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虚拟现实技术的实现范文1
虚拟现实是计算机生成的、给人多种感官刺激的虚拟世界（环境），是一种高级的人机交互系统。理想的虚拟现实系统应当让使用者在与虚拟环境产生交互行为时的感受与真实环境中的感受完全一样。而现有的漫游系统大多采用二维交互界面，即采用鼠标（二维输入）和键盘（线性输入）作为交互设备，遵循着“窗口-图标-菜单-指定”（Windows-Icon-Menu-Pointer,简称WIMP）操作范式，交互方式不合谐，不自然。本文以健身作为人机交互的工具，设计了一种实时自行车漫游系统VR-BWS。该系统以虚拟现实技术为基础，综合运用了传感器技术、DSP控制技术，采用了多线程、非阻塞的数据实时通信技术，并通过立体显示等多通道交互技术实现了人在虚拟环境中的漫游，使参与者在由计算机构造的虚拟场景中获得了如同在真实环境中骑车的体验，是把虚拟现实技术应用于实际的一个有益尝试，应用前景十分广阔。
1 系统构成及原理
当参与者骑在自行车上运动时，自行车的速度、方向、笼头往上提的时间和力度以及骑车人自身重量等数据，通过传感器实时采集，然后经由DSP控制电路传送到上位机中，经过分析处理，使其在屏幕的虚拟场景得到仿真和展示，在虚拟场景里达到表演的效果；同时，当屏幕中的场景变化时，如上坡、下坡等，也可以通过控制软件反馈到自行车的控制器上，产生阻尼/驱动力，使骑车人有上述场景产生的上、下坡的感觉，从而获得好的沉浸感。系统构成如图1所示。
2 关键技术
2.1 人机交互传感器技术
在本自行车漫游系统中，主要是借助各种传感器实时地捕捉人体作用于自行车而产生的各种运动参数，输入到计算机，作用于虚拟环境，实现人与虚拟环境的交互。
VR-BWS中使用的传感器有光电编码器、角位移传感器和力传感器。与车轮同步施转，并以增量式编码方式记录自行车车轮旋转角度对应的脉冲，然后将检测到的脉冲数据换成车轮的旋转圈数，即自行车相对于某一参考点的瞬时位置；VR-BWS中使用了角位移传感器检测车把转角，控制场景中视点和视线的方向；在场景中设计有没宽度的沟壑和天堑，根据骑车人的体重和速度来判断能否冲过去，仿真飞越长城和黄河等，因此在自行车的车把和座位处安装了用来测量提力和人体重量的力传感器。
2.2 DSP控制技术
底层控制均由DSP系统完成。DSP处理系统的CPU采用TI公司生产的TMS320LF2407A，使用该芯片是为了保证上位机和下位机之间传感器数据和地形数据双向传递的实时性，减少运动跟踪和信息反馈环节的延时。
2.2.1 传感器数据的实时采集
在DSP的事件管理器EV模块中，有一个正交编码脉冲电路QEP。该电路使能后，可以在编码和计数引脚上输入由光电编码器产生的正交编码脉冲。正交编码脉冲电路的基可由通用定时器提供，在程序中通用定时器设置成定向增计数模式，并以正交编码脉冲电路作为时钟源。由角位移传感器和力传感器采集到的角度数据和力数据是模拟信号，通过DSP的模数转换模块（ADC）将采集到的数据进行模数转换后存入的结果寄存器中。
2.2.2 多线程、非阻塞的实时通信技术
TMS320LF2407A的串行通信接口SCI模块可以通过RS232转换芯片与PC机进行异步通信。因为由传感器实时采集到的数据通过DSP的SCI串口传给上位机进行处理，同时虚拟场景中的地形数据需要下传来达到控制执行机构输出力矩的目的，模拟人骑自行车上、下坡时的感觉，在程序中把它设置成全双工方式。
使用多路传感器作为三维场景漫游的视点跟踪传感器时，必须不断地从串口采集各路传感器的状态数据，以跟踪观察者对视点位置和视线方向的改变。通常有两种方式：（1）在应用程序中创建定时器；（2）采用多线程的应用程序框架。第一种方法由于控制单元是以固定的频率向主机传输状态数据，因此为定时器选择适当的定时周期是关键，否则很容易造成数据丢失。另外，由于应用程序需要不断地响应定时器函数，因此三维场景的绘制速度必然会受到影响。笔者采用了第二种方法，具体如下：
在VC环境下开发了基于RS232协议的实时通信软件，可以与虚拟环境软件部分直接相连，并采用了多线程、非阻塞的实时漫游框架，在辅助线程中监视串口，有数据到达时依靠事件驱动，读入数据并向主线程报告；并且WaitCommEvent（）、ReadFile()、WriteFile()都使用了非阻塞通信技术，依靠重叠（overlapped）读写操作，让串口读写操作在后台运行。每当主线程收到由辅助线程传过来的新一帧数据后，首先对它进行判断，只有在它相对于上一帧状态数据的变化超过规定阈值的情况下，才能开始更新用户视口内的场景显示，从而避免由于参与者的微小运动而引起的不必要的场景重绘。
2.3 虚拟场景的构造及其实时显示技术
目前，从技术角度上讲，漫游的最大难点在于建模和实时绘制，需要在模型的精细程度和绘制速度方面取一个折衷，既要保证一定的绘制质量，又不能造成用户的运动不适感。在建模和实时显示方面采用了各种技术，以保证实时性。
2.3.1 虚拟场景的构建
虚拟环境中的每个物体包含形状和外观两个方面，用于存储虚拟环境中几何模型的模型文件应该能够提供这两方面的信息。同时还要满足虚拟建模技术的三个常用指标——交互显示能力、交互操纵能力、易于构造的能力对虚拟对象模型的要求。Open GL中很容易实现模型的各种变换、着色、光照、纹理、交互操作和动画，但是它只能提供基本几何元素的造型函数，使得复杂模型的建模相对困难。3DMAX等三维图形建模工具能方便建立各种复杂特体模型，但是很难进行程序控制。因此，笔者在3DMAX等工具中建立好复杂模型后，在Open GL中实现对其方便控制和变换。
