虚拟现实技术汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇虚拟现实技术范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

虚拟现实即Virtual Reality ,简称VR,这个名词始创于上个世纪八十年代,由美国发明家Jaron Lanier提出,是一门崭新的综合性信息技术,而且已经成为当今计算机科学界最振奋人心的研究课题之一。

一、什么是虚拟现实

VR是指利用多媒体计算机技术生成一个具有逼真的视觉、听觉、触觉及嗅觉等的模拟现实环境,利用人的自然技能对这一虚拟出来的现实环境进行交互体验,体验的结果(即该虚拟的现实反应)与在相应的真实现实中的体验结果相似或完全相同。

二、虚拟现实技术的系统构成

如图所示,VR的系统由以下模块构成:

1.检测模块:检测用户的操作指令,并通过传感器模块作用于虚拟环境。

2. 反馈模块:接受来自传感器模块的信息,为用户提供动感、触觉、力觉等多方面感受的实时反馈。

3. 传感器模块:一方面接受来自用户的操作指令,并将其作用于虚拟环境;另一方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。

4. 控制模块:对传感器进行控制,使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。

5. 建模模块:运用知识库、模式识别、人工智能等技术,获取现实世界组成部分的三维表示,通过音响制作实现对现实世界的声音模拟,并由此构成对应的虚拟环境。

6. 三维模块:通过三维技术实现对虚拟环境的视觉模拟。

此外,在开放式的虚拟现实系统中,还可以通过传感装置与现实世界构成反馈闭环,在用户控制下,利用虚拟环境对现实世界进行直接操作或遥控操作。

三、虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术具有如下四个特征,即:多感知性、沉浸感、交互性、想象性。

1. 多感知性(Multi-Sensory)――所谓多感知性,是指通过多种媒体,产生视觉、听觉、触觉、力觉、和运动等的感知。理想的虚拟现实技术应该实现人所具有的一切感知功能。由于科技发展的局限性和不成熟,目前的虚拟现实技术所开发的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

2. 沉浸感(Immersion)――又称临场感,指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。当用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中时,眼睛看到的、耳朵听到的、鼻子闻到的、嘴巴尝到的、还有身体触摸到的等等,都跟在现实世界里体会到的感觉是一样的。

3. 交互性(Interactivity)――指用户对虚拟环境内的物体进行操作时,对象将给用户以感觉上的反馈。例如,在虚拟环境中参加足球比赛,当用户用脚去踢虚拟环境中的足球时,会产生触觉和力的反馈。

4. 构想性(Imagination)――强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

一般来说,“身临其境”般的沉浸感,友好亲切的人机交互性,和发人深思的构想性是虚拟现实的三大主要特征,亦即我们常说的“3I”特性。

四、虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术创建伊始,就承载着巨大的应用价值,它涉及科研、军事、航天、医学、教育、工程技术、影视娱乐等众多领域。典型的应用领域有:

1. 医学方面

虚拟现实技术在医学上的应用大致分为两类,一类是虚拟人体,也就是数字化人体,可用于构造人体模型,便于医生对人体构造和功能的辨识;另一类是虚拟手术系统,可用于指导高难度手术的进行。

2. 教育方面

在教育领域,虚拟现实技术具有广泛的作用和影响。基于虚拟现实技术带来的崭新的教育模式,使我们的教育理念和教育方法也在随之变革,授课内容以大量详实、生动、直观的虚拟情节出现,寓教于乐。

3. 娱乐方面

娱乐领域是虚拟现实技术的一个重要应用领域。它能够提供更为逼真的虚拟环境,借助于头盔显示器、数据服、立体声耳机、数据手套等传感装置,使人们能够享受到强烈的感官刺激,带来更好的娱乐感觉。

4.军事科研领域方面

军事和科研都是需要巨额资金投入的领域,而且难度大、危险系数高,在某种情况下,利用虚拟现实技术进行虚拟实验,既可以节省人力物力资源,打破时间和空间的限制,又可以缩短开发周期、提高生产效率、削减项目经费。

五、虚拟现实技术的发展前景

虚拟现实技术是许多相关学科领域集成、交叉的产物,它融合了人工智能、电子学、数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术、心理学等多个技术分支,大大推进了计算机科学软硬件技术的全面发展。虚拟现实技术的发展,从根本上改变了人们的工作方式和生活方式,将劳逸真正结合了起来,而且虚拟现实技术与美术、音乐等文化艺术的结合,将诞生出人类的第九大艺术,前景一片光明。而且虚拟现实技术继理论分析、科学实验之后,成为人类探索客观世界规律的又一手段和方式。

虽然虚拟现实领域的技术潜力是巨大的,应用前景也是很广阔的,但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论,目前虚拟现实技术所取得的成就,绝大部分来说,还只是扩展了计算机的接口能力,刚刚开始涉及到人的感知系统、肌肉系统与计算机的集合作用问题。只有当真正开始涉及并找到针对这些问题的技术实现途径时,人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底地克服。

六、小结

综上所述,无论是现在还是将来,虚拟现实技术在各行各业都将得到不同程度的发展,并且越来越显示出广阔的应用前景。虚拟城市、虚拟战场、虚拟校园、甚至“数字地球”都会不断涌现,带给我们一种全新的视觉、身心体验。虚拟现实技术将使众多传统行业和产业发生颠覆性的变革,给我们的生产和生活带来巨大的经济效益。

参考文献

[1] 刘锦德,敬万钧. 关于虚拟现实 ― 核心概念与工作定义. 计 算机应用,1997.5

[2] 刘惠芬. 什么是虚拟现实. 父母必读

[3] 周炎勋. 虚拟现实技术综述. 计算机仿真,1996.1

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【关键词】虚拟现实技术 应用 现状 发展趋势

随着计算机技术的高速发展，近年来虚拟现实技术也得到了快速的成长。虚拟现实技术是一个可以进行虚拟世界创建与体验的计算机系统。虚拟现实技术是对计算机技术加以利用，从而形成一个逼真的、包含有视觉、听觉、触觉等多个感官的虚拟环境，使用者利用各式交互设备与虚拟环境内的实体进行相互作用，从而产生一种身临其境的信息交流，是当前时期较为先进的实现数字化人机交互感受的技术。

