虚拟技术的发展现状篇1
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simnet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篇2
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
1VR技术
VR技术全称为VirtualReality，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。
2VR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naSaames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。
2.1.2VR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。
3VR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。
4VR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
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[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篇3
【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
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[2]应怀樵：做中国原创的“虚拟仪器”[J].何倩.科学新闻.2011（11）
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虚拟技术的发展现状篇4
【关键词】大数据虚拟化数据集成
1数据虚拟化的介绍
虚拟化就是将原来运行在真实环境上的计算机系统运行在虚拟的环境中。通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源。这种资源的抽象方法并不受实现、地理位置或底层资源的物理配置的限制。近年来随着技术的发展，目前虚拟化技术已经深入到各行各业，逐步被企业所接受，成为大数据处理的关键技术之一，这种技术能够将设计的程序应用到不同的层次，以不同的形式展示给用户，使用者、设计人员、维护人员都能够根据自己的需要使用这个系统，管理系统的程序。虚拟化包括了软件虚拟化和硬件虚拟化。
2.1硬件虚拟化
软件虚拟化包括应用层虚拟化、业务逻辑层虚拟化、数据层虚拟化。
2.1.1应用层虚拟化
在用户使用应用软件的时候，不用挂载操作系统，直接将软件压缩放在可执行文件夹中运行，不需要使用驱动设备或者文件系统与用户对接，能够减少应用程序带来的风险。
2.1.2业务逻辑层虚拟化
在用户发送数据请求后，虚拟化系统根据请求的内容给出执行的方案和流程，然后在确定了数据访问方式之后对整个流程进行优化，提高数据处理的效果。
2.1.3数据层虚拟化
数据层需要进行数据视图或者虚拟表的定义，并对访问的用户进行认证和授权，在得到数据访问的请求后，将虚拟化后的数据发送给用户。
2.2软件虚拟化
硬件虚拟化包括存储虚拟化、网络虚拟化、服务器虚拟化。
（1）存储虚拟化是针对服务器文件的操作进行虚拟化的技术，通过对文件进行复制和快速扫描的方式能够提高数据文件的处理效率；
（2）网络虚拟化。对于局域网内的公司用户，可以将网络进行划分，利用虚拟局域网和专用网络的方式减少区域的用户数量，提高网络访问效率；
（3）服务器虚拟化。将服务器的物理资源进行转化，转化成为多台逻辑资源，这样系统的运行就不再局限于服务器的硬件设施，可以提高系统资源的利用率，简化目前的管理系统。
3大数据的虚拟化系统应用研究
目前的数据中心是虚拟化使用较多的地方，由于经常大规模处理数据，所以对于数据中心而言必须搭建虚拟化的应用系统。应用系统实施以后需要进行管理工作，才能保证虚拟化系统中运行的大数据处于正常状态。
3.1大数据的虚拟化系统实施
企业可以按照大数据的虚拟化结构搭建网络图，搭建完成以后需要安装虚拟群集管理软件Vmware，该软件属于虚拟化常用的软件，能够帮助系统进行虚拟化的设置，设置完成以后可以使得服务器具有虚拟化的高级功能，通过进一步安装虚拟化软件VmwareeS-Xi，同时对网络和设备进行配置，然后设置数据中心，将数据服务器连接到数据中心，对所有的虚拟服务器进行统一的管理。在管理的过程中可以将部分占用资源小且独立使用一台服务器的应用进行迁移，迁移到一个服务器中，并给予单独的存储环境。
