虚拟现实概念汇总十篇

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概念范例，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）

中图分类号：U662.3 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0114-02

目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，虚拟现实技术的应用，使设计思路和设计表达如虎添翼。让人多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。

一、虚拟现实与虚拟现实技术

（一）虚拟现实（Virtual Reality，VR）及虚拟设计（Virtual Design，VD）

虚拟现实（Virtual Reality，VR）是利用计算机省城一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与该环境直接进自然交互的技术。这里所谓模拟环境就是计算机生成的具有色彩的立体图形，它可以是某特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括立体头盔、数据手套、数据衣服等穿戴于用户身上的装置和设置现实环境中的传感装置。自然交互是指用日常使用的方式对环境内的武体进行操作并得到实时立体反馈。虚拟现实是一种全新的人机交互系统，它能对介入者产生各种感官刺激，如听觉、视觉、嗅觉、触觉，给人身临其境的感觉，人能以自然的方式与计算机生成的环境进行交互操作。

虚拟设计是以“虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段”，借助这样的设计手段，设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然地交互，实现从定性和定量综合集成环境得到感性和理性的认识，从而帮助深化概念和萌发新意。

（二）虚拟现实技术

虚拟现实技术是人的想象力和电子学等相结合而产生的一项综合技术，它利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然的交互，从而体验比现实世界更加丰富的感受。

二、概念设计的定义及内涵

Pahl和Beitz在《Engineering Design》一书中提出“概念设计”这一名词以来，人们对概念设计进行了十几年的研究。他们将其定义为：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理极其组合等，确定出基本求解途径，得到求解方案，这部分设计工作叫做概念设计。

国内的学者也对概念设计进行了大量的研究，其中邓家|在《产品概念设计》一书中将“产品概念设计”定义为“由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的，可组织的，有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。”

在几十年的时间里，人们对概念设计的研究日益增加、不断深入，使概念设计的内涵更加广泛和深刻。主要体现在:根据产品生命周期各个阶段的要求进行市场需求分析、功能分析、功能的工作原理、动作行为的构思、行为载体的选择和方案的组成的等。可见，确定方案是概念设计的最终结果，产品生命周期全过程的满足才是概念设计的关键。设计方法上更加全面融合各种方法，寻求综合最优方案，同时使设计更具创造性。

概念设计是对产品或部件的构思，目的是捕捉产品的基本形状。这个阶段，产品的形状和精确尺寸尚未确定，设计人员有一定变更自由，所以尽可能考察设计方案，以便选出生产成本最低、创意良好的方案。利用传统的计算机辅助设计，往往多是二维交互工具，缺乏三维或者多维的功能，但是产品却是三维的部件，这样必然导致人机交互效率低。现行的计算机辅助设计系统要求定义零件的尺寸，而在产品的概念设计阶段这样的尺寸可能无法精确得到或者根本没必要精确定义，这样必然影响设计效率和周期。传统的计算机辅助设计需要两类人员配合，即产品的设计人员和电脑绘图员，产品设计人员有关产品的概念信息通过草图或者口述的方法传达给电脑人员，这样导致信息的丢失或者绘图者的曲解，而如果设计者本人直接参与电脑辅助设计建模的话，由于现行的电脑辅助设计系统的操作复杂和交互能力若，大大分散了设计者的精力，限制了思路。为了克服这样的限制，充分发挥设计人员的创造性，人们开始把虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统进行概念设计，将虚拟现实技术和概念设计有效结合，利用丰富直观的交互手段，在虚拟环境中进行概念设计，从而节省产品精确描绘和尺寸定义的时间，这就是基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计，即虚拟概念设计。

三、虚拟概念设计的研究方向和应用前景

（一）概念设计中应注意的两个问题

1.虚拟现实环境下的概念可视化。概念可视化是指设计师透过画面或者模型，将市场的需求转换成可视化的具体形态。概念设计是否能符合目标用户的要求，“眼见为实”的图面或者模型是最具有说服力的。

2.虚拟现实环境下的人机交互界面。想实现人机互动，必须解决一系列技术问题，形成和谐的人机环境。虚拟现实就是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用计算机技术为核心的现代高科技省城逼真的视听触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、互相影响，从而产生“沉浸”于等同真环境的感受和体验。

（二）虚拟现实技术在概念设计中的前景

在虚拟现实环境下，进行产品的概念设计是虚拟现实技术的基本内容。在电脑虚拟现实提供的良好的可视化条件下，对电脑辅助设计建立的三维模型在几何、功能、加工与装配等方面进行交互性的修改，利用虚拟现实给用户提供诸如视听触觉等各种感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。相关人员可以对原型的各方面包括视觉效果、部件间比率进行评价。针对不同用户的爱好要求，在不同的虚拟环境中，亲自体验修改模型；选择产品的可选部件，观察设计和修改过程。

概念设计是设计过程的初步阶段，它的目的是获得做够多的有关产品式样和形状的信息，同时它又是设计过程中的重要阶段，因为产品成本的60%～70%是由这个阶段决定的。面对日益加剧的产品市场竞争的挑战，可以预见，基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计必有长足发展，最终将与现有计算机辅助设计系统实现无缝集成。激烈的全球市场竞争，各国投入大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。

参考文献

[1]周洪玉，王慧君，周岩．虚拟现实及应用的研究[J]．哈尔滨理工大学学报，2005，(5)．

篇（2）

（一）虚拟现实（VirtualReality，VR）及虚拟设计（VirtualDesign，VD）

虚拟现实（VirtualReality，VR）是利用计算机省城一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与该环境直接进自然交互的技术。这里所谓模拟环境就是计算机生成的具有色彩的立体图形，它可以是某特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括立体头盔、数据手套、数据衣服等穿戴于用户身上的装置和设置现实环境中的传感装置。自然交互是指用日常使用的方式对环境内的武体进行操作并得到实时立体反馈。虚拟现实是一种全新的人机交互系统，它能对介入者产生各种感官刺激，如听觉、视觉、嗅觉、触觉，给人身临其境的感觉，人能以自然的方式与计算机生成的环境进行交互操作。

虚拟设计是以“虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段”，借助这样的设计手段，设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然地交互，实现从定性和定量综合集成环境得到感性和理性的认识，从而帮助深化概念和萌发新意。

（二）虚拟现实技术

虚拟现实技术是人的想象力和电子学等相结合而产生的一项综合技术，它利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然的交互，从而体验比现实世界更加丰富的感受。

二、概念设计的定义及内涵

Pahl和Beitz在《EngineeringDesign》一书中提出“概念设计”这一名词以来，人们对概念设计进行了十几年的研究。他们将其定义为：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理极其组合等，确定出基本求解途径，得到求解方案，这部分设计工作叫做概念设计。

国内的学者也对概念设计进行了大量的研究，其中邓家褆在《产品概念设计》一书中将“产品概念设计”定义为“由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的，可组织的，有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。”

在几十年的时间里，人们对概念设计的研究日益增加、不断深入，使概念设计的内涵更加广泛和深刻。主要体现在:根据产品生命周期各个阶段的要求进行市场需求分析、功能分析、功能的工作原理、动作行为的构思、行为载体的选择和方案的组成的等。可见，确定方案是概念设计的最终结果，产品生命周期全过程的满足才是概念设计的关键。设计方法上更加全面融合各种方法，寻求综合最优方案，同时使设计更具创造性。