1 虚拟现实技术的简介

1.1 虚拟现实技术原理

虚拟现实（Virtual Reality），简称为VR，是使用计算机模拟出一个三维的虚拟空间，为使用者提供包括视觉、触觉、听觉等感官感受进行实际模拟，同时可以快速、不受限制地对事物进行观察。使用者在进行移动位置时，计算机将会及时展开复杂运算，精确地将虚拟三维世界的视频传输给使用者，从而产生亲身临场的感觉。是一种经过计算机技术加以辅助而产生的高技术性的模拟系统。虚拟现实技术集成了计算机仿真、人工智能、计算机图形、传感、显示以及网络处理等技术的发展成果。

1.2 虚拟现实技术的发展史

虚拟现实技术的发展大致上可分为四个发展时期。1963年以前式虚拟现实技术发展的萌芽期，1963年至1972年的十年间将带有声音的形动态进行模拟过程中便包含有虚拟现实思想。1973年至1989年，该时期虚拟现实的概念以及理论开始产生。1990年至今虚拟现实技术得到不断的发展与完善并应用于实际中。2012年Google首次了Google Glass，将虚拟现实技术、头戴式显示器、增强现实展现到普通民众的视野中，这对原有的图像显示设备进行完全的颠覆。2013年，头戴式显示器得到了广泛的关注，随后世界众多公司均加入到虚拟现实头盔的竞争中。

2 虚拟现实技术的应用范围

虚拟现实技术主要在现实中应用于如下几方面。

2.1 医学

虚拟现实技术应用于医学方面有着极其重要的实际意义。创建虚拟人体模型的环境中，可以利用HMD、感觉手套、跟踪球等更加方便的对人体内部的器官构造进行了解，在进行外科手术时，医生可以通过虚拟技术在显示器上进行模拟手术，寻求最佳的手术方案同时可以提升医生的操作熟练度。

2.2 娱乐、教育

由于虚拟现实技术拥有丰富的感知力以及3D现实环境致使其成为了理想的视频、游戏工具。因为娱乐上在虚拟现实技术上的真实性要求较低，因此近年来该项技术在娱乐、游戏方面发展较快。此外，在家庭娱乐上也取得可较为良好的发展前景。

2.3 军事航天

模拟和练习始终是军事航天业里的一个重点的内容，这对虚拟现实技术的应有提供了极为广阔的前景。此外，虚拟现实技术可以对零重力进行真是的模拟，来对现有对宇航员的训练方式进行替代。

此外虚拟现实技术还在房地产开发、动作捕捉、数字地球、室内设计、工业仿真、文物保护、应急演练等方面均有所应用。

3 虚拟现实技术发展现状

虚拟现实技术是由美国人提出的概念，后来由美国宇航局对其的利用，从而展开了对成本较低的虚拟现实系统的研制，从而对虚拟现实技术的硬件发展有着一定的推动作用。现在虚拟现实技术虽已获得了较大的发展，但是仍处于研究的初级阶段。目前虚拟现实技术主要在感知、后台软件、硬件以及用户界面四个方面进行研究。就当前时期的技术来看，场馆虚拟漫游存在的最大难点是建模与实施绘制。通常情况下，会选择在绘制速度与模型精细度上选取一个平衡点，这样不仅可以保证绘制质量又不会为用户造成不适感。目前世界上有着诸多的虚拟现实应用的开发商，已经开发了一些虚拟现实软件的平台，比如Superscape公司的VRT、Deneb Robotics公司的ENVISION等。这类平台面对不同的目的，在很大程度上提升了虚拟现实应用系统的研制效果，但是在开发中依然有着很多的问题，尤其是对自主知识产权缺乏的问题，对其中的核心了解不充分，一旦要对新功能进行开发补充时，都会造成无法运行的状况。

2015年三星公司了一个新的配件Gear VR，吸引了广大用户的关注，Gear VR是一款利用手机作为屏幕的移动虚拟现实的配件，可以实现虚拟现实得应用体验。三星公司的这款虚拟现实的设备对于同行业的其他品牌有着很大的竞争优势，由于其是第一家将其应用于手机上。此外将虚拟现实技术应用于航拍中，再结合三维制作技术，实现现实拍摄与三维制作的交互，这在游戏上应用较为广泛。目前有大量的游戏制作商将虚拟现实技术应用于游戏开发，例如“星球大战”、“鹰击长空”、“最终幻想14”等，均实现了将现实内容与三维制作相结合，制作出的游戏效果使玩家有者身临其境的游戏感受，得到了广大玩家的喜爱。

4 虚拟现实技术发展趋势

对虚拟现实技术的发展历程来看，虚拟现实技术在今后的发展过程中依然会遵循“低成本、高性能”的原则。本文将从软硬件上展开探讨，主要的发展方向如下。

4.1 动态环境建立技术

虚拟环境的创建是虚拟现实技术最为核心的内容，动态环境建模主要的目的在于获得现实环境数据的基础上，以此来创建相应的虚拟环境的模型。

4.2 实时三维图像生成与显示

三维图像生成技术已经较为成熟，目前关键是实时生成如何实现，目前就如何不降低图像质量与复杂程度的基础上对频率的刷新是今后发展的重点研究内容。另外，虚拟现实技术的发展依赖于传感器与立体显示器的发展，当前时期的虚拟设备上无法满足系统的需求，需要对三维图像的生成与显示技术进行不断的开发。

4.3 研制新型交互设备

虚拟现实要能够完成人可以自由的和虚拟世界内的对象实现交互，有一种身临其境的感受，使用的主要输入、输出设备有数据手套、头盔显示器、三维声音产生器、三维位置传感器以及数据衣服等。所以，价格低廉、新型、耐用性好的数据衣服和手套将成为今后的研究重点。

4.4 智能语音虚拟建模

虚拟现实建模过程是较为复杂的，需要有较多的时间和精力。假设将智能、语音识别等技术与虚拟现实技术相结合的话，可以很好的对这一问题加以解决。可以将模型的方法、属性、特点的描述利用语音识别技术来对建模数据加以转化，之后再使用计算机的图像处理技术以及人工智能来进行设计、评价，将模型用对象进行表示，同时逻辑地使各个模型进行动、静态的连接，最终创建出系统模型。在模型形成后对其进行评价，给出一定的评价结果，同时由人工使用语言对其编辑和确认。

4.5 应用大型分布式网络虚拟现实

分布式网络虚拟现实是将零散的虚拟现实系统和仿真器利用网络将其连接在一起，采取协调一致的标准、结构、数据库以及协议，创建出一个在空间、时间相互联系的虚拟合成系统，使用者可以进行自由的交互。当前，分布式虚拟现实交互已经成为国际上的研究热门。网络分布式显示虚拟在航天上有着极为重要的应用价值，可以减少研制经费以及设备费，同时可以降低人员的出差费以及出差造成的不适。

5 结语

综上所述，虚拟现实技术有着广阔发展前景的高新技术，但是仍有着诸多的需要解决的问题。虚拟现实技术已经在现实生活中的许多方面得到应用，并发挥出了极为重要的作用。作为二十一世纪大力发展的技术，在今后的发展中将会取得越来越广泛的应用，将会对人们的习惯以及理念加以改变，同时深入的应用与我们的日程生活和工作中。

参考文献

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[4]赵晶，李建亮，李福海.虚拟现实技术在地震应急救援训练基地中的应用[J].华北地震科学，2016，02（02）：63-66.

