虚拟现实简介

第一篇：虚拟现实简介

虚拟现实技术简介

虚拟现实（VR-Virtual Reality）,也称虚拟实境或灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户即可以简单的通过网页浏览、应用程序查看时键盘和鼠标的操作甚至通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。

与传统的模拟技术相比，虚拟现实技术的主要特征是：操作者能够看到三维实体、逼近真实的场景，结合环幕等硬件设备可以使操作者真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟现实环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与虚拟仿真环境中对象的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。这是符合人类认知过程一种计算机技术。

沉浸/临场感和实时交互性是虚拟现实的实质性特征，对时空环境的现实构想（即启发思维，获取信息的过程）是虚拟现实的最终目的。虚拟现实技术的先进特性使得该项技术应用于各行各业的模拟仿真研究中，并切实有效地指导了生产实践。自从虚拟现实技术诞生以来，它已经在军事模拟、先进制造、城市规划/地理信息系统、医学生物等领域中发挥了巨大的经济、军事和社会效益。预言家们预言虚拟现实技术在不远的将来虚拟现实技术就会象当年地计算机一样应用于社会生产实践的各个领域，它与网络、多媒体将并称为21世纪最具应用前景的三大技术。

目前已经众多国内外的公司退出了自己的虚拟现实技术解决方案，包括软件的解决方案和硬件的解决方案，更多的是软硬件结合的解决方案。好的软件也需要好的硬件来配合实现身临其境的效果，因此这是一个系统工程，技术门槛不高，但实际应用难度大。

第二篇：虚拟现实教学大纲

《非线性编辑》课程教学大纲

课程编号：（暂不填写）

课程名称：虚拟现实

总学时数和学分：本课程计划72学时，4学分 实验或上机学时：36学时

先修及后续课程要求：三维动画设计3D、图形图像处理PS

一、课程的性质和任务

课程性质：

虚拟现实是利用计算机图形学技术，在计算机中对真实的客观世界进行逼真的模拟再现。通过利用传感器技术等辅助技术手段，让用户在虚拟空间中有身临其境之感，能与虚拟世界的对象进行相互作用且得到自然的反馈，并让人产生构想。

主要任务：

使学生掌握3ds max及VPR软件的使用方法，掌握利用3ds max软件进行前期的模型、材质、灯光以及渲染器的设置技巧，熟练使用VRP完成动画的设置。

二、基本要求

教学环节包括：课堂讲授及习题课、课外作业、实验、考试考查等

（一）、课堂讲授

1.教学方法：

通过讲授演示3ds max的使用方法让学生掌握虚拟现实前期的制作过程，通过学习VPR软件的动画设置，完成后期动画的制作。

2.教学手段：

通过多媒体设备进行教学，并采用电子教案、CAI课件、案例分析等先进教学手段。

3.外语的要求：

会看懂英文版的多媒体创作工具

（二）、教学辅助资料

拍摄的视频素材

（三）、习题课安排

给出样例让学生自己完成。

三、与其它课程的关系

在本课程开设之前，应先修三维动画设计3D，图形图像处理PS等课程，并为以后学习视频特效等课程打下基础。

四、教学内容

本课程共分七大模块，通过学习，使学生掌握3ds max软件的使用和VPR动画的设定。主要教学内容有：

第一章3ds Max建模准则

虚拟现实（VR）的建模和做效果图、动画的建模方法有很大的区别，主要体现在模型的精简程度上。VR的建模方式和游戏的建模是相通的，做VR最好做简模，不然可能导致场景的运行速度会很慢、很卡、或无法运行。教学重点：模型的创建与简模的制作。

