電子商務應用的實例分析

4.1電子商務模型的建立。網絡虛擬場景的建立和圖形工作站中的場景的建立有著很大的區別，它首先強調的是模型的簡單化，這是由虛擬現實的實時性要求決定的。在響應速度和場景的真實性發生沖突時，應犧牲一定的真實性，只要能在視覺上達到基本真實即可。因此，常用一些簡單的框架來代替復雜模型，但為了保證一定的真實性，可采用貼圖的方式來彌補視覺上的不足。貼圖有以下兩種制作方法:一種是使用繪畫軟件進行手工繪制、另一種是對建筑物的各個觀察面進行拍照，然后用掃描儀掃描成相關貼圖材質。第一種方法的顏色可限定在256色內，其壓縮的比例較大，貼圖文件較小，生成的場景文件也較小，適合網上傳遞和實時性的要求。后一種方法視覺效果好，但文件的壓縮比例較小，貼圖文件較大，生成的場景大，在網上傳遞和實時性方面不如前一種方法好。無論用哪一種方法都需考慮貼圖的分辨率和尺寸，為了便于下載和渲染，在質量和大小允許的情況下，一幅貼圖限為320×240(或240×320)像素、分辨率為72dpi，用JPEG壓縮(采用最高壓縮比)后約為20K字節。

根據以上所述的貼圖制作方法，虛擬場景中的對象模型可分為以下幾類:①由簡單幾何體組成的簡單模型:該類模型常用作遠處物品的替身，在LOD方法中采用;②賦予手繪貼圖的模型;③賦予照片材質的模型;④賦予手繪和照片混合材質的模型;⑤具有全部細節的精致模型。

4.2電子商務交互查詢功能的建立。為電子商務模型加入交互和查詢功能可采用兩種方法:通過編程加入相應的交互和查詢功能，利用VRML的輔助工具來完成交互和查詢功能的加入[5]。后一種方法比較適合普通的用戶。

Kinetix制作了特殊的VRML輸出嵌入程序，可以輸出場景，包括幾何、材質、動畫制作等，嵌入程序也可制作特殊的VRML輔助工具來規定場景的交互元素。運行VRML嵌入程序VRMLOUT.EXE即可安裝VRML嵌入程序。

通過VRML嵌入程序，可設置以下輔助工具:

Anchor:可將某一實體作為熱點，當被點擊時取出網上所指定的文件。若為VRML場景文件，則該場景被下載顯示。若為其他類型文件，由瀏覽器決定如何處理;

TouchSensor:對從指定設備的輸入產生相應的事件，這些事件表示用戶是否指向特定幾何體，同時也表示用戶何時何處按下定位設備的按鈕;

ProxSensor:接近感知器，指定當用戶進入、離開或在立方體的區域內移動時產生的事件;

TimeSensor:在時間變化是發出事件，可用來控制動畫，也可用于某一時刻進行某項活動，或于某一時間間隔中產生事件;

NavInfo:描述有關觀察者和觀察模式的物理特性;

Background:設定場景的背景;

Fog:設置霧化的效果;

Sound:設定聲音片段的有效范圍，以產生隨距離改變的音響效果;

Billboard:是某一對象隨用戶一起旋轉，以使之始終面向用戶;

LOD:允許瀏覽器在物體表示的不同層次細節間自動切換;

Inline:可在文件中引入外部文件的場景，避免重復制作。

通過以上輔助工具，就可制作出電子商務場景及其交互和查詢功能。

4.3多分辨率漸進傳輸。服務器接收了用戶端的請求后，通過網絡把三維幾何數據傳送到瀏覽器進行顯示，最理想的方式是漸進式傳輸[7][8]，這樣客戶端在下載完最簡單的一級模型數據后就可以進行顯示與交互，而不用整個模型傳輸完畢。漸進式幾何傳輸要求模型具有多分辨率表示形式，這對網絡的傳輸和客戶端的繪制都有很多好處。

本文將3D場景數據組織成一個統一的數據結構，實現遞進的傳輸不同類型的模型表示。本文利用分布式虛擬環境中通用的遞推算法(DR)來預測視點的運動算法[6]來預測用戶的位置，該方法簡單而通用，并且能有效的減少網絡上的數據流量，結合Benefit累積和方法，實現了有限的網絡帶寬下的優化3D場景傳輸的一個有效的策略。考慮到網絡的不穩定性和網絡的傳輸質量，作者采用了自適應流控技術，以保證不同質量的網絡連接下不同場景繪制質量的仿真的順利進行。另外本文考慮了傳輸動態物體和不同表示形態的靜態物體到多個用戶的問題。本文的內容集中在3D數據組織管理和優先傳輸排序策略以及3D圖形傳輸協議上，目的在于實現服務器和客戶端之間高效的3D場景傳輸。