[5]诸葛.浅谈虚拟现实技术在教学中的应用[J].教育观察（上旬刊），2014，01（01）：38-39+45.

[6]李东.浅谈虚拟现实技术在煤矿中的应用[J].中国信息化，2014，11（11）：48-51.

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二、虚拟现实技术概述

虚拟现实（VirtualReality，VR）技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及显示技术，生成三维的虚拟环境，介入者利用键盘、鼠标等输入设备，或者带上头盔、数据手套等传感设备进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象，获得身临其境的感受和体验。

虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力三个基本特征。在具体的教学实验中，学生可以作为主角存在于虚拟环境中，对虚拟环境内的物体进行操作并从环境中得到自然的反馈，而且当学生沉浸在多维信息空间中时，能够主动地获取知识，寻求解答，形成新的概念。

虚拟现实技术以其诸多的优点决定了它在教育领域中的重要作用。一是避免真实实验或操作所带来的各种危险并降低真实实验的实验用品损耗；二是在虚拟实验中可以获得与真实实验一样的学习效果，还可根据实验教学发展需求“引入”新设备，不断对新设备进行扩展。三是彻底打破空间与时间的限制。总之，虚拟现实技术结合多媒体技术和计算机网络，能提高实验效果与效率，充分发挥教学优势。

三、虚拟实验室的实现

虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。在虚拟实验室中，学生能够在计算机建立的三维的模拟实验场景中从不同的视角观察一个实验对象，通过鼠标的选择或者拖曳操作便可完成与虚拟实验对象之间的交互。

（一）仿真实验

虚拟实验室实际上就是数字化的仿真技术在实验教学中的应用，一个真正的虚拟实验教学系统的前台是多媒体或是虚拟化的环境，后台是实时仿真的过程。

目前的仿真软件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在构建虚拟实验时，应根据具体需求，选择合适的开发工具。如何将计算机仿真技术与虚拟化的仪器或多媒体环境有机的结合起来是虚拟实验室建立的关键和核心技术。

（二）支持技术

目前国内外对虚拟实验室的开发大致采用以下几种方法：

1．使用JAVA+VRML进行开发。Java目前已经成为跨平台应用软件开发的一种规范，主要讨论对象行为。VRML是一种虚拟现实建模语言，着重于虚拟场景中对象的特征。采用JAVA+VRML混合编程是实现较复杂动态场景控制等高级交互功能的有效方法。但基于VRML虚拟现实的虚拟实验在制作上较复杂，客户端需要有大量的专业的设备（如头盔、触觉手套等），附加成本较高，并且运行VRML对客户端计算机的性能要求也很高。

2．使用ActiveX控件进行开发。ActiveX技术是Microsoft为适应网络发展的需要而将OLE技术在Internet上的重定义。在虚拟实验室的开发过程中，代码复用性对于持续开发过程尤为重要。可以利用VB、VC++、Delphi、Builder等任何一种支持COM规范的开发工具来进行ActiveX控件的开发。由于ActiveX控件只能运行在基于MicrosoftWindows的操作系统，因而移植性和通用性较差。

3．使用QuickTimeVR进行开发。QuickTimeVR（简称QTVR）是新一代的、基于静态图像处理的实景建模的虚拟现实技术。QTVR可以应用照片、录像或数字图像等离散数据来创建虚拟环境，完成三维空间及三维物体的造型，并实现全方位观察。具有更高的真实感、更丰富的图像和更鲜明的细节特征。QTVR制作简单、周期较短、可控性也很强，对开发一些简单的网络实验教学软件的难度不大。

4．使用FLASH进行开发。FLASH是一种基于矢量的图形系统，具有短小精悍、任意缩放、兼容性良好、嵌入ActionScript脚本功能等特点。而且Flash中的工作组功能极为强大，包含一套新的工作流程，可自动更新Flash网站的数据驱动，从而大大节约了开发者的时间。因此，FlashActionScript是网上教学虚拟实验室开发的最佳平台。

（三）功能模块设计

无论建设哪个学科的虚拟实验系统，从功能模块上均可划分为三个部分。

1．网络服务。用户可通过网络注册个人信息并经过验证后登录虚拟实验系统。登录该系统后学生可自主选择将要进行的实验，并根据实际需要获得相关的指导。

2．仿真实验。采用计算机仿真技术来构建实验模型，设计出用于测试的虚拟仪器设备、实验线路或回路、实验元器件或构件库、判别实验效果的评价标准等。用户选择相关的仿真实验以后，根据提示进行相关的操作，观察实验现象并记录实验结果。

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虚拟现实技术(ⅥrnJalReaJ时，简称vR技术)出现于20世纪60年代，随着处理器技术的大幅度提高以及图形绘制技术、数字信号处理技术、传感技术的发展，近几十年来在国内外形成了对虚拟现实的研究热潮。

虚拟现实系统提供了一种先进的人机界面，它通过为用户提供视觉、听觉、触觉等直观而自然的实时感知交互的方法和手段，最大程度地方便用户的操作，从而减轻了用户的负担，提高了系统的工作效率。虚拟现实技术具有3个突出特征：沉浸性、交互性、想象性。

虚拟现实系统由两部分组成：一部分为创建的虚拟环境，另一部分为介入者。虚拟现实的核心是强调两者之间的交互操作，即反映出人在虚拟环境中的体验。我们可以给出如图1的虚拟现实的概念模型。

二、虚拟实验系统

1．虚拟实验系统的特点

(1)共享程度高。虚拟实验系统不同于传统实验在地域和时间上的限制，它不仅可以接受本地用户的访问，有访问权限的异地用户也可以使用系统。并且也无需考虑使用时间的问题，实验者可以随时进行实验。虚拟实验系统为用户提供了一个可以在任何时间、任何地点访问的实验环境，极大地提高了信息与实验资源的共享程度。

(2)强大的交互能力。为了向用户提供一个逼真的实验环境，虚拟实验系统往往都具有强大的交互能力，实验者和虚拟实验对象之间可以通过鼠标的点击或者拖曳操作进行交互，实验者可以实时地观看实验现象和实验结果。