教学难点：模型的简化与拓扑结构的分布。目的要求：制作布线合理的简模。

第二章3ds Max前期材质类型的应用与基本设置。

在制作VR项目时，虽然模型的优化很重要，但材质的编辑也一样很重要，因为材质的使用需要跟烘焙操作结合在一起，不同类型的材质需要采取不同的烘焙方式。

教学重点：材质与贴图的基本设置。

教学难点：材质的调节，UV的划分与贴图的绘制。

目的要求：掌握3ds max材质的调节与贴图的正确绘制。

第三章3ds Max前期灯光设置要求与相机的创建 掌握正确的布光方法及灯光与摄像机参数的设置：

1、创建灯光并合理布光。

2、摄像机参数的调节。

教学重点：布光方案的正确选择。

教学难点：灯光的参数调节与灯光之间的关系。

目的要求：掌握灯光布光的基本方法、并熟练使用灯光、相机的各项参数设置。

第四章3ds Max前期渲染器基本参数 教学重点：

1、默认渲染器的参数设定。

2、Vray渲染器的参数设置与调节。

教学难点：Vray渲染器的参数面板设置与材质灯光的调节。目的要求：熟练掌握渲染面板参数设置。

第五章3ds Max前期烘焙基本参数设置 教学重点：贴图烘焙的命令和参数设置。

教学难点：烘焙的参数设置与烘焙前的渲染结果检查。

目的要求：掌握贴图烘焙与检查的方法。

第六章 前期常用动画的简单制作

教学重点：常用父子动画，路径动画，动力学动画的制作

教学难点：父子关系的设定，路径动画的参数调节与动力学动画的参数设定。目的要求：掌握常用动画的制作。

第七章 3ds Max的模型与动画导出技巧

教学重点：掌握部分静态模型与全部静态模型的导出与动画模型的导出方法。教学难点：将烘焙模型正确导入到VPR软件中制作动画。目的要求：掌握烘焙完成模型的导出技巧。

五、实践教学环节

实训要求：

使学生掌握3ds Max与VPR的使用方法，完成虚拟现实动画的制作。实训内容：

实训一 简模的创建与布线的调整。

实训二

常用材质的参数调节，UV的划分与贴图的正确绘制。

实训三

灯光的参数设置与布光方案的正确解决。

实训四 渲染参数面板的设置。

实训五

贴图烘焙的命令与参数设置。

实训六

动画的制作，能完成父子关系、路径与简单动力学动画的制作。

实训七

导入VPR后动画的制作。

六、教学建议

1、师资要求：

要求主讲教师具有一定的行业从业经历或有相关成熟作品。

2、教学条件：

酷睿i5以上计算机或兼容机40台。注：四核CPU主频须2.6GMHz以上，内存须4G以上，硬盘须500G左右自由空间，WindowsXP系统或更高版本，3ds max 2009或以上版本，VPR软件。

七、考试与成绩评定

该课程根据平时（作业和出勤）、期中、期末等成绩按学院要求比例进行考核。

八、制定教材与教学参考书

[1]《3ds max与虚拟现实》.九州星火传媒.电子工业出版社.2006.5

九、补充说明

１．本课程须以理论与实践结合进行教学。

２．本教学大纲适用于三年制动漫设计与制作专业。

开课单位及课程所属教研室（加盖单位公章）：

大纲制（修）订负责人签名：

开课单位教学主任签名：

大纲制（修）订时间： 年 月

第三篇：虚拟现实 论文

XXXXXX学院

虚拟现实

学 生 姓 名：XXX 指 导 教 师：XXXX 系别：信息技术系 专业、班级：计算机科学与技术XXX班 完 成 时 间：2009年6月13日

虚拟现实技术在计算机专业教育中的应用

姓名：XXX

专业：XXX

学号：XXXX

摘要：目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、娱乐游戏，以及建筑设计等领域。在教育领域，虚拟现实技术也有广泛的用途。文章介绍了虚拟现实技术及VRML语言，探讨了虚拟现实技术在计算机教学和计算机实验中的应用。如果虚拟技术广泛应用于网络教育中，将对远程教育产生深远的影响。

关键词：虚拟现实技术；虚拟实验；VRML；计算机专业

随着我国教育的不断改革和科学技术的飞速发展，代写论文 网络教育的出现改变了传统的教学方式。尤其是计算机更新速度非常快的特点使得传统的教学方式难以满足学习的需要。虚拟现实技术作为一门新的技术，它在教育领域的发展将为教育提供新的活力。本文主要从虚拟现实技术特征和VRML语言的角度探讨其在计算机专业教育中的应用。1 虚拟现实技术

多媒体技术与网络技术的发展为现代教育手段的现代化带来了新的机遇和挑战。随着计算机技术的快速发展，现代教育技术的应用已不再是停留在音像技术课堂中应用的常规模式层次上．而是朝着多媒体化、网络化、信息化、教育技术应用模式多样化和远程教育普及化的趋势发展，特别是基于计算机仿真技术的虚拟教学形式，是一种最新出现的教学模式，具有广阔的发展前景，代表了教育的未来和发展的方向。

1．1 虚拟现实技术概念

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，又称为灵境技术，代写毕业论文 它汇集了数字图象处理、计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术，以及人体行为学等多项天技术．是计算机技术的综合应用。具体地说，就是采川以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、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，相互影响，从而产生如同真实环境的感受和体验。尽管该环境并不真实存在，但它作为一个逼真的三维环境．仿佛就在我们周围。由于用户对计算机环境中的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存存意识或幻觉，从而使得用户在计算机所创建的维虚拟环境中处于一种全身心投入的状态。

1．2 虚拟现实系统的构成一个虚拟现实系统由以下几部分组成：

(1)虚拟环境。它由虚拟环境发生器所产生，且可让使用者通过传感器件和作用器件与之交互，这种交互的结果是使用者有全身心进入这一环境的感觉。

(2)传感器件。它将虚拟环境中的物体的形、动作、声音等进行转换，使人能获得视觉、听觉、触觉等多方面的感觉。这些感觉与他以往在实际环境中的感觉一致。

(3)作用器件。它将人的一些约定动作(如行走、手势等)变成作用的信息，让虚拟环境有所察觉。

(4)人。虚拟现实实质上是一内含反馈的闭环系统，只有人的存在才能使这一反馈环路有效成立。代写硕士论文所以人是VR系统中不可缺少的成分。人通过传感器件感受虚拟环境的存在．又通过作用器件去影响虚拟环境，使其作出相应的变化。

(5)虚拟环境发生器。它能产生使用者所需要的虚拟环境，且能通过作用器件传来的作用信息。了解使用者的位置和动作。并对已产生的虚拟环境作出相应的修改。

1．3 虚拟现实技术基本特征

(1)沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。当使用者移动头部时。虚拟环境中的图像也实时地跟随变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。

(2)交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互．使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能．就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