概念设计是对产品或部件的构思，目的是捕捉产品的基本形状。这个阶段，产品的形状和精确尺寸尚未确定，设计人员有一定变更自由，所以尽可能考察设计方案，以便选出生产成本最低、创意良好的方案。利用传统的计算机辅助设计，往往多是二维交互工具，缺乏三维或者多维的功能，但是产品却是三维的部件，这样必然导致人机交互效率低。现行的计算机辅助设计系统要求定义零件的尺寸，而在产品的概念设计阶段这样的尺寸可能无法精确得到或者根本没必要精确定义，这样必然影响设计效率和周期。传统的计算机辅助设计需要两类人员配合，即产品的设计人员和电脑绘图员，产品设计人员有关产品的概念信息通过草图或者口述的方法传达给电脑人员，这样导致信息的丢失或者绘图者的曲解，而如果设计者本人直接参与电脑辅助设计建模的话，由于现行的电脑辅助设计系统的操作复杂和交互能力若，大大分散了设计者的精力，限制了思路。为了克服这样的限制，充分发挥设计人员的创造性，人们开始把虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统进行概念设计，将虚拟现实技术和概念设计有效结合，利用丰富直观的交互手段，在虚拟环境中进行概念设计，从而节省产品精确描绘和尺寸定义的时间，这就是基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计，即虚拟概念设计。

三、虚拟概念设计的研究方向和应用前景

（一）概念设计中应注意的两个问题

1.虚拟现实环境下的概念可视化。概念可视化是指设计师透过画面或者模型，将市场的需求转换成可视化的具体形态。概念设计是否能符合目标用户的要求，“眼见为实”的图面或者模型是最具有说服力的。

2.虚拟现实环境下的人机交互界面。想实现人机互动，必须解决一系列技术问题，形成和谐的人机环境。虚拟现实就是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用计算机技术为核心的现代高科技省城逼真的视听触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、互相影响，从而产生“沉浸”于等同真环境的感受和体验。

篇（3）

1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(Manufacturingdesign)制造设计。由此可见，产品的概念设计的主导地位和重要性。

1概念设计的内涵

概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”，让学生进行座椅的开发设计。步骤是，首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理，并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事，从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为，在民间曾有这样一个说法，就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上，取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后，就断了药，从此不再吃药，这也意味着孩子走向健康。所以，将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时，用折断了的钥匙做椅架为主题，由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略)，于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。

这是传统的产品概念设计。当然，产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化，设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中，产品概念的构思是丰富的，人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。

2概念设计与产品市场

概念设计只是第一步，能不能进行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市场为开发商或企业带来效益等，这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距，是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中，只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中，如何减少做“分母”的被动，扩大见效益的百分比，仍是最关键的，是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。

3虚拟现实技术促使概念设计的市场化

为了更好地接近产品的市场需求，目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，计算机辅助工业设计的发展，尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品，让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，就大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程，保证产品开发一次性成功，加快开发进程，甚至使设计者和用户融为一体，设计出满足市场需要的产品。

二、虚拟现实技术与虚拟产品

1虚拟现实系统(VirtualReality，VR)

虚拟现实系统又称为虚拟现实环境，是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动，观察周围的景物，还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象，听到的是虚拟环境中的音响，感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:

1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)这种方法产生虚拟环境的步骤为:

①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;

②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;

③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。

2)基于图像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:

用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像，将获取的景物图像，通过图像处理技术，按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上，用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。

2虚拟现实系统的常用设备及要求

虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外，还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。

3虚拟产品(VirtualProduct，VP)

虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物，是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真，设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。

三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景

在概念设计中，如采用头脑风暴法进行方案创意时，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多地关注产品使用者的感受，而非产品本身。比如，针对不同用户及爱好者的要求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议，邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。

为了适应激烈的市场竞争，设计厂家不能坐等用户找上门订购产品，而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告，再与计算机网络技术结合起来，使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品，并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时，还可以通过Email对产品提出意见和建议，让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力，为设计厂家谋得更多的市场份额。

若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望，通过网上游览，将信息反馈到各商家，商家则会主动争先与厂家联系，网上定货，使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争，各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。

参考文献

1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究，1999，6

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虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)是指利用计算机生成一种模拟环境,并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中,实现用户与该环境直接进行自然交互的技术;VR技术可以让用户使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察或操作,同时提供视、听、摸等多种直观而又自然的实时感知 [1]。虚拟现实技术能将三维空间的意念清楚的表示出来,并产生各种感观的刺激信息;同时,它使学习者能直接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用,以多种形式参与到事件的发展变化过程中去,从而获得最大的控制和操作整个环境的自由度。这种呈现多维度信息的虚拟学习环境,将为参与者以最直观、最有效的方式掌握新知识、新技能提供前所未有的新途径。

一、虚拟现实技术对中学化学教学的影响

使用虚拟现实技术可以让信息的表现形式丰富多彩,实现了用可视、可听的信息来代替只能阅读的信息,用简洁形象的三维信息来代替抽象冗长的文字信息,用生动的动画形式来表现难以理解的文字叙述,为计算机辅助教育带来了生气和活力,促进了教学观念、教学内容、教学手段的改变 [2]。

1.教学观念的变化

传统的教学观念主要是“传道、授业、解惑”,教师是教学的中心,教师决定教学内容、结构、教学方法及教学进度,这种教学方法是以教为主,学生始终处于被动的学习环境中。现代化的教学方法要求改变传统的课堂讲授式为启发引导式,追求教与学的合作化,以讲授引导思维,以教导激发感情,并赋予学生学习的主动性。虚拟现实教学有利于创造这样的环境,以教师为中心的授课形式将会被改变,以学生为中心的个别化教学、合作化教学和环境中自我探究得以真正实现。虚拟现实正是在现代教育思想指导下,使用新技术改进教学方法的尝试。虚拟现实技术引入教学,从多媒体虚拟现实系统的组织形式看,虚拟现实是非线性的网络结构,逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能,在这个基础上教学将特别强调由学生主动参与来构建知识结构,变学生的“被动听讲”为“主动学习”,由“要我学”转变为“我要学”,这将极大地促进教学观念发生变化。

2.教学内容的变化

教学内容是教学过程中传递的教学信息,是学生获取知识、掌握技术、发展能力的主要源泉。虚拟现实技术的引入使教学内容无论是外在形式还是内在结构都产生了很大的变化。

随着教育技术的发展,教学内容的外在形式从原来的录音、录像转变为使用具有人机交互的计算机。对于抽象的、概括的概念、原理,除了用文字和语音协同描述外,还可以用三维实景虚拟现实过程;对于看不见的变化、无法触摸的物体或有危险的场所,甚至自然界或现实生活中不可能存在的事件,也可以通过虚拟现实技术去展现。借助于计算机技术的强大功能,教学内容可以用最有效的方式来表现 [3]。

教学内容的内在结构就是学科知识结构设计,知识结构是学科知识间的逻辑关系,是学科内含智力因素的信息源。传统的化学教材及实验指导材料都是以线性结构来组织知识结构的,知识内容的结构及顺序都是以教为主,教学顺序性很强,学生只能在教师的讲授下获得正确的概念、原理及逻辑关系。这种形式的学习,学生对教师的依赖性很大,教材也只是一种教授材料,学生利用它学习的自由度不大,灵活性不强,难以促使学生从已建立的知识结构向新知识结构迁移。

使用虚拟现实技术后,多种媒体的信息结合为一体,就可以接近人类认知特点的方式去组织和展示教学内容、构建知识结构,这种网状的信息组织方式是一种非线性结构,虚拟现实技术是多媒体信息处理的高度集成,可以将信息的组织形式与信息内容呈现的多样性、复杂性有效结合起来,为学生提供了一种动态、开放的结构化认知形式。既包括了学科的基本内容,又包括了学科内容之间的逻辑关系,既注重知识的形成过程,又注重知识的结构,凭借视觉、听觉、触觉信息的协调作用使教学内容的统一与灵活性得到了完善的结合,更有利于学生进行扩散思维,联想原有的知识,获得新知识。

