虚拟技术的发展现状第1篇

关键词:虚拟现实(vr);虚拟环境人机交互

一、引言

在信息技术发展的今天,人们的交流越来越多的依靠网络、广播、电视等媒体得到相关的信息资料,但是这些媒体提供的信息往往是经过抽象的,在很大程度上人们不能及时有效的进行理解吸收,解决这一问题人们只能借助于实物模型,但随着计算机技术的迅猛发展,使得人与计算机的交互成为可能,虚拟现实(vr)技术就是借助于这个基础上实现了人机交互,操作者可以通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等工具与计算机间的交互,真正成为虚拟环境中的一员,较真实的感知和操作虚拟世界中的各种对象,达到理解和掌握知识、为生产生活服务的目的。

二、虚拟现实技术简介

虚拟现实(简称vr),又称灵境技术, 是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。它综合利用了计算机图形学、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,模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其他客观限制,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。

计算机技术的迅速发展为我们提供了许多解决问题的新方法。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,目前虚拟现实系统的研究现状主要涉及到三个研究领域:依靠计算机图形方式建立实时的三维视觉效果、构建对虚拟世界的观察界面和使用虚拟现实技术加强其在现实世界中的应用。

三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术

从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、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。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。

（一）多感知性

所谓多感知性就是指导包括视觉感知外, 还包括听觉、力觉、触觉和运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。

（二）存在感

又称临场感,它是指用户感到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以分辨真假的程度。

（三）交互性

它是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(包括实时性)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。

（四）自主性

是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等五个方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据, 并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。而三维图形的生成技术关键是如何实现“实时”生成。立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。

四、当今虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术的应用前景十分广阔。目前在娱乐、教育及艺术领域的应用占据主流,其次是军事与航空、医学领域,机器人和商业领域都占有一定比例,另外在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。

（一）娱乐、艺术与教育领域

丰富的感觉能力与3d显示环境使得vr 成为理想的视频游戏工具。如chicago(芝加哥) 开放了关于3025 年的一场未来战争的世界上第一台大型可供多人使用的vr娱乐系统;1992年的一台称为“legealqust”的系统由于增加了人工智能功能,使计算机具备了自学习功能,大大增强了趣味性及难度,使该系统获该年度vr 产品奖。

作为传输显示信息的媒体,vr所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术,提高了艺术表现能力。

（二）军事与航天工业领域

模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题,这为vr提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局darpa自80年代起一直致力于研究称为sim net的虚拟战场系统,以提供坦克协同训练,该系统可联结200多台模拟器。另外利用vr技术,可模拟零重力环境,以代替现在非标准的水下训练宇航员的方法。

（三） 医学领域

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,学员们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(如手术刀、注射器、手术钳等),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。

另外,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。

（四）管理工程领域

vr 在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如设计一新型建筑物时,可以在建筑物动工之前用vr技术显示一下;当财政发生危机时,可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据以寻找对策等等。

以上仅列出虚拟现实的部分应用前景,可以预见,在不久的将来,虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯, 并将深入到人们的日常工作与生活。

五、虚拟现实技术的进一步展望

虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经走过了相当长的一段风雨历程。目前它的研究内容涉及到多项学科领域。我们同时也认识到,这个领域的技术具有巨大的潜力和广阔的应用前景。

虚拟技术的发展现状第2篇

关键词：虚拟现实；研究现况；发展趋势

中图分类号：F061.3　文献标识码：A　文章编号：1672-3198(2009)02-0279-02

1　虚拟现实

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”(Artifi- cial Reality)、“遥在”(Telepresence)、“虚拟环境”(Virtual Environment)、“赛博空间”(Cyberspace)等等。

2　国外虚拟现实技术研究现状

计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。

2.1　VR技术在美国的研究现状

美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

上世纪80年代，美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局Ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”(VPE)的实验计划。现NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行VR研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在VR领域主要从事利用VRT建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于VR使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。

图形图像处理技术和传感器技术是以上VR项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。

2.2　VR技术在欧洲的研究现状

在欧洲，英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国Bristol公司发现，VR应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国ARRL公司关于远地呈现的研究实验，主要包括VR重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。

欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了VR的研究与应用。

瑞典的DIVE分布式虚拟交互环境，是一个基于Unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。

荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室(TNO- PEL)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。

德国在VR的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。

2008年10月27-29日在法国举行的ACM Symposi- um on Virtual Reality Software and Technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。

2.3　VR技术在日本的研究现状

日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。

在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SpmAR NEC公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理CAD中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、Y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。

3　国内虚拟现实技术研究现状

在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR，建立虚拟环境!虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。

北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及

实现方法。

清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR制；浙江大学CAD＆CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。

4　虚拟现实技术的发展趋势

随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面应用的不断深入，在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面，对虚拟现实技术都提出来更高的需求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实相关技术研究遵循“低成本、高性能”原则取得了快速发展，表现出一些新的特点和发展趋势。主要表现在以下方面：

(1)动态环境建模技术。

虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。

(2)实时三维图形生成和显示技术。

三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。

(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。

虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感，但在实际应用中，它们的效果并不好，并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式，会有效地提高虚拟现实的交互性效果。

(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。

网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象(实体)之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前，分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点，相继推出了相关标准，在国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要额网络平台和软硬件基础环境。

5　结语

虚拟技术的发展现状第3篇

关键词：虚拟；三维服装；建模技术；展示

中图分类号：J0-05 文献标志码：A

Current Situation and Future Developing Trend of Virtual Threedimensional Clothing Displaying Technology

Abstract： Three-dimensional virtual clothing displaying technology has experienced the transformation from the simple static simulation of clothing shifting to the complex three-dimensional dynamic simulation. From the perspective of modeling techniques， dynamic simulation， folding treatment， construction method of virtual displaying， etc.， this paper puts forward a systematic scheme， summarizes the three main technical schemes for three-dimensional virtual displaying of clothing， systematically introduces the current research on three-dimensional virtual displaying technologies and elaborately analyzes the challenges ahead and future developing trend of the research on three-dimensional virtual clothing displaying technologies.

Key words： virtual； three-dimensional clothing； modeling technique； display

虚拟三维服装展示是根据服装设计和展示陈列人员陈展需要，运用计算机科学、艺术等其他学科领域的知识，在计算机里建立数字化的服装采样系统，计算机按照所选尺寸模拟样衣着装效果，从而生成三维服装的虚拟展示效果。虚拟三维服装展示技术改变了传统的采用真人模特试衣的方式，利用计算机技术和交互技术就可以进行服装的立体展示。

1 虚拟三维服装展示技术研究现状

1.1 国外关于虚拟三维服装展示技术的研究

国外关于虚拟三维服装展示技术的研究已趋于成熟，无论是静态展示还是动态展示都已形成完善的展示系统。瑞士Miralab实验室在虚拟服装及动画方面积累了大量的研究经验与科研成果。1990年，Miralab实验室的“FlashBack”虚拟服装项目是第一个真正意义上三维服装虚拟展示的案例。

之后，此实验室把重点放在了虚拟三维服装展示技术中的三维服装物理建模的研究上，即表现服装动态时的力学性能。此外，瑞士日内瓦大学的MIRALAB实验室以及H&M服装公司推出了网上试衣间服务以及著名的My Virtual Model（MVM）试衣网站，英国伦敦技术学院的“Center for 3D Electronic Commerce”项目，欧洲信息与算法研究协会的“MtoM3D”项目等都对三维服装虚拟展示技术进行了相关研究。