(3)多感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。

1．4 虚拟现实系统的类型

虚拟现实技术按其功能，可分为以下几种类型：

(1)沉浸式虚拟现实系统

沉浸式虚拟现实系统是利用头盔显示器、数据手套、三维鼠标等传感跟踪装置与虚拟世界进行交互。由于这种系统把人的视觉、听觉和其它感觉封闭在虚拟的感觉空间，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之处在于专用设备复杂而且昂贵，难以在教育行业普及推广。

(2)桌面式虚拟现实系统

桌面式虚拟现实系统是运用软件编程的方法在显示器上显示三维场景．用户通过键盘、鼠标等简单的设备与虚拟场景进行交互。这种系统由于用户坐在显示器前，通过屏幕观察虚拟世界并与之交互，往往会受到周围环境的影响，难以做到完全投入．但是结构简单、成本较低，易于普及推广。

(3)分布式虚拟现实系统

分布式虚拟系统是多个用户通过网络共享一个虚拟空间，共同参与虚拟活动。

(4)增强现实性虚拟现实系统

增强现实性的虚拟现实系统不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知的感受。

1．5 虚拟现实造型语言VRML

VRML(Virtual Reality Modeling Language1即虚拟现实建

模语言，是一项和多媒体通讯、因特网、虚拟现实等领域相关的，在Intemet上营造虚拟环境的技术。它用来在网络上创建可导航的、超链接的三维虚拟场景。

VRML的基本工作原理可概括为：文本描述、远程传输和本地计算生成。所谓文本描述，是指VRML并不是用三维坐标点的数据来描述三维物体的，因为这样会有很大的数据量．在Intemet上传输会遇到很多困难．VRML是用类似HTML的标记文本语言来描述三维场景．就像我们的编程语言。比如，一个立方体的描述文本是：Box(size 3.0 3.0 3.0)。VRML就是一种描述语言标准，规定了用来描述三维场景的文本描述语言。远程传输是指用户浏览VRML描述的虚拟场景时，需要通过Intemet将描述场景的文本传送到本地。一般来说，文本描述是嵌在WEB页面中，在浏览器请求相应页面时与页面描述文本一起传送本地。本地计算生成是指描述虚拟场景的数据传送到本地后，浏览器对它进行解释计算，动态地生成虚拟场景。比如，描述球形的文本，浏览器会在屏幕上绘制一个立体的球形。概括地说，就是

用文本信息描述三维场景．在Intemet网上传输，在本地机上由VRML的浏览器解释生成三维场景．解释生成的标准规范即是VRML规范。

VRML文件主要包括四个主要成分：VRML文件头、原型、造型节点、脚本和路由。在这四个要素中．代写医学论文只有文件头部分是必须的，它用来告诉浏览器该文件符合的规范标准以及使用的字符集等信息。原型定义了创建带有指定名称、接口和整体的新节点类型。一旦成功地定义了原型，它就可以在VRML文件的其他地方随意使用。造型节点是VRML中的基本建造模块．它构成了VRML文件的主体部分，正是由于造型节点定义而产生了虚拟的VRML空间。脚本可以看作是一个节点的外壳，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身没有任何动作．然而你可以通过程序脚本来赋予你脚本节点的动作。程序脚本实际上是一种简化了的应用程序，一个典型的脚本是由Java或JavaScript编程语言写成的程序。路由是一种文本描述的消息．一旦在两个节点之间创建了一个路由．第一个节点可以顺着路由传递消息给第二个节点，这样的消息被称为事件。VRML还可以包含下列条目：注释、节点和域值、定义的节点名、使用的节点名等。

设计VRML虚拟场景时。最简单的方法是直接使用文本编辑器来编辑描述文本，它类似于程序设计，这种方法简单方便．但不是很直观．对设计者的空间想象能力要求也较高，设计的效率不高。现在有很多的可视化的VRML设计工具，如CosmoWorld和WebWorld等．这些工具将VRML的标准节点都做成可视的组件，用户设计时，只需要将这些组件组全自己需要的虚拟场景就可以了．而且设计的效果在设计时就可以看到。设计完毕后，系统自动将这些可视的虚拟场景生成标准的VRML描述文本，这样，这些文本传送到用户的浏览器后．便会在用户的屏幕上重现这个虚拟场景。

VRML使得Intemet的平面世界出现了三维场景。它的问世在世界上引起了极大的反响．得到众多的软硬件厂商的支持，成为了Intemet上最有发展前景的新兴技术。VRML在各方面都展现出了强大的应用可能性。蕴藏了无限生机。在教育领域的WEB站点中，它可广泛用于学习情景创设上，以增加学习内容的形象性和趣味性。例如：创建网上三维图书馆，它的好处就在于书籍归类整理更接近真实并将高于真实，汇编或查阅时书籍只需要鼠标轻轻地点击对应的虚拟图书。另外，使用VRML做模拟训练是一种可行性极高的措施，它不仅可以减少某些情况下现实空间中操作的难度和危险．更为重要的是它可以使训练造价得到大幅度降低，这样就使得在教育方面的应用成为可能。由于这种模拟系统具有高度的真实性，所以并不会因为没有真实系统介入而造成较差的训练效果。现在虚拟校园、虚拟考场也已经陆续地出现在网络中，这些新兴的教育形式必将因其优越的一面而在未来教育领域中占有一席之地。虚拟现实技术在计算机专业教育中的应用