3.2大数据的虚拟化系统管理与分析
在企业实施了大数据的虚拟化环境搭建后，需要对系统进行管理，管理主要包括以下几个方面：
3.2.1系统的转移
在实际运行过程中会占用多台服务器，一台服务器出现故障以后，在该设备运行的虚拟服务器就迅速将数据转移到其他的服务器中，避免了数据的丢失。
3.2.2数据的转换
虚拟机由于经常处理大规模的数据，负荷较大，需要随时对数据进行转换，转换的目的是提高服务器的工作效率，可以将物理服务器转换为虚拟服务器，也可以将虚拟服务器转换为虚拟服务器，由于虚拟机工作的连续性，即使在转换的过程中，虚拟机也可以正常运行和工作。
3.2.3系统的调试
针对大数据的虚拟化系统需要定期的完善和升级，因此可以采用快照技术，当虚拟化系统在处理数据的时候，对这个状态进行快照处理，将这个状态的数据保存下来，在升级和维护以后重新将状态维护。
3.2.4大数据的保存
大数据的数据量非常大，可以利用虚拟化系统建立一个系统还原点，在系统出现故障导致不能运行的时候，将系统恢复到还原点，此时运行的状态和数据都能够得到恢复。
4大数据的虚拟化特点
4.1大数据的虚拟化优点
大数据的虚拟化实施以后，对于企业来说具有许多优点：
（1）通过虚拟化可以提升服务器的利用效率，整理服务器的资源，使得系统能够达到最高的效率。
（2）对于企业使用的中小型服务器来说，利用虚拟化的技术可以节约资源、更加经济，扩展也有更大的优势。
（3）数据虚拟化在大数据的环境下承担着重要的基础工作，没有虚拟化的技术，云计算的弹性和多用户使用就很难落实。
（4）大数据混合使用共享存储和本地存储，进而提高运行的性能，而虚拟化能够满足用户的需求，并且可以根据用户的需要进行扩展。
（5）大数据环境下的虚拟化非常有利于整合其它的数据应用，将这些应用统一在一个虚拟化的平台上，可以降低it架构的复杂程度和运行维护的成本。
4.2大数据的虚拟化存在问题
虽然虚拟化在大数据中可以很好地应用，而且无论从性能或者功能方面来说都有很大的优势，但是在企业选择虚拟化的应用之前，也需要关注以下问题：
（1）传统的服务器、存储器、网络构成了系统运行的核心，虽然效率不高，但是比较稳定。在大数据的环境下，采用虚拟化的整合后，数据运算量非常大，一旦服务器出现故障，那么大批虚拟机应用都不能正常使用；
（2）性能受到影响。由于应用安装在虚拟机上，一旦高负载的应用大面积使用，对于虚拟平台来说是一种挑战；
（3）安全性问题。用户的所有数据都存储在虚拟化平台上，一旦平台的安全性得不到保障，容易出现数据泄露的问题。
5总结
在大数据的时代，随着技术的发展，尤其是服务器及信息化的发展，各行各业对于数据处理和集成化的要求也越来越高，数据处理已经成为制约技术发展的一个瓶颈。利用虚拟化的技术可以提高数据处理的效率，简化服务器群管理的复杂性，对于信息技术发展来说具有战略意义，同时能够降低维护成本以及提高信息安全的水平，在未来虚拟化技术的前景中具有更加广泛的应用。
参考文献
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[5]任磊，杜一，马帅，张小龙，戴国忠.大数据可视分析综述[J].软件学报，2014（09）：104-107.
虚拟技术的发展现状篇5
关键词：虚拟现实，飞行模拟器
虚拟现实(VirtualReality)，简称VR，是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，是一种先进的人机交互技术。虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、立体显示技术等技术，是一项综合的集成技术。它所具有的沉浸性(immersion)、交互性(interaction)和构想性(imagination)，使人们能沉浸其中，形成具有交互功能的多维化的信息环境。
一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。
在国内外科技场馆中，使用多媒体虚拟现实技术的展品有很多，如汽车模拟驾驶、太空探险等展品。下面笔者将以东莞科技馆信息与高新技术展厅展品“飞行模拟器”为范例，分析其构成和系统原理，并探讨该技术的发展趋势。
一、系统构成
“飞行模拟器”展品是国内科技馆游客最喜欢的互动展品之一。游客可尝试当一名军人，模仿空军作战的紧张场景；也可作为一名飞机控制师，操纵飞机翱翔于蓝天与白云间等。
1.液压运动平台系统