3.教学手段的变化

教学手段是教学过程重要的组成部分之一,它是实现教学目的和教学任务的有效保证。虚拟现实技术可以促使教学手段向科学化、高效益方向发展。

虚拟现实技术能提供直观的、形象的多重感官刺激的视听觉材料,以一种直接的信息传递方式,通过身临其境的、自主控制的人机交互,由视觉、听觉、触觉获取“外界”的反应,提供生动活泼的直观形象思维材料、展现学生不能直接观察到的事物,从而形成新的知识点[ 4]。与传统媒体相比,虚拟现实技术更有利于训练学生的分析总结能力,构建多学科交叉的知识网络,有利于学生知识的获取和增长,培养有创新意识的综合型人才。

二、虚拟现实技术在化学教学中的具体应用分类

虚拟现实技术在化学教学中可以让学生进入问题存在的环境,有针对性地建构虚拟情境,引导学生进行探究。虚拟现实以一种接近人类认知特点的网络化结构形式,用各种媒体信息包含知识点,由各知识点之间的逻辑链接关系构成了教学内容的知识结构,提供发现式的学习思维轨迹。虚拟现实可以让学生通过分析、综合、比较、归纳、推理等高级思维技能围绕假设进行论证,接近或掌握真理,形成发现式的学习风格和策略,培养高层次的思维技能,这也是素质教育的重要内容之一。

虚拟现实学习系统主要包括五个要素:专家、真实世界、认知模型、虚拟世界和学习者 [5]。根据这五个要素的相互关系可以将虚拟现实在化学教学中的具体应用分为四种类型:概念学习、技能训练、协作学习和科学探究。

1.概念学习

专家在真实世界对化学概念进行研究,通过科学的方法建立相应的认知模型,通过计算机技术建立各种感知模型来创设虚拟环境,把教学中的抽象概念、原理以形象生动的方式表现出来,通过虚拟环境的反馈来调整自己的认知模型,并重新调整虚拟环境,直到与真实世界相符。学生在虚拟世界建立刺激-反应联结,获得感知,建立关于抽象化学概念的智力模型。

2.实验技能训练

专家首先创设和真实实验相符的虚拟环境。学生在虚拟化学实验室里反复观看演示实验或进行模拟操作,获得的操作经验和操作技能正向迁移到真实实验。2005年8月,清华附中网校推出了网上虚拟实验室,包含了教材中部分典型实验内容,其学习步骤分为“实验演示”、“动手实验”、“实验探索”三部分。学生在网页中选择实验课程后,就可以进入虚拟实验室学习。

3.协作学习

和概念学习类似,专家首先创设和真实环境相符的虚拟环境。学生一方面可以单独操作虚拟环境来进行知识学习,另一方面还可以通过虚拟环境与其他的介入者进行交流或协作,并从真实世界获得知识,共同完成知识的建构。

在传统的化学教学中,交流只限于师生之间,学生与学生之间缺乏协作,而虚拟现实教学不受空间位置和相互距离的限制,可让远距离的师生或位置分散的学生共同“存在”于一个虚拟空间中,通过共同参与,且必须具备协同操作能力才能完成某些项目的设计或训练。这种教学手段与传统的课堂教学中师生之间的交流仅局限于固定时间、固定空间的结构中有很大的差别,不但师生之间可有效交流,而且学生之间能实现协作,有利于培养学生的协作能力。

4.科学探究

专家首先创设和真实环境相符的虚拟环境。学习者可以单独或者和其他介入者进行合作来操作虚拟环境中的对象,进行探索研究,以专家设计的认知模型系统为基础探索建构个体的认知模型,再通过虚拟环境和真实世界进行检验和调整。

任何一种新技术、新媒体的出现,都会引起教育上的革命。虚拟现实技术促进了教学观念、教学内容、教学手段的改变,对优化教学过程、培养具有创新意识和创新能力的人才产生深远的影响。在化学教学中合理应用虚拟现实技术,一定会产生质和量的飞跃。

参考文献

[1]申蔚,夏立文.虚拟现实技术.北京:希望电子出版社,2002.

[2]赵士滨.虚拟现实技术进入高校教学的研究与实现.电化教育研究,2001(2).

[3]单美贤,李艺.虚拟实验原理与教学应用.北京:教育科学出版社,2004.

[4]宋达.虚拟现实技术在教育领域中的应用与设计.东北师范大学,2005.

篇（5）

【中图分类号】G632 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)09-0147-02

如何寻找自己产品的概念进行创造呢?需要的产品有需要的根据和理由,需求的产品也有需求的产品概念创造方式,欲望性的产品要有满足欲望的利益结构。这里主要说的是产品的个性概念的市场挖掘和创造,因为我们需要利用这个被挖掘出来的概念对消费者进行引导和教育,所以,这个概念不仅有其合理性的问题,还需要有市场是不是符合的问题,市场有没有需求的问题,所以,在创造这个概念的时候,还要考虑市场因素的影响,不能自己认定什么就是什么。而是需要把产品和市场的定位搞准确。

1产品概念设计与市场

1.1概念设计的内涵: 概念的设想是创造性思维的一种体现,概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”,让学生进行座椅的开发设计。步骤是,首先向学生讲述心理学中的一个名词——暗示心理,并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事,从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为,在民间曾有这样一个说法,就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上,取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后,就断了药,从此不再吃药,这也意味着孩子走向健康。所以,将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时,用折断了的钥匙做椅架为主题,由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略),于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。

这是传统的产品概念设计。当然,产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化,设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中,产品概念的构思是丰富的,人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。

1.2概念设计与产品市场: 完成概念设计只是第一步,能不能进行第二步Detaildesign,第三步Manufacturingdesign,甚至投放市场为开发商或企业带来效益等,这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距,是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中,只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。

1.3虚拟现实技术促使概念设计的市场化: 为了更好地接近产品的市场需求,目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计,就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析,其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是,产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而,设计表达在信息时代已是多元化的展示形式,计算机辅助工业设计的发展,尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用,已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品,让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受,这样开发设计的产品与传统相比,就大大减少了投放市场的风险性,也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产,提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程,保证产品开发一次性成功,加快开发进程,甚至使设计者和用户融为一体,设计出满足市场需要的产品。

2虚拟现实技术与虚拟产品

2.1虚拟现实系统(VirtualReality,VR): 虚拟现实系统又称为虚拟现实环境,是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动,观察周围的景物,还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象,听到的是虚拟环境中的音响,感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力,从而让使用者产生一种身临其境的感觉。

2.2 虚拟现实系统的常用设备及要求: 虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外,还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。

2.3 虚拟产品(VirtualProduct,VP): 虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物,是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真,设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的,因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程,使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。

3虚拟现实技术在概念设计中应用前景

产品概念是企业营销活动中启发市场需求的一个非常重要的原点问题,就是说是一个根本性的问题,只有把产品概念设计准确,才能使产品的推广行为按照企业的期望目标和消费者可能接受的目标来达成。这个概念问题平时在企业中不太被重视,但随着市场竞争的加剧,会有更多的企业真正认识到这一点。

随着计算机技术的发展,设计手段发生了根本性的变化,设计新理论、新方法、新技术不断涌现。产品的概念设计随着人们的审美水平提高而更有个性更张扬地发展。它不再以陌生的面孔出现在人们面前。它将更人性化而丝毫不乏现代感且深入人们的生活。

参考文献

[1]A.R米勒 JM布朗,《设计感觉》,中国轻工出版社。

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中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）25-0133-02