本系统（VR-BWS）软件部分需要享用多种公开三维格式文件数据，同时还要与数据库相关联，VR-BWS数据流图如图2示。
2.3.2 三维模型的实时显示
在3DMAX等建模工具中建立好复杂模型后，可以用多种文件格式存储。考虑到Open GL提供了最基本的由多边形构造三维模型的方法，故以三角形网络方式存储。VR-BWS的软件部分是基于面向对象技术。三维图形类、渲染场景必不可少的属性类如：颜色类、纹理类、材质类、光源光等均采用面对象方法对Open GL函数进行封装（如图3所示），软件的各个组成模块使用OCX控件和COM作为标准接口。这样既可以大大节省开发时间，又能提高渲染速度。
虚拟现实最重要的特性是人可以在随意变化的交互控制下感受到场景的动态特性。而提高显示性能的技术包括硬件和软件两个方面。在硬件方面，采用了高速的DSP芯片进行数据的实时采集和传输；软件方面建立了多线程、非阻塞的漫游框架，并采用了以下方法来提高场景画面的刷新速度。
（1）双缓存机制。也为显示器建立两个视频缓冲区，一个用于后台刷新屏幕，一个用于前台绘制。当需要更新时，切换这两个缓冲区，将原来作刷新用的缓部区用于绘制新的帧，同时将原来作绘制用的缓冲区用于刷新显示。场景越复杂，采用双缓存机制时间优越性就越能得到体现。而且采用双缓冲机制可以解决画面演示过程中严重的“闪屏”现象。
（2）LOD（Level of Detail）细节层次技术。根据两种不同的判断来选取细节层次不同的模型：一是距离远近，离视点近的物体采用较高精度绘制，离视点远的物体则用较低精度绘制；二是通过自行车的速度设定不同的阈值，根据阈值选取不同精度的模型，然后通过平滑过渡技术来显示。
（3）实例技术。场景中经常需要多个相同的虚拟物体，如完全相同的树木等。对于这类需重复出现的特体，利用Open GL库中的显示列表功能，将其分别定义为单独的显示列表，预先生成三维实体；再通过几何变换得到其它位置的特体。在图形显示时，只需调用所需的显示列表即可显示相应的三维实体，大大节约内存从而提高图形显示速度。
（4）预处理技术。对一些复杂的场景模型，如路两旁的高层建筑等，在预处理阶段，只计算出显示在观察者视野范围内的场景并存放起来，在动态显示时就无需对不可见的物体及落在所定义的观察空间之外的物体进行绘制，从而大大减少在动态显示时对可见性的测试和计算。
（5）用二维纹理代替三维模型。对漫游场景中非常复杂的细节上的物体如山坡上的植被等，若用三维模型表示，将需要大量的多边形，但实际动态显示时，没必要把它们表现得十分精确，所以使用二维纹理代替三维模型。其方法是将复杂特体的图像粘贴在一个平面上并放置在场景中，在三维复杂场景的实时显示时，令该平面的法向始终指向观察点。这样，就形成了这些复杂物体随着观察方向的改变而转动，提高了场景显示的实时性。
3 立体显示技术
三维立体显示技术虚拟现实的关键技术之一。要实现三维景观的立体显示，首先必须得到符合三维特征的立体图像对。左右片对的生成可以按照以往传统的单目三维图形生成方法分别生成，即先计算左右眼的视点向量，并分别进行视点变换及首色处理，可取得左右眼的图像。但由于左右片对图像的相关性很强，物体在左右图上通常只有一个视差d，而其色彩与亮度值相差很小，可以利用这一点实现立体片对生成的快速算法。
假设场景中任意点F(x,y,z)在左右片对中分别成像为P1（xl,yl）、Pr(xr,yr)，则可得：
其中L代表左右焦点之间的间距，f代表焦距，d代表两眼的视差。首先分别计算得到左右眼的视点向量及其变换矩阵，而后在生成右眼图的同时，利用式（2）计算左眼图。在这一过程中，对离视点近的特体不采用式（2）计算，而用分别计算方法生成。这样可以使生成的左右片对既不失真实性，又具有快速性。
采用幅分割法进行立体显示。当显示器进行逐行扫描时，将左右图像按幅序交替显示，在计算机屏幕前用液晶方式实现图像分像，通过使用液晶眼镜并利用人眼的视觉延迟就可以获得立体视觉。立体监视器显示图像的刷新频率的高低直接关系到图像的稳定性，即所显示图像是否会出现闪烁现象。采用刷新频率为120Hz的监视器，使左、右眼视图的刷新频率保持60Hz。在本文中，水平方向采用不同视线参数的两幅透视图像的实时显示是通过软件控制实现的。
虚拟现实技术的实现范文2
关键词：虚拟现实技术；特征；虚拟现实的分类；关键技术；室内设计
虚拟现实技术是多种技术的共同运用，借助了网络技术、多媒体技术、模拟现实、多感知和自然技能；使用计算机图形学与仿真技术结合模拟真实的环境；使用传感器技术将模拟的环境与人的感知相连接，实现包括视觉感知还有触觉、听觉、力觉、味觉和嗅觉等感知的模拟。使用户能够使用自然技能包括用户自身的眼睛转动、手部动作或者其他的行为动作，通过计算机识别这些动作并实时地反馈到人的五官，完成用户与虚拟空间的互动。[1]虚拟现实技术中所需要研究的是利用计算机图形学技术来建立实时的三维视觉效果，运用虚拟现实来增强科学技术领域的研究和开发，建立对虚拟世界的观察界面。
一虚拟现实技术
1什么是虚拟现实技术