六自由度平台实现刚体在空间六个自由度的运动，即沿X、Y、Z轴的移动及绕X、Y、Z轴的转动。由于刚体在空间的位置最多由六个自由度来描述，因此该平台可模拟刚体在空间的任意运动状态。其液压源经蓄能器同时向六个阀控伺服缸供油，油缸与下台基、上平台之间分别采用球铰连接，六个油缸可在缸长方向作线性移动。平台正是通过六个油缸的协调动作来实现六个自由度运动。平台的位置姿态与油缸的伸缩量间存在位置耦合关系，包括位置逆解和位置正解。其中位置逆解由平台的给定位置姿态各油缸的伸缩量，以便进行平台的六个自由度位置控制，位置正解由各油缸的伸缩量求解平台六自由度位置量，用于平台位置的间接测量。
2.玻璃钢飞机模型
由玻璃钢模型、显示设备、操纵控制杆、仪表盘等组成。 玻璃钢模型由机身、舱盖、机翼、机尾等几大块组成，座舱座位与机身为一体，机翼、机尾单独制作，然后与机身组装。座舱盖可以向一侧翻开，上人之后可盖回。座舱内有两套液晶显示器，每套显示器加装一套红外立体显示设备，由立体眼镜观看。
3.显示系统
机上图像显示采用两台液晶显示器，前座与后座游客各观看一台，每台液晶显示器各加装一套立体眼镜适配器，观众通过红外立体眼镜观看。
二、系统原理
飞行模拟器采用计算机控制方式，其控制原理如下：
首先计算机采集控制台启动按键，当启动按键按下后，开始检测操纵杆信号。当操纵信号启动后，进入飞行过程中，图像播放飞行状态。在飞行过程中，计算机根据图像过程中的运动状态，同时结合检测到的操纵控制信号，控制液压运动平台的运动，使飞机模型产生前后俯仰、左右仰斜、上下升降以及几个状态的联运动作。当操纵杆控制空中格斗时，根据控制信号在图像中加入发射枪炮，以及发射导弹的画面。当飞机返航时，根据检测操纵杆的信号，判定降落机场的成功与失败，此过程可以由计算机设置难易程度。不论降落成功与否，都由计算机控制液压运动平台恢复安全平稳状态，由工作人员推动活动舷梯，来到运动平台跟前，由工作人员揭开座舱盖，游客从舷梯下来离开，准备供下一批游客使用。
三、虚拟现实技术的发展趋势
1.展示效果趋于真实
(1)沉浸感(immension)逐渐完善。画面的质量不断提高，三维效果不断完善，能使操作者有“身临其境”的感觉，就像现实世界一样。让操作人员相信在虚拟境界中人也是确实存在的，而且在操作过程中他可以自始至终地发挥作用，就像真正的客观现实世界一样。
(2)交互性(interactivity)不断增强。操作者与虚拟环境中所遇到的各种对象的相互作用的能力，操作者不再是被动接收信息，用户是交互作用的主体，与虚拟物体可进行多行为的交谈。
虚拟技术的发展现状篇6
[关键词]虚拟现实技术水文地质研究应用
[中图分类号]p641[文献码]B[文章编号]1000-405X（2013）-7-355-1
虚拟现实技术作为近年来在各行各业发挥功能的新兴技术，有着超强的模拟现实的功能，这为众多的领域提供了一种先进的工作操作模式，掀起了一场技术革命。在水文地质的研究工作中，由于自然条件的限制，常常需要进行地下等领域的研究分析，在这种情况下，利用虚拟现实技术可以极为方便地进行分析研究，省去了艰难的预测工作等，大大提高了水文地质研究的精密程度。
1虚拟现实技术概述
虚拟现实技术又被称之为灵境技术，该项技术具备是那个基本特征：沉浸性、交互性和构想性，这是一种方便操作和交互发展的一种人机界面。虚拟现实技术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等众多高科技，能够实现模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官的能力，这样就能够使人沉浸在该项技术虚拟生成的“现实”境界中，再加上体验者还能够通过语言、手势等自然的方式与这个人机界面进行同步的互动，这就创建了一种适人化的多维信息空间，目前已经被应用于多项行业领域中，且有继续扩大的趋势。
虚拟现实技术具有超越现实的虚拟性。作为一项新兴的高科技技术，它是伴随多媒体技术的发展而同步发展起来的。该项技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，体验者需要通过特殊的交互设备才能进入虚拟环境中。这是一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。
2虚拟现实技术在水文地质研究中的作用
2.1虚拟现实技术为水文地质的研究加强了直观性
虚拟现实技术在利用过程中，可以让一些水文地质勘察工作人员更加直观清晰地了解到勘察进程和具体情况。虚拟现实技术具有多感知性的功能，该项功能除了具备一般的计算机技术都具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。这项技术的发展直接为工作人员提供了一个理想的虚拟现实环境，在信息技术利用过程中，也就是让工作人员更加直观的进行相关地质和水文条件的剖析，该项技术具有人体所具有的感知功能，可以将地质勘探中难以直观看到的地质层的空间厚度等进行直观观察了解。在原来的水文地质研究工作中，剖面图的运用是非常广泛的，因为这些地质层不能够被人们所直接观看，只能够通过技术人员根据勘测绘画出来的地质图进行研究，这样的剖面图多是较为简单的，不够直观，同时也具有风险性——技术测绘人员不能保证在测绘过程中零失误，所以有些剖面图、地形图是会影响到真正的水文地质勘测工作的精准度的。而虚拟现实技术为水文地质的研究加强了直观性，技术人员可以清楚地将地下层面的地质情况和水文状况进行研究探查，增加了探查的精准度。