目前，很多学校为了更好地提高学生的实践能力，开展了实验教学活动，从而能够通过具体的实验教学，让学生更好地将理论知识运用到实践当中。但是在开展实验教学活动时，可以利用虚拟现实技术对实验的过程及效果进行模拟，从而能够更好地促进实验效果的提高。因此，本文围绕着虚拟现实技术的概念、价值进行论述，最后总结了虚拟现实技术在实验教学中应用的原则和具体的实践方法，从而能够为虚拟现实技术在实验教学中的应用提供更多的参考。

1 虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术主要是指利用计算机及相关的设备，能够为用户提供相关的视觉、听觉体验，从而能够使得用户利用自己的感知来进行体验。虚拟现实技术是对真实现实中的情况进行模拟，从而通过各种表现形式进行信息的传播。

虚拟现实技术主要具有以下几个方面的特点：第一，虚拟性的特点，虚拟现实技术主要是对现实中真实存在的事物进行模拟，所以虚拟环境中与真实的环境比较相似，这也是虚拟现实技术的基础，从而能够为人们提供更好的虚拟体验；第二，交互性，虚拟现实技术不仅仅能够模拟现实中的事物，而且可以模拟现实中事物对人产生的反馈等等，因此人们能够在虚拟现实中，与周围的事物产生较好的互动，能够进一步增加虚拟现实技术的真实性。根据以上虚拟现实技术的特点可以看出，其主要是为了更好地营造虚拟的现实环境。

2 虚拟现实技术的价值

虚拟现实技术产生之后，不仅仅作为一种新的科学技术，而且能够对现实世界产生一定的价值。虚拟现实技术的价值主要体现在以下几个方面：第一，模拟真实的现实活动，从而使得人们无法在现实世界中完成的活动，能够通过虚拟现实技术来实现。例如：普通人群希望能够对消防过程进行体验，但是无法真实地进入发生火灾的现实情况中，那么就可以通过虚拟现实技术，从而模拟火灾现场，这样人们可以感受到相应的信息；第二，虚拟现实技术可以为教育提供更大的价值，例如：在教育中进行研究时，人们希望对于某些设想进行实践，但是又缺乏足够的条件来完成实践过程，这时就可以利用虚拟现实技术来讲模拟实验情况，从而能够达到更好的效果；第三，帮助人们树立更好的抽象思维，对于人们来讲，是生活在三维的世界当中，对于很多东西的感知都是通过抽象思维来进行的；但是，很多时候三维世界在平面进行展示时，缺乏抽象思维的人群无法适应这一过程。所以，可以利用虚拟现实技术帮助人们更好地树立抽象思维。

3 虚拟现实技在实验教学中应用的原则

根据以上的分析和论述可知，虚拟现实技术具有鲜明的特点，同时对于教学有着良好的促进作用。因此，可以将虚拟现实技术应用到实验教学活动中，但是在应用的过程中需要遵循一定的原则，本文通过简要介绍，认为这些原则主要体现在以下几个方面：

3.1 学生主体性的原则

根据素质教育的内容可以得知，学生是教学中的主体。因此，在实验教学过程中应用虚拟现实技术时，也需要遵循学生主体性的原则，为此可以做到以下几点：第一，在传统的教学观念中，学生是知识的被动接受者；但是，为了更好地将虚拟现实技术应用于实验教学中，需要充分认识到学生是学习的主体，教师应该给予学生充分地指导，从而更好地提高学生在实验教学中的积极性，从而能够促进虚拟现实技术在实验教学的良好应用；第二，利用虚拟现实技术培养学生独立思考的能力，虚拟现实技术能够对实验过程和实验结果进行良好的模拟，因此在开展实验教学过程中，可以充分利用虚拟现实技术对实验过程进行模拟，教师给予良好的指导，从而能够培养学生独立观察、独立实验以及独立思考的能力。

3.2 教师指导性的原则

在进行实验教学的过程中，离不开教师的良好指导，需要在将虚拟现实技术应用到实验教学过程中，进一步遵循教师指导性的原则，更好地发挥教师的指导作用，为此可以参考以下几点：第一，要正确认识虚拟现实技术在实验教学中的作用，虚拟现实技术作为一种辅助技术，能够更好地促进实验教学的开展，但是无法替代教师在实验教学中的指导地位，需要不断明确这一原则，才能够更好地在实验教学过程中应用虚拟现实技术；第二，教师应该充分转变自己的在实验教学中的角色，从传统的课堂主导地位向着引导地位转变，在进行实验教学中可以给予学生更多的自由，体现学生在课堂中的主体地位；同时也需要给予学生更好的指导，帮助学生更好地利用虚拟现实技术完成实验教学过程。

3.3 遵循因材施教的原则

为了更好地提供实验教学效果，很多学校在进行实验的过程中，应用了虚拟现实技术，使得学生能更好地观察到实验的过程和结果。但是，不同的学生之间的学习能力和实验能力等等都存在较大的差距，因此在将虚拟现实技术应用到实验教学的过程中，需要遵循因材施教的原则，为此可以做到以下几点：第一，为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，需要对每个学生的学习情况进行了解，从而能够根据学生的学习能力和学习特点，应用不同的虚拟现实技术，更好地促进实验教学的开展；第二，在进行教学的过程中，需要尊重每个学生的思想，为学生提供相对自由的实验环境，从而能够给予学生充分的空间，发挥自身在实验教学中的积极性，以及对虚拟现实技术的兴趣，从而能够更好地促进虚拟现实技术在实验教学中的应用。

3.4 遵循开放性和创新性的原则

对于很多学校来讲，开展实验教学课程就是为了更好地让学生将理论知识运用到实践当中，从而能够更好地促进学生学习的开放性和创新性。因此，为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，也需要遵循开放性和创新性的原则，为此可以做到以下几点：第一，对于实验教学来讲，在进行实验的过程中，实验结果有着多种可能性，可能失败也可能成功，还可能出现很多未知的结果，因此在应用虚拟现实技术的过程中，遵循开放性的原则，对于每一种实验结果都进行大胆假设小心求证，而不是仅仅局限在教学内容中；第二，创新是实验教学的重要教学目标之一，通过培养学生的实践能力，从而能够为学生的创新能力打下良好的基础。因此，在将虚拟现实技术应用到实验教学的过程中，需要遵循创新性的原则，才能够更好地发散学生的思维，进一步提高学生的创新能力。

4 虚拟现实技术应用于实验教学的实践方法

4.1 熟练掌握虚拟现实技术在实验教学中的应用方法

为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，需要教师和学生熟练掌握虚拟现实技术的应用，为此可以做到以下几点：第一，对于实验教学中的学生进行集中培训，利用教学课程中的相关课时，对虚拟现实技术机器及其相关技术的应用方法进行相关的讲解，使得学生能够熟练操作相关的设备，确保实验教学课程的顺利开展；第二，学生和教师需要对实验教学进行相关的准备，例如：学生需要对实验教学课程中运用到的相关知识进行复习，教师需要对实验教学活动的开展进行备课，从而能够提前对实验教学进行演练，能够为将虚拟现实技术应用到实验教学中提供基础条件。

4.2 设计合理的实验教学过程

虚拟现实技术作为一种新的实验方法，开始应用于实验教学过程中，对于原有的实验教学步骤或者方法会产生一定的影响。因此，为了更好地将虚拟现实技术运用到实验教学中，需要设计合理的教学过程，为此可以做到以下几点：第一，教师需要对相关的实验教学内容进行分析和整合，从而寻找到适合运用虚拟现实技术的部分；另外，教师还需要合理安排运用虚拟现实技术进行实验的时间，从而确保实验教学能够在一定的课时内完成；第二，教师需要将在实验教学中用到的相关资料准备好，例如：对虚拟现实技术的操作资料、或者虚拟现实技术中用到的一些硬件或者软件等等，这样才能够保证学生在进行实验时，满足应用虚拟现实技术的条件。