4總結

本文介紹了虛擬現實技術在電子商務領域的應用。相關技術包括虛擬場景的構造、系統結構、網格數據的傳輸以及客戶端的交互查詢方式。與傳統的電子商務系統相比，本系統具有更好的沉浸感和交互性，雖然目前離理想的虛擬現實境界仍有較大差距，但交互性強、觸發事件種類多、動態渲染及顯示質量高、可任意鏈接URL或其他3D空間、適宜網上應用、虛擬現實數據文件共享性強以及開發效率高等技術特征，現已成為網絡虛擬現實技術發展的趨勢。隨著網絡虛擬現實技術的不斷發展，將為系統的開發提供更大的空間和更完善的功能。

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(SIGGRAPH''''96)，pages99～108，August1996

第7篇：虛擬現實技術綜述范文

[關鍵詞]PE管焊接；技能培訓；虛擬仿真；PE管焊接技能培訓虛擬仿真

中圖分類號：TG457.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0231-02

PE管是目前國際上應用最為成熟的塑料壓力管道之一。PE管的應用發展在歐美能夠保持長期穩定的高速發展，而據分析，我國PE管應用有十分廣闊的前景，在塑料管應用的各個領域，PE管材管件都將得到廣泛應用。并且隨著一系列相關技術性能的國家標準陸續頒布， 其生產規模更是不斷擴大。原料國產化的發展，使得PE管材價格將逐漸降低，其經濟性也大大提高。對于焊接技術，許多公司機構都設有專門的設備場地進行培訓訓練，不僅國家有關部門專門為此設立焊接工技術考試，設置專門的技術證明，而且在一些高校更是讓同學在實習期間接觸學習焊接技術，進而培養具備多種高素質技能人才。

一、虛擬仿真技術與PE管焊接技能培訓結合的必要性

《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》內容提及教育信息化改革的具體措施及發展規劃，著重強調了關于增強開發虛擬仿真實訓教學軟件、虛擬仿真實訓實驗系統以及建立虛擬仿真實訓基地的力度。虛擬現實，是近年來興起的技術，通過對現實環境的虛擬數字化，給人一種身臨其境的感覺。虛擬現實是多種技術的融合，包括計算機圖形學技術、視覺反饋技術、廣角立體顯示技術等。虛擬仿真是基于虛擬現實發展起來的，在傳統的計算機圖形技術中，主要是通過對真實環境的三維建模，操作鼠標和鍵盤來實現與虛擬場景的交互，從而給使用者一種完全的沉浸式體驗。

將這種體驗與技能培訓相結合，可以解決現在實際技能培訓的多種問題，具體問題如下：（1）實際焊接培訓成本較高，虛擬仿真軟件則不需原材料和機器進行操作訓練；（2）實際焊接技能學習效率較低，學生完成一次焊接操作花費時間較長，用虛擬仿真軟件則可以短時間多次重復操作，提高焊接學習效率；（3）實際焊接具有一定的安全問題，使用虛擬軟件則學習人員無需承擔任何安全風險。

二、虛擬仿真技術的應用

1.虛擬仿真技術

虛擬現實技術能逼真地模擬人在自然環境中視覺、聽覺的感受，并做出對應的交互行為。虛擬現實技術有以下三個特征：沉浸性：通過虛擬設備進入到虛擬環境之后，原有的視覺和聽覺感受被虛擬環境中的感受所替代，所做出的反應也能被檢測裝置檢測到，虛擬環境給人一種完全真實的感覺。交互性：虛擬環境并不是一個封閉靜止的世界，用戶進入虛擬環境后，不僅可以通過傳感器得到周圍的信息，還能對虛擬的物體做出操作，在操作的過程中獲得“真實”的體驗。比如搬動虛擬環境中的一個虛擬椅子，甚至還可以在搬動過程中感受到椅子的重量。構想性。虛擬環境的沉浸性和可交互性，使用戶產生豐富的聯想。構想性是虛擬現實的高級表現形式，是基于沉浸性和交互性而得到的抽象性思維。虛擬現實的實現形式多種多樣，只要符合上述三個特征，都可以稱之為虛擬現實。虛擬現實技術在視覺感受和操作體驗上提供了新思路，因而在不同行業領域都有廣泛的應用。主要表現在以下幾個方面：（1）娛樂方面；（2）軍事航天領域；（3）室內設計領域；（4）工業仿真領域。

2.PE管焊接仿真系統的技能培訓

（1）軟件介紹

PE管焊接仿真培訓軟件主要采用3DSMax軟件進行建模，Microsoft Visual Studio 2010開發平臺下的C++開發語言進行腳本編輯，Unity3D平臺進行開發。3DSMax功能強大，在建筑設計和游戲模型制作方面應用廣泛。本文選擇，主要考慮該軟件成熟，軟件有中文版和英文版，操作簡單，是國內使用最廣的三維建模平臺。Unity3D具有高度優化的圖形渲染管道，展示形式無論是2D還是3D，都可達到美輪美奐的畫面效果。它操作簡單，移植性好，插件豐富，實現的功能強大。它內建NVIDIA Physx物理引擎，能夠輕松的實現現實中生動的互動效果。