虚拟现实（VirtualReality，VR）1989年由美国的JarnLanier正式提出。最初运用在20世纪60年代的美国，主要集中在美国军方对宇航员和飞机驾驶员的模拟训练。后来美国军队费用减少，这个技术逐渐在民间传开。虚拟现实发展到现在为人熟知，受很多体验者的喜爱，很大一部分原因是由于它可以运用计算机技术创造出一个与现实环境相仿的模拟环境，并且用户可以亲身体验。比如美国开发了一个虚拟现实的游戏系统，这个游戏系统利用了人工智能技术，有效地增加了娱乐性、挑战性和真实性。VR技术运用非常广泛，其发挥的作用也不容忽视。比如虚拟现实技术在医疗方面的教学上可以建立虚拟的人体模型，这有利于学生了解学习人体的结构，从而提高今后的实践能力。虚拟现实在娱乐方面的运用也很广泛，芝加哥开放了世界上第一台大型的，可以供多人使用的VR娱乐系统。虚拟现实技术在室内设计领域的作用也很大，虚拟现实有利于提高设计和规划的效率和质量，因为利用虚拟现实技术，设计师可以把自己的设计变成看得见的虚拟物体和环境，设计师还可以任意变换自己在房间的位置来全方位观察设计的效果，这不仅为设计师节约了时间还节省了做模型的费用。
2虚拟现实技术的特征
虚拟现实技术按其特点可以概括地分为多感知性、沉浸性、交互性和构想性。虚拟现实模拟了人的听觉、视觉、触觉等感官器官，用户沉浸在虚拟环境中，并且运用这些感官在虚拟的环境中进行沟通和交流。虚拟现实技术创造了一个虚拟的、真实的环境。（1）虚拟现实的首要特性是多感知性，虚拟现实技术的成长最终应到达一切人类所拥有的感知功能；这种多感知性包含了计算机自己的视觉感觉属性之外，还有人在现实生活中所具有的听觉、味觉和嗅觉等。（2）虚拟现实的主要特征是沉浸性。是指用户存在于计算机生成的虚拟环境中的真实程度，它致力于在三维的虚拟环境中创造出一种身临其境的感觉，使人难以分辨真假。这可以通过逼真的照明、变换场景中的视点以及虚拟环境中的音响效果来达到。使用户在虚拟环境中触摸到的、看到的、听到的、感觉到的与真实环境感知到的完全一样。（3）虚拟现实所具有的特征其次是交互性。是指用户能与虚拟环境中的物体相互作用，用户可以操作这些物体。比如当用户操作环境中的任何物体时，用户会直接感受到触摸感，能够感受到物体的大小、重量、体积，这种“互动”与真实世界的交户一模一样。（4）虚拟现实技术还具有构想性。构想性是指用户融入到虚拟环境并依靠自己的认知和感知能力来获取新的知识，虚拟技术具有广阔的想象空间，可以构想不存在的环境，能够提高感性和理性的思维。用户在虚拟环境中可以根据自己的认知发挥人本身的想象力和创造力，学会新的理论和知识。所以说虚拟现实具有启示和再创造的作用，是一个学习——创造——再学习——再创造的过程。
3虚拟技术的分类
由于VR所倾向的特征的存在差别，虚拟现实技术又细分为桌面虚拟现实系统、沉浸的虚拟现实、增强现实性的虚拟现实和分布式虚拟现实系统。(1)桌面虚拟现实系统成本相对较低，但是也有其缺点，因受到身边真实环境的影响，它的沉浸性比较差，但是在这几个系统中是普及最广的。它需要一个虚拟环境产生器，用户通过计算机的屏幕或者投影器来观察。我们常见的桌面虚拟现实有：桌面游戏、虚拟现实造型语言VRML等。(2)沉浸式虚拟现实需要用到高技术的设备，包括数据手套、跟踪器、头盔等。这些设备有利于用户完全沉浸在虚拟的世界。沉浸式虚拟现实系统所运用的软件、硬件体系结构也比桌面级虚拟现实系统更加灵活。我们常见的沉浸式虚拟现实有：远程存在系统、基于头盔显示器的系统。(3)增强现实性的虚拟现实系统还有另外一个称呼，叫作混合虚拟现实系统，用户体验的时候呈现在眼前的是现实中的物体与虚拟环境中的物体的叠加和重合，在技术上为了达到精准的重叠需要利用虚拟现实位置跟踪技术。(4)分布式虚拟现实系统提升到了一个更高的境界，它是由以上几种类型结合而成的大型网络系统，用于更复杂任务的研究。它的基础是分布交互模拟。由坦克仿真器通过网络连接而成的SIMNET系统是目前最典型的例子。
4关键技术
虚拟现实技术是由多领域多方面技术综合而成的一项高科技领域技术，其关键技术主要分为以下几个：(1)系统开发工具应用技术，技术的开发和利用需要发挥人的主观能动性；如：分布式虚拟现实技术、VR开发平台。(2)动态环境建模技术，是利用软件建立模型来建造虚拟环境，并对实际环境获取三维的数据。需要研究在真实的环境中获取三维数据的方法和虚拟的视觉建模技术等。(3)系统集成技术是由语音识别、数据转换技术与合成技术组合而成。它在虚拟现实系统里面发挥着不可替代的作用。(4)快速、高精度的三维跟踪技术，其主要是在不影响图形的质量和复杂的前提下实现实时的三维效果。(5)立体显示和传感技术，致力于提供给用户沉浸感、真实感和清晰感，如精确的跟踪技术、数据手套、头盔式三维立体显示器、力觉以及触觉传感器技术。[2]5虚拟现实技术的运用有什么作用与意义虚拟现实技术为人类的文明与发展带来了一个新的时代，VR通过一种先进的技术实现逼真的遥控现场效果，利用用户的身体感知进行实时交互，便于用户操作和感受。虚拟现实的具体意义和作用表现在教育领域、医学领域、娱乐领域、军事领域。虚拟现实在教育上为增强人的认识本领和学习能力提供了新的工具，虚拟现实可以建立一个大型的模拟图书馆，这个模拟的图书馆可以对之前消失的知识进行复原，可以提供更加丰富的教学资源。医学上的运用包括解剖教学、模拟复杂的手术，VR在手术过程中提供了预测结果和相关信息；VR在远程医疗上也很有潜力，比如在偏远山区，医生可以对患者进行远程治疗。娱乐方面虚拟现实提供了显示环境和多感知功能，是理想的视频游戏工具；军事上提供了模拟训练，模拟战场；模拟真实的作战环境对军队进行训练，有利于提高士兵的战斗能力。正如其他的新兴技术一样，虚拟现实也是许多相关领域的综合运用和相互交叉的产物。虚拟现实技术运用的对象不一，它所发挥的作用也不一样。比如将概念或者构思变得可以操作和直视，或者在各种复杂的虚拟环境中用户可以自我感受各种各样的环境和效果；所以我们可以了解到虚拟现实的运用能够为人们的生活带来便利，它的作用是不可替代的。