2．1 虚拟现实技术在辅助课堂教学中的应用

众所周知，计算机课程实践性很强，在书本上体现难免会给人们的理解带来困难。利用虚拟现实技术制作的课件能够很好地解决这一问题。例如，在计算机基础课程中介绍计算机中各个组件的结构和讲解计算机组装的过程时，书本的文字难以让学习者了解组件结构和组装的过程。利用虚拟现实技术可以将文字、声音、图片、动画等几种媒体表现形式有机地结合，设计出生动活泼的界面。制作出一些三维的、交式的、具有沉浸感的内容，满足学习者从各个角度观察和学习，仿佛身临其境，更好地理解学习的内容。

制作VRML课件的基本思路是：

(1)制作一系列空间形体的三维造型和动画．并且为这些造型指定所需要的颜色、大小等。

(2)引入VRML的相关节点，建立虚拟运动空间。实现课件多媒体功能。

(3)优化VRML场景，即在构建场景的过程中，利用VRML提供的高级造型技术适当优化程序。

(4)VRML文件的输出，将已创建的空间场景输出为．wrl形式的文件。

例如，设计VRML课件来实现网上虚拟计算机组件结构和组装的辅助教学。

首先，在介绍计算机组件选择知识同时。可以在网上从各个角度来观察VRML制作的计算机组件的造型．增强感性认识，并使学习者对怎样组装计算机有个初步的了解。利用VRML的造型设计和VRML Script的动画链接．虚拟出组装计算机过程中所需的主要硬件，再通过把VRML文件嵌入到网页的方法，使学习者既能在网页中看到二维不同型号硬件的图片和一些描述硬件的文字．又能看到三维的虚拟制作出来的硬件模型。这样使学习者能真切地、直观地感受到二维和三维的不同．感受到虚拟世界的美妙。然后，通过文字和图片向学习者介绍如何将各计算机组件组装到一起。接着，通过VRML的动画节点控制和VRML Script的结合。制作出安装、注释和视点切换的效果，然后按照六个安装步骤：第一，机箱、主板的安装；第二，风扇、内存的安装；第三，光驱、软驱、硬盘的安装；第四，声卡、显卡的安装；第五，电源的安装；

第六。显示器、键盘、鼠标的安装，组合完成整个在虚拟三维世界中组装计算机的过程。在学习的过程中，只要点击相应的按钮，就可以按相应的步骤进行安装。拖动鼠标或按钮可以随意地移动计算机组件到指定的位置进行安装。在安装完光驱和软驱后，点击光驱的开、关键，光盘托会自动拖出和送入，点击软驱的按钮，软盘会自动取出．使学习者能动态地观看到效果。有一种身临其境的感觉来完成学习的过程。

通过VRML Script语言的链接。制作出生动有趣的动画效果和逼真的声音效果。例如．当你点击软驱上的按钮，会发出声音并弹出一张软盘；当你点击光驱按钮时，盘盒会自动地弹缩并发出逼真的声音。为了方便学习。还可以实现注释信息，当学习者的鼠标碰到硬件设备时。在对象的旁边会出现一个注释信息，说明该对象名称。

又如，在《数据结构》课程中，对于常用的数据结构的算法思想．由于其抽象程度高。使得学生很难理解。我们也可以通过虚拟技术将其制作成课件进行教学。将抽象的算法过程以浅显易懂、形象直观的形式展现出来。例如，递归算法是学生比较难理解的，因为其算法是靠隐形调用堆栈来实现，而通过虚拟技术可以将堆栈内部情况的变化动态、直观、形象地表现出来，这样学生就很容易理解。同样在讲解树和图的遍历时，可以从可视化的角度观察遍历的顺序。二叉树与树的概念的区别、Hanoi塔等问题都可以直观地表现。方便教师的教学和学生的理解。

总之，通过制作课件来辅助课堂的教学，能为学习者提供生动、逼真的感性学习材料，使抽象的学习直观化、形象化，帮助学习者解决学习中的重点和难点，提高学习者的积极性。

2．2 虚拟现实技术在计算机实验中的应用

由虚拟现实技术生成的适用于进行虚拟实验的实验系统，包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象。以及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实再现。也可以是虚拟构想的实验室。例如，在城域网和广域网的网络建设过程中，不必真正把网络构建起来就可以亲身体验，犹如进行现场的操作。在数字电路的课程实验中，可以通过虚拟的电路器件来达到电路设计的目的，而没有购买器件问题所带来的麻烦。在电子商务课程实验中，可以虚拟商务环境，让学生进入这个虚拟环境。身临其境地体验现场交易的气氛和参与交易的过程。计算机操作系统的安装是比较基础但又是难做好的一个实验。由于在计算机上安装新的操作系统不可避免地会对原有的操作系统产生影响。

使用虚拟计算机来进行操作系统的安装试验就十分的方便了。代写工作总结使用虚拟机的软件VMware可以创建与真实计算机一模一样的虚拟机。创建的虚拟机有自己的CPU、内存、硬盘、光驱，在这个虚拟机上，可以安装Windows、Linux等真实的操作系统以及各种应用程序。通过在虚拟的操作系统环境中进行操作，熟悉操作和新技术，达到事半功倍的效果。VMware只是一个软件。可以帮助你在一个操作系统的环境下安装另一个操作系统，而不会对当前的操作系统产生影响。