通過虛擬仿真系統，可以創建一個與施工現場相似的虛擬場景，通過鼠標、鍵盤等能查看或操作各種設備。軟件分別幾個模塊，主要設備、操作流程等，通過這些模塊的學習，可以讓學習人員有充分的理論知識基礎，以及對操作流程較好的掌握。虛擬仿真系統中，通過點擊鼠標實現設備的開啟、夾取、信息的錄入情況等。可設置不同的工藝流程參數，準確地模擬出現場不同的管材設備，可能出現的不同施工環境，清晰地顯示出實地操作中會出現的各種狀況。因此，學習人員不僅會輕松掌握一般PE管焊接的相關操作步驟，更會全面的讓學習人員處理各種不同條件狀況下的實際情況。

（2）焊接操作培訓

對學習人員進行操作培訓時，首先是根據焊接方法的不同，設置了電熔焊接和熱熔焊接不同的工藝流程。在應用之前，先讓學習人員首先大致了解不同焊接方法的步驟。例如電源電壓的范圍，機架管材的放置，銑刀夾具的開啟取下等。其后就是針對各個小步驟的工藝，如拖動壓力等進行更為詳細的講解。

工藝流程基本熟悉之后，學習人員需要對各種工具設備進行熟悉。進入PE管仿真實訓系統，點擊主要設備菜單，學習人員可以看到各種焊接設備的簡介、內部結構詳解以及工作原理模擬。通過全方位無死角瀏覽各個單體設備結構以及詳細學習設備工作原理，提高了學習人員對設備構造、工作原理的認知度，為學習人員將來實際操作工藝設備奠定了扎實的理論基礎。

培訓方可以利用PE管虛擬仿真實訓系統中的各工藝單元操作流程進行具體的操作培訓。例如，PE管熱熔焊接的焊接單元操作流程，可以分為以下幾個部分介紹：檢查管材并清理管端操作流程、緊固管材、銑刀銑削管端操作流程、檢查管端錯位和間隙、加熱管材并觀察卷邊操作流程、管材熔接和冷卻操作流程、取出管材操作流程。學習人員進入模擬操作流程后，系統會依據操作規范給出詳細的操作步驟，學習人員再根據當前提示（設備編號、操作類型等）進行反復的模擬操作練習。

在PE管焊接虛擬仿真軟件中有題庫和成績評判模塊，以便培訓方對學習人員的學習效果進行檢驗或者學習人員的自我檢測。當進入考試模式時，電腦被鎖定，只能在考試系統里進行操作，沒有任何操作提示，同時會計時，隨機生成施工環境。考試人員需要根據具體情況具體操作，不能生搬硬套。當考試人員操作有誤時，系統根據相應標準自動扣分。同時還配有錯題庫，方便學習人員糾正錯誤。

（3）結合施工環境因素進行軟件焊接操作

在風雨和寒冷天氣進行焊接時，防護措施不到位，施工工藝沒有作相應的調整，造成焊接質量不穩定；PE管材和管件存放場地環境溫度和現場環境溫度不一致，而不注意把管材和管件在施工現場放置一段時間，待其溫度接近施工現場溫度，而直接進行施焊連接，這樣也會影響焊接質量。

本系統內建了影響PE管焊接質量的外部環境因素，可以最大程度模擬實際施工中的環境，使學員在不同的溫度，濕度的環境因素中練習調整不同的焊接參數，達到最佳的練習效果。

（4）焊接操作規范

熱熔焊接時的溫度、時間、壓力三個重要因素要嚴格控制，認真做好焊口端面的銑削、端口的清潔、最終焊口的冷卻等方面細節工作；嚴格執行PE管焊接質量檢查制度，通過對PE管的焊接外觀成型檢查，可以及時發現問題，有助操作人員及時調整焊接工藝；對焊縫的縫隙、錯邊、翻邊寬度和單邊寬度的檢查，可及時發現管材軸線是否與機架軸線保持在同一條直接上，發現焊接設備運行是否正常，工人操作是否熟練，焊接設備開閉時間是否超標；在熱熔焊接之后，冷卻期間要注意切忌移動焊接件或對焊接件施加外力。因為焊接壓力稍高于規定值時，會造成熔融區高溫材質被擠出，形成低溫結合，接頭強度明顯下降。