二虚拟现实在室内设计的运用
（1）虚拟现实技术和室内设计的关系随着近年来虚拟现实技术的快速发展，这项技术已经逐渐运用在各个领域，包括室内虚拟设计的运用。室内设计以创造功能合理、舒适优美、满足人们物质精神的室内环境为目的，能反映项目所承载的历史文脉、建筑风格、环境气氛。室内设计的过程包括前期的设计制图、设计效果图、设计模型、电脑三维设计，[3]主要是为了给委托方展现设计师的设计方案。虚拟现实技术在室内设计中的运用集中体现在其浸入感和交互性的特点，有利于将室内设计的潜能充分发挥出来。现在，很多设计师尝试将虚拟现实技术作为一种表现手法纳入室内设计，这一趋势反过来也有利于促进虚拟现实技术的发展。（2）在室内设计中运用虚拟现实技术是有其必要性的A传统的室内设计有其不足和弊端传统的室内设计中，设计师按照委托方的意愿设计出个人喜爱的风格特点，室内设计的过程中设计师通过在纸上展示自己的构思和设计风格和详细的装饰风格，再根据委托方的要求进行改进和修改设计，最终是在纸上实现的设计方案。这种方式也有其优势的，可以培养和提高设计师的思维逻辑性、手绘能力。但是也是有其局限性的，由于空间的限制，设计师并不能全面的细微的对每个地方进行创意设计，纸上表现的意图和风格也不能完全地传达给委托方，这就形成了委托方对设计师设计能力的落差，设计师不能全面直观的向委托方传达自己的想法和创新。这种修改再修改的循环也增长了设计的成本和周期时长。B虚拟现实技术在室内设计中的运用有很大的优势虚拟现实技术通过展示一个三维的、互动的、沉浸的、虚拟的室内空间，传达自己的创意设计。设计师在这个虚拟的空间里面可以和委托方全面的介绍所有的设计意图和设计构思，委托方通过设计师展现的这个虚拟室内空间，可以跟设计师交流，进行各方面的修改。这有利于提高设计师的设计本领，有利于委托方直观的了解设计师的想法和设计，能更好地与设计师进行设计上的交流和沟通。虚拟现实技术在室内设计中的运用已经成为时代的趋势，如今三维立体互动的室内虚拟空间和传统的室内设计图纸相比较，其主要优势在于虚拟室内是实际设计空间的全尺寸三维模型，它可以运用鼠标和其他交互设备进行室内的漫游，通过直观的视觉力对设计提出修改建议。这个室内虚拟空间具有人性化，有直观视觉效果，能提高设计的效率，降低成本。设计师通过虚拟现实技术能更好地展示一个直观的、逼真的、美观的室内空间。（3）虚拟现实技术在室内设计中的作用室内设计的设计要素主要包括空间要素、色彩要求、光影要求、千变万化要素、绿化要素，室内设计还需要考虑装修的风格设计、室内装饰设计、室内家具的摆放和搭配。室内装饰设计是设计师按照委托方的要求对室内的各种装饰进行前期的设计，再通过把二维的装饰设计用三维立体的模型展示出来。室内家具的摆放和搭配主要考虑人性化、空间感、色彩感。底特律的设计师Ignatius就尝试将虚拟现实技术融入到他的设计流程中。他表示，在设计前期，使用Google公司开发的产品，在虚拟现实中进行创作，除了更易于修改和尝试自己的创意以外，还能借助虚拟现实无法比拟的临场感，调动自己的创作灵感。并且，在向客户展示他创作构想以及进行沟通时，虚拟现实技术使客户能够更直观地感受到设计师的创作想法，沟通的难度大大降低了。虚拟现实技术在室内设计的运用可以很直观地向委托方反映这些要素，虚拟现实技术的作用主要有以下几点：a虚拟现实技术的运用弥补了室内设计中的不足，有利于增强设计双方的互动，能与客户全方位地进行交流有利于促进方案的实施。b打破了时间和空间的限制，能够使客户直观地贴近设计方案，相对于平面的设计方案来说有很大的优势，同时设计师身临其境，极大地提高了设计师的创新能力，能够完整的表达设计的意图。c提高了项目成本预算的精确度，避免了在设计过程中的不必要损失。由于虚拟现实系统具有真实性，和实施后的真实效果几乎没有偏差，因此几乎能保证客户的满意，从而解决传统设计中出现的不全面不准确的问题。在一个地中海风格的室内设计案例中，设计师向客户介绍了经典地中海风格的配色特点。客户通过效果图大致了解了蓝白色调的配色方案，但是还是无法想象施工后的居住感受。此时，虚拟现实技术的介入就很好的填补了这个缺口。Ignatius使用虚拟现实技术，让客户在项目尚未动工前，就在虚拟三维空间中体验了他的设计意图。最后项目施工一步到位，客户没有提出任何修改（图1－5）。
三总结
综上所述，虚拟现实技术各个方面的研究还有很大的空间。比如我们提到的室内设计上的运用，有其显著的优势。虚拟现实所具有的特征决定了它本身独特的作用，它在技术上的运用包括医学技术、房产开发项目、娱乐游戏、军事航天演习、建筑规划等。但是虚拟现实技术还是一项新兴产业，它对软件、硬件的要求比较高，需要专业的技术人员对其开发和开拓。[4]坚信虚拟现实技术在未来的很多领域上都会有技术上的重大突破。并在我们的生活和学习中能发挥重要的作用。
作者:蒋小汀 吴美玲 单位:沈阳建筑大学
参考文献:
[1]李敏.韩丰.虚拟现实技术综述[TP].软件导刊；2010.(6):142-144
[2]王芳.虚拟现实技术的运用及其发展[TP].科技信息[TP];2010.(11):795-796.