(3)支持协作。虚拟实验系统提供了多种方式来完成用户间的信息交流。

2．虚拟实验系统的建模

如何构建教学型虚拟实验系统，使其能够拥有丰富的实验内容表现方式、提供形象生动的实验内容，让让学生实现从感知到理解的过程，一直是研究教学型虚拟实验系统的热点问题之一。

虚拟实验系统的构建是将多种技术综合运用，首先构建实验过程所需要的各种仪器设备，对于场景进行建模。三维虚拟场景模块的建立是以某一实景为基础的，因此在虚拟场景建模之前需要对实验室环境进行实地考察并对建筑物进行筛选，从而构建具有真实感的实验环境。对于仪器设备完全用ⅥML语言建立复杂的三维模型是相当烦琐的，而且建模方法缺乏直观性，而3DSMAX强大的三维建模功能以及对具有转换为V文件格式输出的功能，使其在三维虚拟场景中广泛应用。我们在实际的建模过程中根据要建立模型的特点选择建模方法。简单模型，直接采用VRML中简单几何体拼贴纹理的方法，对于复杂场景则采用3DsMAx建模后以VRMI，文件格式输出。当然在虚拟实验的建模过程中的庞大建模工作量对软件的建模效率以提出了很高的要求，于是，在该建模过程中我还采用了高效的照片建模软件Canoma，Canoma是MetaCreations公司(即现在的Vie、vpoint公司)的软件产品，利用它可以让我们无需建模，即可直接从一张或几张照片制作三维模型，因为使用真实照片直接生成三维模型，所以效果非常真实；而且CaIloma可生成网络使用的VRM，文件格式。为了能够反映真实仪器设备的特性，有时还采用FLASH技术来达到仪器设备外观的逼真性，并提供一些基本的交互。

3．虚拟实验系统中的交互

交互性是虚拟实验系统中的一个重要问题。一类是用户在浏览场景的时候，主要的输入设备就是鼠标，这时候检测器实际上是检测用户对于鼠标的各种操作动作，如鼠标的单击、指向、拖动等等，从而场景做出相应的反应。检测这类动作的监测器是接触型监测器。描述这类监测器的节点有接触监测器节点TouchSensor以及PlaneSensor节点、SphereSensor节点、CylinderSenS0r节点；另一类是用户和场景中某对象接近的程度，对象做出相应的反应，使得用户和虚拟对象之间形成交互。

将所有仪器设备成功地加入到场景当中之后，用户应该可以随意地拿起自己需要的实验器材进行实验，所以要提供用户选取实验器材的接口。当用户在选择某件仪器，为了提供给用户选择的接口，我们在实验仪器原型中设计了供用户选择的按钮。如果选中时就可以点击按钮“tal(e，无需使用就只要点击“放回”按钮。由于用户需要与系统进行交互，同时系统需要根据用户的选择与后台数据库进行通信，因此我们使用JavaApplet。Applet具有良好的网络传输透明性，图2显示了浏览器通过Appl访问数据库的整个过程。

三、虚拟实验集成的系统结构

1．软件程序集成

软件程序是虚拟实验系统的重要内容，是系统的灵魂所在。在虚拟实验系统中，我们将软件程序部分按照层次化和模块化的设计模式进行集成。集成化的软件程序依据集成度的大小分为不同层次的模块，分属不同层次的模块充分体现了整体和部分的关系，各模块都可以看成是下一层次多个模块集成的整体，每一个模块又都可以看成是上一层次模块中的一部分，各层次之间互为整体和部分的关系为系统结构构架提供了灵活的方式。

2．系统功能集成

系统功能集成是建立在软件程序集成的基础之上的，系统功能集成是系统结构集成的重要体现，系统结构的有效集成度是系统功能集成的重要基础。在虚拟实验系统中，软件程序的集成保证了系统功能在不同层面上的集成度和在各层面之间的灵活性。以不同集成度来形成的系统功能整体在系统构建、修改、维护等方面起到了重要的结构化支持作用。

3．仪器软面板集成

仪器软面板是虚拟实验系统的重要特色之一。在传统实验系统中，仪器设备一般会自带一个显示屏，以及相关的操作组件和按钮来形成一个操作面板，这个面板的形式以及各组件和按钮的功能是固定的，不能修改和设置。在虚拟实验系统中，各种仪器设备的操作面板集中显示在计算机的显示屏幕上，这种面板由软件程序来形成和设置，由键盘、鼠标以及其他的外部输入设备来控制，面板的形式以及各组件和按钮的功能可以根据需要自定义，可以将多个仪器的面板组合在一起，也可以将某一个仪器的面板简化。仪器软面板形式和功能上的这种灵活性正是系统集成度的体现。

4。网络集成

网络的出现使得分布式结构成为可能。在虚拟实验系统中，我们通过网络可以突破时间和空间的限制，将更多的协议方和操作方以一定的集成度集成在一起，共同完成实验项目。我们在谈集成性的问题的时候，一定是和相应的分散度联系在一起的，就如同整体和部分之间的关系，每一个整体都可以看作更大的整体的一部分，而每一个部分又都可以看成更多小部分的整体。网络的分布式保证了系统结构的集成性。

四、虚拟实验教学应用的优势

从虚拟实验的技术优势和实验教学的现状需求出发，其优势主要体现在以下几个方面：

1．资源开放

从虚拟实验的技术实现角度来看，实验教学中的有效资源全部开放，这使得实验项目从开发到操作，再到后期数据处理与实验课程的复习全部开放给学生，学生可以利用系统软件程序模块和实验项目设计模板等帮助实验设计方案的形成与开发；利用数据分析与处理工具包进行实验数据的分析与处理，获得规律性认识：教师的指导性意见、学生的交流信息和实验故障和误差分析等信息资料，可以帮助学生在实验课程总结和复习中取长补短、巩固知识。

2．组织形式开放

虚拟实验将实验资源、实验项目开发和实验操作等网络化、平台化，因此实验内容、时间以及地点等组织形式是开放的具备可选择性。针对目前实验教学需要跨学科、跨地域、多项实验同时开展等现状要求，虚拟实验所具备的组织形式开放性为实验教学模式的扩展提供了技术准备。