三、虛擬仿真技能培訓系統的意義

虛擬仿真焊接訓練系統是提高PE管焊工技能水平的有效途徑，能夠促進PE焊工培訓質量的不斷提高，以更好的適應我國逐漸大規模使用PE管材的新形式。利用虛擬仿真教學系統，可以改變傳統的教育格局。現在的傳統教學只是把知識從教師的頭腦中落實到學生的筆記本中，如果充分利用虛擬現實技術，就可以利用建構主義來構建情境化教學，所謂的建構主義內容很豐富，但其核心用一句話概述就是：以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、主動發現和對所學知識的主動建構。基于Unity3D的液壓傳動虛擬仿真教學系統就是該思想的完美體現，是真正實現集“教”、“學”、“練”、“考”于一身的教學系統。虛擬仿真教學系統具有開發靈活、可無限復制、擺脫時間與空間的各種限制及價格低、易開發等優點。利用基于Unity3D的液壓傳動虛擬仿真教學系統，不僅可以實現學生自主搭建實驗環境，還可自主控制學習進度。在實驗過程中不僅可以直觀地觀察液壓油真實的流動效果及方向，還可實現真實實驗中無法實現的觀察內部元件的工作原理的功能，將被動的課堂教學轉變為主動的自主學習、探索學習。虛擬仿真教學系統能夠全面提高學生的創新能力、探索精神和實踐動手能力，能夠做到共享優質實驗教學資源，建立信息化實驗教學資源，推進實驗教學信息化建設和實驗教學資源的開放共享，進而推動高等學校實驗教學改革與創新，形成在虛擬仿真教學領域可持續發展的現代服務業支撐體系，解決我國教育面臨的規模與質量之間的矛盾，克服實驗資源不均衡、創新能力不足的問題，有效的提高人才培養的質量。

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第8篇：虛擬現實技術綜述范文

關鍵詞：輸電線路；運行與檢修；虛擬現實；仿真培訓

輸電線路運檢工作的業務范圍涵蓋了超特高壓交、直流所有電網的運行維護和檢修，具有高智力、高技能、高風險等特點，對工作人員的理論素質和操作技能都有很高的要求，但是目前針對運檢工作的各種培訓方式都存在一定的缺陷，極大地限制了培訓效果。為彌補傳統培訓的不足，本文提出了基于虛擬現實技術的輸電線路運檢的三維仿真培訓系統。

近年來，虛擬現實技術逐步應用在電力培訓中，如文獻[1]提出了一種變電站仿真培訓系統，文獻[2]設計開發了有關電力安全的仿真培訓系統，但是這些系統僅限于仿真軟件的開發，交互性不強且培訓模式單一，使得培訓效果沒有得到較大的提升。本文提出的培訓系統既具有虛擬現實技術的全部特點，又提出了完整的培訓模式。在實際培訓中由理論知識到實際操作，由學習到考核，建立了完整的培訓體系。培訓人員可在循序漸進的學習過程中全面提升自身的理論素質和技能水平，大大增強了培訓的效果。

一、系統特征及功能

1.系統特征

虛擬現實的應用范圍非常廣泛，包括科學可視化、設計與規劃、教育與培訓、遙感操作、藝術與娛樂等領域。[3]在輸電線路運行與檢修的培訓中采用虛擬現實技術能為培訓人員提供的視覺、聽覺和觸覺反饋，得到幾近真實的感受，與現實教育培訓基地或設施相比，輸電線路運檢三維仿真培訓系統具有仿真性、可操作性、對應性的特征，能夠在保證培訓人員安全的前提下提升培訓效果。具體特征如下：

（1）仿真性。仿真性是指培訓系統實現了對輸電線路運檢的工作現場、工作流程及操作動作的全仿真。受訓者在構造的輸電線路虛擬場景中，通過自由變換虛擬場景的視角，可以瀏覽到輸電線路的所有元件以及虛擬人物的動作細節，仿真了整個作業現場；通過體感設備，培訓者可以做出動作與虛擬設備發生交互，從而仿真了作業中的實際操作。系統的培訓效果與仿真性有直接關系，只有在如同真實的環境中進行實際操作才會使培訓人員盡可能學習到作業的關鍵技術、危險點等。

（2）可操作性。可操作性是指仿真培訓系統采用與實際工作中相對應的操作設備，這些設備為培訓人員提供了接近真實的操作方式。[4]如受訓者在培訓系統中正在進行某項停電檢修作業，作業中需要工器具時培訓人員能夠抓取虛擬的工器具，并使用工器具對虛擬設備進行操作。可操作性是虛擬培訓系統實際運用的必備特性，培訓人員可以主動地在虛擬的輸電線路工作環境中進行作業，通過對感受到的信息進行思考和分析，形成自己想要的動作或策略，通過操作設備反饋給系統，實現與系統的交互和控制。[5]