4.3 参考其他成功的教学案例

为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，还需要参考其他成功的教学案例，为此可以做到以下几点：第一，虚拟现实技术在很多国外的实验教学中有着广泛的应用，所以可以参考国外一些实验教学的开展方式，从而能够学习如何将虚拟现实技术应用到实验教学中的方法；第二，在进行学习的过程中还需要结合学校以及教学内容，从而能够开展适合实验教学的虚拟现实技术应用方式，更好地确保虚拟现实技术在实验教学中的运用。

4.4 对虚拟现实技术在实验教学中的应用效果进行反馈

虚拟现实技术是一项新兴的技术，在实验教学时运用的过程中可能会存在很多不足的地方，因此为了更好地将虚拟现实技术应用到实验教学中，需要建立相关的应用效果反馈体系，为此可以做到以下几点：第一，教师应该对学生参与实验教学活动的结果进行反馈，不仅仅需要对实验教学内容和结果进行反馈，而且还需要对虚拟现实技术的应用给予相关的意见，从而能够促进虚拟现实技术的更好应用；第二，教师需要对相关的反馈结果进行收集，对于出现的集中问题给予关注，从而能够及时给予解决，确保虚拟现实技术在实验教学中的顺利应用。

5 小结

随着我国计算机技术及相关技术的发展，为虚拟现实技术的发展和应用提供了条件。因此，本文首先对虚拟现实技术的概念和特点进行了论述，进而提出了将虚拟现实技术应用于实验教学的相关原则，最后提出了将虚拟现实技术应用与实验教学的实践方法。相信，随着虚拟现实技术在实验教学中的良好运用，能够更好地提高实验教学效果。

参考文献：

[1] 方敏， 杨宝义， 汪蓉等. 虚拟现实技术在急危重症护理学实验教学中的应用[J]. 中华护理教育， 2015（11）.

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1.在虚拟现实电影/纪录片中，现实看起来将是什么样？

在真正的虚拟现实影片中，观看者应当可以选择不同角色的视角。因此，电影制片商会有这样的问题：观影者是会参与影片的互动，还只是被动地欣赏？他们能否对最终结局产生影响？从更高的层面，问题可以这样来看：在虚拟现实中，观影者受到的限制是什么？

在这一领域，电子游戏和电影的界线将逐渐模糊。如果你允许观影者去影响故事的发展，那么所要做的就不仅仅是向他们呈现静态的屏幕视角，而是提供更复杂、可能性更多的环境。在这样的环境中，观影者实际上可以体验他人的生活。这样的电影是否仍然可以被称作“电影”？

与高端摄像机类似，在虚拟现实电影的制作过程中，虚幻和Unity等游戏引擎将会发挥重要作用。随着技术进步，360度视频摄像机将可以捕捉整个真实世界环境，而游戏引擎则可以补充画面的材质细节，使我们可以获得影片主角的视角。与此同时，影片和纪录片的制作者需要研究，对观众来说，什么样的期望是合理的，什么样的期望过高。

这样的模式转变对纪录片的影响更大。纪录片应当呈现真实，但如果其中的一部分是虚构的，那么将会怎样？关于纪录片的道德底线是什么？

2.在虚拟现实影片中，我的注意力应该放在哪里？

能带来强烈沉浸感的虚拟现实系统将可以重新创造出五感，从而引导用户的注意力。

目前，Oculus、HTC和三星的虚拟现实设备只能提供画面和声音，以及一定的运动追踪功能。但许多公司已着手开发全身套装，让用户“感受到”现实，而气味传感器则可以令用户感受到周围的味道。很快，眼球追踪技术将使参与者之间的眼神互动成为可能，而表情追踪技术则可以帮用户向周围人表达自己的情绪。

人类心灵的复杂性将是传感器难以突破的限制。有些技术很奇怪，但很明显，关于如何在虚拟现实环境中主导用户的注意力，我们还有很多问题等待研究。

这方面的研究是否有价值？我们是否真的需要全面沉浸在某一故事中，甚至通过味觉传感器去了解虚拟现实中的食品是否美味？或许没有必要，但电影制片商很可能会关心这样的技术。

关于电视机，技术升级带来了更多像素。而关于虚拟现实，新的技术将使虚拟世界更接近现实。电影制片商和摄像机厂商需要迅速适应这样的现状，了解新的传感器能带来什么样的功能，以及哪些做法完全无效。

3.关于欣赏虚拟现实中的故事，人类会否过于“懒惰”？

关于虚拟现实，这是个更高层次的问题，很难给出明确的回答。在结束一天的工作，精疲力尽之后，人们常常会选择娱乐活动。然而，虚拟现实技术将在虚拟环境中重塑真实世界，这意味着用户需要走来走去，亲自动手去操作，或是站起来转圈，去观察周围环境。

我们究竟会有多懒？在获得越来越多输入方式的情况下，我们也在变得越来越懒。我曾经躺在沙发上，一边吃薯片一边玩Wii上的网球游戏。因此，虚拟现实技术需要找到最不容易被用户抗拒的互动方式。

目前，虚拟现实电影正处于探索阶段。尝试过虚拟现实电影的人士对此印象深刻，因为虚拟现实本身是一种全新的媒介。然而，当观众们体验了更长的电影，感到脖子痛之后，新鲜感将会逐渐消退。目前很明显的一点在于，尽管虚拟现实毫无疑问有着巨大的潜力，但内容并不总是针对虚拟现实进行优化。

4.虚拟现实是否发展得太快？

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中图分类号：TU986.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）0410018-01

计算机技术的发展，帮助各个行业的新技术与新方法的出现。园林景观设计由于与计算机计算联系十分密切，设计过程中需要大量的计算机辅助设计，因此，伴随着计算机的更新，园林设计方法也获得了扩展。其中，虚拟现实技术就是随着计算机技术发展所兴起的一门综合性技术[1]。虽然目前该技术在园林设计中应用的还不普遍，但相信随着技术的越来越成熟，其应用范围必将越来越广泛[2]。

1 虚拟现实技术

1.1 虚拟现实技术的概念[3]

虚拟现实技术是一项综合集成技术，涉及的领域比较广泛，包括传感技术、人机交互技术、显示技术、人工智能、计算机图形（CG）技术等，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。从狭义的上讲，虚拟现实技术的涵义为：利用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使使用者通过一定的装置，轻松地对虚拟世界进行体验，并且两者能够自然的进行交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以利用辅助工具立即进行感应，并通过复杂的运算，将精确的3D世界影像传回到使用者眼前，使其产生临场感。从广义上讲，虚拟现实技术的概念为：泛指在功能意义或者是物理意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上能够实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的，如赛伯空间等。

1.2 虚拟现实技术的构成及分类

虚拟现实技术由硬件技术和软件技术构成。其中计算机以及相关的设备等都属于硬件技术。当前在计算的输入输出硬件设备中，听觉和视觉设备研究相对较成熟，有关人类味觉、嗅觉以及力道大小的设备正在研制中。

虚拟现实技术依据其主要的技术特点可以分为两种类型：一类是三维模型虚拟方式；另一类是全景图虚拟方式。根据交互和浸入程度的不同可以分为以下四类：桌面式VR系统（窗口中的VR）、沉浸式VR系统、分布式VR系统和叠加式VR系统（又称增强现实系统）。在四类虚拟系统中，桌面式虚拟系统成本最低，不需要大型的处理器及服务器，仅利用个人计算机就可以产生三维虚拟的空间场景。