3．对象开放

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2.虚拟现实技术中的关键技术（1）广角立体显示技术以往的计算机图形技术如果具有足够准确的模型也可以精确产生不同事物的形象，但是对于一些特殊情况，图像的刷新就相当重要，同时也要求较高的图像质量。实时三维计算机图形技术可以做到实时、快速刷新图像，图像质量也较高，这项技术在模拟飞行系统中运用较为广泛。（2）触觉与力觉反馈技术触觉与力觉反馈技术通过在手套中安装一些可以振动的触点来模拟触觉，使人们能够在虚拟世界中直接对见到的事物进行操作，从而能够感受到物体对人体所产生的反作用力。该技术使虚拟环境更加逼真，使人们产生身临其境的感觉，从而更为准确地反映出虚拟环境状况。

二、虚拟现实技术在展示设计中的应用

1.打破了展示设计中时间与空间所带来的局限性在展示设计中利用虚拟现实技术可以打破时间与空间所带来的局限性，无论是宇宙天体，还是原子粒子，展示设计人员都可以利用虚拟现实技术自由进入物体内部，通过对各环节的工作情况和各环节之间的联系进行考察，从而对物体进行全方位的细致研究和分析。同时，虚拟现实技术也能打破时间所带来的局限性，它能够展示一些需要经过很长时间产生的变化，这对展示设计具有重要的意义。

2.可以弥补展示设计中的不足将虚拟现实技术应用于展示设计中，可以弥补在设计过程中由于场地、设备以及经费的局限而导致的一些设计工作无法顺利开展的不足，使环境设计的实际效果能够得到保证。由于在展示设计中引入虚拟现实技术，设计人员不需要实地考察，只需要电脑便可以了解到具体的场景，从而减少了展示设计成本的支出，也可增加人们对设计的感性认识，便于人们准确理解和掌握展示设计的内容，进而使得展示设计的质量得到提升。

三、虚拟现实技术在展示设计中的应用前景

1.图形、输入输出、处理能力等方面的突破虚拟现实技术是一个较为全面的设计表达系统，它能够突破以往电脑效果图的维度限制，将各种类型的环境数据体现在展示设计中。这些方面的完善和改进带动了展示设计的革新，使得展示设计师的地位也获得了提高。通过虚拟现实技术，参观者能更加深入地感受参观经历的微妙性、复杂性、趣味性，从而使展示设计的质量得到提高。

2.虚拟现实技术应该注重与其他技术的结合如今，计算机技术快速发展，虚拟现实技术在展示设计中的应用应该越来越注重与其他技术的结合，使设计人员能够从不同角度对设计对象进行直观的展示，从而设计出更加人性化的作品。在展示设计中引入虚拟现实技术是设计领域的一种新颖的方式，在未来会有很大的发展前景。虚拟现实技术将会在展示设计中得到更为广泛的应用，其作用也将越来越受到人们的关注。

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关键词:虚拟现实 3D虚拟商城 分布式虚拟现实

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

一、引言

随着Internet的发展,人们的商务行为已经从传统商务转变为电子商务。在各种各样的电子商务中,最为重要的一种就是网上商店。人们可以足不出户,在家里的电脑上就可以买到几乎所有的商品。目前除了2D网页式的实现方式以外,分布式虚拟环境是网上商店的一种更新、更好、更合适的实现方式。

二、虚拟现实技术

虚拟现实(VR, Virtual Reality)也被称为虚拟环境 (Virtual Environment. VE)、人工现实((Artificial Reality),电脑空间((Cyberspace).是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是作为一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种科学技术而发展起来的计算机领域的新技术,目前所涉及的研究应用领域已经包括军事、 医学、心理学、教育、科研、商业、影视等,VR技术已经被公认为是 21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。

虚拟现实的研究开发工作可追溯到80年代初。如1983年美国国防部(DOD)制定了SIMENT的研究计划;1985年SGI公司开发成功了网络VR游戏DogFlight。到90年代初,美国率先将虚拟现实技术用于军事领域,主要用于以下四个方面:虚拟战场环境;进行单兵模拟训练;实施诸军兵种联合演习;进行指挥员训练。一些著名大学和研究所的研究人员也开展了对分布式虚拟现实系统的研究工作,并陆续推出了多个实验性DVR系统或开发环境,典型的例子有美国NPS开发的NPSNET(1990)、瑞典计算机科学研究所的DIVE(1993)及英国Nottingham大学的AVIARY(1994)。

目前虚拟现实系统主要划分为四个层次:一是桌面虚拟现实系统,也称窗口中的VR。它可以通过桌上型机实现,所以成本较低,功能也最简单,主要用于CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)建筑设计、桌面游戏等领域。二是增强现实性虚拟现实系统,又称为混合虚拟现实系统,它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统。三是沉浸虚拟现实系统,如各种用途的体验器,使人有身临其境的感觉,各种培训、演示以及高级游戏等用途均可用这种系统。四是网络分布式虚拟现实系统(Distributed Virtu al Reality,DVR),它在因特网环境下,充分利用分布于各地的资源,协同开发各种虚拟现实的利用。网络分布式虚拟现实将分散的虚拟现实系统或仿真器通过网络连接起来,采用协调一致的结构、标准、协议和数据库,形成一个在实践和空间上互相耦合的虚拟/合成环境,参与者可自由地进行交互作用。目前,分布式虚拟交互仿真已经成为国际上的研究热点,相继推出了 DIS、MA等相关标准。网络分布式虚拟现实在航天中极具应用价值,例如,国际空间站的参与国分布在世界不同区域,分布式虚拟现实训练环境不需要在各国重建仿真系统,这样不仅减少了研制费设备费用,而且也减少了人员出差的费用和异地生活的不适。它通常是浸沉虚拟现实系统的发展,也就是把分布于不同地方的沉浸虚拟现实系统通过因特网连接起来,共同实现某种用途。

分布式虚拟现实系统在远程教育、科学计算可视化、工程技术、建筑、电子商务、交互式娱乐、艺术等领域都有着极其广泛的应用前景。利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区全新的应用系统。典型的应用领域有:(1)教育应用:把分布式虚拟现实系统用于建造人体模型、电脑太空旅游、化合物分子结构显示等领域,由于数据更加逼真,大大提高了人们的想象力、激发了受教育者的学习兴趣,效果十分显著。同时,随着计算机技术、心理学、教育学等多种学科的相互结合、促进和发展,系统因此能够提供更加协调的人机对话方式。(2)工程应用:当前的工程很大程度上要依赖于图形工具,以便直观地显示各种产品,目前,CAD/CAM已经成为机械、建筑等领域必不可少的软件工具。分布式虚拟现实系统的应用将使人员能通过全球网或局域网按协作方式进行三维模型的设计、交流和,从而进一步提高生产效率并削减成本.(3)商业应用:对于那些期望与顾客建立直接联系的公司,尤其是那些在他们的主页上向客户发送电子广告的公司,Internet具有特别的吸引力。分布式虚拟系统的应用有可能大幅度改善顾客购买商品的经历。(4)娱乐应用:娱乐领域是分布式虚拟现实系统的一个重要应用领域。它能够提供更为逼真的虚拟环境,从而使人们能够享受其中的乐趣,带来更好的娱乐感觉。