虚拟现实技术的实现范文3
【关键词】虚拟现实技术 数字图书馆 应用
随着网络技术的迅速发展，信息传播速度也获得了进一步提升，信息资源覆盖的范围越来越广泛。图书馆管理方式正在经历新的变革，在现代网络技术的发展下，新型图书馆管理模式正在逐渐形成，并呈现出数字化、虚拟化的特点。虚拟现实技术在数字图书馆的应用，不仅完善了图书馆的信息系统，也为读者提供了一个吸取知识、提升自己的平台。虚拟现实技术为图书馆管理带来了新的发展契机，得到了人们的一致肯定，因此研究虚拟现实技术在数字图书馆的应用对于我国的现代化图书馆建设具有非常重要的现实意义。
1 虚拟现实技术概念研究
虚拟现实技术，就是指通过对网络手段的运用来模仿现实存在的事物的一种技术，通过计算机仿真系统，创建出一种环境，这种环境以伪装现实为基础，并在此基础上进行一系列活动，从而使人们对虚拟世界的事物感知更逼真。
虚拟现实技术具有鲜明的特征，主要表现为四个方面：
1.1 具有沉浸性
虚拟现实技术可以使用户对所虚拟的环境产生出一种真切的感知，理想的虚拟环境应该达到使用户对所处场景是真实空间还是模拟空间产生错觉，甚至是无法辨认。
1.2 具有构想性
虚拟现实技术与现实之间存在着千丝万缕的联系，因此虚拟的事物并不是凭空而出的，而是建立在现实的基础上，用户除了可以感受其真实性外，还可以尽情发挥想象，为人们的现象力和创造力提供了一个崭新的空间。
1.3 具有交互性
虚拟现实技术的交互性是指在虚拟过程中，用户对事物的控制程度及其连锁反应，这种交互往往通过交互设备来呈现，常见的交互设备包括立体眼镜、数据手套及头盔显示器等。
1.4 具有感知性
虚拟现实技术通过逼真的三维视听，创建出一种可以让人触摸和感觉的虚拟空间环境，使用户身临其境，并在这种环境中进行各种活动和操作。
2 虚拟现实技术对数字图书馆的重要性分析
虚拟现实技术在数字图书馆的应用随着信息技术的发展，获得了巨大的成就。在其应用过程中注重方法、技巧，更好地协调虚拟现实技术与数字图书馆关系，成为虚拟现实技术在数字图书馆应用的重要工作之一，对于数字图书馆建设具有非常重要的作用，如它可以优化图书馆数字资源，使图书馆的管理方式更先进、更科学，并且使用户能够享受到更为优质的服务，提升用户满意度。由此可以看出，
虚拟现实技术在图书馆应用中非常重要，主要表现在以下几个方面：首先是适应社会发展需求。随着社会经济的发展和科技的进步，虚拟现实技术的应用范围进一步扩大，图书馆作为人们增长知识、收集信息的活动场所，有着被社会大众需要的丰富资源。为了满足人们日益增长的信息需求，图书馆发展就需要紧跟社会发展趋势，以适应社会发展需求；其次是有利于数字图书馆建设。通过虚拟现实技术，完善图书馆信息系统，使图书馆具备现代化特征，即信息化、数据化和网络化；再次是虚拟现实技术在数字图书馆的应用，可以使虚拟现实技术和数字图书馆二者之间的关系趋于平衡，达到数字图书馆的创新，从而使数字图书馆的发展进入新阶段。
3 虚拟现实技术在数字图书馆的应用研究
3.1 虚拟现实技术在图书馆位置、环境中应用
在现行的图书馆管理中，由于图书馆布局的差异性，存在着有些书籍很难被读者找到，这无疑给读者造成了查阅书籍的难度和不便性，浪费了读者的时间，也体现了图书馆管理的落后性。虚拟现实技术在图书馆中的应用，解决了虚拟图书馆布局、位置和环境等问题，帮助读者到达自己想去的目标地点，提高了图书馆管理效率，为读者查阅书籍提供了便利。
3.2 虚拟现实技术为图书检索提供了便利
虚拟实现技术对数字图书馆的应用之一表现在电子版图书阅读上，查阅图书的关键是图书检索，通过利用虚拟实现技术，使图书查找更迅速、便捷。在下载电子图书时，只要输入书名或书中一些相关信息，就能很快检索到所需要查找的书籍，虚拟现实技术在图书检索中的应用，节省了查找下载图书的时间。
3.3 虚拟现实技术使数字图书馆资源构建方面更合理
虚拟现实技术在数字图书馆中的应用，对构建数字图书馆资源具有积极影响，主要表现在两个方面：首先是通过虚拟现实技术建立数字图书馆资源模式，分别包括馆藏资源数字化模式、资源服务非实体化模式、商业数据库模式；其次是虚拟现实技术对于保护底滞际楣葑试窗踩方面具有重要作用，主要体现在保留古籍善本和图书原始性方面。
3.4 虚拟现实技术在业务培训方面的广泛应用
目前，一般的业务培训往往采用现实授课的方式，这种方式相对于网络业务培训来说，不仅浪费了工作者的时间，还浪费了他们的金钱。虚拟现实技术在工作人员业务培训方面的应用，很好地解决了上述问题。工作人员通过观看网上图书管理业务培训视频，来获取培训知识，掌握数字图书馆管理的先进管理方法，以便更好地从事数字图书馆管理工作。这种虚拟现实技术更符合现代人的生活节奏，因此得以广泛应用。
4 小结
随着科技的发展，虚拟现实技术应用越来越广泛，人们足不出户就能够实现听课，学习，与他人交流的目的，甚至还能拥有有着丰富资源的数字图书馆，这是虚拟现实技术在数字图书馆应用的重要体现。在科技发展日新月异的今天，虚拟现实技术在未来数字图书馆中建设中的应用方式将会更先进、更科学。
参考文献
[1]张骞.虚拟现实技术在数字图书馆中的应用分析[J].自动化与仪器仪表，2014.
[2]张玉梅.浅谈虚拟现实技术在数字图书馆中的应用[J].才智，2014.