1.3 虚拟现实技术的设计流程

运用虚拟技术辅助园林景观设计的流程主要分三个步骤[4]，如图1所示。首先是绘制平面图，主要利用CAD等相关软件设计并绘制园林景观的平面布局。然后，基于绘制好的平面图，通过调查收集相关数据，构建虚拟场景模型。在场景模型中，包括多种小模型，如房屋模型、道路模型、水位模型等。在构建模型中，还要尽量多的收集相关图片，制作成纹理填图，以增加虚拟场景的效果。由于虚拟场景需要渲染，因此在场景构建中，不仅要达到效果上的要求，还要控制模型数据量。必要时需要对虚拟模型进行优化。最后，基于平台实现集成。经过多年的发展，目前虚拟现实技术的实现也派生出多种不同的方法，现在较为流行的有JAVA3D、CUTE3D、VRML、VRMAP、VRP等方法，不同方法都有各自的特点。其中，VRP和VRMAP是两款优秀的虚拟现实软件，应用较为普遍，在数字城市、遥感测绘、地质、石油化工等都有广泛的利用。

2 虚拟现实技术在园林景观设计中的应用现状

在国外，虚拟现实技术在景观设计中应用的时间可以追溯到上世纪60年代。摩登·海里戈以美国的布鲁克林街道为背景，建立了一个模拟系统，被认为是提出并实践沉浸式虚拟环境的先驱者[5]。SRI研究中心1991年利用虚拟现实技术对汽车驾驶过程和飞机飞行过程进行模拟，通过模拟仿真分析事故原因，减少驾驶及飞行过程中事故的发生。

相对于国外虚拟技术的发展，我国国内将该技术应用于园林景观设计的时间较短，与国外相比存在一定的不足。近几年来，部分科研院所和单位都陆续开展了基于虚拟现实技术的景观设计研究，也取得了不错的成果。如哈尔滨工业大学开发的合成人类表情和唇动系统，浙江大学研制的建筑环境虚拟系统[6]等等。

3 虚拟现实技术在园林景观设计中的展望

虚拟现实技术在用于园林景观设计时，需要结合自身的特点，研究并借鉴相关领域的理论知识和技术方法。虚拟现实技术在园林景观设计中迅速推广的突破点可以归结为一下几点：

1）设计更高质量、更快速度的计算机硬件及图形处理软件，研制成本更低，性能更加优良的计算机输入和输出设备。通过这些基础硬件和软件的突破，推动园林景观设计中虚拟技术的快速应用，提高模拟系统的设计质量。

2）注重将虚拟现实技术与其他技术的融合。可以尝试融合虚拟现实技术与3S技术。3S技术可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。在景观设计过程中，可以充分利用3S技术的特点，实时了解设计场地的高程等信息，然后将信息传递给虚拟现实系统，使设计者或决策者能再第一时间确定合理的设计方案和解决措施。其应用范围十分广泛，如城市绿化、城市规划以及修复重建等各个方面[7]。

3）充分利用虚拟现实技术的特点，提高公众对景观设计的参与度。将计算机网络技术与虚拟现实技术结合实现网络虚拟，从而使更广大的公众通过网络能够看到、听到设计者的作品，了解设计师的意图，参与到园林规划设计中，辅助管理者进行决策。以供设计者制定更加科学的，人性化的设计方案。

参考文献：

[1]李国松，虚拟现实（VR）技术在风景园林规划与设计中的应用研究[D].长沙：中南林业科技大学，2007.

[2]苏同向，虚拟现实技术在风景园林设计中的应用[D].南京：南京林业大学，2006.

[3]芦建国、苏同向，虚拟现实技术与风景园林设计[J].南京林业大学学报（自然科学版），2007，31（6）：139-141.

[4]范泽中、王艳安、曾峻峰，虚拟现实在园林设计中的应用[J].安徽农学通报，2006，12（11）：92-94.

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二、虚拟现实动画在建筑展示中的意义研究

在建筑设计的传统方式之中, 建筑的设计过程往往有较长的设计周期和大量的设计费用, 并且很难对建筑的设计方案进行修改, 所以对建筑的前期设计预览十分重要。传统的建筑设计过程就是包括设计草图、建模、建筑效果图等, 只够为建筑的最终效果提供简单的方案, 而不便对建筑进行多视角全方位的立体高精度分析。而虚拟现实动画技术则通过综合运用人机交换技术、传感技术、人工智能技术和图像计算机技术, 综合运用电子计算机来制作出三维的虚拟空间, 让建筑设计者和施工者能够更加直观性地体验建筑空间, 通过对虚拟现实动画的了解来体验建筑的设计方案, 建筑的虚拟现实动画是立足于虚拟与现实的实际关系之上的, 精确地透过人对于虚拟动画的用户需求以及对虚拟世界的综合感知进行全方位分析, 已达到现实建筑和虚拟现实动画的完美契合, 从而全方位地提升虚拟现实动画的展现效果。它的意义有以下的几个方面。

(一) 提供更完善的设计:

首先在建筑设计的传统过程中, 大部分设计师都是通过文字资料、设计草图和建筑设计者自身的设计经验与艺术思维来进行建筑设计的。但是对于设计建造难度较高或者全新的建筑形态或者建筑领域来说, 设计师很难在设计过程中对于建筑进行有效定位, 设计者十分依赖个人对建筑的经验, 往往还会导致建筑的实际情况与预定的建筑设计方案有很大差别。同时因为传统建筑设计的局限性, 很多设计问题只有在实际的施工过程中才会被发现, 然后再由施工方对建筑问题进行归纳、整理、分析, 再将问题给施工方进行反馈。而这一过程浪费了大量的时间、人力和物力, 致使建筑施工效率低下。而如果运用虚拟现实动画进行建筑设计的话, 设计者就能够在建筑施工前全方位地观察建筑的整体情况, 从多个角度全方位了解设计方案中的不足, 更加直观地对建筑的空间、结构、光影乃至音效不断变化进行详尽了解 (如图3) , 并对方案加以调整。

(二) 加强设计师与客户之间的沟通能力:

通过虚拟现实动画所建造的虚拟三维空间, 可以让简述的设计者与建筑用户在项目规划、建筑设计等方面用动态三维的方式对建筑的空间概念进行详尽认知。而在建筑的设计过程中, 设计师根据建筑用户提供的需求及建筑场地等情况设计出建筑方案, 将完整的建筑设计方案以及建筑设计理念交予用户, 并对其进行相关交流。而在传统建筑设计过程中的模型、草图与文案只能够让客户大致地对建筑的相关信息进行了解, 客户往往专业能力不足, 不能够完全了解建筑师的设计方案, 而草草对方案进行决定, 双方的交流也会出现一些问题。而用虚拟现实动画的方式能够更加直观地对建筑概念进行展示, 为客户提供一个完整的建筑流程, 详尽地描述建筑过程的各个环节, 及可能出现的问题。例如建筑的空间和建筑的周围环境等, 客户介意更加直观且全面地对建筑空间进行了解。通过建筑的虚拟现实动画展示, 为客户提供更加直观的认知平台, 充分地对设计师的设计方案进行审批, 使其能够更好地理解设计并参与到设计的过程中去, 也能够让设计师更加了解客户需求, 并了解到自身的设计不足, 对设计进行必要的修改与完善。

(三) 给予用户更加直观的建筑体验:

当今人们了解世界的主要方式之一就是互联网, 而通过互联网的虚拟现实动画设计, 客户能够更加直观地上网预览建筑模型。在互联网上随时随地观察虚拟的建筑设计。通过设计者在电脑中对建筑进行的模型搭建与细节处理, 观察建筑结构, 并对周围环境及建筑中可能出现的状况进行有效分析。通过在电子计算机中对虚拟现实动画进行建筑的景观搭建与制作视频, 将音频、影像与图像相结合, 并添加一定的环境渲染特效和后期合成, 最后将虚拟现实动画展示给受众。在现今的房地产发展中, 投资人和设计者都充分地利用虚拟现实动画的各项优势, 制造建筑的三位图像世界。因为虚拟现实动画技术综合运用了人体的听觉、视觉、触觉等感知特点, 这样能够更用户加直接地体验到建筑在三维虚拟环境中的变化, 身历其境。在现有的虚拟现实技术之中, 因为现今有很大一部分客户对于所购买或投资的建筑只有一个内心的概念, 而传统的建筑设计非专业人员也不能完全了解到, 这就像在设计师与客户之间施加了一层隔膜, 而虚拟现实技术就可以让他们更加直观地对建筑进行了解。还可以根据客户所提出的需求对建筑进行一定的整改, 再为客户展现更新的建筑产品效果, 也方便了客户与设计师的沟通, 增强了客户对于建筑物的深切体验与审视, 加深了客户对于建筑的内部了解, 而刚能刺激消费者对于建筑本身的购买欲望与建筑价值。

(四) 虚拟现实动画具有真实性:

虚拟现实动画最重要的特性就是真实性, 其具有传统建筑设计所不具备的真实感官体验。真实的感官体验是指在三维的虚拟环境之中, 虚拟环境的所有信息均被大众所广泛接受的广度和宽度。在虚拟现实动画中不仅能够对建筑本身主体进行展示, 而且还可以展现出建筑的周围环境与建筑完工后整体的建筑形态与使用价值。我们还可以通过虚拟现实动画来还原一些古建筑和自然景观, 这样对于古建筑和自然景观的保护和研究都具有十分重要的意义。

(五) 有助于文物的研究与保护:

我们还可以通过虚拟现实动画来还原一些古建筑, 这样对于古建筑的保护和研究都具有十分重要的意义。在很多的博物馆中, 都有一些异常珍贵或者极易氧化、损坏的历史文物或者残旧的古建筑并不能展出, 而虚拟现实动画技术就可以完美地解决这一问题。可以在博物馆中设立虚拟展示厅, 现场的所有文物都由虚拟三维的计算机屏幕展现, 这样不但能够完整地展出相应的文物, 而且还不会对文物产生一丝一毫的破坏。通过虚拟现实动漫的展示同样可以提高珍贵文物的保护效率, 为文物编档便于日后对文物进行相应的维修保护与研究, 同时也为广大人民群众提供了更多参观文物的途径。将一些无法移动甚至已经消散无法修复的古建筑, 进行复原在一定程度上也能够为古建筑提供相应的保护。举个例子, 综合运用虚拟现实技术可以对发掘出的建筑物进行全方位综合展示, 放入还原的虚拟历史场景当中, 可以让观众在三维虚拟的环境中进行全方位的观察, 可以更加直观地对建筑物所处的历史时代及环境进行全面的认识。这样不但提高了群众对于历史文物的参观热情, 还提升了景观的综合参观效益。而且在建设虚拟动画场景的过程中, 在计算机生成虚拟三维的过程中, 即便是已经不存在或者破损的建筑物依然可以重现。一个很好的例子就是我国对于故宫虚拟现实动画的作品天子的宫殿, 通过计算机生成的虚拟动画, 就可以让观众利用计算机更加深入地对建筑物进行了解。

三、总结

对建筑物进行设计是一项非常复杂的工作, 一个地方的建筑物往往承载着一定的文化品味、历史传统、人文精神与其独特的地域文化。这样就会在建筑的过程中遇到很多的问题, 而虚拟现实动画技术的出现与发展就在一定程度上减轻了很多的技术复杂性。而且伴随着虚拟现实动画技术的不断创新发展, 虚拟现实动画技术在审批、施工和设计建筑等多个建筑环节中都发挥着越来越重要的功效, 要怎样将虚拟现实更多运用在实际的建筑中, 要不断探寻其特有的能力而且要发挥其应有的功效。伴随着科学技术日趋成熟, 虚拟现实动画技术必将在未来的建筑设计与建造过程中发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1]孙冬, 王超.虚拟现实技术在商业及建筑动画设计中的应用[J].设计, 2017 (05) :24-25.

[2]冉秋.浅谈Photoshop在三维建筑效果图后期处理中的运用[J].中国新通信, 2017, 19 (09) :81.

[3]刘宁, 梁美霞, 陈丽.海丝艺术公园三维虚拟景观场景再现[J].河北北方学院学报 (自然科学版) , 2017, 33 (03) :37-46.

[4]朱红燕.虚拟现实技术在建筑漫游动画制作中的分析[J].科技展望, 2016, 26 (23) :13.

[5]绪言, 王禄.建筑动画虚拟技术的应用研究[J].现代交际, 2016 (14) :146-147.

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中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)主要采用以计算机技术为核心的现代高技术生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境(Virtual Environment,简称VE),用户借助必要的设备(如特制的服装、头盔、手套和鞋),以自然的方式与虚拟环境中的实体对象进行交互作用、相互影响,从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和构想(Imagination)特性。交互特性强调参与者通过专用设备以人类自然方式与VE中的对象进行相互操作;沉浸特性要求计算机所创建的虚拟环境能使参与者产生置身其中的体验;构想特性是指虚拟环境能够启发参与者发现新问题并辅助产生创新思维。

二十世纪六十年代初,“图灵奖”获得者,被称为计算机图形学之父的美国科学家Ivan Sutherland发表“终极显示”论文提出虚拟现实概念,自此,虚拟现实技术历经一系列里程碑式的理论、方法与技术研究工作,并取得了重大工程应用成果。今天虚拟现实技术的应用领域已经非常广泛,主要包括三大应用方向,即训练演练、规划设计与预测、观赏娱乐等。例如在虚拟战场环境中进行作战指挥模拟,宇宙飞船、飞机、舰船模拟驾驶训练,飞机、导弹、轮船等复杂系统的虚拟设计与制造,城市环境规划及其建筑物的展示,手术培训与导航,游戏动漫与影视制作等。由于虚拟现实技术涉及的学科综合性、交叉性强,是可以拉动多学科发展,不断产生新思想、新技术,具有广泛和重大应用前景的科学技术领域,国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)把虚拟现实技术确定为信息领域优先支持的三大前沿技术之一。

2课程的特点

北京航空航天大学计算机学院从1994年开始从事虚拟现实技术领域的研究,取得许多创新成果,在相关学科领域产生了较大影响,逐步形成了北航计算机学院一个新的优势学科方向。作为计算机应用本科生的专业限选课程,“虚拟现实技术”课程教学已经讲授了5年。本课程的教学目的是通过对有关虚拟现实技术国内外研究热点问题、典型研究工作的介绍,使学生了解当前虚拟现实技术的发展趋势;通过对虚拟现实基本原理、基本算法、开发方法、主流系统的介绍,使学生掌握虚拟现实主要技术、开发环境与平台;以虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究工作为主要实践教学支撑,培养学生的创新能力,满足国民经济和国防部门对虚拟现实领域专门人才的需求。虚拟现实课程具有以下特点:

2.1学科交叉性、综合性强

国家中长期科学和技术发展规划纲要指出:“虚拟现实技术重点研究心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学和多媒体技术等多学科融合的技术,研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。”虚拟现实技术主要从计算机科学与技术、控制科学与技术、机械工程科学与先进制造技术等学科中孕育并实现跨越,逐步发展成熟,涉及心理学、认知科学、计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等,学科交叉性、综合性强,如图1所示。