2.2虚拟现实技术可以模拟水流岩层的运动状况
在水文地质研究中，水文的变化使瞬息万变、难以琢磨的。而进行研究的过程中必须要对水文的运动变化规律进行摸底工作，这样才能够为接下来的各项勘探工作的进行奠定基础。由于地下水流的变化是无时无刻的，所以可以通过虚拟现实技术中的浸没感功能进行模拟。浸没感又被称之为临场感或存在感，指的是相关的技术人员在相对封闭的模拟环境中，对环境中出现的些微变化进行全方位感知的功能。最为理想的模拟环境应该使技术人员难以分辨模拟环境与现实环境的真假，这就要求技术人员在进行模拟感知的时候，全身心地投入到虚拟现实技术建造的环境中，这样就可以利用虚拟现实技术中的浸没感。来对水流的发展运动规律进行感受和记录，还可以对水文的运动变化特征进行一定的虚拟表达，这样，在虚拟现实技术的帮助下，勘测人员能够将水文的流向、流量、流速等特点进行一一分析和应用，对于将来的科研工作收集到详细的资料信息。
2.3虚拟现实技术可以预见水文地质发生的变化
虚拟现实技术还具有一个功效——可以预见水文地质发生的变化。在虚拟现实技术中，有一个特点叫做虚拟现实技术的构想性，构想性又被称之为自主性，它主要强调的是虚拟现实技术的想象空间，顾名思义，虚拟现实技术可以对现实的水文地质条件进行分析和顺延模拟的同时，能够按照已有的资料和规律进行模拟环境的持续，也就是说，虚拟现实技术虚拟的不仅仅有现有的环境，还可以根据规律和影响因素进行未来环境的模拟。这种技术具有广阔的可想像空间，在一定的事实基础上能够极大的拓宽技术人员的感知范围和勘探对象的走向。虚拟现实技术可以虚拟事物不同的发展过程，这项功能可以极好的预见水文地质等研究对象的未来发展状况，这样就能够为技术人员对地下水文地质资源的利用开采等进行有节制的勘探，保护环境的同时还可以提高水文地质的研究精准度。
3小结
水文地质研究中，需要各种科学技术的辅助，通过文章叙述我们可以看出，虚拟现实技术对水文地质研究起到了重要作用，随着该项技术的不断完善和发展、随着水文地质研究的深入进行，虚拟现实技术在水文地质研究中会得到更加广泛的运用。有了虚拟现实技术的帮助，在水文地质的研究工作中，很多研究分析可以在虚拟条件中得出，减少了人力物力的应用，同时提高了水文地质研究的精密程度。
参考文献
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虚拟技术的发展现状篇7
【关键词】虚拟仪器研究现状发展趋势
1.虚拟仪器技术的发展
现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物.随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化.在此背景下，1986年美国国家仪器公司提出了虚拟仪器的概念。尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义，但是一般认为：虚拟仪器是在pC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。
和传统仪器相比，虚拟仪器具有巨大的优越性：
（1）融合计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能；
（2）利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统灵活性；通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理；通过图形用户界面技术，真正做到界面友好、人机交互；
（3）虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点.因此，用户可根据自己的需要，选用不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活，效率更高，缩短了系统组建时间。
2.国内外虚拟仪器研究的现状
从虚拟仪器概念提出至今，有关虚拟仪器技术的研究方兴未艾.研究人员在虚拟仪器硬件接口、虚拟仪器软件及其设计方法等方面做了许多有意义的研究工作，并已开发了许多实用的虚拟仪器系统.