虚拟现实技术的实现范文4
关键词：虚拟现实；特征；VR技术构成；教育
一、引言
虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR）是利用计算机技术、传感技术、网络技术等多种技术生成模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，能够使用户沉浸到该环境中；在这个空间中每个事物的活动规律与现实中完全一样，进入其中的人还可以对这个空间加以控制和影响，反过来这个虚拟空间的事物也会对进入其中的人产生影响。
二、VR技术的发展历史
1965年，Sutherland在《终极的显示》论文中第一次提出图形的交互显示（GraphicInteractiveDisplay）、力反馈设备（ForceFeedbackDevices）及声音指示的VR系统的三个基本思想。1966年，美国麻省理工学院的Lincoln实验室开始研制头盔式显示器(HMD)，在第一个头盔式显示器的完成后，研发者又在系统中加入力量及触觉的力反馈模拟装置，到1970年，第一个功能比较齐全的头盔式显示器系统出现了。80年代，美国的贾朗•拉尼尔（JaronLanier）在前人所取得的一系列成就的基础上，正式提出“虚拟现实（VirtualReality）”这一概念。同一时期，美国宇航局及美国国防部组织了一系列关于虚拟现实技术的研究，并取得了瞩目的成就。进入90年代，由于计算机的硬件技术水平不断提高，软件设计理论也在不断改进，二者相互匹配，这使得利用大数据集合下的音像信息制作实时动画变成了可能。进入二十一世纪，互联网推广普及、计算能力大幅提升、3D建模技术出现，这大幅提升虚拟现实体验，使得虚拟现实技术向商业化和平民化的方向发展。
三、VR技术的构成原理
虚拟现实是多种技术的综合，所包括的技术种类很多，这其中又有多个分支，对于不同类型的个体还要涉及与之相关的学科。对此在国外也未能严格细致地加以划分与确定，但公认的基础技术构成主要有人机接口技术、模拟仿真技术、真实存在技术3个方面。人机接口技术就是人与计算机相互影响与控制的技术，它是实现VR的关键。我们常用的鼠标、键盘、显示器其实就是一种人机接口设备。70年明的数据手套、80年代出现的内置立体显示装置的数据头盔和手写输入板、语音识别都是高一级的人机接口设备。参与者与虚拟世界的交互过程如下：参与者借助可穿戴设备（例如数字头盔、数据手套、数字衣）为计算机提供输入信号，这些可穿戴设备上配有传感器及空间三维跟踪系统，VR软件接收到这些输入信号后，通过虚拟环境数据库加以解释，并对其作必要的更新。参与者转换新视点后，当前的虚拟环境将发生变化，变化后的三维场景的图像及相关信息（如触觉、声音、力反馈等）将立即传送到对应的输出设备（数据手套、耳机、数字头盔等），使得参与者能够实时获得各种感官上的虚拟效果（如图1所示）。模拟仿真技术是影响VR效果好坏的重要因素。我们要模拟一个人的动作时，肯定会分析这个人做这个动作的特点，然后按这个特点去模仿。模拟仿真技术直接影响计算机在模拟方面的能力。在计算机模拟领域里，仿真数字模型是关键的技术，模型建得越好、越细致，将意味着对原体的模拟越真实。们真实存在技术也称之为沉浸技术，为了通俗一点，暂将其命名为真实存在。这是VR对人产生影响的关键之处。它包括声音、图像和对人体其它感官的刺激，因为这些是人类对所处环境的最真实的认识和感受。很明显，它包括了尖端的多媒体数据处理技术，这些数据处理的质量与快慢和计算机的水平是息息相关的，因此真实存在技术的发展是与计算机的发展紧密相连。
四、VR系统在教育领域中的应用
虚拟现实技术的应用极为广泛，目前在游戏、电影、直播等艺术娱乐领域占据主流，在教育与培训方面也有大量应用，其次是军事航天训练，商业VR购物，医学人体解剖等。现今，VR技术正在越来越多的应用于各行各业。教育，是人类社会前进与发展的重要动力，将现代信息技术融入现代教育中，是教育发展的趋势。因此，将新颖的VR技术引入现代教育后，要求开拓出与之相适应教学模式，对于学生更高效、更主动地掌握各类技能至关重要。针对于教育领域来说，虚拟现实技术能将三维空间的景物清楚的表示出来，能使学习者自然、直接地与虚拟环境中的各种对象进行交互，并通过多种形式参与到事件的变化发展过程中去，从而获得最大的操作和控制整个环境的自由度。这种呈现信息多维度的虚拟学习和培训环境，将为参与者以最有效、最直观的方式掌握一门新技能、新知识提供前所未有的新途径。因此，该项技术的发展在很多培训与教育领域，诸如虚拟实验室、专业领域的训练、立体观念、虚拟教学、仿真实验、虚拟数字化校园等应用中，具有明显的优势和特点。
（一）建立虚拟实验室
由于VR技术能够创建出与现实实验类似的虚拟实验环境，这解决实验过程中的情景化及自然交互性的要求，因此较早被欧美一些主要国家应用于建立虚拟实验室领域。1985年，美国国立医学图书馆就开始了人体解剖图像数字化研究。随后，德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室、意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室、新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验等。2016年英国外科医生沙菲•艾哈迈德借助虚拟现实技术向世界直播一台由自己操刀的癌症手术，这也是全球首次实现用虚拟现实身临其境般“围观”的手术。国内的清华大学、复旦大学、上海交通大学等高校利用VR技术开发创建了虚拟仪器库，在次基础上构建了一系列虚拟实验系统，并将其虚拟实验室用于教研，取得了很好的效果。通过虚拟实验室的建立首先能够避免在真实实验过程中由于操作失误所导致的各种危险。例如，虚拟的汽车驾驶教学，可免除学生操作失误而产生的意外事故。虚拟的飞机驾驶系统，不会造成飞机坠毁事故。其次利用VR技术，可以创建多种多样的技能训练场景，并且训练可以重复进行，直到操作熟练为止。此外虚拟实验室的建立大大减少教育经费的投入，缓解教育单位资金不足的困难，节约了各种实验原材料，减少资源的浪费。
（二）虚拟教学
现今，信息技术不断发展，也快速推动着教育方法的不断进步。对教育内容的表现手段，教学过程的交互形式也越来越丰富有趣。由于VR技术能将教学内容生动形象地表现出来，优化了整个教学过程，有效地营造一个跟随技术发展的教学环境，提高学生掌握知识、技能的效率，调动学生的学习积极性，提高教学质量、突破教学的重点、难点的作用。与此同时，VR技术较真实地再现了协作学习、情景化学习，还结合了游戏等益智手段，有效解决了许多以前无法解决的教育问题。例如，采用VR技术进行教育教学活动，可在实现人与机器的交流、通过网络进行人与人之间交流的同时，有效地激发学生的学习兴趣，还能够在某种程度上实现寓教于乐，进而为更高效地创建合作学习情景，促进真实交流构建良好渠道。
（三）虚拟数字化校园