（3）對應性。對應性是指培訓系統是有針對性的培訓：一是培訓方式對應實際工作，現在輸電線路運檢三維仿真培訓系統中按照不同的電壓等級、不同的作業項目進行輸電線路運檢工作的講解，具體作業項目如運行工作中的線路定期巡視、測量工作中接地電阻測量、停電檢修工作中500kV停電清掃污穢絕緣子、帶電作業中500kV帶電更換單片絕緣子。二是培訓對象對應不同人員的自身狀況，對不同基礎、能力和培訓狀況的學員開展針對性的培訓。

2.系統功能

輸電線路運行與檢修三維仿真培訓系統的主要功能模塊的劃分如圖1所示。主要包括基礎分析、仿真訓練、考核評價、培訓管理。培訓是一種由理論知識到實際操作、從學習到考核的循序漸進的過程。

（1）基礎分析。基礎分析借助輸電線路的三維仿真場景，將典型500kV線路的組成包括導地線、絕緣子、金具、桿塔、基礎、接地裝置等進行一一展現及介紹，讓學員在進實操培訓前，學習掌握到輸電線路基礎知識。

（2）仿真訓練。仿真訓練主要幫助培訓人員提升操作技能，是通過具體的作業項目進行培訓的，如測量工作中接地電阻測量。培訓人員通過控制設備與虛擬場景進行交互，掌握作業流程、作業關鍵點以及危險點等。此時可進行單人操作練習，也可以利用網絡技術進行多人的協同作業，在仿真作業的同時，培訓人員可以隨時進行資料查詢，包含作業指導書、各項規程標準等資料。

（3）考核評價。考核評價的目的是在階段性培訓后對學員的學習情況進行評定，包括理論考試和實操考試。理論考試主要包含作業指導書、電力安全作業規程、工器具使用等基本內容；實操考試是在仿真訓練的基礎上開發的考試模式，對學員的各項操作進行考核，評估學員的實操水平。

（4）培訓管理。培訓管理的目的是保證仿真培訓工作的有序開展，貫穿于整個培訓過程。培訓管理主要功能包括：賬號管理、考核評定和資料管理。各項功能由管理員控制，主要用于建立學員學習檔案，管理學員信息和成績，方便教師設置考試科目、考試內容，管理員也可以隨時編輯，補充資料查詢功能模塊的內容。

二、系統開發與實現的關鍵技術

虛擬場景是構建輸電線路運檢三維仿真培訓系統的基礎，一個逼真的三維模型場景能對使用者構成強大的視覺沖擊，所建立的場景越真實培訓效果愈好。本系統利用 3ds MAX 平臺進行輸電線路各元件模型的構造，主要采用層次建模法，即先設計出模型的各種零部件，然后進行整體裝配。同時，通過 3ds MAX 的材質和貼圖系統、燈光系統等提高三維模型的真實度。

虛擬場景要想引人注目，必須是動態可交互的。[6]本文基于Quest 3D搭建整個仿真系統的底層平臺，將所建立的三維模型導入到Quest 3D中，利用Quest 3D開發各項功能模塊實現培訓系統的交互功能。在功能模塊的開發中需要解決各項具體問題，如碰撞檢測問題就是檢測不同模型是否發生了碰撞，就像現實中兩實體之間是不會發生交叉重疊的一樣，在虛擬場景中兩三維模型之間也不能發生穿透的現象。[7]在平臺中采用層次包圍盒方法進行實時碰撞檢測，其基本思想是通過建立對象的包圍盒層次來逐漸逼近對象的幾何模型，從而用體積略大而形狀簡單的包圍盒代替復雜的幾何對象參加碰撞檢測，通過包圍盒間的相交測試快速地排除不相交的基本幾何元素，以減少相交測試的次數。[8]利用Quest 3D進行實時檢測的精確性及響應速度完全滿足于本系統。通過解決碰撞問題系統將大大增加真實感。最終表現如圖2所示，圖中展現的是在500kV帶電更換單片絕緣子的作業項目中，等電位電工進入等電位的動作。

三、結語

將虛擬現實技術應用到輸電線路運檢的三維仿真培訓方法突破了傳統教學方法的局限，具有實用性、互動性、娛樂性等特點，是虛擬現實技術在電力培訓上的具體應用。通過完成對三維模型建模、場景搭建、碰撞檢測等等問題的處理，建立輸電線路運檢三維培訓系統，其高度仿真性、操作性以及對應性的特點提高了培訓的效果，但是目前限于計算機軟、硬件技術水平，虛擬現實系統還只能達到部分真實感的程度。隨著技術的不斷發展以及電力行業對安全的重視程度，虛擬現實技術在該領域的應用會將更加深入，仿真培訓方式也將逐步成為輸電線路運檢三維仿真培訓的重要手段。