2.1软件工程领域的新方法新理论在虚拟仪器设计中得到广泛应用
面向对象技术（objectoriented，oo）、activeX技术、组件技术（Componentobjectmodel，Com）等被广泛用来进行虚拟仪器的测试分析软件和虚拟界面（控件）软件设计，出现了许多数据处理高级分析软件和大量的仪器面板控件，这些软件为快速组建虚拟仪器提供了良好的条件.
2.2虚拟仪器开发向标准化方向发展
在1998年9月成立了iVi（interchangeableVirtualinstrument）基金会.iVi基金会是最终用户、系统集成商和仪器制造商的一个开放的联盟.目前，该组织已经制订了示波器/数字化仪、数字万用表、任意波形发生器/函数发生器、开关/多路复用器/矩阵及电源等五类仪器的规范.iVi制订的虚拟仪器统一规范，提升了仪器驱动软件标准化水平.
2.3虚拟仪器网络化、智能化初见端倪
伴随网络技术的高速发展，出现了以网络为基础、虚拟仪器为核心的“虚拟实验室（VirtualLaborato-ry）”的概念。目前，虚拟实验室已成功地应用于许多大型实验室的实验研究和高等学校的实验教学.在人工智能研究的影响下，人们开始关注如何提高虚拟仪器的智能化水平.重庆大学秦树人等提出的智能化控件的思想，通过具有一定智能的多功能控件提高虚拟仪器灵活性；他提出了基于实例推理的虚拟仪器设计方法，通过对设计实例的查询、检索和适应、修改，实现软件资源的重用，提高虚拟仪器的设计效率。
2.4采用接口总线组建复杂虚拟仪器系统
虚拟仪器的突出成就不仅是可以利用pC机组建成为灵活的虚拟仪器，更重要的是它可以通过各种不同的接口总线，组建不同规模的自测试系统.目前虚拟仪器系统开发采用的总线包括传统的RS232串行总线、GpiB通用接口总线、VXi总线，以及已经被pC机广泛采用的USB通用串行总线和ieee1394总线（Firewire）.美国ni公司在1997年9月1日推出模块化仪器的主流平台pXi，这是与CompactpCi完全兼容的系统.这种虚拟仪器模块化主流平台pXi/Compact，pCi的传输速度已经达到100mb/s，是目前已经的最高传输速度.
3.虚拟仪器技术研究展望
3.1加快制定虚拟仪器国家标准，保护虚拟仪器知识产权
家电行业和通讯行业曾经遭遇过的经验教训告诉我们，产品的知识产权是决定产品市场竞争力的最关键因素.为了应对我国虚拟仪器领域面临的国外竞争压力，我国应当根据国内已、-术力量和研究基础，尽快自行制定有关虚拟仪器行业的国家标准和相关的产业政策，保护自主的虚拟仪器知识产权.
3.2高性能数字信号处理芯片将加速虚拟仪器的发展
大规模可编程逻辑器件和数字信号处理器技术的快速发展和芯片成本的降低，不仅可以提高信号采集和处理的速度，也将缩短虚拟仪器系统的开发时间、提高系统的扩展性.例如，美国XiLinx公司的现场可编程逻辑器件（FpGa），将现代VLSi逻辑集成的优点和可编程器件设计灵活、制作及上市快速的长处相结合，使设计者在现场直接根据系统要求定义和修改逻辑功能。总之，高性能数字信号处理芯片必将加速其在虚拟仪器系统的应用.
3.3智能化软件开发平台是虚拟仪器一个重要的发展方向
尽管目前虚拟仪器的研究已取得许多重大进展，但现在的虚拟仪器体系仍存在以下问题：（1）仪器开发严重依赖经验.调查表明，虚拟仪器一般都是用户根据自己的实际需要由自己开发完成的.但普通的虚拟仪器用户中，同时具有软件设计经验和仪器专业知识的十分有限.因此，对普通的用户来说，自我开发虚拟仪器还具有比较大的难度；（2）仪器设计的效率低.在现行的虚拟仪器设计中，尽管oo、activeX、Com技术的广泛采用在一定程度上提高了软件的重用性，但设计时仍需要编写大量代码才能把这些部件联接成一个完整的系统；（3）仪器的可扩展性和可重构性差.用户若需要改变仪器的某些功能，必须要通过开发平台在代码层次上重新修改、编译才能实现.因此，采用人工智能技术提高虚拟仪器软件系统的可重构能力，降低虚拟仪器的设计难度，真正实现用户自己定义仪器的目标，是虚拟仪器研究中亟待解决的一项重要工作.