随着网络教育的深入，人们对现有的校园网站提出了新的要求，已不仅仅局限于对校园环境的图片式浏览，采用VR技术创建网上虚拟可视化校园呼之欲出，实现教务、教学、校园生活的三维虚拟化空间。利用网络，以虚拟现实技术作为远程教育平台，建立一个完整的、真实的、互动的、情节化的虚拟校园体系，实现分布式虚拟校园系统，可为高校扩招后设置的分校区和远程教育教学点提供可移动的虚拟教学场所，对各个终端提供公开的、远程的虚拟教学，还可为众多的社会人员提供高等职业培训的机会，创造出更大的经济与社会效益。建设数字化虚拟校园，需要的多媒体数据超高速传输，采用分布式与并行技术对海量的数据进行存储与处理。通过这些技术的应用进一步提高了学校信息化建设的步伐。总之虚拟数字化校园能为教育技术专业化队伍提供一个高起点的科研环境，促进教育技术的建设更上一个新的层次，让我们感受到全方位的教育。
五、对未来的展望
虚拟现实技术的实现范文5
[关键字] 城市规划；虚拟现实技术；应用
前言
随着在城市规划中多媒体动态需求的不断增加，虚拟现实的操作环境能够带给人们身临其境的感觉，形成逼真的现场效果，从视觉、听觉、触觉全方位进行体验，此外还可以通过各种互动方式进行交互操作。因此，虚拟现实技术的应用带给我们更多的跨学科技术的融合，城市规划中采用虚拟现实技术，不仅可以直观的展示城市建筑，同时也可以通过使用者的操作得到很好的直接反馈。
2、什么是虚拟现实技术？
虚拟现实技术简称VR，是virtual reality的缩写，又称灵境技术，是依托于计算机技术来实现的高级人机互动界面。虚拟现实技术所涉及的学科广泛，并不是一门单一的技术而是综合了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、传感器技术、人工智能技术、计算机网络技术等等，同时涉及心理学、生理学、认知科学、信息科学等多门学科的综合性新兴科学。可以通过模拟人的视觉、听觉、触觉等感官反映，来使人进入计算机生成的虚拟环境中，并与计算机形成互动，通过语言、手势等方式进行人机交流，创造一个多维的信息空间，其应用前景十分广阔，已经成为近几年来飞速发展的重要学科。虚拟现实技术与多媒体技术、可视化技术的根本区别在于“沉浸”，即要求该技术能够使用户沉浸在虚拟环境中，具有立体的视觉效果、逼真的听觉与真实的触觉感，而不仅仅是停留在对模型的观察上，仿佛构建了一个虚拟的思维空间，能够使用户全方位的体验数字化构建的仿真环境。因此，传感器技术是虚拟现实技术中重要的构成部分，这样才能够使人们更加真实的投入和参与到信息处理的环境中，能够从力学、生物学等方面做出对用户行为的逼真反应。
3、虚拟现实技术的应用领域
虚拟现实技术的兴起引起了各领域的广泛关注，其应用前景与科学价值也逐步得到认可，其中涉及军事、教育、工程、建筑、医学等各个领域。虚拟现实技术的早期实验起源于MIT，最早是开发军事作战的虚拟环境，用于模拟战场的各种突发状况的变化等，由美国国防部出资资助进行开发实验。随着这项技术的逐步成熟，开始由军事领域向民用领域逐步转变，应用范围不断扩大，著名的飞机制造商波音公司就曾经用虚拟现实技术成功的设计了波音747的座舱。此外，在英国人们研制了基于虚拟现实技术的解剖模拟器，可供外科医生进行模拟解剖练习。而对于我们日常生活中所接触到的，莫过于各类科幻电影中的应用，例如“侏罗纪公园”就大胆的应用了该项技术，给人们耳目一新的视觉冲击感。在建筑领域中，人们可以通过逼真的行走方式，徜徉在虚拟的建筑中，感受环境、街道，甚至是进入建筑内部，对其内部结构进行观察等。
4、虚拟现实技术在城市规划中的应用
随着人们对城市建设与生态建设重视程度的不断增加，虚拟现实技术也同样被应用于城市规划的虚拟和城市生态的虚拟中，甚至参与生态改造等虚拟性的实验中，在城市规划领域发挥着不可替代的重要作用。
4、1虚拟城市规划及建筑设计
城市规划是一个城市可持续发展的重要基础，从城市的建筑布局到街道设计、景观安置等等，如果不进行反复论证从而得出合理的、详细的规划图纸，是很难保证城市建设的远期效果的。利用虚拟现实技术，可以进行旧城区的改造实验，用来评价各城市设计、规划方案的合理性，将城市的街道、建筑物、景观等结合起来，特别是对于高层建筑的美学功能也能够进行充分的论证。此外，街道绿化的景观效果，四季的植物色彩变化和搭配等等，都可以通过虚拟现实技术来给出重要的参考依据。在建筑设计方面，建筑空间的合理性也同样可以依靠虚拟现实技术来反应出来，从用户身临其境的反映可以得出最直接的反馈，对建筑的功能与空间布局给出合理的结论。在城市整体规划的大背景下，建筑的空间感与周围景观的结合程度，都可以依靠虚拟现实技术给出的反馈来得到解决。
4、2街区重建与小区规划
城市是由多个细化的街区与居民生活的小区构成的，因此，城市规划既是全局行为也是局部行为。虚拟现实技术可以将街区改造设计进行模拟，显示该地区内的街道重建结构与道路的功能性，该项技术特别是在一些地震重建城市将得到更有价值的应用。修复损毁道路、重建街区功能使城市的街区与城市整体结构紧密契合，将是虚拟现实技术在城市规划中的典型应用。对于居民小区规划不仅要考虑到周边的交通，同时也要充分考虑到自然环境的影响，小区与周边的协调性等等，将拟建的小区虚拟模型放置在完成的周边环境中进行综合评价，将大大提高小区公共设施的利用价值与绿化的景观价值与整体布局的合理性。应用虚拟现实技术，可以将街区改造与小区建设的效率性进行提升，从而构成城市规划的整体布局的完整性。
5、结语
虚拟现实技术借助三维的虚拟模型可以实现我们模拟建设的重要功能，特别是在城市规划方面，既能够满足城市的建设的整体需求，同时也为设计者提供了可靠的设计依据。通过仿真技术等高新技术手段，不断完善虚拟现实技术的同时，也使得这门技术的应用范围不断扩大，对于城市规划方案的甄选，越完善的模拟效果越能够呈现出整个城市的功能与景观的协调效果，从而使这项技术得到长足的发展，是城市的生命力得到提升。
虚拟现实技术的实现范文6
关键词:JAVA技术;FLASH;虚拟实验
中图分类号:G434文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)26-7454-01
Based on Java Technology Physical Virtual Experiment Design and Realization
MA Jia-lin
(Department of Computing Science, Huaiyin Institute of Technology, Huai'an 223001, China)
Abstract: In recent years, was getting more and more widespread along with the virtual experiment in the teaching application, the virtual experiment already became with the modern education technology is auxiliary the teaching the important means. This article through the example showed that several kind of models realize the technology which the teaching aspect virtual technology, and makes the analysis and the explanation to each kind of technology's good and bad points as well as the serviceability.