三、3D虚拟商城

目前,电子商务潮流充斥着整个社会,给整个经济社会带来了无限商机,随之出现在网络世界中的在线虚拟商城也拥有很多好处,比如可以每周七天每天24小时不间断营业,用户可以很方便地通过搜索来找到他所需要的项目和产品,还有很重要的是不用实体店面可以节省很多的成本。但是,在线虚拟商城中,用户总会觉得产品太少,而且觉得只你一个人在购物,很孤单。在这种环境下,用户不愿意像在实体店中那样逗留很久。最终,在网上虚拟商城中的消费也大打折扣。为了满足人们的更高需求,突破2D网页界面的网页的3D虚拟商城等正在逐步走入并将逐渐占领整个商业市场。

3D虚拟商城是一种基于Internet的虚拟购物环境,它采用C2C的电子商务模式,让用户在3D虚拟环境中漫游,能进行交互式的操作,全面虚拟了购物的浏览、挑选、支付的过程,使用户有身临其境的感受;同时还会提供数字化的管理,商品分类清楚,搜索方便,具有完备的财务系统和可靠的安全系统,确保购物的有效性,完整性和机密性。3D虚拟的商城中3D语音和图像功能为顾客提供身临其境的、互动以及网络一体化的虚拟世界。顾客可以通过创建个人化的“虚拟替身”(avatar),在3D虚拟商店中浏览商品和购物,同时与来自世界各地的其他顾客和销售人员互动交流;其次,顾客也可以参加由虚拟商店职员提供的商品演示或使用指导;第三,顾客可以通过组建社会化或虚拟的购物群组,与他们的朋友、家人和同事共同举办网上购物聚会,共同分享购物的乐趣与经验,开创全新的辅助式电子商务或社交性购物的概念;第四,网上客户服务将变得尽善尽美,客户将不再需要通过电子邮件、点击通话或浏览数百页的网上论坛来寻找所需的答案。一旦有任何疑问,便可立即登录,向客户服务代表寻求帮助、或者询问另一位信用评级较高的顾客;第五,企业更可以利用网上商店,在虚拟环境中测试新的店面设计和构思。因此建立并发展3D虚拟商店具有实际意义。

四、DVR(Distributed Virtual Reality,DVR)在虚拟商城中的应用

虚拟现实(VR)是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身历其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。而虚拟现实技术的兴起,为人机交互界面的发展开创了新的研究领域;为智能工程的应用提供了新的界面工具;为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。它充分利用计算机硬件与软件资源的集成技术,提供了一种实时、三维的虚拟环境(VirtualEnvironment),使用者完全可以进入虚拟环境中,观看计算机产生的虚拟世界,听到逼真的声音,在虚拟环境中交互操作,有真实感,可以讲话,并且能够嗅到气味。DVR技术的发展始终围绕它的三个特征而前进,即沉浸感、交互性和构想。这三个重要特征与其相邻近的技术(如多媒体技术,计算机可视化技术等)相区别,沉浸感是指计算机生成的虚拟世界能给人一种身临其境的感觉,如同进入了一个真实的客观世界; 交互性是指人能够很自然地跟虚拟世界中的对象进行交互,操作或者交流;构想是指虚拟环境可使人沉浸其中并且获取新的知识,提高感性和理性认识,从而深化概念并萌发新意。因而可以说虚拟现实可以启发人的创造性思维。这些特点均为三维虚拟商城的建立和发展提供了良好的技术支持,基于DVR平台的三维虚拟商城将是电子商务网络商城发展的必然趋势。

其中三维虚拟商店的系统结构和模型的研究、三维虚拟商店的碰撞检测方法、三维虚拟商店的动态交互等都是基于DVR的技术支持。三维虚拟商店的系统结构和模型的研究是为了提高系统的安全性和综合性能,方便以后对系统功能进行完善和扩张进行的,系统采用MVC三层结构。对系统的关键信息进行了封装,而且大部分业务逻辑处理都集中在服务器上,提高系统安全性和性能。三维场景的碰撞检测对于提高虚拟系统的真实性、增强虚拟环境的沉浸感有至关重要的作用;三维虚拟商店的动态交互主要研究三维虚拟场景中物体的动态添加、三维场景中物体的材质的更新、三维场景与数据库的关联等问题。

虚拟商城的展示在国外发达国家得到了广泛的应用,成为实物展示的重要互补。我国在虚拟商店展示领域的研究比较落后,对虚拟展示系统的开发技术没有形成完整的理论和方法,特别在商店的设计与制作方面,缺乏有效的开发平台。而网络虚拟技术的发展为商家与客户进行信息交流开辟了一条新途径,特别是虚拟现实技术的发展,为网上最终实现网上虚拟展示的“真实化”提供了可能。

参考文献:

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[2] 苏建明,张续红,胡庆夕.展望虚拟现实技术[J].计算机仿真, 2004年1月,第21卷第1期,18-21.

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VR艺术是伴随着“虚拟现实时代”的来临应运而生的一种新兴而独立的艺术门类，在《虚拟现实艺术： 形而上的终极再创造》一文中，关于VR艺术有如下的定义：“以虚拟现实、增强现实等人工智能技术作为媒介手段加以运用的艺术形式，我们称之为虚拟现实艺术，简称VR艺术。该艺术形式的主要特点是超文本性和交互性。”

作为现代科技前沿的综合体现，VR艺术是通过人机界面对复杂数据进行可视化操作与交互的一种新的艺术语言形式，它吸引艺术家的重要之处，在于艺术思维与科技工具的密切交融和二者深层渗透所产生的全新的认知体验。与传统视窗操作下的新媒体艺术相比，交互性和扩展的人机对话，是VR艺术呈现其独特优势的关键所在。从整体意义上说，VR艺术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式，其最大优势在于建构作品与参与者的对话，通过对话揭示意义生成的过程。