1.2 国内关于虚拟三维服装展示技术的研究

我国关于虚拟三维服装展示技术的研究还处于发展阶段。杭州森动数码科技有限公司与几家全球知名的IT科技厂家合作，利用全球最新3D技术、增强现实以及体感技术等科技元素，自主研发“3D虚拟试衣”软件，满足了服装消费者个性化需求，节约了试衣的时间；此外，江南大学民间服饰博物馆基于“CLO3D”三维服装展示软件制作的民间服饰的虚拟展示，逼真地模拟出了馆藏的汉民族服装文物的质感，很好地解决了民族服饰展示棘手问题。由此可见，虚拟三维服装展示技术在国内趋于高速发展状态。此外，北京服装学院、浙江大学CAD&CG国家重点实验室、东华大学、中科院以及天津工业大学等高校均在该领域有所研究，并通过相关课题研究取得一定的成果。

2 虚拟三维服装展示技术的研究内容

2.1 三维人体模型的建立

人体模型是虚拟着装的主体。根据服装款式、材料等元素的需要建立与之对应的人体模型，所以人体模型的尺寸、姿势和体态在服装虚拟展示中显得尤其重要。目前，三维人体模型主要有几何建模、三维扫描数据以及三维软件建模 3 种方法，其中三维软件建模方法是当今技术发展的趋势与主流。

几何建模方法是根据人体结构及其特征，定义与之对应三维人体造型特征。该方法出现时间较早，是CAD/CAM技术发展阶段的重要技术支撑，此方法以几何信息和拓扑信息反应三维人体的具体结构等数据，是虚拟三维服装展示技术初期的重要技术手段。

三维扫描数据建模运用非接触式测量方法，借助激光三维扫描仪，进行三维数字人体重建。它将人体的三维结构信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为人体数据的三维虚拟模拟提供了方便、快捷的手段。此方法建模比较昂贵，人体结构复杂时运行速度较慢，所以三维扫描数据建模方法很难得到推广和普及。

三维软件建模利用MAYA或3DS MAX等三维软件，完成人体模型的创建。此建模方法操作简单，容易上手，建模功能强大，在建立人体模型方面具有很大的优势。这两款软件的插件比较丰富，与其他软件融合流畅，模型精准、逼真，如图 1 所示（基于MAYA软件制作）。而且还可对所建模型贴材质、调动作、编程序等，使三维服装虚拟展示由静态展示到动态展示灵活转换。三维软件建模是当今三维虚拟展示的主流技术手段，不仅缩短了建模的时间，而且所建模型数据更加灵活，易于改动；展示手段等更加人性化，更具感染力。

2.2 三维服装模型的建立

三维服装建模方法主要有几何建模法、基于粒子系统的物理建模法以及结合几何与物理的混合建模法等 3 种方法。建模方法的原理不同，虚拟的服装对象类型也存在差异。

几何建模法：模拟布料的外观形态，不涉及面料的物理特征，用几何方程对虚拟现实环境中的服装效果进行展示。此方法以已有的人体模型为基础，求得服装各造型点的数据；然后，根据服装款型等因素对模型进行经纬线划分，通过截取面得到数据，最后，根据人体与服装的空隙度大小，获取服装表面各造型点的三维数据，完成服装模型的创建。此方法有模型简单、计算较快等优点，但是对服装的悬垂及质感的模拟效果较差。

物理建模法：通过选择参数值可以较为直观地控制服装的悬垂与质感。在模拟中区分毛、棉、丝、麻等不同服装质感，可较好地模拟服装的真实效果。但是其模型复杂，计算速度较慢，与虚拟三维服装展示的快捷、便捷理念相背离。

混合建模法：运用几何方法进行服装模型的建立，用物理方法进行服装悬垂和质感以及局部结构的细化。利用弹性变形模型对服装进行变形，使服装更具真实感，模拟出的服装外形结构精准，又能展现不同材料的服装的悬垂与质感（图 2）。

2.3 三维场景的建立

三维服装虚拟展示需要设定一个特定的展示空间，通过创建三维场景模拟出服装所要表达的文化内涵与时代场景，所以场景的搭建和布置也是非常重要的环节。在所建三维场景模型上匹配符合服装展示主题的材质、设定应景的灯光等，以此模拟出服装展示所需的场景。在三维场景的模拟上，VRML语言将影片、声响、音乐等效果调和在一起，形成一个综合性的单一媒体是三维服装虚拟展示必不可少的应用程序。在当下，无论是时尚服装的研发公司还是文物保护单位，三维场景模拟都有所运用，极大地丰富了服装展示的效果与意义。

3 虚拟三维服装展示技术研究趋势

3.1 虚拟三维服装展示技术的不足

当前，虚拟三维服装展示技术日趋成熟，已由最初的简单服装的静态展示发展到现在的复杂服装的动态展示，但也存在多方面的问题：三维立体模拟的真实感还有待加强，如服装质感与动感的表现、三维重建、逼真灵活的曲面造型等问题仍难以解决；三维服装模拟的集成系统较少，二维衣片和三维服装之间的转化、二维图案和面料的三维覆盖等问题没有得到很好的解决。虚拟三维服装展示技术可以对服装虚拟展示中所用模特的尺寸、姿势和体态进行操作，但是对服装的虚拟变形以及服装的悬垂性模拟操作还有一定的难度。需要从事虚拟三维服装展示的研究人员与学者共同的努力与合作，研发出更好的服装虚拟展示系统。

3.2 虚拟三维服装展示技术的挑战

随着科技的发展，服装虚拟展示必将向着智能化、自动化的方向发展，服装模型的动态模拟/三维服装褶皱效果处理是其趋势，但是在未来的研究道路上也会遇到许多难题与挑战。

（1）服装模型的动态模拟研究

服装模型的动态模拟在三维服装虚拟展示中有着至关重要的作用，服装虚拟展示时，虚拟的人体模特运动和服装动态模拟耗费的计算量非常大。

目前，三维服装的动态展示难度很大，很多国内外的专家学者对其都有研究，但是算法和物理模型在实践中都与预期效果有一定差距。模拟三维服装的动态效果，合理的碰撞检测模型是前提，服装曲面与人体曲面随模特动作变化时相对位置关系的变动中不能有穿透发生。这一点对于目前的三维服装虚拟展示技术来说是十分困难的。在三维服饰虚拟展示中，即使服装在静态人体上很合适，但并不能保证动态展示有同样好的效果。因此，对于服装面料的动态模拟的研究很有价值。

（2） 三维服装褶皱效果处理研究

三维服装虚拟展示已由静态展示发展到动态展示，对于服装褶皱的研究也有了更高要求。褶皱是服装的重要外观特征之一。在三维服装虚拟展示中，褶皱效果的模拟主要有两类：静态效果的模拟与动态效果的模拟。目前，静态效果模拟技术已经日趋成熟，效果较好。动态时服装的飘动悬垂效果的模拟还处于探索阶段，在进行模拟仿真时，既要注重碰撞检测的高效性，又要及时处理碰撞部位的褶皱问题。如何高效准确地处理动态的褶皱的研究属于服装动态效果仿真技术中的一种，值得对其深入研究。

（3）虚拟三维服装展示技术的挑战

在虚拟三维服装展示技术研究上还存在许多难题，如服装仿真建模和数值计算等问题。对结构复杂与材料较多的服装，如何构建仿真模型、服装从静态悬垂到动态变形怎样相互转化，是服装模拟的最大挑战。在模拟模特运动时服装与身体的接触以及服装自身的交互碰撞问题、仿真的实时性问题以及服装本身高度复杂的各向异性和非线性力学行为的模拟等问题，对于虚拟三维服装展示技术的发展无疑是棘手的难题与挑战。

4 结语

虚拟三维服装展示技术在三维人体模型、三维服装模型以及三维虚拟场景等方面都有很大的突破，实现了虚拟人体由静态到动态的灵活转换、虚拟服装纹理与质感的真实表现以及虚拟场景的真实模拟等。随着对虚拟三维服装展示技术更加深入与精细的研究，智能化的三维服装虚拟展示是其发展趋势，设计师可以随心所欲地将自己设计的服装借助虚拟展示技术浏览服装在三维空间的效果，从而大大缩短了成衣的生产周期和展示成本，这将在时尚服装的个性化设计与定制、传统服装的数字化展示等领域有着广阔的应用前景。

参考文献

[1] Volino P， Cordier F， Magnenat-Thalmann N. From early virtual garment simulation to interactive fashion design[J]. Computer-aided Design， 2005， 37（6）： 593-608.