虚拟现实技术还可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟．通过虚拟系统便可以直接地观察到这一假设所产生的结果或效果。利用虚拟技术。学生还可以进行网络设备设计、电路设计等方面的学习探索，设计出新型的网络设备和电子器件．从而激发学生的创造性思维，培养学生的创造能力。

通过虚拟的实验室进行实验，既可以缩短实验的时间，又可以获得直观、真实的效果，还能对那些不可见的结构原理和不可重组的精密设备进行仿真实训，避免真实实验操作带来的各种危险。并且，虚拟实验具有先进性和共享性，易扩充．易于改变教学项目，减少设备投入经费，使教学内容在虚拟的环境中不断更新．使实验实践及时跟上技术的发展。但是在采用虚拟实验进行教学的过程中，并不能完全代替真实实验。虚拟实验是虚拟的实验，缺少“实物感”，正如在网上看书与拿真实的书看时，会觉得真实的书更实在。在网络实验中，用到的网络设备像路由器、交换机等种类、型号都很多，在虚拟实验中．学生很难见到这些设备，如果在真正的实践中可能会无从下手。因此，在具体实施中，应该虚实进行结合。有目的地安排一些实验在真实环境中操作，这样，他们会对实验的设备有亲身的体会，更能加深实验的印象，提高实验的效果。结束语

虚拟现实技术在计算机教育领域发展的潜力是巨大的，只有亲身去经历、亲身去体验去感受，比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动地观看有质的不同。虚拟现实技术能形象、生动、逼真地表现教学内容，有效地营造一个发展的教学环境。提高学生掌握知识和技能的效率和积极性，达到优化教学过程、提高教学质量的目的，从而解决传统教学方式无法解决的问题。随着计算机网络技术的飞速发展，基于WEB的虚拟现实远程教育具有广泛的应用前景，必将成为21世纪教育的主流。

参考文献：

[1]刘凤田，刘玉兰．虚拟现实技术及其在教育领域的应用研究[J]．河北农业大学学报，2005，(1)．

[2]余胜泉，车皓阳，姚顾波．教育中的虚拟现实[J]．现代教育技术研究所．2O00．

[3]李玲，汤小红．虚拟现实建模语言及其在工程制图教学中的应用[J]．微计算机应用，2004，(3)．

[4]郭凤英．虚拟现实技术在网络教学中的应用[J]．北京联合大学学报(自然科学版)，2004，(3)．

[5]何来坤，徐渊．虚拟现实建模语言VRML及其应用[J]．杭州师范学院学报，2005，(2)．

[6]祝智庭．现代教育技术[M]．北京：教育科学出版社，2004．

[7]陈晓春．虚拟现实在现代教育技术中的应用[J]．铜陵学院学报，2005，(3)．

[8]宣翠仙．虚拟现实技术及其在教育中的应用[J]．浙江树人学报，2004，(2)．

[9]杨宗凯，吴砥，刘清堂．网络教育标准与技术[M]．北京：清华大学出版社。2003．

[10]阳化冰，刘忠丽．虚拟现实构造语言VRML[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2O00．

[11]金杰．远程教育中虚拟实验与虚拟仪器及技术的运用与前景[J]．电脑与技术，2005．

[12]李法春，高俊文虚拟现实在“网络”课程教学中的应用[J]．中国职业教育技术。2005．

[13]万寿红，徐红．数据结构远程教育的教学方法探讨[J]．理工高教研究，2005，(2)．

第四篇：虚拟现实文献综述

《VRML虚拟现实技术在数字校园系统中应用研究》文献综述

摘要：教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了数字校园，阐明了数字校园的地位和作用。虚拟数字校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。将虚拟现实技术应用在数字校园系统的开发，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。它在数字校园的应用，可以大大提高校园展示效果，也能够体现校园个性方面的优势，对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助 关键词：虚拟现实；数字校园；基本概况

前言

教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。建设虚拟三维数字校园可以比较直观的了解校园的各个区域，在这个三维的校园里，空间次序的视觉理解和感知变得非常容易，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉[1]，其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生的呈现在我们的眼前，三维虚拟校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。三维虚拟校园可直接嵌入到大学的网站，直接通过网络浏览器察看，其丰富的、人性化的信息查询等功能，有效提高大学的美誉度，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。

一、虚拟现实技术的发展状况的研究

虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪90年代初崛起的一种实用技术，它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成三维信息的虚拟环境，可以真实地模拟现实中能实现的物理上的、功能上的事物和环境[2]。在虚拟现实环境中可以直接与虚拟现实场景中的事物交互，产生身临其境的感受，从而使人在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受。该技术的兴起，为科学及工程领域大规模的数据及信息提供了新的描述方法。虚拟现实技术大量应用于建筑设计及其相关领域，该技术提供了“虚拟建筑”这种新型的设计、研究及交流的工具手段[3]。

在虚拟现实的发展过程中总结出虚拟现实系统应具有以下四个特征：（1）多感知性。指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。（2）存在感。指用户感动作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。（3）交互性。指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。（4）自主性。指虚拟环境中物体依据现实世界物理运动定律动作的程度[4]。

虚拟现实技术自诞生以来，其应用一直受到科学界、工程界的重视，并不断取得进展，虚拟现实蕴藏的技术内涵与艺术魅力不断地激发着人们丰富的想象思维和创造的热情。从本质上讲，虚拟现实技术就是一种先进的人机交互技术[5]，其追求的技术目标就是尽量使用户与电脑虚拟环境进行自然式的交互。因此，虚拟现实技术为我们架起了一座人与数字世界沟通的桥梁。

二、虚拟现实技术在数字校园系统的应用解析

目前，数字校园存在有2个定义，并分别带来不同的研究与实践。一种定义是从信息、网络和媒体技术发展角度，数字校园被理解为一个以计算机和网络为平台的、远程教学为主的信息主体；另一个事从因特网、虚拟现实技术、网络虚拟社区和3S技术的发展角度，数字校园被定义为对现实校园三维景观和教学环境的数字化和虚拟化，是基于对现实校园的一个三维虚拟环境，用于支持对现实校园的资源管理、环境规划和学校发展[6]。

虚拟现实技术是集影视广告，动画，多媒体，网络可以于一身的推广方式。虚拟现实技术应用在数字校园中，使用计算机技术来生成一个虚拟的三维校园环境，并赋予其可操作性，让浏览者可以与这一虚拟客体进行交流[7]，是体现校园风貌、规模和实力的象征和标志，其主要核心是协助校园推广、宣传，招生等方面的需求，主要通过以下几个方面体现：

1、直观的交流方式

应用虚拟现实技术，学校领导可通过亲身感受，评估展示方案的特点与优劣，以便做出最佳展示方案，不但可以避免决策失误，而且可以大大提高校园展示的价值，从而提高校园风貌在学生心中的形象，而且保护投资。

2、方便的设计工具

虚拟现实不仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。它易视觉形式反映了设计者的思想，比如当在一座大楼前模拟首先要做的事情就是对这座大厦的结构，外形做细致的构思，为之定量化，还需要许多设计图，虚拟现实可以把这种构思变成看得见得虚拟物体和环境，使以往只能借助传统的沙盘[8]的设计模式提升到数字化的即看即得的完美境界，大大提高了设计和规划的质量和效率。

3、最先进的展示手段

在校园风貌展示当中，传统的做法就是印刷宣传彩页或普通的网页展示等。由于印刷彩页是平面，普通的网页是二维的，让学生无法感受到亲临学校的感觉，而且无法将校园全部展示，只能了解校园标志性建筑，无法以正常人的视角去感受校园的规划，更无法获得人在其中的真实感受。近年来效果图和三维动画已经得到普及应用。然而，效果图只能提供静态局部的视觉体验，动画虽有较强的动态三维表现力，但不具备实时交互性，观察者只能按照事先设定好的路线和角度来浏览，很被动，信息获取不够全面。校园个性方面的优势往往无法表现。

综上所述，与传统的展示方式相比较，虚拟现实解决方案的各个指标具有明显优势。它在数字校园的应用[9]，可以大大提高校园展示效果，也能够体现校园个性方面的优势，对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助。

三、VRML虚拟现实技术在数字校园系统的应用研究

虚拟现实建模语言（VRML）源于虚拟现实技术，是20世纪末发展起来的涉及众多学科的的高新技术[10]。它是集计算机、仿真、微电子、传感与测量技术于一体的高新科技的融合。而虚拟现实建模语言（VRML）正是利用了虚拟现实，在计算机中创立一种与现实生活相同的感受，有身临其境的感觉甚至生理感受，从而实现用户与虚拟现实直接进行交互。

三维场景建模就是构建虚拟校园环境，是漫游系统设计的核心问题之一．因为VRML是一种三维造型和渲染的图形描述性语言,它把“虚拟世界”看作一个“场景”，而场景中的一切都看作是“对象”也就是“节点”，对每一个对象的描述就构成了VRL文件[11]。而要把这些枯燥的语言和符号变成动态的虚拟世界，通过浏览器解释这些语句可以实时生成虚拟的校园场景。且VRML是一个高效，优秀的VR模型开发工具，它的优势在于大场景地理环境的生成，能高效快速的实现实时场景的绘制，所以，选择VRML完成三维场景建模。随着计算机软硬件技术的发展，利用VRML虚拟现实技术进行复杂场景的虚拟漫游已成为可能，利用这一技术我们可以游览虚拟校园欣赏校园景致，达到使用户难辨真假的程度。

作为互联网时代的宠儿，Web孵化了五花八门的网络开发语言，如Html、XML、Java、JavaScript、ActiveX等等[12]。相对而言，VRML是其中一支不可忽视的力量。VRML是一种描述交互式三维场景和对象的文件格式，它允许描述三维对象并把它们组合到作者构想的虚拟场景中，目前广泛应用于创建充满动感的三维虚拟空间[13]。与其他网络开发语言相比，VRML具有自身特定的优势：

1、VRML是目前唯一基于万维网虚拟现实模型语言的国家标准，因此能得到众多软件开发商的支持。目前包括3DS MAX、Maya、SketchUp等建筑设计中常用的3D软件都支持VRML文件格式的输入、输出、而像blaxxun、Bitmanagement Software、Parallet Graphics等众多VRML浏览器开发商纷纷通过其产品开发不断提高VRML虚拟场景的性能[14]。这些支持有力地保障了VRML虚拟建筑开发中对前期CAD数据的高效利用，而且VRML作为一种国际标准同时也保证于虚拟建筑开发成果能得到长期的应用和共享。