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第9篇：虛擬現實技術綜述范文

【關鍵詞】VR;教學;虛擬現實;應用;交互

1.引言

在信息傳播技術迅猛發展的今天，當前以信息技術為背景的現代教育教學中，學生的學習興趣較傳統教學有著較大的提高，學習主體性也得到了較大的發揮。同時也不可避免地暴露出大部分多媒體信息的局限性，它只能按照時間的流程，程序設計的流向有限制地瀏覽。隨著科技的發展，虛擬現實（Virtual Reality，簡稱 VR）技術應運而生，它利用計算機發展中的高科技手段構造出一個虛擬的境界，[1]使學習者獲得與現實一樣的感受。可以預測，虛擬現實技術將是繼多媒體、計算機網絡之后，在教育教學領域內最具有應用前景的技術之一。

VR技術是20世紀末發展起來的一門涉及眾多學科的高新技術。它集計算機技術、傳感技術、仿真技術、微電子技術為一體，通過計算機創建一種虛擬環境，通過多感官作用，使參與者產生和現實中一樣的感覺。盡管該環境并不真實存在，但它作為一個逼真的三維環境，參與者就會產生身臨其境的感覺，并可實現參與者與該環境的直接交互。這種技術應用于電工電子教學活動中，可以使學生不再是被動地看、聽和接受所提供的內容，而是能夠以各種形式參與到事件中去，在事件的變化過程中扮演角色。[2]反之，學生的行為也將影響事件的發展方向，使學生的學習像生活，像游戲一樣輕松、活潑和積極有效。另一方面，教師也可以在虛擬環境中扮演一定的角色，與學生共同協調學習，形成和諧，互動合作的教學關系，從而使學生的學習效果獲得了空前的提高。因此，在教育領域中恰當運用VR技術將是教育技術發展的一個飛躍。[3]

2.VR技術在電工電子教學中應用的優勢

2.1 發散思維能力培養與主動探索能力提高

VR技術與其他教學方式的根本區別在于：VR技術打破了傳統的單向傳授知識的教學模式，使學生可以最大限度地發揮其主動性和積極性，更有利于培養學生的發散思維能力和主動探索能力。它將學習者的學習、訓練及自我檢測結合起來，形成一種積極、生動、活潑的教學方式。

具體體現在以下幾個方面：

（1）提供個性化的訂單式的教學手段

如計算機可以給出電工電子學的學習目標、內容、重點和難點等教學信息，可針對學生的不同解答過程進行分析，同時評價學習效果，使每個學生都能處于有利于自身的學習環境，學生可以用自己合適的速度和多條思路、多種途徑來解答問題。

（2）提供給學生更廣泛的有關電工電子課程的學習空間和選擇空間

通過多種感官的刺激形式，學習者根據自身的實際情況選擇適合自己難易程度的學習內容，從而達到因材施教的效果。這種學習方式增強了學生的學習信心，提高了學生主動探索能力。

（3）提供靈活的人機對話模式

VR技術將教師的教和學生的學有機地融為一體，使學生和計算機始終處于一系列交替詢問和回答的過程，這種人機對話的過程中，學生選擇的教學模式可以多樣化、教學方法可以任意化、教學速度可以多方調節，學生可以一題多問、一題多練，計算機系統提供一題多解、一題多變的訓練功能，這樣就最大限度的開闊了學生的思路。如利用計算機模擬電工實驗中的觸電和觸電現場急救這一堂課，強電操作危險性極大，不當操作甚至危及生命，學生往往出現兩種情況，一種是縮頭縮腳啥都不動，一種就是勇往直前以身試電，這都不利于這些內容的學習，另外教師不能預設觸電情境或觸電狀態。因此，內容非常抽象，教師難教、學生難學。傳統教學中一般是以大量的圖片或文字進行介紹或借助于投影儀進行介紹。這些方法雖然能夠幫助學生對于觸電的理解，但直觀性還是比較差，學生還要靠想象才能在頭腦中形成印象。現借助計算機技術模擬顯示觸電狀態，從而使只能通過口頭語言描述的抽象問題變成了動態的直觀、形象化了的圖示，有效地加深了學生的理解和記憶。如心肺復蘇的實施，通過感官、語言、手勢等比較“自然”的方式與計算機進行交互，完全置身于一個“超越現實、身臨其境”的綜合學習環境中。學生親自的體驗，加上動態、直觀、形象化了的圖像，開闊了學生的思路，提高了觀察能力和理解能力和操作能力。只有VR技術這類智能型的教學方法，在思維方面才能滿足學生細致的觀察、聯想、跳躍式的方式，才能更增進想象力，培養學生的創新思維能力，鍛煉學生的自律能力，增強學生的持久學習動機。[4]

2.2 個性化教學模式平臺整合

由于學生各自有不同的文化背景、知識結構和個性特征，使得每個人的學習習慣、思維方式也有著顯著的差別。在傳統的教學模式下，教師的教學計劃不可能為每一位學生進行私人定制，但VR技術所提供的人機交互的特點卻適用于個性化教學，因人施教、因材施教，培養出高素質的綜合型人才。