[2] Vassilev T， Spanlang B， Chrysanthou Y. Fast cloth animation on walking avatars[A]. Computer Graphics Forum[C]. Blackwell Publishers Ltd.， 2001， 20（3）： 260-267.

[3] 毛天露， 王兆其， 夏时洪. 三维服装仿真中的 “服装-人体” 快速冲突检测及响应算法[J]. 计算机研究与发展， 2006， 43（2）： 356-361.

虚拟技术的发展现状第4篇

关键词 VR技术；发展现状；游戏设计

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0239-01

1 VR技术

VR技术全称为Virtual Reality，中文称之为虚拟现实技术，部分研究人员还称VR技术为灵境技术。从虚拟现实技术在实际应用角度分析，该技术是一种能够将计算机技术、多媒体技术、网络技术、仿真技术等多种技术综合在一起的技术，是计算机领域研究中的最为先进技术之一，其中还包含了数学、光学、力学等多个学科的专业知识。虚拟现实技术在实际应用中能够以模拟的方式为人们营造一个虚拟性的环境，让用户能够得到视觉、听觉、触觉等等感知能力的体验，能够在虚拟环境与虚拟环境相互作用。

2 VR技术发展现状

VR技术在实际应用中需要依托计算机作为基础，是计算机领域中一种重要计算工具及分析工具，对于计算机领域中存在的问题能够有效解决。VR技术在研究及发展过程中，也存在着一定问题，因此本文主要从国内外对于VR技术发展现状进行分析。

2.1 国外VR技术发展现状

2.1.1 美国研究VR技术发展现状

VR技术源头就是在美国产生，因此美国拥有主要的VR技术研究机构，在众多VR技术研究机构中NASA Ames实验室作为VR技术源头，一直带领着世界各国VR技术的发展。在20世纪80年代中，美国实验室就已经开始基础研究空间信息领域，在80年代的中期创建了虚拟视觉环境研究工程，后来有创建了虚拟界面环境工作机构。现阶段，美国VR技术研究机构主要研究对象落实在虚拟行星探索方面，这个研究工作主要就是通过虚拟技术放在对于遥远行星的研究工作中。例如，波音公司所生产的波音777运输机在设计中使用的就是全无纸化设计模式，通过VR技术作为设计基础，设计人员通过虚拟环境加工波音777运输机上的工件，大幅度降低了加工流程。

2.1.2 VR技术在欧洲的发展现状

目前，欧洲的英国研究公司所研究设计中DVS系统中引领着部分VR技术在各领域实际应用中的标准化，并且该公司还为VR技术在实际编辑中设计了先进的环境编辑语言。在编辑语言中将VR技术编辑方式分别3个方面，分别是对于实际环境检测、虚拟环境控制、虚拟环境显示。不同编辑语言在实际应用中都拥有相对应的操作模型，因此DVS系统不同操作流程能够让VR技术产生不同功能。英国在对于VR技术部分方面研究工作都是较为领先的，特别是在对于VR技术的处理、辅助设备设计研究方面。

2.2 国内VR技术发展现状

我国在对于VR技术研究时间及成果上与世界发达国家之间存在着一定差距，在对于VR技术研究工作中需要大量的资金及先进技术作为基础。但是伴随着我国计算机技术等先进技术的快速发展，VR技术已经在我国得到了各领域重视，拓宽我国对于VR技术研究的深度及广度。我国科委国防科工委部已经将VR技术作为国家科研工程中的核心工程，各大科研机构及高校也逐渐参与到VR技术研究工作中，并且已经获得了较为显著的成果。例如，北京航空航天大学是我国最早高校参与到VR技术高校，也是我国对于VR技术研究较为权威性机构，主要针对VR技术中的三维动态数据库及分布式虚拟环境等方面研究工作，主要就是在探索VR技术中物体特点的处理模式。

3 VR技术发展趋势

伴随着VR技术在各领域内不断的应用深入，对于VR技术要求也越加严苛，为了能够满足不同领域对于VR技术应用的需求，VR技术在发展中主要向低经济成本及高性能方面。VR技术的发展趋势主要表现在一下几个方面。

3.1 动态环境建模技术

VR技术是由多个技术结合而成，在众多技术中核心技术就是动态环境建模技术。动态环境建模技术主要就是帮助VR技术在实际应用中拥有三维数据方面的支撑，为创建虚拟环境模式奠定基础。

3.2 实时三维图形生成和显示技术

在VR技术的众多技术中，三维图形生产技术是研究相对于成熟的技术之一，但是三维图形生成技术的关键就是怎样能够将图形显示，在保证图形质量及复杂水平的情况下，提高图形刷新效率将是VR技术在三维图形生产和显示技术的主要发展方向。与此同时，VR技术在实际应用中需要依赖于立体显示及传感技术的研究水平，但是目前的研究工作并不能够满足VR技术的应用，因此还需要增加对于三维图形生成及现实技术的研究工作。

3.3 媒介与人的融合

智能化的不断发展中，人们最终都将摆脱管理程序化的控制，让人们的身心发展都得到一次提升，促进人们的全面发展。VR技术在发展中，社会也在快速建设，创建高度文化社会已经成为社会发展的必然，因此VR技术在发展中应该越加人性化设计。

4 VR技术在游戏设计的影响

在游戏设计中应用VR技术对于游戏设计人员而言并不陌生，游戏也在应用VR技术中获得了无限可能。也就是说在游戏设计中应用VR技术能够让玩家感受到游戏环境，为玩家创建真实虚拟游戏世界。

在VR技术研究还没有先进这样相对于成熟中，游戏甚至电影在设计制作中还有与VR技术相识的技术存在，网络游戏在未来设计中主要目标就是为玩家提供一个虚拟真是的环境。

从VR技术对于游戏设计的影响角度而言，VR技术主要对于游戏设计的两个方面进行影响。首先就是增加玩家与游戏环境之间的互动，这就需要依托与先进的技术作为支撑，突破空间上的约束，早期游戏设计中仅仅能够采取光枪模式拓宽游戏内容，但是伴随着体感技术的不断发展，游戏与玩家之间的互动也在逐渐加强，目前通过虚拟性环境就能够最大幅度还原玩家在游戏中的代入感。其次就是对于游戏环境的塑造。VR技术之所以让人们如此向往，就是在游戏内容不发生任何改变的情况下，VR技术还是能够为玩家提供不同的游戏体验。

5 结论

综上所述，VR技术研究工作已经取得了显著性成果，但是伴随着科技技术的发展，VR技术目前存在的问题将得到有效解决。本文对于VR技术在游戏设计的影响简单性分析，探索了VR技术对于游戏设计的影响，但是VR技术并不能够仅仅局限于游戏设计，对于不同领域发展都会带来翻天覆地的改变。

参考文献

[1]阳化冰.虚拟现实构造语言VRML[M].1版.北京：北京航空航天大学出版社，2010：5-8.

[2]张金钊，张金镝，张金锐.虚拟现实三维立体网络程序设计语言VRML――第二代网络程序设计语言[M].1版.北京：清华大学出版社，2014：89-93.