2、VRML是基于万维网的开放型的国际标准，具有很强的环境适应性和功能的可扩展性。VRML场景可运行在Windows、MAC、Unix等多种机型及操作系统上，适应单机、局域网、广域网、万维网等多种环境[15]；同时VRML语言允许开发者将VRML场景与现有万维网中流行的各种先进的技术集成起来，从而极大得扩展VRML虚拟建筑场景的性能。

3、VRML场景的大小没有限制，场景的扩充和维护皆很方便。一个VRML场景的模型即可以使一个独立的VRML模型文件组成，也可以使由分布在网络上不同路径下的若干个分散的VRML模型文件组成。因此利于协同方式的建筑和文件管理。

4、VRML虚拟建筑是一个低成本甚至零成本投入的技术方法，开发者只需要在现有CAD软硬件系统基础上，添加一个VRML浏览器和一个VRML代码编辑器就可以进行VRML虚拟建筑的开发工作。VRML浏览器和代码编辑器都非常小型的程序，互联网上提供了大量此类工具的免费下载服务。

总结

数字校园是一项非常庞大的系统工程，它是集计算机技术、仿真、微电子、传感与测量技术于一体的高新技术的融合，是信息技术在教学领域的应用，若要超越单纯从技术视野中理解数字校园的概念，应将校园内的基础地理、自然资源、社会资源好人文资源等各种信息进行数字化采集和存储，分别建立相应的数据信息库，并建立全视角的可视化数字校园三维立体平台[16]，并在此基础上实现其应用支撑系统，即实现服务的开发、利用、广告、安全、管理等一体化，实现从信息生产到信息消费的信息流有序化，最终实现信息资源的动态管理，利用和优化配置、开发和增值。

我相信，作为一门新兴的，发展中的技术，虚拟现实技术的发展潜力是巨大的，前景是广阔的，随着虚拟现实技术理论与方法的逐步建立和日趋完善，数字校园建设必将迈上一个新的台阶。在数字校园里，通过各种现代化手段，实现学校的教学、科研、管理、服务等活动的全部过程，从而达到提高教学质量、科研水平、管理水平的目的。

参考文献

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第五篇：虚拟现实技术论文

虚拟现实技术概述总结

一、虚拟现实的概念内涵及应用领域

虚拟现实技术又称“灵境技术”、“虚拟环境”、“赛伯空间”等，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，可借助传感头盔、数据手套等专业设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而通过视觉、触觉和听觉等获得身临其境的真实感受。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的融合，是一门富有挑战性的交叉技术。

虚拟现实技术正在广泛地应用于军事、建筑、工业仿真、考古、医学、文化教育、农业和计算机技术等方面，改变了传统的人机交换模式。

二、虚拟现实的基本特征

虚拟现实技术的基本特征可以简洁地表征为沉浸性、交互性和构想性。 沉浸性

沉浸性是指用户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难以分辨真假的程度例如可视场景应随着视点的变化而变化甚至超越真实如生成比现实更逼真的照明和音响效果等。 交互性

交互性是指用户对虚拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度包括实时性。例如用户可以用手直接取虚拟环境中的物体, 这时手应该有触摸感, 并可以感觉物体的重量, 场景中被取的物体也立刻能够随着手的移动而移动。 构想性

构想是指用户沉浸在多维信息空间中, 依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识, 发挥主观能动性, 寻求解答方式, 形成新的概念。

三、虚拟现实的硬件设备与软件技术

在虚拟现实系统中，硬件设备主要由3个部分组成：输入设备、输出设备、虚拟世界生成设备。此外系统还需要虚拟现实的相关技术。

1、虚拟现实的输入设备

有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两大类：一类是基于自然的交互设备，用于对虚拟世界信息的输入；另一类是三维定位跟踪设备，主要用于对输入设备在三维空间中的位置进行判定，并送入虚拟现实系统中。

虚拟世界与人进行自然交互的实现形式很多，有基于语音的、基于手的等多种形式，如数据手套、数据衣、三维控制器、三维扫描仪等。

手是我们与外界进行物理接触及意识表达的最主要媒介，在人机交互设备中也

是如此。基于手的自然交互形式最为常见，相应的数字化设备很多，在这类产品中最为常用的就是数据手套。

数据手套是美国VPL公司在1987年推出的一种传感手套的专有名称。现在，数据手套已成为一种被广泛使用的传感设备。数据手套戴在用户手上，作为一只虚拟的手用于与虚拟现实系统进行交互，可以在虚拟世界中进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制等操作，并把手指和手掌伸屈时的各种姿势转换成数字信号传送给计算机，计算机通过应用程序识别出用户的手在虚拟世界中操作时的姿势，执行相应的操作。在实际应用中，数据手套还必须配有空间位置跟踪器，检测手在空间中的实际方位及其运动方向。

2、虚拟现实的输出设备

人置身于虚拟世界中，要体会到沉浸的感觉，必须让虚拟世界能模拟人在现实世界中的多种感受，如视觉、听觉、触觉、力觉、痛感、味觉、嗅觉等。

基于目前的技术水平，成熟和相对成熟的感知信息的产生和检测技术仅有视觉、听觉和触觉（力觉）3种。感知设备的作用是将虚拟世界中各种感知信号转变为人所能接受的多通道刺激信号，现在主要应用的有基于视觉、听觉和力觉感知的设备，基于味觉、嗅觉等的设备有待开发研究。