2.2数理基础要求高

虚拟现实课程的许多理论、方法和技术涉及大量的数学公式和物理定律,例如在基于图形的虚拟现实技术中所涉及的计算机图形学,基于图像的虚拟现实技术中所涉及的图像处理和信号处理技术,在建模技术中涉及的动力学、运动学等,都需要学生具备深厚的数理基础。

2.3创新思维丰富

虚拟现实被众多学者认为是科学研究与工程实践中理论和实验方法之外的第三种方法,可以虚拟和仿真人类难以到达的宏观或微观环境,进行研究和体验;在虚拟环境下进行逼真的规划、设计、训练演练,作出评价和决策,其与生俱来的构想特性能够启发参与者发现新问题并产生创新思维。虚拟现实技术由于多学科交叉性,在不同学科交叉融合中源源不断地产生新思想、新方法。

2.4工程应用突出

虚拟现实技术既有坚实的理论基础和方法,也有大量的典型算法,同时又是一门应用牵引强,各种开发平台和应用工具丰富,人机交互设备多,软硬件结合与系统集成占相当比重的课程。

2.5课程内容多课时紧

本课程是本科生计算机应用方向的限选课程,在本科四年级上学期开设,其间正值学生考研复习准备阶段,课时总计36学时,课内教学18学时、课外实践18学时,授课时间十分紧张。

3教学内容安排

我们经过多年的教学实践,在不断与学生教与学交互的活动中,结合自身学科研究特色,总结、完善主要教学内容,形成了如下的教学大纲:

第一章:概论(2h)

问题的提出、名词术语、虚拟现实特征、里程碑工作和研究现状、国内外典型应用实例。

第二章:虚拟现实硬件与系统(2h)

虚拟现实输入设备、虚拟现实输出设备、高端图形工作站、图形处理单元(Graphic Processing Unit简称GPU)、典型沉浸式交互系统的构建实例。

第三章:基于图形的虚拟现实建模与开发技术(6h)

视觉感知相关基本概念、场景表示与数据库结构设计、CREATOR建模软件与合成自然环实例、场景图组织与基本绘制流程、OpenGVS与WTK开发软件、虚拟场景漫游应用程序开发实例。

第四章:基于图像的虚拟现实建模与绘制技术(2h)

IBMR技术与全光函数、全景图像与柱面全景图像实例、同心拼图方法。

第五章:人工生命-人工鱼实例(2h)

人工鱼的总体方案、人工鱼的生物力学分析、感知与行为建模、几何建模与外观属性、虚拟海洋环境建模、运动系统、逼真性与效率权衡。

第六章:虚拟人技术(2h)

人体抽象模型与国际标准、逼真运动获取与表示、运动约束与重用、虚拟人技术应用实例。

第七章:分布式虚拟现实技术(2h)

DIS技术与IEEE1278、HLA技术与IEEE1516、分布交互仿真程序开发与应用实例。

教学实践与课外教学安排:(18h)

课外研读学习OpenGL、构建虚拟现实漫游程序;参观虚拟现实技术与系统国家重点实验室,观看演示、操作实验室研究设备,了解当前主要研究方向和趋势。

4教学实践与思考

针对虚拟现实课程的上述特点,我们在课程的教学活动中形成了“突出三个基本,注重融会贯通;点面结合,各有侧重;结合实例,促进创新思维”的教学思路。

4.1突出三个基本,注重融会贯通

在教学中突出三个基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的讲授。虚拟现实课程的诸多内容来自不同的研究和应用领域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同归。对于这部分内容在教学活动中应有意识进行联系,分析讲解,努力让学生融会贯通。以细节层次概念(LOD)为例,细节层次概念是图形建模中的基本概念,是指用一组复杂程度(常常以多边形数来衡量)各不相同的实体细节层次模型来描述对象,在运行时根据一些主客观标准在这些LOD模型间进行切换,实时改变场景的复杂度,从而能够绘制效率与效果的平衡,该方法需要解决模型间切换时产生的视景跳跃问题。在GPU的基本贴图处理(MIP MAPPING )、复杂光照模型实时绘制等研究工作中也引入和应用了同样的原理,因此在讲解细节层次概念时进行举一反三,加深学生对这一满足逼真性和绘制实时性普适基本方法的理解,进一步可以引伸出连续细节层次方法以及与视点相关的递进传输技术如何满足基于网络的虚拟现实应用问题。这样教学思路始终贯彻在七维全光函数降维、八叉树的数据组织方法等诸多教学内容中,以达到融会贯通的目的。

4.2点面结合,各有侧重

虚拟现实课程涉及学科众多,内容十分丰富,有限的课时内做到面面俱到几乎不可能。我们的教学大纲基本覆盖虚拟现实的主要研究分支,重点是基于图形和基于图像的虚拟现实技术,由于增强现实在其他课程有重点讲授,不过多涉及。其次注重对当前国内外的研究重点、热点问题,以及当前的主流设备、开发工具与平台介绍。通过发挥授课教师的计算机科学与技术专业背景,结合实验室多年的研究工作进行知识点的深入讲解。例如在分布式虚拟现实技术教学中,实验室在该方向上开展了长达十年的研究工作,研究成果既体现了该内容的基本方法、国际标准,又体现了当前的最新研究成果。该内容的教学从早期的DIS入手,通过与HLA核心技术的对比,重点讲解分布式虚拟现实技术如何应用数据抽象与封装、与订购、基于值的信息过滤 (DDM)等核心技术解决大规模交互仿真问题,进一步引伸介绍目前该方向的研究进展,让同学了解当前研究热点问题。

4.3结合实例,促进创新思维

虚拟现实是一门多学科交叉的科学技术,不同学科理论与方法的互相借鉴、启迪、创新尤为明显。因此在讲授具体内容的同时,应介绍该研究工作和成果产生的背景,体现交叉创新、集成创新思路,启迪同学的创造性思维是本课程不断追求“授之与渔”的目标。在课程综述中重点介绍信息资源环境的智能化、普适化、协同化、沉浸化发展的各个不同历史时期代表性工作,以及仿真技术、先进制造技术等学科对虚拟现实的重要贡献,突出虚拟现实技术交叉融合的特性。将具体的课程知识点讲授融入到典型实例中,人工生命课程教学中以ACM优秀博士论文工作为基础,讲述了人工鱼的感知与行为建模、几何与外观属性建模、虚拟海洋环境建模等,目的在于突出建模内涵的宽泛性和在虚拟现实技术中的重要地位,通过详述人工鱼的生物力学分析、总体方案设计,行为与运动系统实现,归纳总结出多学科交叉、逼真性与效率的完美平衡是其创新所在。在讲授虚拟人技术时,首先提出逼真人体运动复杂性和实时性这一矛盾,引入机器人技术领域的逆向运动学以及信号与系统中的信号处理方法,重点介绍借鉴其他学科方法解决虚拟人运动重用和大规模人群等关键问题,强调借鉴启迪是创新的源泉。在诸如同心拼图、分布式虚拟环境中同样贯彻了结合实例,促进创新思维这一教学思路。

5结论与展望

“虚拟现实技术”涉及面宽、内容十分丰富,同时发展迅速,应用越来越广泛,如何讲授好该课程是一个需要不断探讨、研究总结的教学课题。笔者在多年的教学活动中,通过教与学的交流,不断总结形成了一些教学思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不断完善充实,主要包括两个方面内容:(1)如何做好虚拟现实技术课程与计算机图形学、多媒体技术、图像处理技术的衔接;(2)如何利用好虚拟现实技术与系统国家重点实验室的研究环境、软硬件资源以进一步加强虚拟现实课程的实践环节。我们将在今后继续研究探索,以解决这些重要问题。

参考文献: