導(dǎo)語：如何才能寫好一篇虛擬現(xiàn)實技術(shù)論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可利用計算機產(chǎn)生一個以自然的視、聽、觸等功能感受的三維環(huán)境，人們可以方便地對生成的“虛擬世界”進行交互式的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶創(chuàng)造了一個實時反映實體變化與相互作用的界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化，它具有多媒體信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特點。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建出逼真的礦山工程環(huán)境對優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計具有重要的實用價值。

為了給用戶創(chuàng)建一個能使其感到身臨其境和沉浸其中的環(huán)境，必要的條件就是根據(jù)需要能在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中逼真地顯示出客觀世界中的一切對象：不僅要求所顯示的對象模型在外形上與真實對象酷似，而且要求在形態(tài)、光照、質(zhì)感等方面十分逼真。

目前，相關(guān)軟件發(fā)展迅速、種類較多，其中常用的軟件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我國圖靈公司的VRMAP、適普公司的IMAGIS等。

1．1模型構(gòu)建軟件

MultiGenCreator是美國MultiGenParadigm公司開發(fā)的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設(shè)計、交互式游戲等。它在滿足實時性的前提下可生成逼真的場景，可進行多邊形建模、矢量建模和地形生成。它的層次細(xì)節(jié)、多邊形篩選、邏輯篩選、繪圖優(yōu)先級、自由度設(shè)置等高級功能使得其數(shù)據(jù)格式OpenFlight在實時三維領(lǐng)域成為流行的圖像生成格式。該軟件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的數(shù)據(jù)與AutoCAD和GIS軟件結(jié)合方便。

1．2支持視景生成的語言——OpenGL

應(yīng)該使用已有的商品化或標(biāo)準(zhǔn)化的圖形庫和程序設(shè)計語言來設(shè)計與實現(xiàn)虛擬環(huán)境，其中OpenGI(服務(wù)器)及其支持系統(tǒng)就是這樣一種可選用的圖形生成環(huán)境。OpenGI可按函數(shù)庫的形式被C語言調(diào)用，也可以被窗口系統(tǒng)直接調(diào)用。OpenGI是使用專用圖形處理軟件接口，該接口目前由幾百個過程函數(shù)組成，用以支持用戶對高質(zhì)量三維對象的圖形和圖像進行操作。

()penGI指令的模型是客戶／服務(wù)器模式，即一個程序(客戶)提供指令，該指令由OpenGI解釋并處理，它直接執(zhí)行3D及2D圖型的基本操作。這些操作包括轉(zhuǎn)換矩陣、光照模型和光線跟蹤、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持雙緩沖技術(shù)，該技術(shù)提供了生成動畫效果圖形所需要的機制，使所生成的圖形能夠像電影一樣平滑運動。

1．3視景漫游軟件

Vega是MultiGen--Paradigm公司開發(fā)的應(yīng)用于實時視景、聲音仿真和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域的高性能軟件環(huán)境和開發(fā)平臺，由Lynx圖形化用戶接口和Vega庫組成。利用Vega庫函數(shù)可在Lynx中建立漫游所需要的場景、窗口、通道、運動和碰撞方式，可以定義對象的初始化參數(shù)并建立對象之間的相互聯(lián)系。

2地質(zhì)構(gòu)造情況的模擬

對于礦山技術(shù)人員來說地質(zhì)構(gòu)造情況非常重要，如果對煤層、巖層、含水層、流沙層以及斷層和褶曲等情況的推斷有偏差，或圖形表現(xiàn)不直觀易懂，則在建井或生產(chǎn)過程中就可能發(fā)生塌方、突水等事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實軟件可以根據(jù)地質(zhì)體的三維分布，使礦井的規(guī)劃設(shè)計更加直觀方便。

綜合國內(nèi)外現(xiàn)狀，三維地質(zhì)體的繪制有塊段、表面、實體和斷面建模法等。

MultiGenCreator中需要的曲面數(shù)據(jù)是ded或。dem格式，使用GIS軟件Arolnfo、用插值方法生成不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)，然后轉(zhuǎn)成USGSDEM格式，將其導(dǎo)入Creator就可以生成煤層曲面。然后，通過光照、著色、紋理、渲染等處理三維地質(zhì)體更加逼真。

3地形地貌及地物的模擬

地形地貌和地物的建立需要相應(yīng)的三維數(shù)據(jù)。如果有研究區(qū)域的紙質(zhì)地形圖，可以用掃描數(shù)字化的方法得到平面數(shù)據(jù)，按照圖上的標(biāo)注得到高程數(shù)據(jù)；如果已有該區(qū)域的電子地圖，則可直接使用或通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換得到需要的數(shù)據(jù)；如果沒有上述數(shù)據(jù)源，則需要由野外測量獲得。

地形生成與地質(zhì)曲面生成過程類似，先用ArcInfo將地形圖上的等高線和高程點進行數(shù)字化，把圖上標(biāo)注的高程值輸入到屬性表中，生成不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)，然后轉(zhuǎn)成USGSDEM格式將其導(dǎo)入Creator生成三維地形。

對于建筑物、道路、圍墻、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD進行數(shù)字化，得到其平面位置。將得到的*．def文件導(dǎo)入Creator，并與地形匹配。如果建筑物比較規(guī)則，則直接將其底面按照高度拉伸為立體，如果建筑物造型比較復(fù)雜，則需要分成規(guī)則的幾部分進行構(gòu)建。

4礦山井下巷道建模

目前，礦山信息主要是通過CAD格式的雙線采掘工程平面圖來表達(dá)。首先根據(jù)采掘工程平面圖上的高程信息，利用CAD中的三維多線段重新描繪巷道，同時將高程信息賦予每個節(jié)點，實現(xiàn)巷道的單線顯示，井筒和巷道設(shè)計要布置合理，盡量避免穿過斷層、褶曲、含水層等不良地質(zhì)構(gòu)造，盡量減少礦井建設(shè)和生產(chǎn)地面的影響。

使用MultiGenCreator進行設(shè)計，用圓柱體表示井簡，用半圓型截面的柱體表示巖巷，然后進行模擬生產(chǎn)，以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中可能遇到的問題，對設(shè)計方案進行比較和選擇。設(shè)計方案完成后可模擬不同設(shè)備、不同開采方式的生產(chǎn)系統(tǒng)進行生產(chǎn)，從而達(dá)到優(yōu)化礦井設(shè)計和生產(chǎn)系統(tǒng)的目的。綜合考慮地質(zhì)和技術(shù)條件、經(jīng)濟、環(huán)境等各種因素，選擇合理的方案。

5虛擬巷道系統(tǒng)的建立

虛擬巷道系統(tǒng)是對礦井真實巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務(wù)之一是實現(xiàn)基于web環(huán)境下的可交互的、真實巷道的三維可視化表達(dá)，用戶可以從各個角度對巷道虛擬環(huán)境進行任意的瀏覽和觀察，并可通過網(wǎng)絡(luò)進行各種交互。

5．1礦井巷道的建模

礦井中各種實體大多是三維實體，其表面為不規(guī)則曲面，且內(nèi)部礦體品位分布不均勻。對于礦體的外形，可用一個不規(guī)則的封閉曲面來確定。為確定礦體的范圍，要經(jīng)地表勘查、地下勘探及推估等手段來完成。在瀏覽器上三維實體模型，可通過將現(xiàn)有的三維礦體模型中存儲的信息按照一定的規(guī)范轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中構(gòu)建三維礦井巷道模型，首先應(yīng)進行簡單的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，這是因為MuhiGenCreator中采用的坐標(biāo)系和地學(xué)中實際采用的坐標(biāo)系的含義有所不同。MultiGenCreator中采用的坐標(biāo)系為符合右手規(guī)則的空間坐標(biāo)系，是以MuhiGenCreator瀏覽器中用戶區(qū)的中作為其坐標(biāo)系的圓心，基底坐標(biāo)為XOZ面，y表示高程。其坐標(biāo)長度以米為單位，標(biāo)準(zhǔn)角度以弧度為單位。因此，為使它與人們通常采用的地學(xué)坐標(biāo)系保持一致，應(yīng)將原來礦井三維實體的(，Y，：)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為MuhiGenCreator坐標(biāo)系中的(，Y，Z)。轉(zhuǎn)換后的三維實體坐標(biāo)應(yīng)滿足虛擬場景中所采用的局部坐標(biāo)系顯示的需要。由于礦井實體坐標(biāo)的數(shù)值一般相當(dāng)大，而實際顯示坐標(biāo)值的前幾位高位數(shù)據(jù)對圖形形狀不產(chǎn)生任何影響，因此可將地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)各分量同時做一預(yù)選。

5．2虛擬巷道場景的繪制

對于規(guī)則格網(wǎng)構(gòu)成的礦山地表模型及礦井實體的頂?shù)装鍞?shù)字表面模型，可用ElevationGrid節(jié)點構(gòu)建。該節(jié)點能很容易有效地設(shè)計創(chuàng)建一個位于局部坐標(biāo)系X()Z平面上高低起伏的地域造型。該造型用高度值組成的標(biāo)量陣列描述，陣列指定了表面每個格網(wǎng)點上的高度。和z方向的柵格點數(shù)量可以分別用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了柵格行和列之間的空間。Height域的值指定了每一個柵格點的海拔高度，基底上的每一個柵格點都與height矩陣中的一個海拔值相對應(yīng)；colorPerVertex域指定為TRUE或FAISE，表示color域中指定的顏色是用到ElevationGrid節(jié)點的每個頂點上(TRUE)，還是應(yīng)用到每個四邊形上(FAISE)；此外，通過建立solid域值，所有的海拔柵格都可以當(dāng)作實體。

對于由不同的三角面構(gòu)成的復(fù)雜地表模型，則需要用MUITIGENCREATO提供的萬能幾何節(jié)點IndexedFaceSet來創(chuàng)建，它有coord與coordlndex兩個域，與IndexedFaceSet節(jié)點中的兩個域類似，前者提供了一個節(jié)點，列出了構(gòu)造面幾種所有面的坐標(biāo)。Coordlndex域的值提供了一張描述一張或多張面周界的列表。其中每一個值都是整型索引，并且每個索引都指定了在coord域內(nèi)的坐標(biāo)列表中的一個坐標(biāo)。在實際的創(chuàng)建過程中，要求建立三角網(wǎng)的各個三角面按照法線方向向外的法則。

6結(jié)語

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，生成一個逼真的礦山虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment)。這樣在礦山設(shè)計或研究階段，科研人員可以置身于礦山虛擬環(huán)境下直觀審視礦山，按照設(shè)計給定的工藝方法和參數(shù)，選擇設(shè)備及確定生產(chǎn)模式。從基建到閉坑的全過程實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題進行實時修正。設(shè)計結(jié)束后，設(shè)計單位、礦山企業(yè)可向?qū)彶檎摺⒐娬故疽粋€三維和動態(tài)的礦山。總之，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在礦山設(shè)計、技術(shù)改造、生產(chǎn)中可廣泛應(yīng)用。

參考文獻：

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篇2

在20世紀(jì)80年代，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念被正式提出。自90年代以來，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也得以迅速發(fā)展。現(xiàn)如今，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)滲透發(fā)展到各個領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也挺進了設(shè)計的每個角落。風(fēng)景園林設(shè)計雖還處于初級發(fā)展階段，但是虛擬現(xiàn)實技術(shù)卻在其中被大量地運用開來。例如，設(shè)計者如果想要對風(fēng)景園林空間有一個全方位的、真實切身的體驗，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)多角度變化運動方位，便可輕松實現(xiàn)。另外，這種設(shè)計的運動變化模式正呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，其利用人們對運動模式數(shù)據(jù)的不同選擇，便可以掌握受眾的切身感受。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在這一運用中具有很大的真實性，這是因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)不但能夠從各種細(xì)節(jié)上掌控園林設(shè)計，還可以做到美而有序。同時，還能夠根據(jù)不同的季節(jié)變化、不同的節(jié)氣色彩，做到時空的雙重真實性。最重要的是，通過這一虛擬現(xiàn)實，在園林設(shè)計過程中可以引入人們的各種意見和建議，使設(shè)計又多了一層成功的保障。

2應(yīng)用中的特點

2.1設(shè)計空間展示的全面性

傳統(tǒng)的表現(xiàn)形式只可以傳輸一種空間信息，而且無法做到完整性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用三維立體的表現(xiàn)形式，可以完整地把每一個細(xì)節(jié)予以呈現(xiàn)，讓人有一種身臨其境的真實感，不再只是看著圖紙來想象，而是身臨其境進行感受。

2.2瀏覽的快捷性

利用發(fā)達(dá)的計算機網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計者和施工單位可以聯(lián)系的更為快捷。設(shè)計者的“想法”不必親手送到施工單位，立體的設(shè)計樣品利用遠(yuǎn)程瀏覽便可商榷，不但節(jié)省了時間，而且提高了工作效率。另外，瀏覽的快捷性還可以讓大部分群眾參與到?jīng)Q策中來，讓群眾在享受虛擬的園林設(shè)計活動中，可以提出自己的建議，有助于施工單位和設(shè)計者的工作。

2.3設(shè)計趨于完美性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有很強的可操作性，設(shè)計者在整個風(fēng)景園林的設(shè)計過程中能夠隨意進入任何一個設(shè)計階段進行切身的體驗，從而客觀地審查自己的作品，如果發(fā)現(xiàn)不足，可及時進行修改。此外，在虛擬的現(xiàn)實環(huán)境中審視自己的作品，有利于提高設(shè)計者的水平。

2.4決策的準(zhǔn)確性

風(fēng)景園林設(shè)計的實施過程中受到的影響因素較多，因為風(fēng)景園林設(shè)計與周遭環(huán)境氛圍以及和大眾審美趣味是息息相關(guān)的。人們利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對園林設(shè)計的整體過程知曉的越來越多，越來越具體，就越能提出建設(shè)性的建議及意見。簡而言之，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是連接大眾和設(shè)計者的紐帶。只有前期人們對園林設(shè)計進行了整體的了解，施工方的后期施工過程才能得到人們的寬容和見諒，此種人性化、大眾化的園林設(shè)計才能獲得雙贏。

3應(yīng)用的展望

3.1不斷進行創(chuàng)新

首先要加快計算機技術(shù)的創(chuàng)新和革新，不斷發(fā)展現(xiàn)代虛擬技術(shù)系統(tǒng)，制造出高性能、低成本的計算機設(shè)備，要在技術(shù)層面為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展提供有力的支持。此外，在運用過程中，要根據(jù)風(fēng)景園林設(shè)置的理念進行再創(chuàng)新，使其具備風(fēng)景園林設(shè)計的特色。技術(shù)的創(chuàng)新是風(fēng)景園林設(shè)計的內(nèi)核動力，是虛擬現(xiàn)實技術(shù)進步發(fā)展的源泉。

3.2加強參與的大眾化程度

要充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的自身優(yōu)越性，讓更多的人們參與到風(fēng)景園林設(shè)計中來。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以通過網(wǎng)絡(luò)傳播，利用各種網(wǎng)絡(luò)、電視等新媒體進行更大、更廣范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)虛擬活動，使園林設(shè)計有更多的大眾參與，這樣將有助于決策者的科學(xué)準(zhǔn)確決策，最終得出既科學(xué)準(zhǔn)確而又人性化的風(fēng)景園林設(shè)計方案。

3.3充分利用其他科學(xué)技術(shù)發(fā)展自身

例如，與環(huán)境和空間技術(shù)的結(jié)合，便能夠應(yīng)用到城市的規(guī)劃、修復(fù)與重建、城市的綠化等各個方面，這不但可以使虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用更加科學(xué)化，而且更加人性化、更加環(huán)保。

4結(jié)語

篇3

關(guān)鍵詞：沉浸式傳播;虛擬現(xiàn)實藝術(shù);設(shè)計策略;分析

引言

沉浸式傳播是該技術(shù)表現(xiàn)出的基本特征，該技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計主要是指設(shè)計人員進行相應(yīng)的技術(shù)作品創(chuàng)造，為體驗者塑造全新的世界。其不僅是指對真實環(huán)境的改變，其也涉及到虛擬世界中的歷史、法則、物種甚至?xí)r間的重新規(guī)劃與改變。但要實現(xiàn)這一點，脫離不開媒介的輸入與輸出的支持，相關(guān)媒介正是實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實世界連接的重要橋梁。而根據(jù)體驗者在虛擬世界中的沉浸程度的區(qū)別，其對于相關(guān)媒介的認(rèn)知程度也會出現(xiàn)差異，即當(dāng)體驗者的沉浸程度較高，則會出現(xiàn)忽略媒介存在的情況發(fā)生。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的沉浸內(nèi)容

（一）生理沉浸

體驗者在虛擬現(xiàn)實技術(shù)下完成的影片觀看過程中，雖然心理上了解該影片的內(nèi)容并不真實，但是依舊在生理條件下做出驚慌、害怕甚至閃躲的狀態(tài)。該技術(shù)主要是實現(xiàn)了對真實空間的高強度壓縮，讓體驗者從真實的環(huán)境中走向虛擬環(huán)境中的感受。而隨著技術(shù)應(yīng)用媒介的逐漸升級，體驗者的沉浸感受也被不斷強化，例如現(xiàn)代電影中的2D、3D、4D等不同的分類就是指觀影沉浸感的不同，而這類沉浸感受被統(tǒng)稱為生理沉浸。生理沉浸主要是指運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)就體驗者的感官能力進行擴大與延伸，并隨著程度加深而實現(xiàn)媒介忽略，盡可能地降低對真實世界的感受。

（二）心理沉浸

心理沉浸較之生理沉浸更早地實現(xiàn)了發(fā)展，其主要是指在不具備高效率媒介的情況下，通過優(yōu)秀的故事作為載體來應(yīng)當(dāng)體驗者進行故事想象，從而實現(xiàn)體驗者的沉浸感受，例如戲劇作品的演繹等。心理沉浸的實現(xiàn)屬于體驗者在認(rèn)知層面上的沉浸。要實現(xiàn)高水平的心理沉浸，一定不能脫離優(yōu)秀的內(nèi)容作為支撐。但是運用媒介來強化生理沉浸也能實現(xiàn)體驗者心理沉浸狀態(tài)的提升。但是，虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身是不能直接就體驗者的心理沉浸進行塑造的，其主要是承擔(dān)了實現(xiàn)媒介的作用，是心理沉浸實現(xiàn)的重要輔助手段。總體而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的沉浸內(nèi)容主要可通過進行表現(xiàn)。

二、該技術(shù)的生理沉浸式傳播技術(shù)的應(yīng)用分析

（一）靜止?fàn)顟B(tài)下的輸出技術(shù)應(yīng)用

該技術(shù)在視覺效果方面的表達(dá)時，主要是通過進行分別兩臺攝影機的架設(shè)來實現(xiàn)。其主要是模擬人眼的左右視覺進行相應(yīng)的畫面拍攝，最后將相關(guān)的畫面賦予人眼，以此來實現(xiàn)在視覺感知方面保證體驗者的沉浸實現(xiàn)。例如HTCVive頭盔就是在該技術(shù)下實現(xiàn)的。而該技術(shù)在聽覺塑造方面，主要是對人耳聽聲進行模擬，即人耳主要是通過聲音到達(dá)的時間差異來進行聲音的方位以及聲音的距離判斷。而該技術(shù)設(shè)計中主要是控制聲音在左右耳機中的發(fā)出時間差來進行模仿，保證體驗者在獲取聲音時保證聲音的三維特征體現(xiàn)，當(dāng)前的部門電子游戲已經(jīng)實現(xiàn)了該技術(shù)的運用。正是通過對視覺與聽覺的模擬實現(xiàn)，體驗者能在這過程中實現(xiàn)生理沉浸，但這并不是該技術(shù)的全部應(yīng)用表現(xiàn)，其還包含了在該技術(shù)支持下實現(xiàn)的觸覺模擬。這主要通過具有數(shù)據(jù)輸出能力的手套或者服裝等來實現(xiàn)，Skinterface設(shè)備就是通過對體驗者的觸感能力進行模擬而實現(xiàn)的對虛擬世界中物體的觸感感受。該技術(shù)的應(yīng)用對于提高體驗者的生理沉浸感受意義重大，但該技術(shù)在當(dāng)前依舊處于研發(fā)階段。此外，設(shè)計工作者也可通過加入滿足視覺心理的相關(guān)刺激物信息來實現(xiàn)生理沉浸。即設(shè)計者在進行虛擬環(huán)境塑造時，至少應(yīng)當(dāng)創(chuàng)設(shè)一個滿足體驗者心理需求的刺激物，同時用該刺激物信息作為視覺信息平臺建立的核心，實現(xiàn)體驗過程中對體驗者注意力的吸引，也有利于設(shè)計者的思想與信息在視覺交的前提下向用戶進行傳遞。

（二）運動狀態(tài)下的輸出技術(shù)應(yīng)用

運動狀態(tài)下的輸出技術(shù)應(yīng)用主要是指體驗者在運動狀態(tài)下實現(xiàn)對虛擬世界的感知，但是其與靜止?fàn)顟B(tài)下的感知存在差異，其建立在由生活經(jīng)驗而形成的心理預(yù)期基礎(chǔ)上。該技術(shù)的應(yīng)用在當(dāng)前已經(jīng)實現(xiàn)了較大突破，例如HTCVive頭盔在應(yīng)用中就能有效地實現(xiàn)現(xiàn)實與虛擬世界的行走同步，并完全滿足了心理預(yù)期層面上的身高與步長。這樣能有效地使體驗者在運動狀態(tài)之中實現(xiàn)最大程度地沉浸體驗，其也實現(xiàn)了空間約束的有效突破。而針對運動狀態(tài)中的身體交互等復(fù)雜運動，該技術(shù)的應(yīng)用主要是通過抽象按鈕的觸發(fā)來實現(xiàn)的。例如在該技術(shù)支持下實現(xiàn)的格斗游戲就是通過按鍵的方式來模擬相關(guān)的角色運動，而這過程中勢必會存在與現(xiàn)實操作的差異，當(dāng)前的技術(shù)優(yōu)化發(fā)展就應(yīng)當(dāng)致力于將這種差異情況進行縮小。

三、實現(xiàn)該技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計水平優(yōu)化的相關(guān)策略

（一）注重虛擬視點設(shè)計的合理性

在現(xiàn)實世界中，視點即人眼的位置，而在虛擬世界中，視點則主要是指體驗者的觀察點，即為虛擬視點。例如，在就Unity游戲進行制作時，設(shè)計者在虛擬場景中會進行攝像機的安放，而這個攝像機就是主要的觀察點，而該攝像機主要承擔(dān)著將虛擬場景向體驗者進行傳遞的作用。而由于體驗者本身具有的生活體驗會根據(jù)其所處的位置以及姿勢來進行視點的判斷，只有將虛擬視點與體驗者的經(jīng)驗視點進行重合，才能進一步提高真實感。但是在虛擬技術(shù)應(yīng)用時，設(shè)計者也可根據(jù)實際需求與想法進行全新的視點創(chuàng)造，比如模擬動物、昆蟲的視點進行視點設(shè)計，而這些獨特視點的創(chuàng)造能進一步吸引體驗者的參與。體驗者在利用相關(guān)的虛擬設(shè)備進行體驗時能獲得最大程度的視覺沉浸，但要想獲得預(yù)期視覺信號的接受就離不開真實環(huán)境中的體驗者的位置與姿勢。例如，體驗者在真實環(huán)境中的姿勢為垂直站立，則體驗者的預(yù)期視覺為眼睛到地面的距離為自己的身高。所以，設(shè)計者如果不能就虛擬視點進行合理的設(shè)計，導(dǎo)致視覺信號不能與體驗者的預(yù)期視覺相匹配，則其將造成體驗者的實際沉浸感受受到影響。例如，設(shè)計者在模擬昆蟲視點進行設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)從昆蟲接近地面的視點進行考慮，這就造成與體驗者的真實感受存在的矛盾，這就需要設(shè)計者在虛擬體驗的過程中能夠使體驗者的身體穿透虛擬世界的地面。同時，為保證體驗者的真實感進一步提升，設(shè)計者還應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的視點特征進行專門化的體驗者動作或體驗平臺的設(shè)計，讓體驗者從生理感受的角度對相關(guān)視點進行接收。例如當(dāng)體驗者以魚的視覺進行體驗時，可將體驗平臺設(shè)計為符合人體曲線的平圖2臺，讓體驗者以伏地的姿態(tài)參與到視覺體驗之中。以（圖2）為錯誤的虛擬視點的設(shè)計。

（二）加強身體慣性與運動的匹配設(shè)計

身體的慣性主要是由人體的前庭系統(tǒng)與視覺系統(tǒng)的刺激來共同完成的，其都會通過各自系統(tǒng)進行運動狀態(tài)辨別，并將相應(yīng)的運動狀態(tài)信息傳遞到大腦。當(dāng)兩者信息一致時，人體則會出現(xiàn)正常的運動體驗。但是當(dāng)兩種信息存在差別，則會導(dǎo)致人體出現(xiàn)眩暈感，常見的暈車現(xiàn)象就是這兩種信息體現(xiàn)的矛盾。而虛擬與現(xiàn)實世界中的運動狀態(tài)不一致主要是指現(xiàn)實運動而虛擬靜止或者現(xiàn)實靜止而虛擬運動，在當(dāng)前的藝術(shù)設(shè)計中大多數(shù)都會存在第二種情況的問題。但是在現(xiàn)實世界中進行相應(yīng)的動力設(shè)備的搭建就可避免這種矛盾的出現(xiàn)，實現(xiàn)身體慣性與虛擬運動的相互匹配。例如，Mmone虛擬現(xiàn)實座椅就在設(shè)計中實現(xiàn)了身體慣性與運動的匹配。當(dāng)體驗者參與到游戲中時，座椅能根據(jù)虛擬世界中的運動狀態(tài)進行自動的調(diào)整與運動，根據(jù)體驗者的視覺系統(tǒng)進行相匹配的身體慣性提供，在避免暈眩狀態(tài)的同時提高體驗者的真實感受。

（三）保證虛擬與現(xiàn)實世界中的動作一致

在當(dāng)前，虛擬與現(xiàn)實世界的動作并不能很好地實現(xiàn)統(tǒng)一，這主要是由于輸入與輸出媒介的實際工作效率存在差異，導(dǎo)致體驗者的動作節(jié)奏難以實現(xiàn)匹配。而傳統(tǒng)的觸屏、鼠標(biāo)等輸入媒介的運用就能為實現(xiàn)運動節(jié)奏匹配提供幫助。設(shè)計者應(yīng)當(dāng)盡可能地保證運動狀態(tài)的一致性，例如在進行虛擬的射擊游戲設(shè)計時，體驗者在真實的環(huán)境中進行扳機扣動應(yīng)當(dāng)同時更新到虛擬角色的動作中，這就是從實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實世界中的設(shè)備控件一致的方式實現(xiàn)的。而在當(dāng)前的許多游戲主機設(shè)置中也都很好地實現(xiàn)了體驗者與虛擬角色的良好交互，例如，Wii主機中存在的手柄具有較高的空間位置感知能力，在利用該主機完成高爾夫游戲時能通過動作與角色進行高度統(tǒng)一的運動。其主要是通過短暫精確的手柄振動來進行動作傳遞的，實現(xiàn)體驗者與虛擬角色運動之間的高度統(tǒng)一。

結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)實現(xiàn)了較大的發(fā)展突破，其所表達(dá)的沉浸式傳播的特征主要表現(xiàn)在生理沉浸方面，該沉浸傳播的功能實現(xiàn)，脫離不開準(zhǔn)確的動作捕捉的輸入以及人體感官技術(shù)的支撐。要實現(xiàn)該技術(shù)的藝術(shù)設(shè)計工作的突破，相關(guān)設(shè)計工作者應(yīng)當(dāng)就該技術(shù)中涉及的沉浸式方式進行分析，并加強對該技術(shù)的生理沉浸技術(shù)的研究，此外還要在這基礎(chǔ)上積極實現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計水平提升。只有這樣，才能促進我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用水平的發(fā)展。

參考文獻

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【關(guān)鍵詞】軟件工程；數(shù)字媒體；專業(yè)建設(shè)

1.引言

隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字廣播等技術(shù)不斷發(fā)展，以互聯(lián)網(wǎng)、無線通信為傳播載體，以傳統(tǒng)媒體內(nèi)容與創(chuàng)新內(nèi)容模式為核心的數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)在全球范圍快速崛起，并正在改變著人們的信息獲取方式和休閑娛樂的形式。

我國的數(shù)字媒體業(yè)近幾年正處于高速發(fā)展時期，對于具有較高人文素養(yǎng)、掌握數(shù)字媒體核心技術(shù)并具有藝術(shù)創(chuàng)意能力的復(fù)合型數(shù)字媒體技術(shù)開發(fā)與設(shè)計人才需求旺盛。四川理工學(xué)院軟件工程專業(yè)是與IT企業(yè)合作辦學(xué)、實行“3+1”人才培養(yǎng)模式，即學(xué)生前3年在校學(xué)習(xí)，第4年在軟件企業(yè)實習(xí)并完成畢業(yè)設(shè)計（論文）。為使培養(yǎng)的學(xué)生既有較扎實的理論基礎(chǔ)，又有適應(yīng)人才市場需求的職業(yè)技能，在軟件工程專業(yè)大框架下設(shè)置了數(shù)字媒體技術(shù)方向。

數(shù)字媒體技術(shù)作為一個寬口徑、以技術(shù)為主、藝術(shù)為輔、技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的新的專業(yè)方向，涉及到不同的學(xué)科知識，因此，我們有必要通過探索與改革人才培養(yǎng)模式、課程體系以及實踐教學(xué)體系的研討，搭建科學(xué)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)平臺，促進軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)整體水平的提升。

2.人才培養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)目標(biāo)是制定教學(xué)計劃、設(shè)計課程結(jié)構(gòu)、選擇知識發(fā)展方式以及確定教學(xué)組織形式的依據(jù)，也是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)組織與管理、教學(xué)手段、教學(xué)評價等方面改革的基礎(chǔ)和前提。軟件工程專業(yè)數(shù)字媒體技術(shù)方向具有軟件工程與數(shù)字媒體技術(shù)相結(jié)合的特色，注重對學(xué)生軟件開發(fā)、應(yīng)用能力的培養(yǎng)，實踐性強。結(jié)合我們自身辦學(xué)特色和辦學(xué)條件，我校軟件工程數(shù)字媒體方向人才培養(yǎng)目標(biāo)是：“培養(yǎng)具備計算機科學(xué)、多媒體網(wǎng)絡(luò)、軟件工程技術(shù)、信息安全等方面的專業(yè)知識與技能，具有扎實的軟件工程和數(shù)字媒體技術(shù)基礎(chǔ)理論、寬厚的專業(yè)基礎(chǔ)知識、較強的實踐能力，能夠從事包括新媒體應(yīng)用以及虛擬現(xiàn)實等在內(nèi)的多媒體技術(shù)開發(fā)、數(shù)字媒體設(shè)計與創(chuàng)作、計算機游戲設(shè)計、網(wǎng)頁設(shè)計與網(wǎng)站維護、信息服務(wù)及數(shù)字媒體管理等工作的創(chuàng)新性技術(shù)人才。”

3.核心課程體系

數(shù)字媒體方向課程體系的建設(shè)以創(chuàng)新性復(fù)合型人才培養(yǎng)為基本指導(dǎo)思想，重視實踐課程的開設(shè)，使學(xué)生所學(xué)習(xí)掌握的方法具有充分的實效性，真正做到學(xué)有所用，以適應(yīng)未來的工作崗位，成為本行業(yè)和企業(yè)所歡迎的有用人才。課程體系分為軟件工程專業(yè)核心課程模塊、數(shù)字媒體方向核心課程模塊、專業(yè)實訓(xùn)、畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計（論文）等模塊。

3.1 核心課程

軟件工程專業(yè)數(shù)字媒體技術(shù)方以軟件工程專業(yè)為主線構(gòu)成專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)主干課程。其中，計算機與軟件基礎(chǔ)課程有：計算機導(dǎo)論、程序設(shè)計入門、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、Java程序設(shè)計、計算機組成原理、數(shù)據(jù)庫原理、計算機網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、編譯原理、信息安全技術(shù)、計算機體系結(jié)構(gòu)以及J2EE與中間件技術(shù)；軟件工程專業(yè)課程有：軟件工程導(dǎo)論、軟件測試技術(shù)、需求分析與UML設(shè)計、軟件項目管理與過程控制；數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)課程有：數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論、計算機圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)、用戶界面設(shè)計、視頻音頻制作與處理、數(shù)字影視特技應(yīng)用、高級游戲特性與游戲引擎、人機交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與應(yīng)用、高級腳本與插件技術(shù)等。對于實踐性較強的課程開始單獨的實驗課程和配套的課程設(shè)計。

3.2 特色課程

計算機網(wǎng)絡(luò)游戲由計算機技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計學(xué)和計算機動畫以及計算機圖形圖像技術(shù)高度交叉結(jié)合，目的是培養(yǎng)具有扎實的游戲編程功底和良好的邏輯思維習(xí)慣，具備較強的審美能力和一定的藝術(shù)素養(yǎng)，熟悉游戲產(chǎn)品開發(fā)流程，具有一定的策劃能力，能在游戲公司、門戶網(wǎng)站、手機運營企業(yè)、動畫公司等單位從事游戲設(shè)計、游戲開發(fā)、游戲制作、游戲策劃、游戲運營等方面工作的富于競爭力與創(chuàng)新精神的高級復(fù)合型人才。

計算機游戲程序設(shè)計。課程目標(biāo)：本課程主要學(xué)習(xí)普及游戲開發(fā)理念，培養(yǎng)游戲開發(fā)氛圍，挑選有潛力的學(xué)生組成開發(fā)團隊；傳授游戲開發(fā)中的程序設(shè)計要素，特別是游戲引擎開發(fā)的基本知識。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握游戲開發(fā)的基本理念，熟悉游戲開發(fā)的基本技巧和流程，并具備從事游戲程序設(shè)計工作的基本技能。

虛擬現(xiàn)實與數(shù)字娛樂。課程目標(biāo)：本課程主要介紹虛擬現(xiàn)實的基本概念及其系統(tǒng)組成、相關(guān)的軟件技術(shù)及虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用，并介紹了當(dāng)前數(shù)字娛樂的現(xiàn)狀，發(fā)展和一些關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)容包括：虛擬現(xiàn)實的定義、特性和組成，虛擬世界的創(chuàng)建和管理，虛擬現(xiàn)實中的視覺計算，虛擬現(xiàn)實中的交互技術(shù)，虛擬現(xiàn)實中的聲覺計算，增強現(xiàn)實，分布式虛擬現(xiàn)實，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用，與虛擬現(xiàn)實相關(guān)的數(shù)字娛樂技術(shù)。

4.實踐教學(xué)體系

培養(yǎng)符合時代需要的創(chuàng)新性人才，就要強化實驗教學(xué)的開放性和多層次化。基于創(chuàng)新性原則和以生為本原則，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)和自身教學(xué)特點，數(shù)字媒體技術(shù)方向?qū)嵺`教學(xué)體系分為課程實驗，專業(yè)實訓(xùn)、畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計三個方面，各實踐環(huán)節(jié)之問相互協(xié)調(diào)、相互銜接、循序漸進。

4.1 課程實驗

依照實踐能力培養(yǎng)循序漸進的原則，根據(jù)實現(xiàn)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)基本能力培養(yǎng)的系列課程，并按照系列課程的復(fù)雜度和規(guī)模設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，開展了多層次課程實驗教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的需要和實踐能力培養(yǎng)的漸進規(guī)則，將實驗課安排大學(xué)四年的各個環(huán)節(jié)。

多層次實驗教學(xué)是指在實驗大綱與目標(biāo)的規(guī)范基礎(chǔ)上，將實驗項目設(shè)計成基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計型、研究創(chuàng)新型不同層次的實驗。同一學(xué)生從基礎(chǔ)規(guī)范一綜合設(shè)計一研究創(chuàng)新這樣難度遞增的實驗項目中逐漸進行訓(xùn)練，實現(xiàn)系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力。課程實驗主要包括：手繪訓(xùn)練、視頻特技與非線性編輯、多媒體網(wǎng)頁設(shè)計、移動娛樂軟件開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)娛樂軟件開發(fā)、界面設(shè)計課程設(shè)計、虛擬現(xiàn)實開發(fā)課程設(shè)計等。

4.2 專業(yè)實訓(xùn)

專業(yè)實訓(xùn)作為知識、能力、綜合素質(zhì)教育的結(jié)合點，成為數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)的重點之一。專業(yè)實訓(xùn)是對課堂教學(xué)具有延伸作用，是學(xué)生培訓(xùn)職業(yè)能力、熟悉職業(yè)環(huán)境、了解實際知識的重要渠道。通過專業(yè)實訓(xùn)，學(xué)生不僅可以把所學(xué)轉(zhuǎn)化為所用，還能使學(xué)生在學(xué)習(xí)操作過程中通過不斷調(diào)整自己的知識結(jié)構(gòu)來慢慢適應(yīng)相應(yīng)職業(yè)崗位，鍛煉職業(yè)的能力，為實習(xí)以及今后走向社會積累經(jīng)驗、打下基礎(chǔ)。

我校軟件工程專業(yè)是校級專業(yè)綜合改革試點專業(yè)，以爭建微軟IT學(xué)院、HP軟件學(xué)院為契機，與知名IT企業(yè)開展深度合作，聯(lián)合培養(yǎng)具有國際視野的軟件開發(fā)、軟件測試和服務(wù)外包人才。與中軟國際、Tarena（達(dá)內(nèi)）科技等十多家IT企業(yè)聯(lián)合建立了實習(xí)實訓(xùn)基地、就業(yè)基地。

4.3 畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計

畢業(yè)實習(xí)是學(xué)生將前期學(xué)習(xí)到的知識運用到生產(chǎn)實踐中，真正了解、感受未來的工作，鍛煉自己各方面的綜合能力。真正實現(xiàn)與行業(yè)需求的專業(yè)實踐能力對接。能勝任相應(yīng)崗位的工作，從而積累工作經(jīng)驗，為就業(yè)做準(zhǔn)備。為了增強學(xué)生和指導(dǎo)老師對畢業(yè)設(shè)計（論文）及畢業(yè)實習(xí)的重視，提高畢業(yè)設(shè)計（論文）的質(zhì)量和提高學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）及畢業(yè)實習(xí)實踐環(huán)節(jié)獲得的實踐能力，也為緩解畢業(yè)設(shè)計時間（論文）不足，筆者將畢業(yè)實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計（論文）有機結(jié)合，實行“畢業(yè)實習(xí)+畢業(yè)設(shè)計”相結(jié)合的模式，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容來自于畢業(yè)實習(xí)，并且畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容要將畢業(yè)實習(xí)的內(nèi)容進行一定的升華，除體現(xiàn)學(xué)生四年來所學(xué)知識綜合之外，還要體現(xiàn)出學(xué)生的創(chuàng)新能力與科研能力，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的標(biāo)準(zhǔn)。

5.結(jié)束語

通過對國內(nèi)外數(shù)字媒體技術(shù)相關(guān)專業(yè)及方向的調(diào)研，基于創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目標(biāo)，建立了相關(guān)的核心課程和多層次實踐教學(xué)體系，融合專業(yè)技術(shù)、實踐教學(xué)、校企合作共同培養(yǎng)為一體的軟件工程數(shù)字媒體特色專業(yè)方向的知識體系，著力培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)與技術(shù)交叉結(jié)合的數(shù)字媒體制作與開發(fā)能力和職業(yè)素質(zhì)，進而使得學(xué)生的基礎(chǔ)知識、科學(xué)素養(yǎng)、藝術(shù)感悟、專業(yè)知識、創(chuàng)新能力、工程能力和職業(yè)素質(zhì)都得到全面均衡的發(fā)展，以增強他們在數(shù)字媒體行業(yè)就業(yè)的競爭能力。

參考文獻

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篇5

關(guān)鍵詞三維建模技術(shù)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；模型優(yōu)化；層次模型

中圖分類號TP301文獻標(biāo)識碼A文章編號1000-2537（2014）02-0090-05

為了在計算機的虛擬環(huán)境中生動形象地模擬自然環(huán)境之中人的視覺、聽覺、嗅覺以及運動等行為，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)運而生[1].經(jīng)過近幾年的發(fā)展，該項技術(shù)已成為計算機領(lǐng)域的一個新型研究方向，獲得國內(nèi)外學(xué)者以及企業(yè)的廣泛關(guān)注并引起濃厚的研究興趣[2-3].在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，三維建模是該技術(shù)的一個關(guān)鍵步驟和核心技術(shù)，也是實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基礎(chǔ)[4].由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)需要較高的實時性，而三維建模的優(yōu)劣直接影響整個這類系統(tǒng)的實時性[5]，這使得三維建模成為了此項技術(shù)的研究熱點，而三維建模流程的優(yōu)化又成為了重中之重.

目前，關(guān)于三維建模流程的優(yōu)化研究主要集中在模型階段，其中部分研究取得了較好的實際應(yīng)用效果[6-7].然而，如果在三維建模之前各模型分塊不合理的話，就會導(dǎo)致建模過程耗時較大，從而大大降低系統(tǒng)的實時性.針對這種情況，論文基于過程的思想，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化、模型優(yōu)化兩方面對整個三維建模流程進行優(yōu)化.同時，論文還提出了一個新型層次模型簡化算法以進一步縮減三維建模流程中模型間優(yōu)化的時間間隔.

6結(jié)束語

論文對三維建模進行研究，基于過程優(yōu)化思想，提出了一個新的三維建模流程優(yōu)化方法.同時，針對其中的模型簡化也進行了研究，提出了一個層次性模型簡化算法.通過模擬聯(lián)合站系統(tǒng)實驗表明，所提三維建模流程優(yōu)化方法在建模總體效果和實時性兩個方面，都具有一定的優(yōu)越性.

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篇6

論文摘要：介紹虛擬現(xiàn)實概念及其特征，分析虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教育 中廣泛應(yīng)用的原因，著重討論虛擬現(xiàn)實在課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和臨床教學(xué)中的應(yīng)用。

1虛擬現(xiàn)實的基本概念及特征

虛擬現(xiàn)實 (Virtual Reality)，也稱靈境 ，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。它利用計算機技術(shù)生成一個逼真的，具有視覺、聽覺、觸覺等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實體相互作用，產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸感 (Immersion)、交互性(Interaction)和構(gòu)思性 (Imagination)的重要特征，這些特征在醫(yī)學(xué)教育中得到了廣泛應(yīng)用。

1．1沉浸感 沉浸感是指學(xué)習(xí)者全身心地沉浸于虛擬環(huán)境中，與環(huán)境中各種對象相互融合，成為環(huán)境的一部分。學(xué)習(xí)者不是旁觀者由外向內(nèi)觀察環(huán)境，而是全身心融入環(huán)境之中。這種沉浸感應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中，可以使虛擬教學(xué)場景中的學(xué)生體會到一個與現(xiàn)實更加接近的教學(xué)情景，學(xué)生全身心地投入其中，能夠更加深入地學(xué)習(xí)所學(xué)課程。

1．2交互性 交互性是指學(xué)習(xí)者通過使用特殊設(shè)備，用人類的自然技能實現(xiàn)對虛擬環(huán)境的操作。學(xué)習(xí)者通過身體運動等自然技能，實現(xiàn)對環(huán)境中對象的操作；計算機則根據(jù)學(xué)習(xí)者的身體運動等，來實時調(diào)整環(huán)境中相關(guān)對象的狀態(tài)。這種交互性應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中，可以使醫(yī)學(xué)院校在保證辦學(xué)質(zhì)量的前提下，大大降低辦學(xué)成本。

1．3構(gòu)思性 構(gòu)思性是指虛擬環(huán)境賦予學(xué)習(xí)者無限的想象空間。虛擬環(huán)境把主動權(quán)交給學(xué)習(xí)者，學(xué)習(xí)者可以通過對環(huán)境的考察和操作，進行自主的創(chuàng)造性活動。這種構(gòu)思性應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中，可使學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)方法，充分挖掘自身潛力。

2虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

伴隨著我國醫(yī)療事業(yè)和IT技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、臨床培訓(xùn)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 。

2．1虛擬課堂 在醫(yī)學(xué)課堂教學(xué)過程中，教師經(jīng)常會遇到一些內(nèi)容生澀難懂的章節(jié)，如果利用板書等傳統(tǒng)教育手段，教學(xué)效果往往不近如人意。事實上，教師可以通過虛擬課堂來豐富教學(xué)內(nèi)容，將 “虛擬人”應(yīng)用于教學(xué)過程是虛擬課堂的一個典型實例。 “虛擬人”是指把人體形態(tài)學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)等信息，通過大型計算機處理而實現(xiàn)的數(shù)字化虛擬人體。 “虛擬人”的主要工作是選取一具尸體并將其冷凍，用精密切削刀將尸體橫向切削成一系列厚度為0．2毫米的切片，利用相關(guān)技術(shù)最終合成人體的三維結(jié)構(gòu) (如圖l所示)。實驗證明，學(xué)生在課堂上能以三維的形式看到人體數(shù)千個 解剖結(jié)構(gòu)的形狀、位置及器官間 的相互空間關(guān)系等，學(xué)習(xí)興趣和效果顯著提高。

2．2虛擬實驗室 目前，高等醫(yī)學(xué)院校實驗教學(xué)中普遍存在著資源有限和教學(xué)效果不佳等現(xiàn)象 。為緩和這一矛盾，虛擬實驗室是近年來被證明行之有效的做法之一。 虛擬實驗室是指在計算機系統(tǒng) 中采用 虛擬現(xiàn) 實技術(shù) 營造 各種 虛擬 實驗環(huán) 境 ，實驗 者可以像在真實的實驗環(huán)境中一樣完成各種實驗項 目。

如 圖2所 示，診斷 學(xué)虛擬實驗 室是 一個基 于C／S模式的虛擬實驗室系統(tǒng)。系統(tǒng)以虛擬病人為主體，建立起各種疾病相關(guān)的患者模型。每個單元均包括問診、體格檢查、心電圖和化驗檢 查4個單元 。實驗證明，診斷學(xué)虛擬實驗室打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的時空限制，為學(xué)生提供逼真的診斷學(xué)實驗，在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和實現(xiàn)實驗教學(xué)的跨越式方面具有重要作用。

2．3虛擬手術(shù) 傳統(tǒng)的手術(shù)訓(xùn)練方法成本較高，訓(xùn)練的安全性、真實性和參與性不強，效果不夠理想。虛擬手術(shù)是指通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，利用各種醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)在計算機中建立一

個虛擬環(huán)境，醫(yī)生借助這個環(huán)境中的相關(guān)信息進行手術(shù)計劃、訓(xùn)練以及在實際手術(shù)過程中引導(dǎo)的一種新興技術(shù)。在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中，操作者帶上立體眼鏡進入環(huán)境，通過數(shù)據(jù)手套對環(huán)境中 “虛擬人”的相關(guān)組織進行操作。虛擬手術(shù)系統(tǒng)可為操作者提供一個極具真實感和沉浸感的訓(xùn)練環(huán)境，制造很好的臨場感，并且能大幅降低手術(shù)的培訓(xùn)成本，所以具有很好的應(yīng)用空間。

2．4虛擬培訓(xùn) 傳統(tǒng)的臨床培訓(xùn)模式主要以教師口述為主，由于培訓(xùn)往往停留在書本上，缺乏實戰(zhàn)演練，因此效果往往差強人意。靜脈穿刺是臨床護理的基本技能，穿刺引起的疼痛常常使患者因恐懼而不能配合治療，實際應(yīng)用中，可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬患者的這種因恐懼而產(chǎn)生的抗拒反應(yīng)，以提高靜脈穿刺的訓(xùn)練質(zhì)量。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在臨床培訓(xùn)中，在保障學(xué)生安全的基礎(chǔ)上，不僅能使學(xué)生身臨其境，增加真實感，而且還能縮短培訓(xùn)時間，減少培訓(xùn)成本。

3結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中，對提高教育技術(shù)水平，改善教學(xué)實驗環(huán)境，優(yōu)化教學(xué)過程，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和實踐能力的新時代醫(yī)學(xué)人才具有深遠(yuǎn)的影響。可以預(yù)見，隨著我國醫(yī)療事業(yè)和IT事業(yè)的不斷發(fā)展壯大，虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用將更廣泛、深入。

參考文獻

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論文摘要：本文對虛擬實驗系統(tǒng)的特點做了介紹，指出了虛擬技術(shù)在實驗教學(xué)中的優(yōu)勢，并給出虛擬實驗系統(tǒng)構(gòu)建的基本思想以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用手段和方法。

實驗一直都是與教學(xué)息息相關(guān)的重要活動之一。它可以使學(xué)生更好地感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程，讓枯燥的理論知識變得形象，易于理解。實驗不僅能幫助學(xué)生鞏固理論知識，提高通過實驗手段探索科學(xué)知識的能力，還能激發(fā)學(xué)生探索未知世界的興趣，增強創(chuàng)新能力。然而，當(dāng)前實驗方面存在的諸多難題卻嚴(yán)重限制了教學(xué)質(zhì)量的提高。如實驗成本過高，進行實驗的儀器和設(shè)備往往代價昂貴，實驗材料也比較貴，而且有些實驗儀器損耗較大，需要經(jīng)常更新。而許多學(xué)校在實驗經(jīng)費上又捉襟見肘，要么是實驗配套的設(shè)備和儀器不完善，要么就是儀器設(shè)備陳舊過時。即使有完善的較新的實驗設(shè)備，傳統(tǒng)實驗在空間和時間上的限制也可能無法滿足大量學(xué)生同時進行實驗的需要。為了緩解實驗教學(xué)的壓力，提高實驗教學(xué)的質(zhì)量，可以采用虛擬實驗系統(tǒng)來輔助實驗教學(xué)的開展。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù) (ⅥrnJal ReaJ時，簡稱 vR技術(shù))出現(xiàn)于 20世紀(jì) 60年代，隨著處理器技術(shù)的大幅度提高以及圖形繪制技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展，近幾十年來在國內(nèi)外形成了對虛擬現(xiàn)實的研究熱潮。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供了一種先進的人機界面，它通過為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等直觀而自然的實時感知交互的方法和手段，最大程度地方便用戶的操作，從而減輕了用戶的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的工作效率。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有 3個突出特征：沉浸性、交互性、想象性。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由兩部分組成：一部分為創(chuàng)建的虛擬環(huán)境，另一部分為介入者。虛擬現(xiàn)實的核心是強調(diào)兩者之間的交互操作，即反映出人在虛擬環(huán)境中的體驗。我們可以給出如圖 1的虛擬現(xiàn)實的概念模型。

二、虛擬實驗系統(tǒng)

1．虛擬實驗系統(tǒng)的特點

(1)共享程度高。虛擬實驗系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)實驗在地域和時間上的限制，它不僅可以接受本地用戶的訪問，有訪問權(quán)限的異地用戶也可以使用系統(tǒng)。并且也無需考慮使用時間的問題，實驗者可以隨時進行實驗。虛擬實驗系統(tǒng)為用戶提供了一個可以在任何時間、任何地點訪問的實驗環(huán)境，極大地提高了信息與實驗資源的共享程度。

(2)強大的交互能力。為了向用戶提供一個逼真的實驗環(huán)境，虛擬實驗系統(tǒng)往往都具有強大的交互能力，實驗者和虛擬實驗對象之間可以通過鼠標(biāo)的點擊或者拖曳操作進行交互，實驗者可以實時地觀看實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果。

(3)支持協(xié)作。虛擬實驗系統(tǒng)提供了多種方式來完成用戶間的信息交流。

2．虛擬實驗系統(tǒng)的建模

如何構(gòu)建教學(xué)型虛擬實驗系統(tǒng)，使其能夠擁有豐富的實驗內(nèi)容表現(xiàn)方式、提供形象生動的實驗內(nèi)容，讓讓學(xué)生實現(xiàn)從感知到理解的過程，一直是研究教學(xué)型虛擬實驗系統(tǒng)的熱點問題之一。

虛擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)建是將多種技術(shù)綜合運用，首先構(gòu)建實驗過程所需要的各種儀器設(shè)備，對于場景進行建模。三維虛擬場景模塊的建立是以某一實景為基礎(chǔ)的，因此在虛擬場景建模之前需要對實驗室環(huán)境進行實地考察并對建筑物進行篩選，從而構(gòu)建具有真實感的實驗環(huán)境。對于儀器設(shè)備完全用Ⅵ ML語言建立復(fù)雜的三維模型是相當(dāng)煩瑣的，而且建模方法缺乏直觀性，而3DSMAX強大的三維建模功能以及對具有轉(zhuǎn)換為V文件格式輸出的功能，使其在三維虛擬場景中廣泛應(yīng)用。我們在實際的建模過程中根據(jù)要建立模型的特點選擇建模方法。簡單模型，直接采用VRML中簡單幾何體拼貼紋理的方法，對于復(fù)雜場景則采用3DsMAx建模后以VRMI，文件格式輸出。當(dāng)然在虛擬實驗的建模過程中的龐大建模工作量對軟件的建模效率以提出了很高的要求，于是，在該建模過程中我還采用了高效的照片建模軟件Canoma，Canoma是MetaCreations公司 (即現(xiàn)在的Vie、vpoint公司)的軟件產(chǎn)品，利用它可以讓我們無需建模，即可直接從一張或幾張照片制作三維模型，因為使用真實照片直接生成三維模型，所以效果非常真實；而且CaIloma可生成網(wǎng)絡(luò)使用的VRM，文件格式。為了能夠反映真實儀器設(shè)備的特性，有時還采用FLASH技術(shù)來達(dá)到儀器設(shè)備外觀的逼真性，并提供一些基本的交互。

3．虛擬實驗系統(tǒng)中的交互

交互性是虛擬實驗系統(tǒng)中的一個重要問題。一類是用戶在瀏覽場景的時候，主要的輸入設(shè)備就是鼠標(biāo)，這時候檢測器實際上是檢測用戶對于鼠標(biāo)的各種操作動作，如鼠標(biāo)的單擊、指向、拖動等等，從而場景做出相應(yīng)的反應(yīng)。檢測這類動作的監(jiān)測器是接觸型監(jiān)測器。描述這類監(jiān)測器的節(jié)點有接觸監(jiān)測器節(jié)點TouchSensor以及PlaneSensor節(jié)點、SphereSensor節(jié)點、CylinderSenS0r節(jié)點；另一類是用戶和場景中某對象接近的程度，對象做出相應(yīng)的反應(yīng)，使得用戶和虛擬對象之間形成交互。

將所有儀器設(shè)備成功地加入到場景當(dāng)中之后，用戶應(yīng)該可以隨意地拿起自己需要的實驗器材進行實驗，所以要提供用戶選取實驗器材的接口。當(dāng)用戶在選擇某件儀器，為了提供給用戶選擇的接口，我們在實驗儀器原型中設(shè)計了供用戶選擇的按鈕。如果選中時就可以點擊按鈕“tal(e ，無需使用就只要點擊“放回”按鈕。由于用戶需要與系統(tǒng)進行交互，同時系統(tǒng)需要根據(jù)用戶的選擇與后臺數(shù)據(jù)庫進行通信，因此我們使用Java Applet。Applet具有 良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸透明性，圖2顯示了瀏覽器通過Appl 訪問數(shù)據(jù)庫的整個過程 。

三、虛擬實驗集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1．軟件程序集成

軟件程序是虛擬實驗系統(tǒng)的重要內(nèi)容，是系統(tǒng)的靈魂所在。在虛擬實驗系統(tǒng)中，我們將軟件程序部分按照層次化和模塊化的設(shè)計模式進行集成。集成化的軟件程序依據(jù)集成度的大小分為不同層次的模塊，分屬不同層次的模塊充分體現(xiàn)了整體和部分的關(guān)系，各模塊都可以看成是下一層次多個模塊集成的整體，每一個模塊又都可以看成是上一層次模塊中的一部分，各層次之間互為整體和部分的關(guān)系為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)架提供了靈活的方式。

2．系統(tǒng)功能集成

系統(tǒng)功能集成是建立在軟件程序集成的基礎(chǔ)之上的，系統(tǒng)功能集成是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成的重要體現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效集成度是系統(tǒng)功能集成的重要基礎(chǔ)。在虛擬實驗系統(tǒng)中，軟件程序的集成保證了系統(tǒng)功能在不同層面上的集成度和在各層面之間的靈活性。以不同集成度來形成的系統(tǒng)功能整體在系統(tǒng)構(gòu)建、修改、維護等方面起到了重要的結(jié)構(gòu)化支持作用。

3．儀器軟面板集成

儀器軟面板是虛擬實驗系統(tǒng)的重要特色之一。在傳統(tǒng)實驗系統(tǒng)中，儀器設(shè)備一般會自帶一個顯示屏，以及相關(guān)的操作組件和按鈕來形成一個操作面板，這個面板的形式以及各組件和按鈕的功能是固定的，不能修改和設(shè)置。在虛擬實驗系統(tǒng)中，各種儀器設(shè)備的操作面板集中顯示在計算機的顯示屏幕上，這種面板由軟件程序來形成和設(shè)置，由鍵盤、鼠標(biāo)以及其他的外部輸入設(shè)備來控制，面板的形式以及各組件和按鈕的功能可以根據(jù)需要自定義，可以將多個儀器的面板組合在一起，也可以將某一個儀器的面板簡化。儀器軟面板形式和功能上的這種靈活性正是系統(tǒng)集成度的體現(xiàn)。

4。網(wǎng)絡(luò)集成

網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使得分布式結(jié)構(gòu)成為可能。在虛擬實驗系統(tǒng)中，我們通過網(wǎng)絡(luò)可以突破時間和空間的限制，將更多的協(xié)議方和操作方以一定的集成度集成在一起，共同完成實驗項目。我們在談集成性的問題的時候，一定是和相應(yīng)的分散度聯(lián)系在一起的，就如同整體和部分之間的關(guān)系，每一個整體都可以看作更大的整體的一部分，而每一個部分又都可以看成更多小部分的整體。網(wǎng)絡(luò)的分布式保證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集成性。

四、虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的優(yōu)勢

從虛擬實驗的技術(shù)優(yōu)勢和實驗教學(xué)的現(xiàn)狀需求出發(fā)，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1．資源開放

從虛擬實驗的技術(shù)實現(xiàn)角度來看，實驗教學(xué)中的有效資源全部開放，這使得實驗項目從開發(fā)到操作，再到后期數(shù)據(jù)處理與實驗課程的復(fù)習(xí)全部開放給學(xué)生，學(xué)生可以利用系統(tǒng)軟件程序模塊和實驗項目設(shè)計模板等幫助實驗設(shè)計方案的形成與開發(fā)；利用數(shù)據(jù)分析與處理工具包進行實驗數(shù)據(jù)的分析與處理，獲得規(guī)律性認(rèn)識：教師的指導(dǎo)性意見、學(xué)生的交流信息和實驗故障和誤差分析等信息資料，可以幫助學(xué)生在實驗課程總結(jié)和復(fù)習(xí)中取長補短、鞏固知識。

2．組織形式開放

虛擬實驗將實驗資源、實驗項目開發(fā)和實驗操作等網(wǎng)絡(luò)化、平臺化，因此實驗內(nèi)容、時間以及地點等組織形式是開放的具備可選擇性。針對目前實驗教學(xué)需要跨學(xué)科、跨地域、多項實驗同時開展等現(xiàn)狀要求，虛擬實驗所具備的組織形式開放性為實驗教學(xué)模式的擴展提供了技術(shù)準(zhǔn)備。

3．對象開放

虛擬實驗的網(wǎng)絡(luò)功能能夠根據(jù)不同的對象設(shè)置不同權(quán)限的系統(tǒng)身份，實驗參與人員各取所需，實現(xiàn)學(xué)習(xí)和交流的目的。在實驗教學(xué)中，對象的身份基本分為三種層次和三種身份。三種層次指的是系統(tǒng)管理員、教師和技術(shù)人員、學(xué)生。三種身份是針對學(xué)習(xí)者而言的：實驗課程參與者、遠(yuǎn)程實驗課程學(xué)習(xí)者、實驗愛好和探索者。

五、總結(jié)

本文將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，這在一定得程度上提高了實驗的開放程度，降低了實驗的成本，較好地激發(fā)了學(xué)生對于實驗環(huán)節(jié)的興趣和主觀能動性，但在虛擬實驗設(shè)置過程中的交互問題仍是一個值得探討和研究的主要問題。

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    論文摘要:本文對虛擬實驗系統(tǒng)的特點做了介紹,指出了虛擬技術(shù)在實驗教學(xué)中的優(yōu)勢,并給出虛擬實驗系統(tǒng)構(gòu)建的基本思想以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu),闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用手段和方法。

    實驗一直都是與教學(xué)息息相關(guān)的重要活動之一。它可以使學(xué)生更好地感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程,讓枯燥的理論知識變得形象,易于理解。實驗不僅能幫助學(xué)生鞏固理論知識,提高通過實驗手段探索科學(xué)知識的能力,還能激發(fā)學(xué)生探索未知世界的興趣,增強創(chuàng)新能力。然而,當(dāng)前實驗方面存在的諸多難題卻嚴(yán)重限制了教學(xué)質(zhì)量的提高。如實驗成本過高,進行實驗的儀器和設(shè)備往往代價昂貴,實驗材料也比較貴,而且有些實驗儀器損耗較大,需要經(jīng)常更新。而許多學(xué)校在實驗經(jīng)費上又捉襟見肘,要么是實驗配套的設(shè)備和儀器不完善,要么就是儀器設(shè)備陳舊過時。即使有完善的較新的實驗設(shè)備,傳統(tǒng)實驗在空間和時間上的限制也可能無法滿足大量學(xué)生同時進行實驗的需要。為了緩解實驗教學(xué)的壓力,提高實驗教學(xué)的質(zhì)量,可以采用虛擬實驗系統(tǒng)來輔助實驗教學(xué)的開展。

    一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

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    虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供了一種先進的人機界面,它通過為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等直觀而自然的實時感知交互的方法和手段,最大程度地方便用戶的操作,從而減輕了用戶的負(fù)擔(dān),提高了系統(tǒng)的工作效率。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有 3個突出特征:沉浸性、交互性、想象性。

    虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由兩部分組成:一部分為創(chuàng)建的虛擬環(huán)境,另一部分為介入者。虛擬現(xiàn)實的核心是強調(diào)兩者之間的交互操作,即反映出人在虛擬環(huán)境中的體驗。我們可以給出如圖 1的虛擬現(xiàn)實的概念模型。

    二、虛擬實驗系統(tǒng)

    1.虛擬實驗系統(tǒng)的特點

    (1)共享程度高。虛擬實驗系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)實驗在地域和時間上的限制,它不僅可以接受本地用戶的訪問,有訪問權(quán)限的異地用戶也可以使用系統(tǒng)。并且也無需考慮使用時間的問題,實驗者可以隨時進行實驗。虛擬實驗系統(tǒng)為用戶提供了一個可以在任何時間、任何地點訪問的實驗環(huán)境,極大地提高了信息與實驗資源的共享程度。

    (2)強大的交互能力。為了向用戶提供一個逼真的實驗環(huán)境,虛擬實驗系統(tǒng)往往都具有強大的交互能力,實驗者和虛擬實驗對象之間可以通過鼠標(biāo)的點擊或者拖曳操作進行交互,實驗者可以實時地觀看實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果。

    (3)支持協(xié)作。虛擬實驗系統(tǒng)提供了多種方式來完成用戶間的信息交流。

    2.虛擬實驗系統(tǒng)的建模

    如何構(gòu)建教學(xué)型虛擬實驗系統(tǒng),使其能夠擁有豐富的實驗內(nèi)容表現(xiàn)方式、提供形象生動的實驗內(nèi)容,讓讓學(xué)生實現(xiàn)從感知到理解的過程,一直是研究教學(xué)型虛擬實驗系統(tǒng)的熱點問題之一。

    虛擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)建是將多種技術(shù)綜合運用,首先構(gòu)建實驗過程所需要的各種儀器設(shè)備,對于場景進行建模。三維虛擬場景模塊的建立是以某一實景為基礎(chǔ)的,因此在虛擬場景建模之前需要對實驗室環(huán)境進行實地考察并對建筑物進行篩選,從而構(gòu)建具有真實感的實驗環(huán)境。對于儀器設(shè)備完全用ⅵ ml語言建立復(fù)雜的三維模型是相當(dāng)煩瑣的,而且建模方法缺乏直觀性,而3dsmax強大的三維建模功能以及對具有轉(zhuǎn)換為v文件格式輸出的功能,使其在三維虛擬場景中廣泛應(yīng)用。我們在實際的建模過程中根據(jù)要建立模型的特點選擇建模方法。簡單模型,直接采用vrml中簡單幾何體拼貼紋理的方法,對于復(fù)雜場景則采用3dsmax建模后以vrmi,文件格式輸出。當(dāng)然在虛擬實驗的建模過程中的龐大建模工作量對軟件的建模效率以提出了很高的要求,于是,在該建模過程中我還采用了高效的照片建模軟件canoma,canoma是metacreations公司 (即現(xiàn)在的vie、vpoint公司)的軟件產(chǎn)品,利用它可以讓我們無需建模,即可直接從一張或幾張照片制作三維模型,因為使用真實照片直接生成三維模型,所以效果非常真實;而且cailoma可生成網(wǎng)絡(luò)使用的vrm,文件格式。為了能夠反映真實儀器設(shè)備的特性,有時還采用flash技術(shù)來達(dá)到儀器設(shè)備外觀的逼真性,并提供一些基本的交互。

    3.虛擬實驗系統(tǒng)中的交互

    交互性是虛擬實驗系統(tǒng)中的一個重要問題。一類是用戶在瀏覽場景的時候,主要的輸入設(shè)備就是鼠標(biāo),這時候檢測器實際上是檢測用戶對于鼠標(biāo)的各種操作動作,如鼠標(biāo)的單擊、指向、拖動等等,從而場景做出相應(yīng)的反應(yīng)。檢測這類動作的監(jiān)測器是接觸型監(jiān)測器。描述這類監(jiān)測器的節(jié)點有接觸監(jiān)測器節(jié)點touchsensor以及planesensor節(jié)點、spheresensor節(jié)點、cylindersens0r節(jié)點;另一類是用戶和場景中某對象接近的程度,對象做出相應(yīng)的反應(yīng),使得用戶和虛擬對象之間形成交互。

    將所有儀器設(shè)備成功地加入到場景當(dāng)中之后,用戶應(yīng)該可以隨意地拿起自己需要的實驗器材進行實驗,所以要提供用戶選取實驗器材的接口。當(dāng)用戶在選擇某件儀器,為了提供給用戶選擇的接口,我們在實驗儀器原型中設(shè)計了供用戶選擇的按鈕。如果選中時就可以點擊按鈕“tal(e  ,無需使用就只要點擊“放回”按鈕。由于用戶需要與系統(tǒng)進行交互,同時系統(tǒng)需要根據(jù)用戶的選擇與后臺數(shù)據(jù)庫進行通信,因此我們使用java applet。applet具有 良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸透明性,圖2顯示了瀏覽器通過appl  訪問數(shù)據(jù)庫的整個過程 。

    三、虛擬實驗集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    1.軟件程序集成

    軟件程序是虛擬實驗系統(tǒng)的重要內(nèi)容,是系統(tǒng)的靈魂所在。在虛擬實驗系統(tǒng)中,我們將軟件程序部分按照層次化和模塊化的設(shè)計模式進行集成。集成化的軟件程序依據(jù)集成度的大小分為不同層次的模塊,分屬不同層次的模塊充分體現(xiàn)了整體和部分的關(guān)系,各模塊都可以看成是下一層次多個模塊集成的整體,每一個模塊又都可以看成是上一層次模塊中的一部分,各層次之間互為整體和部分的關(guān)系為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)架提供了靈活的方式。

    2.系統(tǒng)功能集成

    系統(tǒng)功能集成是建立在軟件程序集成的基礎(chǔ)之上的,系統(tǒng)功能集成是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成的重要體現(xiàn),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效集成度是系統(tǒng)功能集成的重要基礎(chǔ)。在虛擬實驗系統(tǒng)中,軟件程序的集成保證了系統(tǒng)功能在不同層面上的集成度和在各層面之間的靈活性。以不同集成度來形成的系統(tǒng)功能整體在系統(tǒng)構(gòu)建、修改、維護等方面起到了重要的結(jié)構(gòu)化支持作用。

    3.儀器軟面板集成

    儀器軟面板是虛擬實驗系統(tǒng)的重要特色之一。在傳統(tǒng)實驗系統(tǒng)中,儀器設(shè)備一般會自帶一個顯示屏,以及相關(guān)的操作組件和按鈕來形成一個操作面板,這個面板的形式以及各組件和按鈕的功能是固定的,不能修改和設(shè)置。在虛擬實驗系統(tǒng)中,各種儀器設(shè)備的操作面板集中顯示在計算機的顯示屏幕上,這種面板由軟件程序來形成和設(shè)置,由鍵盤、鼠標(biāo)以及其他的外部輸入設(shè)備來控制,面板的形式以及各組件和按鈕的功能可以根據(jù)需要自定義,可以將多個儀器的面板組合在一起,也可以將某一個儀器的面板簡化。儀器軟面板形式和功能上的這種靈活性正是系統(tǒng)集成度的體現(xiàn)。

    4。網(wǎng)絡(luò)集成

    網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使得分布式結(jié)構(gòu)成為可能。在虛擬實驗系統(tǒng)中,我們通過網(wǎng)絡(luò)可以突破時間和空間的限制,將更多的協(xié)議方和操作方以一定的集成度集成在一起,共同完成實驗項目。我們在談集成性的問題的時候,一定是和相應(yīng)的分散度聯(lián)系在一起的,就如同整體和部分之間的關(guān)系,每一個整體都可以看作更大的整體的一部分,而每一個部分又都可以看成更多小部分的整體。網(wǎng)絡(luò)的分布式保證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集成性。

    四、虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用的優(yōu)勢

    從虛擬實驗的技術(shù)優(yōu)勢和實驗教學(xué)的現(xiàn)狀需求出發(fā),其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

    1.資源開放

    從虛擬實驗的技術(shù)實現(xiàn)角度來看,實驗教學(xué)中的有效資源全部開放,這使得實驗項目從開發(fā)到操作,再到后期數(shù)據(jù)處理與實驗課程的復(fù)習(xí)全部開放給學(xué)生,學(xué)生可以利用系統(tǒng)軟件程序模塊和實驗項目設(shè)計模板等幫助實驗設(shè)計方案的形成與開發(fā);利用數(shù)據(jù)分析與處理工具包進行實驗數(shù)據(jù)的分析與處理,獲得規(guī)律性認(rèn)識:教師的指導(dǎo)性意見、學(xué)生的交流信息和實驗故障和誤差分析等信息資料,可以幫助學(xué)生在實驗課程總結(jié)和復(fù)習(xí)中取長補短、鞏固知識。

    2.組織形式開放

    虛擬實驗將實驗資源、實驗項目開發(fā)和實驗操作等網(wǎng)絡(luò)化、平臺化,因此實驗內(nèi)容、時間以及地點等組織形式是開放的具備可選擇性。針對目前實驗教學(xué)需要跨學(xué)科、跨地域、多項實驗同時開展等現(xiàn)狀要求,虛擬實驗所具備的組織形式開放性為實驗教學(xué)模式的擴展提供了技術(shù)準(zhǔn)備。

    3.對象開放

    虛擬實驗的網(wǎng)絡(luò)功能能夠根據(jù)不同的對象設(shè)置不同權(quán)限的系統(tǒng)身份,實驗參與人員各取所需,實現(xiàn)學(xué)習(xí)和交流的目的。在實驗教學(xué)中,對象的身份基本分為三種層次和三種身份。三種層次指的是系統(tǒng)管理員、教師和技術(shù)人員、學(xué)生。三種身份是針對學(xué)習(xí)者而言的:實驗課程參與者、遠(yuǎn)程實驗課程學(xué)習(xí)者、實驗愛好和探索者。

    五、總結(jié)

    本文將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中,這在一定得程度上提高了實驗的開放程度,降低了實驗的成本,較好地激發(fā)了學(xué)生對于實驗環(huán)節(jié)的興趣和主觀能動性,但在虛擬實驗設(shè)置過程中的交互問題仍是一個值得探討和研究的主要問題。

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篇9

關(guān)鍵詞：數(shù)碼技術(shù)；室內(nèi)設(shè)計表現(xiàn)；虛擬現(xiàn)實

數(shù)碼技術(shù)在計算機輔助教學(xué)、計算機輔助制造、通信與信息產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)廣播電視行業(yè)、信息家電行業(yè)與數(shù)字媒體藝術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，具體體現(xiàn)在廣告制作、影視制作、平面設(shè)計、虛擬空間設(shè)計、計算機動畫制作、游戲設(shè)計制作等方面。數(shù)碼技術(shù)的涉及面是非常廣的，它涉及計算機文化與應(yīng)用技術(shù)、美學(xué)與美術(shù)技能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、軟件工程等，還涉及中西藝術(shù)審美觀。為了滿足當(dāng)前室內(nèi)設(shè)計表現(xiàn)的創(chuàng)新性要求，在大批設(shè)計人員的努力下，現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計的表現(xiàn)方法層出不窮、日新月異。所謂的創(chuàng)新性，就是要求設(shè)計師發(fā)揮想象力和設(shè)計靈感，綜合各種設(shè)計思維，設(shè)計出效果獨特的空間形式。在當(dāng)下的室內(nèi)設(shè)計表現(xiàn)中，一些設(shè)計師僅僅通過設(shè)計草圖、手繪效果圖或電腦制作的效果圖來表達(dá)設(shè)計理念，試圖用這樣的理念表達(dá)形式傳達(dá)完整的設(shè)計思想。僅有平面圖、立面圖、剖面圖、節(jié)點圖、透視圖等較多的圖片表達(dá)形式，還不能完整地表現(xiàn)設(shè)計主題，會限制設(shè)計委托方對設(shè)計的理解，從而影響設(shè)計委托方對設(shè)計的判斷。這就需要設(shè)計師在設(shè)計中加入新的元素，從而解決這一問題。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以用來改進設(shè)計的表達(dá)形式。虛擬現(xiàn)實是一種高級的人機界面，它可以實現(xiàn)味覺、嗅覺、聽覺、觸覺與視覺等多種感覺通道的實時模擬和實時交互，既能模擬現(xiàn)實世界的信息，又能虛擬人類無法創(chuàng)造的環(huán)境信息。人們對虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VirtualReality，簡稱VR）并不陌生，它是一種四維的虛擬環(huán)境，即在三維的基礎(chǔ)上，增加了“時間”這一維度，這是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與傳統(tǒng)3D技術(shù)最大的區(qū)別，也是其最大的優(yōu)勢。虛擬現(xiàn)實的概念源于薩瑟蘭的“終極顯示”（TheUltimateDisplay）概念。對于“終極顯示”這一概念，薩瑟蘭是這樣描述的：“通過這個窗口，人們可以看到一個虛擬的世界。富有挑戰(zhàn)性的工作是怎樣使那個虛擬世界看起來更加真實，在其中行動真實，聽起來真實，感覺就像真實世界一樣。”他設(shè)想用計算機構(gòu)建一個虛擬的物理世界，觀眾可以與其進行交互。現(xiàn)在，虛擬技術(shù)在計算機硬件和相關(guān)虛擬軟件的支持下，可以模擬出一個接近現(xiàn)實環(huán)境的場景。在這個虛擬的場景中，使用者可以看，可以聽，甚至可以觸碰，也可以進行互動交流，與在真實的環(huán)境中幾乎相同。這就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)點。1993年，邁克爾•海姆博士在《從界面到網(wǎng)絡(luò)空間：虛擬實在的形而上學(xué)》一書中歸納了此前研究者對虛擬現(xiàn)實特點的描述，即模擬性、人工性、沉浸性、全身沉浸、交互作用、網(wǎng)絡(luò)通信。同時，他還綜合自己的研究，將虛擬現(xiàn)實的本質(zhì)特性概括為四種，即主動性與被動性、操作性與感受性、遠(yuǎn)距離出場與對現(xiàn)實的強化。虛擬環(huán)境對現(xiàn)實的模擬程度可以分為三個等級：遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、增強現(xiàn)實、虛擬世界。遠(yuǎn)程呈現(xiàn)的現(xiàn)實度最高，它可使用戶以遠(yuǎn)程的方式虛擬出場。出場相當(dāng)于“在場”，即用戶能夠在現(xiàn)場之外實時感知現(xiàn)場，并進行某種操作。增強現(xiàn)實是指通過計算機將虛擬的信息疊加在現(xiàn)實場景上，它具有中等的現(xiàn)實度。虛擬世界是最遠(yuǎn)離現(xiàn)實的，它是完全虛擬的，是數(shù)字化且無邊界的虛擬環(huán)境。

完整的室內(nèi)設(shè)計流程有以下幾個階段：資料收集階段、概念設(shè)計階段、方案設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段、施工實施階段、設(shè)計后評價階段。每一個階段的重點是不同的。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要可以在方案設(shè)計階段得到應(yīng)用。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行室內(nèi)設(shè)計的基本要素包括虛擬建模、虛擬渲染、虛擬攝影機設(shè)置、運動速度控制等。其一，虛擬室內(nèi)建模。虛擬室內(nèi)建模可以先用其他三維軟件進行，在專業(yè)的三維建模軟件中建立三維模型，然后放到相應(yīng)的虛擬環(huán)境之中。另外，VRML等專用的虛擬現(xiàn)實建模語言也可以完成此項操作。其二，虛擬室內(nèi)渲染。導(dǎo)入的模型可以利用OpenGL完成渲染，也可以用SketchUp進行渲染。其三，虛擬攝影機設(shè)置。在虛擬室內(nèi)空間中，虛擬攝影機可以模擬虛擬觀察者的眼睛。一般情況下，焦距應(yīng)與人的正常視野接近，高度一般為人眼的平均高度。如果需要漫游，虛擬攝影機應(yīng)盡量保持平視。其四，運動速度的控制。物體運動快慢不同會給人帶來不同的心理感受和視覺影像，這就需要設(shè)計師根據(jù)場景的性質(zhì)設(shè)置不同的運動速度。恰當(dāng)?shù)倪\動速度能給人一種身臨其境的虛擬場景體驗，能讓觀察者獲得更好的體驗。以往的室內(nèi)設(shè)計表現(xiàn)方法是以圖紙為載體表達(dá)設(shè)計師的設(shè)計構(gòu)想，設(shè)計師采用這種表達(dá)形式無法全方位地與設(shè)計委托方進行交流，在空間的設(shè)計上也會因為見解的不同而產(chǎn)生不同的空間感。設(shè)計師運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使設(shè)計委托方看到逼真的室內(nèi)環(huán)境，使其充分了解設(shè)計師的設(shè)計意圖，直觀地就設(shè)計中的問題與設(shè)計師進行交流，提出調(diào)整意見，得到自己想要的設(shè)計形式。

設(shè)計師運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)并結(jié)合設(shè)計思想，可以創(chuàng)造出一個充分表達(dá)設(shè)計理念的虛擬建筑室內(nèi)空間，可以全方位地表現(xiàn)室內(nèi)空間的布置和特點，從而完整地表達(dá)設(shè)計意圖。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為室內(nèi)設(shè)計表現(xiàn)打開了一扇新的大門。雖然現(xiàn)在無論是在理論上還是在技術(shù)上，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還有很多不完善的地方，但隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)定能在室內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)人類感覺高沉浸的虛擬。在室內(nèi)設(shè)計中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將是一個必然的發(fā)展趨勢。

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篇10

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù) 城市設(shè)計 應(yīng)用

一、什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)。它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真然后通過各種攝像頭、傳感器等O備，來讓用戶體驗一種比較貼近于現(xiàn)實的場景，使用戶沉浸到該環(huán)境中。

二、分析城市設(shè)計中常規(guī)方法與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不同

（一）常規(guī)方法存在的不足

相對于城市規(guī)劃的抽象性和數(shù)據(jù)化，城市設(shè)計更具有具體性和圖形化，以協(xié)助于以后的日常規(guī)劃管理工作。傳統(tǒng)城市設(shè)計由于技術(shù)手段的限制，設(shè)計師仍通過二維圖形來展現(xiàn)設(shè)計方案，僅在小群體設(shè)計中才使用三維建模；傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)只結(jié)合了地理信息系統(tǒng)及經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的二維模式；3DMAX三維建模耗時耗力，不提倡用于大規(guī)模場景中；建筑沙盤僅能鳥瞰全景，制作較為繁瑣。以上幾種方式并不能在應(yīng)用中實現(xiàn)人機交互的動態(tài)傳感的效果，不能完整的表達(dá)出設(shè)計者的想法和思路，存在一定的局限性。

（二）在城市設(shè)計中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實技術(shù)融合了二維GIS、多媒體等技術(shù)，它繼承了GIS系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢，可對建筑密度、容積率、選址可行性，地理周邊環(huán)境等進行分析，以達(dá)到最有效果；它將網(wǎng)絡(luò)、遙感等技術(shù)加入其中，以達(dá)到實時更新與瀏覽的效果；它具有交互式動態(tài)傳感等技術(shù)，以便更直觀地對場地對象、日照、視點、路徑等做出反應(yīng)；相比于3DMAX建模，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已實現(xiàn)了全景拍攝，即虛擬建模結(jié)合全景拍攝技術(shù)使視圖三維化更方便快捷。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)實中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的完整實現(xiàn)應(yīng)包括城市設(shè)計、城市設(shè)計單體三維化及場景渲染、實現(xiàn)人機互動幾部分。

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市設(shè)計中的運用

城市設(shè)計對要求城市的特定區(qū)域、土地利用、功能要求、建筑物外形與高度、交通流線、公共空間分布、景觀造型、街景風(fēng)格等要素實現(xiàn)相互配合和協(xié)調(diào)，使綜合效益最優(yōu)化。在對設(shè)計目標(biāo)和經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)要求進行分析后，將全部信息納入空間坐標(biāo)系中（GIS和CAD都可實現(xiàn)，但要注意后期軟件的兼容性），然后在系統(tǒng)中將每個空間實際面積、方位、建筑的整體風(fēng)格及布局等按照比例要求來進行調(diào)整；運用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)輔助完成城市的土地利用、空間分割、道路交通、建筑布局等設(shè)計方案。

（二）實現(xiàn)對虛擬場景的城市設(shè)計

在實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬場景中，可將整個城市設(shè)計的方案按照不同街坊分割成若干個小的空間場景，然后借助OpenGL技術(shù)或Muligen系統(tǒng)和計算機來進行對系統(tǒng)中的場景進行三維化渲染，以此來設(shè)計出更加逼真的效果圖。在分割時如果計算機的虛擬內(nèi)存還沒有達(dá)到設(shè)計的要求，我們可以采用進行對場景的對動態(tài)分割。然后通過SiteBiulder或其它虛擬動畫軟件實現(xiàn)三維空間的虛擬動畫。

（三）實現(xiàn)城市設(shè)計的人機交流和互動

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計好整個空間場景后，然后我們利用專業(yè)的輸入設(shè)備以及跟蹤設(shè)備來實現(xiàn)對虛擬場景的感知。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的系統(tǒng)中人際接口為人機的交互提供了一個非常重要的路徑，它可以使體驗者真實的體會到人體的感官享受和形象的三維空間環(huán)境，并且還可以與其互動。所以說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人機交互有效的提高了人們對設(shè)計環(huán)境的感知，可以使人們真實的體驗到當(dāng)中去。

四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)對城市設(shè)計后期管理的意義

（一）從管理功能的角度來分析

城市設(shè)計服務(wù)于城市規(guī)劃的管理，為了能在城市規(guī)劃的模板上展示最新的虛擬現(xiàn)實規(guī)劃的主要內(nèi)容且將各個模板與周邊的環(huán)境相融合起來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將實現(xiàn)技術(shù)與規(guī)劃管理同步作為發(fā)展的目標(biāo)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)屬于一種城區(qū)規(guī)劃與量化的一種管理工具。而城市設(shè)計的空間信息與屬性信息的仿真系統(tǒng)主要是通過3D的方式來構(gòu)建成的，然后將設(shè)計的好的規(guī)劃方案通過三維技術(shù)來進行仿真優(yōu)化，從而為城市空間的管理工作提供有效的真實數(shù)據(jù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在規(guī)劃管理中輕松實現(xiàn)空間定位，即快速導(dǎo)航定位三維場景數(shù)據(jù)；實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理功能，即對虛擬現(xiàn)實中的三維場景數(shù)據(jù)進行更改和修正；實現(xiàn)空間量算，即對虛擬三維場景中的空間距離、水平距離、高差、地表面積、地形坡度等進行量算；信息查詢，及對建筑、植物等屬性進行查詢；實現(xiàn)日照分析，按照空間坐標(biāo)信息，結(jié)合太陽光照時間及建筑物方位，對日照時間及建筑物遮擋情況進行分析；實現(xiàn)城市設(shè)計方案比較，通過改變輸入數(shù)據(jù)對多套設(shè)計方案進行虛擬比較，以選取最優(yōu)方案。

（二）從系統(tǒng)的擴展角度來分析

VR技術(shù)的一體化操作平臺具備足夠的軟硬件接口以及功能的擴展模板，所以可以將各部門集中起來同時運作，并且還可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來優(yōu)化城市的整體空間布局，疏通城市的交通網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建城市的安全服務(wù)等等，非常有利于提高城市的整體管理效率，帶動城市發(fā)展。

五、結(jié)語

本文主要分析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市設(shè)計中如何應(yīng)用起來，它采用三維模擬仿真技術(shù)，讓觀眾更直觀詳細(xì)的了解到整個城市的具體規(guī)劃設(shè)計和發(fā)展前景，同時，也利于開展各種項目的實地的調(diào)研及招商引資等等。從目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展情況來看，采用VR技術(shù)來完成城市設(shè)計的方案越來越多，尤其在人機交互的領(lǐng)域中顯得尤為突出。這種現(xiàn)象也充分說明在城市設(shè)計當(dāng)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的效果是顯而易見的，若能夠按照這個道路一直發(fā)展下去，那我國的建筑、景觀設(shè)計以及未來的城市設(shè)計將會有更廣闊的前景。

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