Key words: JAVA technology; FLASH; virtual experiment
近几年来,随着计算机技术、多媒体技术和网络技术的发展,网络教学已经渗入到教育的各个方面。虚拟实验就是在计算机中创设一种实验情境,让用户通过鼠标的点击或拖曳操作进行虚拟的实验。虚拟实验实现的基础是多媒体技术、网络技术与虚拟仪器技术的结合。特别是虚拟仪器技术与认知模拟方法的结合使虚拟实验具有了一定的智能化特征。虚拟技术的发展为实验教学改革及远程教育提供了很好的条件和技术支持,用虚拟实验来辅助教学是现代教育技术发展的要求,它有着广阔的前景。
本文通过实例来说明几种典型实现教学方面虚拟实验的技术,并对每种技术的优缺点以及适用性做出分析和说明。
1 Java技术实现虚拟实验
虚拟实验辅助教学不是传统的意义上的把实验项目制作成图文并貌的实验介绍,而是学生可以在电脑上进行交互式操作,实现了真正意义上的互动模拟,已达到良好的教学效果。
JAVA语言是强类型语言,JAVA的JSP和APPLET分别可以对数据、图象进行有效的处理从而解决FLASH和ASP无法解决的问题;再次,因为JAVA语言有很强的网络功能,尤其是Applet专用于嵌入WEB网页,并产生特殊的页面效果。JAVA Applet具有基本的绘画功能、动态页面效果、动画和声音的播放、交互功能的实现、窗口开发环境、网络交流能力的实现等特点。所以对于要求有大量的图象处理和操作交互,特别是复杂精确数据处理的这类实验,可以进行浮点运算和字符串的各种处理,对于有这种要求的实验,无疑应选JAVA。所以我们开发的静电场描绘实验主要采用JAVA Applet进行设计。下面是采用JAVA对大学物理实验――静电场描绘进行模拟,如图1所示。
以下是静电场描绘Java部分代码:
public boolean mouseDown(Event evt, int x, int y)
//用于判断鼠标位置,并完成不同的操作
{
if(approach == 0 && x >= 103 && x = 294 && y
{ approach++;
str = "打开开关G";
jx = 125;
jy = 285;
repaint();//如果鼠标点击开关按钮,完成打开电源开关
} else
if(approach == 1 && x >= 168 && x = 294 && y
{ approach++;
str = "连接接线A";
jx = 214;
jy = 210;
repaint(); //如果点击接线柱A,就联通A线路
} else
……(下转第7456页)
(上接第7454页)
System.out.println("dian" + dian);//利用八个等势线描绘静电场图
if(dian == 24)
{str = "描绘电场线";
approach++;
repaint();
}
2 Flash技术实现虚拟实验
Flash有两大特点,即逼真的动画设计效果和强大的内置脚本程序 ActionScript.Flash可以制作网页交互动画 ,它具有基于矢量的绘图功能 , 也可以灵活控制,管理对象,还提供 ActionScript脚本语言。Flash还具有支持交互、数据量小、效果好、不需要媒体播放器软件之类等特性。将制作的课件和虚拟仪器 ,仿真实验置于网页上 ,学生可以不受时空的限制 ,随时上网进行实验预习和复习 ,也可以作为远程实验教学或选修实验。以下是利用Flash实现光电效应的实例,图2为仪器外观。
3 其他虚拟实验实现技术
3.1 VRML
VRML(Virtual Reality Modeling Language――虚拟现实建模语言)是一种用于建设虚拟三维世界的场景建模语言,具有平台无关性,是目前Internet上基于WWW的三维互动场景制作的主流语言。用VRML制作虚拟设备有以下特点:具有3D动画、音效、传感器触发、事件输入输出、行为控制、支持多种脚本与多重使用者等功能,能在Web上实现动态页面,具有加强的交互功能。
3.2 3DMAX
用VRML建立复杂的三维模型是相当繁难的,而3DStudioMax因其强大的三维建模功能恰好可弥补VRML这方面的不足,并且VRML具有与3DStudioMax模型的无缝接口。因此在虚拟实验系统的场景和仪器设备制作时,一般是先利用3DMAX制作出复杂逼真的场景,然后利用VRML语言进行位置、动作、空间背景、视点、传感效果等设置,使虚拟实验教学系统既具有逼真的漫游效果,又具有可交互可操作的特点。
4 总结
通过以上几种常用实现虚拟实验技术的比较,我们可以看出JAVA技术具有较强的数据处理能力,也便于实现web访问;Flash技术的优点之一在于仪器界面控制和外观设计,此外,Flash对还具有体积小,网络传输速度快,嵌入web更容易等很多优点;VRML便于构建虚拟环境,3DMAX能容易构造成逼真的实验仪器和场景。总之,每种技术都有自己的优点和不足,我们应该根据具体实验项目的的特点选用合适的技术,才能制作出优秀的虚拟实验。
参考文献:
[1] 邱进冬.基于Web的虚拟现实的开发与应用[J].计算机应用研究,2003(3):92-95.