虚拟技术的发展现状第5篇

关键词：虚拟现实技术；应用；现状；发展趋势

中图分类号：TP391.9 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2017）009-0-01

计算机行业的高速发展促使了虚拟现实技术的不断成长。虚拟现实技术作为当前时期较为先进的实现数字化人机交互感受的技术，以其特有的沉浸性、交互性和构想性给予使用者一种身临其境的信息交流方式。

一、虚拟现实技术简介

虚拟现实（virtual reality，简称VR），主要是借助计算机仿真及传感器技术形成一个三维环境，利用传感器和眼球追踪技术及各类算法实现人机交互，它通过试、听、触等感知行为使用户享受沉浸式体验。该技术将计算机图形学、传感技术、仿真及人工智能、多媒体技术以及数字图像处理技术等多项技术融为一体，可以对人的操作及活动作出相对准确、及时的反应，使人们可以参与到虚拟世界中，去深度体验与虚拟世界的互动。

二、“虚拟现实+”的行业应用

虚拟现实技术作为下一代计算平台，商业化空间巨大。它不单单是一个独立的产业，更是能与传统产业相融合并产生社会变革的巨大动力。随着虚拟现实应用场景层出不穷，虚拟现实有望颠覆众多行业，形成“虚拟现实+各行各业”的趋势。

1.“虚拟现实+“游戏

通过虚拟现实技术呈现出来的游戏场景是360度并且三维立体的，并且在声学、触觉和嗅觉上实现一体化带入，使用户有更强的临场感。近年来游戏行业增速逐步放缓，尤其是偏向端游重度娱乐的游戏有逐步淡出市场的趋势，VR虚拟现实的出现，为端游、页游的发展带来新的契机。

2.“虚拟现实+”教育

VR教育突破了传统教育的限制，能够使知识更加形象。教育行业利用信息体验化来推进体验式教学，提高学生的学习效率和积极性，同时以个体差异化教育体验的方式达到了因材施教的目的。另外，VR打破了时空限制，能够更加公平合理地分配教育资源。

3.“虚拟现实+”医学

虚拟现实技术在医学方面的应用有着十分重要的现实意义。我们可以在虚拟环境中，借助于跟踪球、HMD、感觉手套等对人体的内部结构有更清晰的认识。外科医生在动手术前，也可以通过虚拟现实技术的帮助，在显示器上进行模拟手术，在寻求最佳手术方案的同时降低了实际手术的风险。

此外，虚拟现实技术还在军事航天、房地产开发、数字地球、工业仿真、文物保护、应急演练等方面均有所应用。

三、虚拟现实技术的发展现状

虚拟现实技术的概念最早是由美国人提出的，后来美国宇航局利用液晶显示电视和其它设备，开始研制低成本的虚拟现实系统，对虚拟现实技术的硬件发展有一定的推动作用。现在虚拟现实技术虽然获得较大发展，但仍处于初级阶段。

我国虚拟现实技术研究起步较晚，但令人欣慰的是，一批国际人才带着全球最前沿的技术回到国内，推动虚拟现实产业在中国的发展。他们利用自身的优势，再借助国家政策支持，整合并导入了全球优质产业链资源，使中国在虚拟现实产业做出了人骄傲的成绩。我们的产品和技术开始追赶全球的国际巨头，产业发展规模位居世界前列。同时，多元领域的商业模式探索、充满活力的生态系统，让中国率先创建了产业化道路。

VR技术在面临重大发展机遇的同时，也面临着极为严峻的挑战，主要有以下三个方面：

1.行业标准缺失。当前VR创业十分流行，各家VR产品之间没有共同的行业标准，导致产业链协同的边际成本很高，制约着VR产业生态的发展。

2.硬件有待提升。VR技术的硬件设备普遍存在使用不便、效果不佳的情况，难以达到虚拟现实系统的要求。

3.优质内容短缺。随着VR产业的蓬勃发展，简单制作的VR视频已经无法满足使用者的需求。

四、虚拟现实技术的发展趋势

随着各项技术的不断成熟，VR产业正在或即将进入一个大好的发展时期。在未来几年里，在秉着“低成本，高性能”的原则下，VR产业发展预计将呈现以下趋势：一是VR内容制作市场需求大、门槛低，将成为业内新的发力点；二是随着VR硬件设备产量稳步攀升，线下体验、广告宣传和网络传播将助推VR产业加速落地；三是PC端VR是短期主流，随着手机的普及，移动VR 的应用前景好于PC端；四是各国互联网和电商巨头正进行大规模布局，预计马上就可以迎来VR产业的规模化发展。

参考文献：

[1]王莉，杨明辉.虚拟现实时代：智能革命如何改变商业和生活.

虚拟技术的发展现状第6篇

关键词：网络虚拟实验；现状；不足；发展

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 23-0000-01

Computer Network Virtual Experiment System Status and Development

Wu Jian

(Jiangxi Industrial Vocational Technical College,Nanchang 330039,China)

Abstract:Computer technology,network technology and simulation technology to build virtual experimental system provides the possibility.Describes the virtual experiment system research situation,the lack of analysis of the current study proposed the development trend of virtual experimental system.

Keywords:Virtual experiments;Status;Shortage;Development

一、网络虚拟实验系统的研究现状

（一）国外研究现状。目前，网络虚拟实验系统在发达国家已十分普及，下面列举几个有代表性的成果：（1）2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java技术的虚拟物理实验室项目。学生通过调节实验参数来观察各种实验现象和实验结果，该实验室的实验程序基于Java Applet技术实现实验界面与仿真算法，将其嵌入到网页中，客户端只需一个集成Java虚拟机的浏览器即可运行仿真。（2）新加坡国立大学在远程控制实验方面取得很大的成果。其电子工程系开发的用于工程教育的虚拟实验室，目前已经包含了2D和3D示波镜实验、带耦合的水槽设备控制实验等六个实验。使用者通过网络操作真实的实验设备，可以应用多种控制方法来完成实验。这类实验具有视频与音频反馈，通过视频会话系统，使用者可以一边调整实验界面的实验参数，一边观看远程设备运行后的实验结果。由于是远程控制真实实验仪器，所以一次只能允许一个使用者操作实验，但可以允许多个其他使用者耳闻目睹远程实验的运行过程。这种远程控制实验不但有效地利用了有限地实验室资源，而且实验效果良好，是目前网络虚拟实验室研究和开发的一个重要方向。

（二）国内研究现状。我国的网络虚拟实验系统的研究起步较晚，但是发展速度较快。根据目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看，国内部分大学已陆续建立了网络虚拟实验系统。华中科技大学《液压与气压传动》远程教育小组开发了液压回路性能和液压元件装拆虚拟实验。液压元件装拆实验基于三维环境运行，能使学生在虚拟现实环境中，仔细观摩各零件的结构特征，明确各零件的相互装配关系并可以亲自动手进行元件的装配和拆卸。液压回路性能测试实验运用JAVA技术进行开发，学生可以在实验界面输入不同的实验参数，点击实验控制按钮，观察回路表示的对应的变化和实验结果曲线图。

二、目前研究的不足

（一）关注程度不够。网络虚拟实验系统以其强大的教育优势成为国内外研究的热点，但是国内在这方面的研究与国外相比还比较落后，尤其是在教育技术领域未给予一定的关注。我们从中国期刊网用虚拟实验作为主题进行搜索，在《电化教育研究》上找到4篇文章，《中国远程教育》18篇，《中国电化教育》7篇。

（二）系统构建方式单一。目前国内网络虚拟实验系统构建技术方面研究文献的内容主要集中在Java、VRML、Flash、LabVIEW等技术在虚拟实验系统构建中的应用，或者此技术在某个实验环节中的应用，或者侧重于网络虚拟实验系统的教学支持系统的设计开发，对多种技术混合开发、各技术之间的交互设计、网络虚拟实验系统的体系结构的研究不多。

（三）系统应用研究不多。目前网络虚拟实验系统的研究内容主要集中在理论探讨、系统的设计与开发、虚拟实验网络教学平台的开发，对网络虚拟实验系统应用于教学的模式与效果分析、网络虚拟实验系统开发评价等方面的研究不多，尤其是关于学生对网络虚拟实验系统学习体验的调查和从学生视角对使用网络虚拟实验系统进行网上实验学习进行评价的研究很少。

三、网络虚拟实验系统发展趋势

（一）基于3D的纯软件方式开发的网络虚拟实验系统将成为主流。从国内外已有的网络虚拟实验系统的现状和应用来看，纯软件方式开发的网络虚拟实验系统是实际物理设备及实验过程的软件仿真，其具有构建费用低、使用方便等特点，在教学和科研中有广泛的应用。基于3D的网络虚拟实验系统能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，丰富了媒体表现形式，其以现实感强等优势成为国内外研究的热点，在教育领域内有着极其巨大的应用前景。

（二）实现技术上必将形成多种技术相融合，优势互补的局面。网络虚拟实验系统的构建上应该研究如何用技术实现教育的功能，使网络虚拟实验系统达到与真实实验相近和等同的效果。在设计与开发方面，体现在如何对实验元件、实验环境和实验现象进行模拟，如何处理好虚拟环境与用户之间的交互，如何实现多用户的并发协同操作等方面。使用某个单一技术构建网络虚拟实验系统，在某些方面有优势，在另一方面必然存在不足。因此，一个优秀的网络虚拟实验系统不可能只通过单一的技术来实现。将多个技术相融合开发，优势互补，对构建一个好的网络虚拟实验系统显得十分重要。

（三）增加协作性。科学实验常常是一种协作性的活动，与同伴合作是实验过程中一个至关重要的环节，因此，多用户协同虚拟实验将成为网络虚拟实验发展的一个重要方向。

四、结束语

本文就当前国内外网络虚拟实验系统的现状，分析了当前研究的不足，进而预测出下一步网络虚拟实验系统的发展趋势。我相信，随着计算机技术、网络技术、多媒体技术、人工智能技术、神经网络以及教育学、心理学等多学科综合发展，以及网络带宽的提高，网络虚拟实验系统的建设将取得更大的进展，远程教学将有更加美好的明天。

参考文献：

[1]郝宁,余雪丽.分布式虚拟实验系统实现技术的研究[J].太原理工大学学报,2003

[2]董亚波,吴迪,朱淼良.基于对象Petri网的远程虚拟实验过程模型[J].电路与系统学报,2003,8

虚拟技术的发展现状第7篇

【关键词】 虚拟仪器 模拟平台 实验操作 发展趋势

一、虚拟仪器的构成、分类及特点

1.1虚拟仪器构成

虚拟仪器主要由硬件和软件构成，其中硬件是虚拟仪器的基础，主要由电路板和计算机两部分组成；软件是虚拟仪器的核心，在具体利用虚拟仪器进行工作的过程中，主要是通过软件完成基本操作的，进而达到实验的目的，在一定程度上能提高实验效果，并最终完成实验。

1.2虚拟仪器分类

虚拟仪器在使用过程中，通常分为PCI总线--插片型虚拟仪器、并行口式虚拟仪器、GPIB总线方式虚拟仪器、VXI总线方式虚拟仪器和PXI总线方式虚拟仪器。每种类型的虚拟仪器都有自身的特点及功能，在实际应用过程中，应选择适宜的虚拟仪器。

1.3虚拟仪器特点

由于虚拟仪器在使用过程中具有以下主要特点：性能高、拓展性强、应用性强、开发时间短等，虚拟仪器在使用过程中，具有一定的应用价值。无论是在企业还是高校的实际应用中，在一定程度上可以解决硬件仪器不足的缺陷，解决一定的实际问题。各个行业应用虚拟仪器解决实际问题，已经成为社会发展需求。

二、虚拟仪器的现状与发展

2.1虚拟仪器的现状

虚拟仪器的硬件平台、软件技术在应用过程中不断地快速发展。目前的硬件技术主要包括：模拟仪器技术、数字化仪器技术、智能化仪器技术和虚拟仪器技术。从发展路线来看，虚拟仪器有两个发展方向：一个是高性能，低成本的发展方向，即PC插片并口式串口USB式；另一个是高精准度、高速和大型自动化的设备发展方向。

软件技术是其核心，一般都是根据软件需要，结合虚拟仪器方向，由软件工程师利用程序设计语言进行编写程序进而控制，操作人员只要知道具体操作步骤，把需要的连接线按要求进行连接，最终利用计算机进行有效控制，就可经达到实验的预期效果。

2.2虚拟仪器的发展趋势

虚拟仪器的发展依靠计算机技术、通信技术、电子技术的发展。虚拟仪器的应用领域比较广泛，现在很多企业都在发展虚拟仪器，很多企业都在使用虚拟仪器。虚拟仪器主要应用在监控、远程教育、工业控制、电力系统、航空航天等领域。

另外，虚拟仪器在自动化系统、石油化工等领域的应用，促使了虚拟仪器的快速发展，虚拟仪器自动化生产将成为重点研究领域，能为更多的企业进行服务，提高企业工作效率，减少企业投资成本。

三、虚拟仪器在教学系统中的应用

虚拟系统应用领域很广，在虚拟仪器不断发展过程中，虚拟仪器会在各个行业中得到广泛应用，取得一定效果。

虚拟系统在高校教学中的应用，在一定程度上解决了高校硬件资源不足的问题，减少了高校对硬件的投资，提高了学生的实践技能。例如，学生在电工电子基础实验过程中，完全可以通过虚拟仪器，在计算机中进行实验，根据教学中的实验步骤，在教师的指导下，可以顺利完成实验，并且能取得与真实实验相同的实验效果，实验数据。但通过虚拟仪器完成的实验没有真实感，学生没有看到真实的元器件，学生在实际操作过程中，也会出现一定的问题。考虑到这个问题，建议学生首先利用虚拟仪器完成基础实验，对实验的过程有一定的基础，进而再进行真实实验，这样更有助于提高学生的实验效果，加深对理论知识的更深一层的了解，达到了理论与实践相结合的要求，也符合现代高校发展的需要，也有利于高校的进一步发展。

总之，虚拟仪器的应用前景是广泛的，其应用领域也会越来越广，在计算机技术、电子技术、网络技术、通信技术的快速发展过程中，虚拟仪器的硬件技术会不断更新与发展，软件技术也会更加完善，虚拟仪器的智能性必将越来越高，其应用前景是美好而广阔的。

参 考 文 献

[1]基于虚拟仪器的网络测控技术的分析[J]. 李小川. 化工管理. 2016（14）

[2]应怀樵：做中国原创的“虚拟仪器”[J]. 何倩. 科学新闻. 2011（11）

[3]虚拟仪器在计量测试中的应用[J]. 徐军. 信息系统工程. 2013（01）

虚拟技术的发展现状第8篇

关键词： 虚拟现实； Unity3D； Kinect体感交互； 虚实融合； VRML

中图分类号：TP391.09 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）10-05-03

Application research of virtual reality technology in teaching of chemical experiments

Zhu Yahui1， Yan Yaxing2

（1. Mathematics and Computer Science， Xihua University， Chengdu， Sichuan 610039， China；

2. Chongqing Key Laboratory of Computational Intelligence， Chongqing University of Posts and Telecommunications）

Abstract： The application of virtual experiment spreads widely. The related technologies supporting it become hotspot in the research. The future development trends of the virtual chemistry experiments and virtual reality technology are analyzed in this paper. The theoretical foundations of U-nity3D techniques， the enhancing reality technology and the Kinect somatosensory interactive technology are discussed. Application and development trend of virtual chemistry experiments are introduced. Take the virtual technology fusion method as orientation， simulating real-time environment， the virtual experiments become simplistic， intuitive. Application prospects of virtual reality convergence technology in the field of virtual experiment technology have been proved. The virtual fusion technology is conducive to promoting the development of intelligent virtual chemistry experiments， which is a new starting point for reform of virtual experiments.

Key words： virtual reality； Unity3D； Kinect somatosensory interaction； actual situation fusion； VRML

0 引言

近年来，随着虚拟实验逐渐引入校园，其实现/开发技术不断得到更新和完善，这给虚拟实验教学的应用带来了巨大的便利。虚拟现实技术以它的开放性、仿真性、经济性、可重复使用性、共享性等优点在更多的领域得到应用，对其研究的目的在于利用所有可能的信息技术进行虚拟现实技术的开发，提高虚拟的自然性和高效性[1]。目前人与计算机交互的方式只局限于鼠标和键盘，由于这种技术的单一性阻碍了虚拟现实技术的进一步发展，虚拟实验中输入输出效率之间差距变得越来越大。随着计算机科学技术的快速发展，更高层次的虚拟现实技术理念对虚拟实验提出了更多要求，越来越多的科研人员开始对新的虚拟现实技术的多通道界面展开研究，目前的研究内容主要集中在虚拟现实技术、增强现实技术、体感交互技术相结合的研究。

虚拟现实技术的出现为促进虚拟实验的发展具有重要意义，虚拟现实技术作为新一代的虚拟实验开发技术，可以依靠实时模拟使用者的动作、化学器材和药品的识别以及化学反应变化识别来实现虚拟输入功能。这一特性很好地填补了现有人机交互技术的缺陷，并且促使虚拟现实技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点，而体感交互技术也必将成为未来虚拟现实技术中发展的趋势。

同传统计算机技术相比而言，虚拟现实技术可以实现和多种技术相结合来控制终端，特别是未来的体感交互技术，用这种最自然的方式与终端进行交互的特点，贴近了虚拟实验对自然性的需求，虚拟现实技术对虚拟实验理念的实现起到了重要的推动作用。因此虚拟现实技术在虚拟实验领域中的应用对其今后的发展具有很大的必要性。目前虚拟现实技术存在着各种研究上的难点，如：没有完全对实验环境真实虚拟化，不能避免外界环境的干扰；还不能很好解决实验结果中存在的偏差和不能把握好实验操作的精准度；还不能提供较好的相互协作的学习方式，操作实验模式单一，多人操作实验时技术难度比较大等。

1 概述

对虚拟现实技术在虚拟实验领域的研究目前主要体现在基于三维虚拟实验平台、VRML中粒子系统化学实验、Flash3D技术游戏场景模拟等方面，其应用于增强现实技术化学反应特效制作及体感技术人机实验自然交互等很多领域[2]。

1.1 虚拟化学实验研究现状分析

近年来，虚拟现实技术已成为计算机科学与其他技术科学领域中研究和开发的热点。随着此技术的发展，虚拟实验在教育教学中发挥了重大作用，它具有知识综合性、教学创新性、实验应用性的特点[3]，提高了学生分析解决问题的能力。

目前，利用虚拟现实技术开发的虚拟实验呈上升趋势，采用虚拟融合技术开发的虚拟实验逐渐增多。由于体感交互技术近三年来逐渐兴起，采用Kinect体感交互技术进行虚拟实验的研究极少。技术融合为虚拟现实技术在虚拟实验提供了高级的集成性和交互型，给人以愈发逼真的场景体验，特别在化学实验中得到了十分重要的应用。虚实融合与体感交互对虚拟实验的有效支持将成为目前及未来研究的热点。

1.1.1 虚拟化学实验的特点[4]

虚拟现实技术越来越多地与增强现实技术、Unity3D技术、Kinect体感交互技术融合，对虚拟实验环境进行构建，实际应用中为实验教学开启了一种全新的教学模式，使虚拟实验具有了独特的特点。

⑴ 仿真性：虚拟化学实验是对真实实验环境的模拟，学生通过进行实验操作、技能训练和知识探究来学习真实世界的知识。

⑵ 强交互性：用体感交互技术与实验的交互会是完美的结合。

⑶ 开放性：是利用虚拟现实技术，实验内容打破了空间的局限，使学习者可以自由进入虚拟实验系统学习，交流和研究。

⑷ 节约成本，便于及时更新实验设备。

⑸ 多感知性。

⑹ 投入性：虚拟实验是真正的身临其境做实验。

⑺ 自主性。

1.1.2 虚拟化学实验的类型[5]

近年来，由于Unity3D三维引擎技术、Flash3D、VRML+Java、Kinect体感交互技术逐渐发展成熟，不断创造出具有特色的虚拟化学实验系统，随着虚拟现实技术的进步和发展可将虚拟化学实验分为三大类：

⑴ 基于平面简单动画仿真的虚拟化学实验平台；

⑵ 基于三维视觉效果的虚拟化学实验平台；

⑶ 基于三维交互设备的虚拟化学实验平台。

目前随着虚拟现实技术的融合与创新，直接影响着使用者对化学实验教学的喜爱程度。根据使用者参与虚拟实验形式的不同和沉浸程度的不同，把虚拟实验分为以下几种类型：

⑴ 桌面式虚拟化学实验；

⑵ 增强式虚拟化学实验；

⑶ 沉浸式虚拟化学实验。

1.2 虚拟现实技术发展现状分析

虚拟现实技术与仿真技术的发展密不可分，从早期的60年代虚拟现实思想萌芽阶段开始，到80年代虚拟实验概念理论的形成，再到今天虚拟现实理论的完善和全面应用，都在不断提升仿真技术的水平。目前在虚拟现实技术领域的基础研究主要集中在感知、虚拟融合技术和体感交互技术；实时三维图形图像生成技术、多功能的交互技术，高分辨率的动态环境建模技术；实时、现实三维动画技术和场景情感识别技术；立体显示和传感技术；快速、高精度三维跟踪技术以及系统集成技术等。

虚拟现实技术的发展提供了一种研究和思考的工具，仿真现实世界，化学实验教学中实现了“从计算机为主体”到“人为主体”的转变，实现了“适计算机化的单维信息空间”到“适人化的多维信息空间”的转变，从而产生了许多解决问题的新方法，其研究主要涉及到三个领域：

⑴ 通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果；

⑵ 建立对虚拟世界的观察界面；

⑶ 使用虚拟现实技术加强如虚拟实验领域的应用。

目前，虚拟现实技术的研究内容大体趋于其本身的研究和其应用的研究两大类。主要应用在现实世界的仿真研究、人类认知的研究以及可视化的研究。当前国际上，虚拟现实技术大多研究虚拟人机交互界面、虚拟现实系统的构造技术，着重于研究虚拟现实的应用。而需求自然方式的直接交互，要求更高的连续性，多维性，融合体感交互技术和增强实现技术将会提高三维对象交互的效率。

在未来虚拟现实技术研究追求遵循“低成本，高性能，多维技术融合”为主线，将会从动态环境建模技术方向、实时三维图形生成和现实技术方向、新型交互设备的研制方向、智能化的语言虚拟现实建模方向以及大型网络分布式虚拟现实的应用方向，这些将成为未来发展的趋势。

1.3 增强现实技术发展现状分析

增强现实是在虚拟现实技术的基础上发展起来的一种技术，它通过显示技术，计算机图形，体感技术，计算机多媒体技术将虚拟信息叠加到现实环境或者现实物体上，产生三维信息以增强人对真实世界的感知。增强现实具有实时结合、实时交互、三维标定的特性，依托于显示技术和三维跟踪标定技术来实现。目前，实现增强现实的主流方式：增强现实关键的技术、虚拟物体生成技术、显示技术和跟踪注册技术，实现虚拟和真实对象的配准、排列[6]。