VR技術是一種具有現實感、親臨感和多維感的高級人機界面模式，學生能夠通過多種感官渠道從虛擬的環境中與它進行實時交互。[5]在這個全新的環境模式中，學生自主學習的空間更加廣闊，創造性的思維更加活躍，學習效果獲得了空前的提高。如在電工學中講到《三相異步電動機的旋轉磁場》時，如果老師一味地講有關旋轉磁場的理論就很難引起學生的注意，但利用虛擬實物的方法展現電機的轉動等生活中身邊的例子，就能充分調動學生的興趣，把學生引入磁場的世界中，進一步把電產生磁、磁產生電，通電導體在磁場中的運動，把這類抽象、難以描述的過程進行快慢、縮放、局部、全景的再現，使客觀事物的形、聲、色生動地作用于學生的多種感官，在情境中感知記憶，通過思維、想象等一系列內隱的心理活動，從而把學生引入到磁場這種無形的場的學習中，在磁場的世界中學習相關知識。通過計算機提供的交互模式加快了學生的感知和理解事物的過程，有效地提高了學生的注意力和記憶力，優化了教學效果。

總之，在VR技術中，基于自然方式的交互作用和個性化學習環境，必然提高學生的學習興趣，學生不僅僅是一個觀察者，還是動作的積極參與者。因此大大激發了學生的學習動機、提高了學習效果。

2.3 虛擬勝實體、實踐出真知

經驗主要通過實踐獲得，但是在傳統的學習過程中，一般只強調對理論知識的掌握，沒有充分認識到經驗的價值。在現代社會知識爆炸的壓力下，實踐活動越來越處于重要的地位。在虛擬環境中，學習者接觸的學習材料不再是純符號的知識，而是進行與實踐有本質關聯的活動，因此在學習理論知識的同時，也學習了實踐知識。如在電工教學中，讓學生進入虛擬車間內，熟悉機床每個部件的工作情況，觀察每個部件之間的相互聯系，了解整個電機拖動過程，這是用傳統電視錄像媒體和實物媒體作為教學手段所無法比擬的;再如學生用計算機提供的資源自己進行電路設計，從畫圖設計、研發、測試到實物的產生，這些VR技術所具有的特性使得學習活動更具實踐意義，它以抽象的信息符號化轉換成具象的物質載體，從根本上脫離大腦對虛擬思維對象的空洞感和神秘感，一并根除了傳統實驗環境下對象創設的認知局限性。

在VR技術尊重客觀事實為前提的情況下，自參與者進入虛擬空間起，主體將不再受實體環境中的勞作經驗束縛，而是把長期積累的生活經驗和生產知識共融到預設對象的虛擬環境中，經過綜合的技術處理，對大量現實素材進行可控的操作分析，展示其接近現實的真實環境。這樣，虛實兩種狀態就被有機統一在新的技術實踐中，現實性終于掙脫了單一發展的物質束縛，進入一個新的創造空間。

2.4 補教學條件硬傷、促安全實驗開展

使用VR技術可給學習者提供機會去嘗試不同的選擇，但沒有做“真實事情”時所帶來的各種危險問題和費用損耗問題。學生甚至還可嘗試在現實世界里不可能做的各種方案，從而判定哪種方案是最佳的和可行的。這樣，既可使學習者免受傷害，也可使現實免遭損害。

另外，利用VR技術，可以解決學校普遍存在的實驗設備不足、型號落后，教學經費場地缺乏等硬件建設方面條件的不足，并將有助于解決不能視、不能摸、不能入的多種危險性場合，也可以有效避免真實實驗操作過程中的危險因素，在安全穩定的環境中完成預定實驗，得到真實有效數據，在愉悅的體驗過程中完成既定學習目標。[6]

VR技術讓實驗成本得到了大幅的降低，采用該技術教學相比傳統實驗教學更具形象性和交互性。以往對存在危險因素或對對人體健康不利的實驗演示，常采用教師單獨實驗、助理協作拍攝、最終課題播放視頻的方式來替代學生參與實驗。實驗播放教學過程中，學生無法直接參與實驗，在感性認識上欠缺。

利用VR技術進行虛擬實驗，學生在可以放心地去操作原本存在危險因素的或對人體健康不利的實驗。如虛擬的電工實驗中的電流對熔斷絲粗細的影響對比試驗中，可以避免因為電流的熱效應所產生的燃燒、爆炸所帶來的危險;虛擬的機器故障維修，可避免由于學生操作失誤，使人體與電的誤接觸而造成傷害或死亡的事故;虛擬的電路設計教學系統，可免除學員因操作失誤而造成設備損壞的嚴重事故等等。