3、虚拟现实的生成设备

在虚拟现实系统中，计算机是虚拟世界的主要生成设备，所以有人称之为“虚拟现实引擎”，它首先创建出虚拟世界的场景，同时还必须实时响应用户各种方式的输入。

通常虚拟世界生成设备主要分为基于高性能个人计算机、基于高性能图形工作站、高度并行的计算机系统和基于分布式计算机的虚拟现实系统四大类。

① 基于高性能个人计算机虚拟现实系统主要采用普通计算机配置图形加速卡，通常用于桌面式非沉浸型虚拟现实系统；

② 基于高性能图形工作站虚拟现实系统一般配备有SUN或SGI公司可视化工作站；

③ 高度并行的计算机系统采用高性能并行体系；

④ 基于分布式计算机的虚拟现实系统则采用网络连接的分布式结构计算机系统。

4、虚拟现实的相关技术

虚拟现实系统的目标是由计算机生成虚拟世界，用户可以与之进行视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等全方位的交互，并且虚拟现实系统能进行实时响应。

要实现这种目标，除了需要有一些专业的硬件设备外，还必须有较多的相关技术及软件加以保证，特别是在现阶段计算机的运行速度还达不到虚拟现实系统所需要求的情况下，相关技术就显得更加重要。

虚拟现实的相关技术主要有立体视觉显示技术，环境建模技术，真实感实时绘制技术，三维虚拟声音的实现技术，自然交互与传感技术等等。 立体视觉显示技术

人类从客观世界获得的信息的80％以上来自视觉，视觉信息的获取是人类感知外部世界、获取信息的最主要的传感通道，视觉通道成为多感知的虚拟现实系统中最重要的环节。

在视觉显示技术中，实现立体显示技术是较为复杂与关键的，立体视觉显示技术是虚拟现实的重要支撑技术。 环境建模技术

在虚拟现实系统中，营造的虚拟环境是它的核心内容，要建立虚拟环境，首先要建模，然后在其基础上再进行实时绘制、立体显示，形成一个虚拟的世界。

虚拟环境建模的目的在于获取实际三维环境的三维数据，并根据其应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。只有设计出反映研究对象的真实有效的模型，虚拟现实系统才有可信度。

在虚拟现实系统中，环境建模应该包括有基于视觉、听觉、触觉、力觉、味觉等多种感觉通道的建模。

但基于目前的技术水平，常见的是三维视觉建模和三维听觉建模。而在当前应用中，环境建模一般主要是三维视觉建模，这方面的理论也较为成熟。

三维视觉建模又可细分为几何建模、物理建模、行为建模等。

1)几何建模是基于几何信息来描述物体模型的建模方法，它处理物体的几何形状的表示，研究图形数据结构的基本问题； 2)物理建模涉及物体的物理属性；

3)行为建模反映研究对象的物理本质及其内在的工作机理。 真实感实时绘制技术

要实现虚拟现实系统中的虚拟世界，仅有立体显示技术是远远不够的，虚拟现实中还有真实感与实时性的要求，也就是说虚拟世界的产生不仅需要真实的立体感，而且虚拟世界还必须实时生成，这就必须要采用真实感实时绘制技术。

所谓真实感绘制是指在计算机中重现真实世界场景的过程。真实感绘制的主要任务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。三维虚拟声音的实现技术

在虚拟现实系统中加入与视觉并行的三维虚拟声音，一方面可以在很大程度上增强用户在虚拟世界中的沉浸感和交互性，另一方面也可以减弱大脑对于视觉的依赖性，降低沉浸感对视觉信息的要求，使用户能从既有视觉感受又有听觉感受的环境中获得更多的信息。

四、虚拟现实技术展望

虚拟现实技术依赖于计算机的高速运算和传输。高速运算和传输能解决虚拟现实环境的复杂逼真的环境构造和海量数据处理的问题，从而解决因计算和传输滞后引起参与者的心理疾病。

虚拟体的基本属性是与几何、物理和生物行为融合的。再好的真实感也离不开虚拟体的仿真行为。虚拟现实技术的真实感主要体现在视觉和听觉上，“多感知交互”正在成为热点。对力反馈系统的进一步研究、嗅觉、味觉和体表感受都是未来虚拟现实的内容。基于互联网的虚拟现实伴随互联网的发展而成为热点。

我国的虚拟软件还处于起步的阶段，希望国内有更多的自主知识产权的开发平台。

广阔的应用领域又向虚拟现实技术提出了新的创意和难题，应进一步推动虚拟现实的发展，目前虚拟现实技术的发展仅限于人们的想象力。

五、论文小结

虚拟现实技术是一个极具潜力的前沿研究方向，是面向21世纪的重要技术之一。

它在理论，软硬件环境的研究方面依赖于多种技术的综合，其中有很多技术有待完善。可以预见，随着技术的发展，虚拟现实技术及其应用会越来越广泛。

本论文概述了虚拟现实的定义、硬件、软件和应用，并对虚拟现实技术和应用的新热点做了展望，最后对学习“虚拟现实技术”这部分知识进行了总结。

任雨佳 1205170202 计本1202班