增强现实技术迅速发展的过程中，形成了跟踪定位技术、Marker识别技术、图像识别技术、标定技术，以及界面可视化。增强现实技术逐渐提高虚实结合、实时交互、3D注册的技术水平，弥补了虚拟现实技术完全脱离现实而存在的缺陷。增强现实技术在计算空间、体感交互、感知人脑方面发挥着切实有用的应用，近年来增强现实的应用不断取得进展，在国内各大高校取得了一定进展，目前已经提出了基于视觉的增强现实跟踪注册方法、空间增强现实流水线和基于定位标记的视屏检测等研究，在虚拟化学实验教学中应用突出，但是还存在着技术上的不足，在未来增强现实技术在系统微型化和低能耗的研究方向上将成为趋势。

1.4 VRML技术发展现状分析

虚拟实验是仿真性、强交互型、开放性，便于及时更新实验设备等优点的结合体，我们确立采用虚拟现实建模语言VRML（Virtual Reality Modeling Language）构造三维虚拟实验场景，实现虚拟仪器的三维建模和访问。基于VRML的虚拟化学实验具有自由性、开放性、节约型，实验教学一体化、易于开设新型的实验项目和安全性等优点。

目前，对VRML技术描述三维虚拟场景和设备，优化虚拟实验系统网络结构，以VRML技术和目前广泛应用的Java相结合发展基于Web的虚拟化学实验的网络构架，此设计流程如图1。用3DS max图形化操作，建立了模型直观而便捷，可以结合体感设备，进行人机交互在Web端虚拟实验。采用VRML粒子系统插件在3DS max中建立好模型，可以利用VRML脚本编程接口或基于外部编程接口进行交互，通过传感器节点交互控制。这项技术在化学实验中得到完美的应用，场景模型和化学反应的模拟都是非常的生动逼真。

[建立实验室场景][仿真实验室仪器和药品][模拟反应现象][实现交互性][到Internet][主要是VRML建模，复杂

型可以借助3ds max等建

模软件][VRML中事件，路由，传感器，插补器，检测器等节点，粒子系统][Java程序，结合使用EAI和Script节点]

图1 VRML+Java技术开发虚拟化学实验室的流程图

VRML的出现是将来三维虚拟网络世界不可缺少的重要技术。VRML是一种三维场景的描述性的虚拟现实建模语言，创造了易于网络传输的交互式三维空间，它通过描述物体、网络传输、本地计算机生成。它利用节点构建虚拟实验仪器和场景。

1.5 体感交互技术发展现状分析

体感技术是利用肢体动作、手势、语音等现实生活中已有的知识和技能进行人机交互集多种技术于一体的体感设备，通过自然方式与终端交互[7]。它是随着虚拟现实、混合现实、增强现实等技术的发展，三维人机交互为重要的研究领域之后出现的。随着虚拟实验对教学和研究的支持力度不断加大，虚拟现实不断暴露出一些缺陷，如模拟实验环境的真实度不高，实验交互操作缺乏人性化等，造成虚拟实验难以达到高度沉浸和人性化实验交互的操作效果。在此背景下，虚拟融合环境下体感交虚拟实验凭借真实的实验环境与虚拟仪器相结合，采用体感交互操作方式使实验者直接用手与虚拟仪器接触交互，大大提高了虚拟实验的真实情景感和灵活的人机交互性[8]。

近年来，虚实融合与体感交互对虚拟实验有效支持。Kinect作为新一代的体感设备，抛弃传统的鼠标和键盘的操作方式，直接通过手势动作进行虚拟实验操作，可以有效地进行多人协作实验，很好地弥补了现有人机交互的缺陷，并且促使Kinect体感技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点。Kinect设备体感技术在化学实验教学领域的研究和程虚拟实验将会成为未来研究的重要方向。

2 应用展望

在国内外虚拟现实技术不断同体感交互技术的融合环境下，虚拟实验得到了广泛的应用，特别在虚拟化学实验这一领域在不断深入研究，对国内外科学技术发展产生了非常重大的影响力。目前，随着Unity3D技术，体感技术结合日益紧密，逐渐形成了当今适时代计算技术发展的潮流，增强现实技术的出现为虚拟化学实验开辟了道路。虚拟实验的进步与发展，为学习者提供了一个自适应的获取知识和技能的实验学习环境。

我们相信虚拟现实技术必定会给化学实验教学领域带来崭新的面貌，随着时代的发展，尤其是在计算机技术和计算机图形学技术的进步，增强现实技术也会不断得到完善，体感技术融合的时代里，虚拟现实技术将会不断寻求能够促进化学实验教学质量更优化的新方法，来提升我们的学习能力，创造能力，推进我国教育事业的发展。

3 结束语

虚拟现实技术在化学实验教学中的应用日益广泛，让我们看到了虚拟现实技术的强大功能。通过研究技术融合使得虚拟化学实验简单化，直观化，贴近现实和仿真实时的实验环境，仿真效果更加优越化，在未来学习中给实验教学将会带来巨大的便利，涉及这个领域的技术潜力会更大，应用前景将会非常广阔，但是在情景真实化问题上所存在的很多理论难题和技术障碍还有待研究。

参考文献：

[1] 尹立辉.网络虚拟化学实验的实现方案[J].天津农学院学报，2010.17

（2）：29-32

[2] 张学军.基于Flash3D的中学化学虚拟实验平台的设计与实现[J].电

化教育研究，2014.6（1）：23-24

[3] 朱柱.基于Unity3D的虚拟实验系统设计与应用研究[D].华中师范大

学，2012.24（5）：3-7

[4] 卢雨正.虚拟实验室交互设计研究[J].包装工程，2012.10（7）：54-55

[5] 杨景琴，陈坚.VRML中粒子系统在虚拟化学实验室构建中的应用研

究[J].计算机光盘软件与应用，2012.2（4）：12-14

[6] 李文霞，司占军，顾.浅谈增强现实技术[J].电脑知识与技术，

2013.28（9）：11-13

[7] 廖宏建，杨玉宝.体感交互设计及其在三维虚拟实验中的应用[J].远

程教育杂志，2013.1（6）：54-56

虚拟技术的发展现状第9篇

关键词：沉浸式传播;虚拟现实艺术;设计策略;分析

引言

沉浸式传播是该技术表现出的基本特征，该技术的艺术设计主要是指设计人员进行相应的技术作品创造，为体验者塑造全新的世界。其不仅是指对真实环境的改变，其也涉及到虚拟世界中的历史、法则、物种甚至时间的重新规划与改变。但要实现这一点，脱离不开媒介的输入与输出的支持，相关媒介正是实现虚拟与现实世界连接的重要桥梁。而根据体验者在虚拟世界中的沉浸程度的区别，其对于相关媒介的认知程度也会出现差异，即当体验者的沉浸程度较高，则会出现忽略媒介存在的情况发生。

一、虚拟现实技术中的沉浸内容

（一）生理沉浸

体验者在虚拟现实技术下完成的影片观看过程中，虽然心理上了解该影片的内容并不真实，但是依旧在生理条件下做出惊慌、害怕甚至闪躲的状态。该技术主要是实现了对真实空间的高强度压缩，让体验者从真实的环境中走向虚拟环境中的感受。而随着技术应用媒介的逐渐升级，体验者的沉浸感受也被不断强化，例如现代电影中的2D、3D、4D等不同的分类就是指观影沉浸感的不同，而这类沉浸感受被统称为生理沉浸。生理沉浸主要是指运用虚拟现实技术就体验者的感官能力进行扩大与延伸，并随着程度加深而实现媒介忽略，尽可能地降低对真实世界的感受。

（二）心理沉浸

心理沉浸较之生理沉浸更早地实现了发展，其主要是指在不具备高效率媒介的情况下，通过优秀的故事作为载体来应当体验者进行故事想象，从而实现体验者的沉浸感受，例如戏剧作品的演绎等。心理沉浸的实现属于体验者在认知层面上的沉浸。要实现高水平的心理沉浸，一定不能脱离优秀的内容作为支撑。但是运用媒介来强化生理沉浸也能实现体验者心理沉浸状态的提升。但是，虚拟现实技术本身是不能直接就体验者的心理沉浸进行塑造的，其主要是承担了实现媒介的作用，是心理沉浸实现的重要辅助手段。总体而言，虚拟现实技术中的沉浸内容主要可通过进行表现。