綜上所述，在虛擬環境中，生動的各項實驗可以使教學過程變得生動活潑，大大提高學生的感知水平和學習興趣，特別是它的仿真模擬功能，可以使教學中一些難做或無法做的實驗可以通過計算機的動態模擬技術演示得清楚明白，避免真實實驗或操作所帶來的各種危險，更加安全可靠，從而彌補教學條件帶來的不足。

3.VR在電工電子教學中的應用形式

3.1 VR實物展示

VR實物是指用虛擬現實的手法來展示教學中實際用到的物體，學生可以根據自己的想法對虛擬的實物進行設計，通過對VR實物的操作來完成目標知識結構。如在電工教學中講到《三相異步電動機的結構與原理》這一章時，如果教師一味地講有關的理論就很難引起學生的注意，但利用VR的方法虛擬三相異步電動機，讓學生自己拆分組裝電動機，就可能很容易地把學生引入所學的知識，讓學生在虛擬的世界中學習相關知識。

3.2 VR實驗室建設

VR實驗室是利用VR技術，建立各種VR實驗室，它可以根據需要隨時生成各種新的“虛擬”設備，教學內容可以不斷更新，使實踐訓練能夠及時跟上科學技術的發展。另外一方面，VR實驗室能完成在現有條件下無法正常進行的實驗或對人的生命有嚴重危害的實驗，用虛擬現實的手法按照科學理論設計一個VR實驗，學生通過VR實驗來觀察實驗過程和了解實驗結果，從而完成目標知識結構。如電工教學中有關“觸電急救”的內容中，可以采用人工智能技術在一個框架內將具有現實感和可視化的詳細空間模型與人體的符號模型結合起來，通過感官、語言、手勢等比較“自然”的方式與計算機進行交互，完全置身于一個“超越現實、身臨其境”的綜合學習環境中，為學生提供了最方便有利的條件。另外利用VR技術，可以有效地解決實驗條件與實驗效果之間的矛盾。在教學中，有諸多造價高昂的教學實驗，一直受價格因素的影響而得不到有效開展，在VR環境下既可以彌補傳統實驗的損耗價值過高的不足之處，又可以模擬真實環境操作，從而避免了不當操作的危險，同時也符合當代綠色環保的理念。實驗參與者將可以自由地，毫無顧慮地隨時進入虛擬實驗室操作儀器，進行各種各樣的實驗。

3.3 VR角色扮演

VR角色扮演是指讓學生在虛擬的教學情境中充當一個角色，可以虛擬歷史人物、名人、教師、學生等各種人物形象，創設一個人性化的學習環境，使參與者能夠在自然、親切的氣氛中進行學習。例如，在虛擬的電工電子課堂學習氣氛中，學生可以與虛報的教師、學生一起交流、討論，共同探討學習中出現的各種問題，進行協作化學習，培養學生的團隊協作能力。虛擬的教師擔當“導航”和“解惑”的重任，可以對所學的內容進行項目式教學，指導和幫助學生獲取所需要的學習資源，根據系統教學資源對虛擬學生分組討論的結果及時進行評價和分析，回答虛擬學生討論中出現的問題，整個教學過程增加了教學的趣味性和濃濃的人性化色彩，從而改善教學效果，達到教學目的。

3.4 VR技能訓練

VR技能訓練是利用VR技術和計算機多媒體技術，創造一個接近事實的訓練情境，使學生身處其中，自己動手操縱儀器，獲得經驗，掌握工作能力。利用VR技術，學生在虛擬的學習環境中扮演一個VR角色，全身心地投入到學習環境中去，這非常有利于學生的技能訓練。利用VR技術，可以做各種各樣的技能訓練，如電子元器件的裝配，電子整機裝配，電器維修與維護等技能訓練。這些訓練的應用不僅減少了費用，提高了安全可靠性，而且高效環保，能進一步拓寬學生電工電子技能訓練的范圍，如一些昂貴的電工電子測量儀器設備的使用訓練、危險性實驗的操作仿真等等。

4.結束語

VR技術作為一個新型的教學媒體，已引起教學領域的極大關注。因為VR技術將對探索、發展現代教學理念，提高教學水平，改善實驗環境，優化教學過程，培養具有創新型技能人才產生深遠的影響，并將有助于解決不能視、不能摸、不能入危險性場所的實驗等問題，同時解決職業院校普遍存在的實驗設備不足、型號落后、難以更新換代等困難。目前，盡管VR系統的硬件設備還比較昂貴，VR技術教學中尚未能普及。但是，隨著VR技術的不斷發展和完善，以及硬件設備價格的不斷降低，相信VR技術作為一個新型的教學媒體，憑借自身強大的教學優勢和潛力，將會逐漸受到教學工作者的重視和青睞，最終在教學領域廣泛應用并發揮其重要作用。

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