艺术家通过对VR、AR等技术的应用，可以采用更为自然的人机交互手段控制作品的形式，塑造出更具沉浸感的术环境和现实情况下不能实现的梦想，并赋予创造的过程以新的含义。如具有VR性质的交互装置系统可以设置观众穿越多重感官的交互通道以及穿越装置的过程，艺术家可以借助软件和硬件的顺畅配合来促进参与者与作品之间的沟通与反馈，创造良好的参与性和可操控性；也可以通过视频界面进行动作捕捉，储存访问者的行为片段，以保持参与者的意识增强性为基础，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像；通过增强现实、混合现实等形式，将数字世界和真实世界结合在一起，观众可以通过自身动作控制投影的文本，如数据手套可以提供力的反馈，可移动的场景、360度旋转的球体空间不仅增强了作品的沉浸感，而且可以使观众进入作品的内部，操纵它、观察它的过程，甚至赋予观众参与再创造的机会。VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。

在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在20世纪90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具，虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。但该系统有待进一步改进，如需提高环境的真实感，增加网络功能，使其能同时培训多个使用者，或可在外地专家的指导下工作等。手术后果预测及改善残疾人生恬状况，乃至新型药物的研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。

在医学院校，学生可在虚拟实验室中，进行“尸体”解剖和各种手术练习。用这项技术，由于不受标本、场地等的限制，所以培训费用大大降低。一些用于医学培训、实习和研究的虚拟现实系统，仿真程度非常高，其优越性和效果是不可估量和不可比拟的。外科医生在动手术前，通过虚拟现实技术的帮助，能在显示器上重复地模拟手术，移动人体内的器官，寻找最佳手术方案并提高熟练度。在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生活状况，乃至新药研制等方面，虚拟现实技术都能发挥十分重要的作用。

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二、虚拟现实技术与动画艺术的融合之路

动画在当前社会的发展中，在形式上很多情况不能满足商业或艺术上的要求，这就要求动画技术进行革新以满足其需求。然而，虚拟现实技术就应运而生了，虚拟现实技术使动画艺术在表现形式上更广，甚至促进新兴行业的产生。例如，虚拟三维仿真动画游戏，建筑漫游交互可视化，模拟军事、工业制作互动领域。

三、模拟真实环境，实时仿真交互

模拟真实环境主要是应用在商业中，早在加拿大，就已经投入运用了，即，在商业会议中，会议中的人员都不会到场，而是在家拿出手机或是电脑，进入一个虚拟的办公环境中，大家都坐下来开会就好了。这样就大大节省了资源。在虚拟的环境中每个模型的外形，进行真实的拟合，然后通过数据转换成三维模型。比如，蓝天白云花草树木的模拟、虚拟现实主题公园真实模拟、真实的建筑场景等。

四、动画艺术与虚拟现实技术的发展

动画艺术的设计可以挖掘传统文化中的元素。传统文化经过几千年的沉淀，所留下来的优秀文化大多是符合大众口味，都有其独特的艺术形式，吸引着各自的爱好群体。虚拟现实技术随着科技的发展，也日益健壮，把动画艺术融入到虚拟现实当中，其视感、触觉可谓大为观止。建筑行业中，为了把握市场趋势，果断启用最新技术把握住了商机。虚拟现实技术甚至成了当今房地产行业综合实力的象征与标志；工业生产中，虚拟现实技术给其带来了便捷，提高了效率，更是减少了损失；在军事模拟动画中，给战士充足的现场感觉，提升了培训质量。

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1.虚拟现实技术专利申请分析

虚拟现实技术在2008年之前发展缓慢，每年的专利量均在200件之下，特别是从1997年至2001年，专利年申请量不到100件，主要是因为这段时期我国虚拟现实技术处于发展初期与技术飞速发展的酝酿阶段[1]。从2008年开始，VR领域专利申请量呈现逐年上涨的趋势，尤其是2016年，专利申请量出现大幅上升，达到了1131件，比上一年度增长了37.1%。可以预见，2017年虚拟现实技术方面的专利数量将会有进一步的突破。

对申请专利的法律状态进行分析，目前处于授权状态的专利为1927件，而处于实质审查中的专利为1881件，占到专利总量的36.8%，虚拟现实领域的专利三分之一以上的专利量为最近几年申请。可见，我国VR技术虽然起步较晚，相应的产业还未成熟，但是未来的发展势头强劲，技术研发也在不断加大。

2.虚拟现实技术IPC分类分析

虚拟现实领域专利IPC的分布反映了虚拟现实技术研发的主要方向，同时预示着新一代产品和未来市场的发展趋势。我国虚拟现实领域专利主要集中分布在物理领域（G部，占了9个），其中专利数量最多的类别为G06F3/01（用户和计算机之间交互的输入或输出装置），专利量达732件，占到专利总量的14.33%，其次为加盖显示器类别的专利（519件），其余类别的专利均在200件以下。排名前十的IPC分类中，唯一一个非G部的分类为电学领域（H部）中的图像重现装置，专利量为142件。 采用IPC大类方式进行分类，A63（运动；娱乐；游戏）方面的专利有487件，并且相关专利主要集中在“使用二维或多维电子显示器显示与游戏有关图像的游戏方面”。由此可见，虚拟现实技术在游戏方面已有了很好的布局，娱乐游戏领域将会是虚拟现实技术发展的趋势。

3.虚拟现实技术申请人分析

对虚拟现实领域专利申请人的情况进行分析，申请量前十的所属机构以公司为主（占了9个），唯一一个高校机构排名第五。其中乐视公司以223件专利量排在首位，紧随其后的是微软公司（146件），索尼公司（121件），其余机构的专利量均在100件以下。由此可知，虚拟现实技术具有重要的产业价值，诸多企业都是申请虚拟现实技术专利的主力军，虚拟现实技术也具有重要的产业价值，受到企业的重视。

从所属国家的统计结果可以看出，排名前十的机构中，有三家来自美国（微软、高通、IBM），两家来自日本（索尼、佳能），一家来自韩国（三星），仅四家源自中国本土。由此可见，国外VR领域巨头已在我国进行了大量的专利布局，中国本土虚拟现实产业与技术的发展必将面临国外强势机构的技术壁垒。从申请期间和有效专利占比的对比数据中可以看到，微软、索尼、三星以及IBM自上个世纪便开始在中国进行VR领域专利的布局，尤其是微软公司，不仅专利的申请量位居第二，其有效专利的占比也是高于同类企业，可见微软公司非常重视中国虚拟现实领域的市场[2]。值得强调的是，乐视公司与北京小鸟看看科技有限公司的专利申请均从2015年开始，仅两年的时间，前者申请了223件专利，后者申请量74件专利，可见这两家公司在虚拟现实的技术研发上发展势头强劲，虽然起步晚，但竞争实力不容小觑。

4.结论

我国虚拟现实技术专利主要集中在虚拟现实设备输入输出装置、显示器、3D建模以及数据处理等方面。在娱乐游戏方面有大量专利涉及，该领域将会是VR技术未来发展的重要方向。同时，国外虚拟现实领域巨头已在我国进行了大量的专利布局，在排名前十的高产机构中，一半以上为外国企业，其中美国占据三个席位，表现出强大的竞争力。我国本土企业虽然起步较晚，但是发展势头强劲，最近几年专利申请量呈现爆发式增长，尤其是乐视公司，旗下223件专利均为近两年申请，占据十大高产机构的榜首。由此可见，国外虚拟现实领域巨头虽然实力强劲，但是国内企业若能把握技术要点，仍有很多突破机会，及时占领国内市场，甚至进军世界。

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多媒体技术的诞生及快速发展，为人们提供了新的思路和新的方法，用于解决过去难以解决的问题。目前，在科学研究、远程教育、现代医疗、军事训练、航空航天等各个领域已经广泛推广应用，随着现代信息技术的发展，特别是因特网技术的迅猛发展，网络教学也得到了长足的进步，在全民教育中网络教学的作用及特点也愈加明显，学生借助互联网提供了广阔的学习空间，有效扩大了学习规模，提高了教学效率。然而，网络教学的客观实际——教师与学生在现实空间中的分离，导致了网络教学中情感教学的严重缺乏。

一、虚拟现实技术的沉浸性

虚拟现实技术是对虚拟想象（三维可视化的）或真实的、多感官的三维虚拟世界的模拟，是一种综合技术。它涉及计算机图形学、人机接口技术、图像处理与模式识别、多传感器技术、语音处理与音响技术、网络技术、并行处理技术、高性能计算机系统、人工智能等。虚拟现实技术的特性包括沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想象性（Imagination）。

沉浸性作为虚拟现实技术最主要的特征，就是让用户成为并感受到自己是计算机系统所创建的虚拟世界中的一部分，感受到自身在虚拟世界中的主动性，突破了被动的观察者的惯例，沉浸在虚拟世界之中，参与虚拟世界的各种活动。虚拟现实的沉浸性取决于用户的感知系统，当虚拟世界给予用户多方位的感知刺激时，包括力觉、触觉、味觉、嗅觉甚至运动感知和身体感知等，便会引起用户的思维共鸣，造成心理沉浸，从而感觉到如同进入一个真实存在的世界。

二、网络教学中情感缺失问题突出

网络教育是信息技术与教育理念共同发展的产物，其在教育领域中已经成为不可或缺的一部分，为教育工作开拓了新的广阔的发展空间，发挥着重要的作用。然而，网络教育虽然提供了相对宽松、快捷、自由和开放的学习环境，有着一些传统教育不具有的优势，却缺少了基于课堂教学的传统教育中的情感因素。师生之间感情的流露、语言的交流和非语言（如手势语、体态语等）的展示，无时无刻不在培养着处于这一环境中的每一个学生的道德、情感和人际沟通等方面的素质。在网络环境中人的情感、态度、热情是很难有效呈现的，这种现象已经引起了社会各界人士的关注，很多学者就网络教学中情感缺失问题的原因及对策进行了分析研究，并提出了很多应对策略，包括转变传统教育观念、调动网络资源中利于情感教学的因素、利用多媒体创设情境等，但取得的效果却并不令人乐观。

三、利用虚拟现实技术为网络教学创设分布式虚拟教学环境

虚拟现实技术根据“沉浸性”程度的高低和交互程度的不同，划分为沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统、增强式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统。其中分布式虚拟现实系统的目标是在“沉浸式”虚拟现实系统的基础上，基于自然的交互方式，将分布在不同地理位置上的多个用户或多个虚拟世界通过网络连接在一起，使每个用户同时参与到一个虚拟空间，计算机通过网络与其他用户进行交互，共同体验虚拟经历，以达到协同工作的目的。网络教学中的教育对象分布于全国各地，通过网络集中在一起开展学习，可以采用分布式虚拟现实系统为网络教学提供一个虚拟的、沉浸的教学环境，该环境可以多用户同时进入，用户间、用户与虚拟环境间可进行实时交互。

该分布式虚拟教学系统主要由计算机、输入/输出设备、应用软件、数据库和网络环境等组成，其中应用软件和数据库可以根据教学需要进行设计，设置场景布置、模型的纹理材质标准、实时交互性的强弱。而输入/输出设备是决定沉浸性的关键，以键盘、鼠标为输入设备，以2D显示器为输出设备，其沉浸性是最弱的，如果以数据衣、数据手套、数据头盔、力矩球、空间跟踪器等作为输入/输出设备时，其沉浸性会很强烈。分布式虚拟教学系统通过网络将所有的用户连接到系统中，用户通过应用软件登陆，进入系统，通过输入设备将每名用户的行为包括语言、动作等输入系统，计算机进行复杂运算后，系统作出反馈，通过输出设备反馈给每名用户，不同的用户，输入不同，得到的反馈也是不同的，包括整个虚拟环境也在以每名用户为主体进行实时的变化。

在分布式虚拟教学环境中同学们的表情、动作等输入都及时传输到系统并作用于其他用户（包括教师和虚拟课堂场景），其他用户感知该用户的行为后也会作出相应的反应，包括整个课堂场景的反馈，会实时地反馈给该用户。如同在真实的传统课堂中教学一样，老师可以同时看到同学们的一举一动，而同学们也能通过面部表情的变化感受到老师在讲授中的心理情感变化。每位同学的学习情况、知识的理解程度，都能实时反映给老师。尽管大家身处异地，相隔千里，但进入虚拟教室后，就会感受到其他同学和老师就在自己身边，感受到其他人的喜怒哀乐，他是虚拟的但他就在用户的周围、就在用户的眼前，看得见、摸得着。这样一来，网络教学不再像过去那样，冷冰冰地只是一味地灌输知识，没有情感感知，没有实时交互。虚拟现实技术的特点在虚拟培训方面表现得比较突出。虚拟现实技术的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟学习环境中扮演一个角色，全身心地投入学习，这非常有利于学生的技能训练。

相信不仅的将来，随着科学技术水平的不断进步，虚拟现实设备的不断发展，虚拟世界与客观真实世界的无限趋近，虚拟环境中的沉浸性一定会越来越令人震撼，其在教学中的应用也会更加广泛，对网络教学的发展也会产生更加深远的影响。

参考文献：

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