二、该技术的生理沉浸式传播技术的应用分析

（一）静止状态下的输出技术应用

该技术在视觉效果方面的表达时，主要是通过进行分别两台摄影机的架设来实现。其主要是模拟人眼的左右视觉进行相应的画面拍摄，最后将相关的画面赋予人眼，以此来实现在视觉感知方面保证体验者的沉浸实现。例如HTCVive头盔就是在该技术下实现的。而该技术在听觉塑造方面，主要是对人耳听声进行模拟，即人耳主要是通过声音到达的时间差异来进行声音的方位以及声音的距离判断。而该技术设计中主要是控制声音在左右耳机中的发出时间差来进行模仿，保证体验者在获取声音时保证声音的三维特征体现，当前的部门电子游戏已经实现了该技术的运用。正是通过对视觉与听觉的模拟实现，体验者能在这过程中实现生理沉浸，但这并不是该技术的全部应用表现，其还包含了在该技术支持下实现的触觉模拟。这主要通过具有数据输出能力的手套或者服装等来实现，Skinterface设备就是通过对体验者的触感能力进行模拟而实现的对虚拟世界中物体的触感感受。该技术的应用对于提高体验者的生理沉浸感受意义重大，但该技术在当前依旧处于研发阶段。此外，设计工作者也可通过加入满足视觉心理的相关刺激物信息来实现生理沉浸。即设计者在进行虚拟环境塑造时，至少应当创设一个满足体验者心理需求的刺激物，同时用该刺激物信息作为视觉信息平台建立的核心，实现体验过程中对体验者注意力的吸引，也有利于设计者的思想与信息在视觉交的前提下向用户进行传递。

（二）运动状态下的输出技术应用

运动状态下的输出技术应用主要是指体验者在运动状态下实现对虚拟世界的感知，但是其与静止状态下的感知存在差异，其建立在由生活经验而形成的心理预期基础上。该技术的应用在当前已经实现了较大突破，例如HTCVive头盔在应用中就能有效地实现现实与虚拟世界的行走同步，并完全满足了心理预期层面上的身高与步长。这样能有效地使体验者在运动状态之中实现最大程度地沉浸体验，其也实现了空间约束的有效突破。而针对运动状态中的身体交互等复杂运动，该技术的应用主要是通过抽象按钮的触发来实现的。例如在该技术支持下实现的格斗游戏就是通过按键的方式来模拟相关的角色运动，而这过程中势必会存在与现实操作的差异，当前的技术优化发展就应当致力于将这种差异情况进行缩小。

三、实现该技术的艺术设计水平优化的相关策略

（一）注重虚拟视点设计的合理性

在现实世界中，视点即人眼的位置，而在虚拟世界中，视点则主要是指体验者的观察点，即为虚拟视点。例如，在就Unity游戏进行制作时，设计者在虚拟场景中会进行摄像机的安放，而这个摄像机就是主要的观察点，而该摄像机主要承担着将虚拟场景向体验者进行传递的作用。而由于体验者本身具有的生活体验会根据其所处的位置以及姿势来进行视点的判断，只有将虚拟视点与体验者的经验视点进行重合，才能进一步提高真实感。但是在虚拟技术应用时，设计者也可根据实际需求与想法进行全新的视点创造，比如模拟动物、昆虫的视点进行视点设计，而这些独特视点的创造能进一步吸引体验者的参与。体验者在利用相关的虚拟设备进行体验时能获得最大程度的视觉沉浸，但要想获得预期视觉信号的接受就离不开真实环境中的体验者的位置与姿势。例如，体验者在真实环境中的姿势为垂直站立，则体验者的预期视觉为眼睛到地面的距离为自己的身高。所以，设计者如果不能就虚拟视点进行合理的设计，导致视觉信号不能与体验者的预期视觉相匹配，则其将造成体验者的实际沉浸感受受到影响。例如，设计者在模拟昆虫视点进行设计时，应当从昆虫接近地面的视点进行考虑，这就造成与体验者的真实感受存在的矛盾，这就需要设计者在虚拟体验的过程中能够使体验者的身体穿透虚拟世界的地面。同时，为保证体验者的真实感进一步提升，设计者还应当根据不同的视点特征进行专门化的体验者动作或体验平台的设计，让体验者从生理感受的角度对相关视点进行接收。例如当体验者以鱼的视觉进行体验时，可将体验平台设计为符合人体曲线的平图2台，让体验者以伏地的姿态参与到视觉体验之中。以（图2）为错误的虚拟视点的设计。

（二）加强身体惯性与运动的匹配设计

身体的惯性主要是由人体的前庭系统与视觉系统的刺激来共同完成的，其都会通过各自系统进行运动状态辨别，并将相应的运动状态信息传递到大脑。当两者信息一致时，人体则会出现正常的运动体验。但是当两种信息存在差别，则会导致人体出现眩晕感，常见的晕车现象就是这两种信息体现的矛盾。而虚拟与现实世界中的运动状态不一致主要是指现实运动而虚拟静止或者现实静止而虚拟运动，在当前的艺术设计中大多数都会存在第二种情况的问题。但是在现实世界中进行相应的动力设备的搭建就可避免这种矛盾的出现，实现身体惯性与虚拟运动的相互匹配。例如，Mmone虚拟现实座椅就在设计中实现了身体惯性与运动的匹配。当体验者参与到游戏中时，座椅能根据虚拟世界中的运动状态进行自动的调整与运动，根据体验者的视觉系统进行相匹配的身体惯性提供，在避免晕眩状态的同时提高体验者的真实感受。

（三）保证虚拟与现实世界中的动作一致

在当前，虚拟与现实世界的动作并不能很好地实现统一，这主要是由于输入与输出媒介的实际工作效率存在差异，导致体验者的动作节奏难以实现匹配。而传统的触屏、鼠标等输入媒介的运用就能为实现运动节奏匹配提供帮助。设计者应当尽可能地保证运动状态的一致性，例如在进行虚拟的射击游戏设计时，体验者在真实的环境中进行扳机扣动应当同时更新到虚拟角色的动作中，这就是从实现虚拟与现实世界中的设备控件一致的方式实现的。而在当前的许多游戏主机设置中也都很好地实现了体验者与虚拟角色的良好交互，例如，Wii主机中存在的手柄具有较高的空间位置感知能力，在利用该主机完成高尔夫游戏时能通过动作与角色进行高度统一的运动。其主要是通过短暂精确的手柄振动来进行动作传递的，实现体验者与虚拟角色运动之间的高度统一。

结语

虚拟现实技术在当前已经实现了较大的发展突破，其所表达的沉浸式传播的特征主要表现在生理沉浸方面，该沉浸传播的功能实现，脱离不开准确的动作捕捉的输入以及人体感官技术的支撑。要实现该技术的艺术设计工作的突破，相关设计工作者应当就该技术中涉及的沉浸式方式进行分析，并加强对该技术的生理沉浸技术的研究，此外还要在这基础上积极实现艺术设计水平提升。只有这样，才能促进我国虚拟现实技术应用水平的发展。

参考文献

[1]杭云，苏宝华.虚拟现实与沉浸式传播的形成[J].现代传播(中国传媒大学学报)，2007（06）:21-24

[2]方楠.VR视频“沉浸式传播”的视觉体验与文化隐喻[J].传媒，2016（10）:75-77

[3]黄心渊，陈柏君.基于沉浸式传播的虚拟现实艺术设计策略[J].现代传播(中国传媒大学学报)，2017（01）:85-89

[4]曹戍.论身临其境的艺术设计——虚拟现实艺术设计研究[D].清华大学，2004