4.结论
虚拟仪器是现代机械工程科学前沿学科之一，也是对国民经济发展有重要影响的新兴产业.虚拟仪器技术使得仪器仪表不再是功能单一的和固定的不可变结构，而是越来越表现出柔性化和智能化，其适应性越来越强，功能也越来越丰富.为了加速我国虚拟仪器技术的基础研究和应用推广，应在虚拟仪器的智能化开发平台、高性能数字信号处理芯片等方面进行进一步研究.国家也应尽快制定国家标准，保护虚拟仪器的知识产权.
参考文献
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[4]林正盛.虚拟仪器技术及其发展[J].现代计量测试，1997，（4）：10-14.
虚拟技术的发展现状篇8
论文摘要：介绍了虚拟现实技术的概念、基本特征与类型，并从虚拟现实技术的特点和应用出发，论述虚拟现实技术在各个领域的应用，并针对虚拟现实技术的现状和发展趋势进行了简单分析。
随着科学技术的迅猛发展，虚拟现实技术成为近几年来国内外科技界关注的一个热点，它的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域，为各类工程的大规模数据可视化提供了新的描述方法。目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、军事训练、建筑设计、教育培训等众多领域。
一、虚拟现实分类
根据用户参与的形式的不同，通常把虚拟现实分成四大类。桌面虚拟现实，沉浸的虚拟现实，增强现实性的虚拟现实，分布式虚拟现实。
（一）桌面虚拟现实
桌面虚拟现实（pcvr）系统，基本上是一套基于普通pc平台的小型桌面虚拟现实系统。其实就是使用个人计算机即pc机或pc工作站去产生仿真，桌面虚拟现实的参与者是不完全沉浸的，他要求参与者使用标准的crt显示器和立体显示技cjfd2000以及位置跟踪器和另外一个手控输入设备，如数据手套和六个自由度的三维空间鼠标器，戴上立体眼镜坐在监视器前，在一些专业软件的帮助下，但可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界。
（二）沉浸的虚拟现实
沉浸式虚拟现实系统是一种高级的虚拟现实系统，它提供一个完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。沉浸式虚拟系统是一套比较复杂的系统，它的优点是使用户全身心地沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵，难以普及推广。
（三）增强现实性的虚拟现实
增强式虚拟现实系统是把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统，它既允许用户看到真实世界，同时也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象，这种系统既可减少对构成复杂真实环境的计算，又可对实际物体进行操作，真正达到亦真亦幻的境界。
（四）分布式虚拟现实
分布式虚拟现实系统是利用远程网络，将异地的不同用户联结起来，多个用户通过网络同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，对同一虚拟世界进行观察和操作，达到协同工作的目的，从而将虚拟现实的应用提升到了一个更高的境界。
二、国内外虚拟现实的发展及其现状
（一）美国研究状况
美国作为vr技术的发源地，其研究水平基本上就代表国际vr发展的水平。近年来,虚拟现实在美国航空航天和军事领域的若干成功应用所获得的巨大经济效益和社会效益，促使美国政府进一步加大了对虚拟现实技术研究的支持力度。在美国虚拟现实在以下三个方面发挥重大作用：（1）武器系统性能评价；（2）武器操纵训练；（3）指挥大规模军事演习。虚拟现实的应用将大幅度降低以上三者所需的费用，极大地提高效益，并消除意外伤亡事故。美国政府所支持的虚拟现实研究也正是紧紧围绕着提供这三种能力的系统和环境而展开的。
在军事领域，美国的主要研究单位为：美国空军技术研究所(airforceinstituteoftechnology)主要研究人类因素的检测、计算机图形学以及与大规模分布综合环境应用有关的人机交互问题，尤其对那些培养实际操作人员的环境感兴趣。这些环境的特点是有明确的目的性、大规模、复杂及主动性。有目的性的含义是在环境中的活动者具有明确的目标，并主动采取行动来达到这些目标。海军研究生院图形和图像实验室(navalpostgraduateschoolgraphicsandvideolaboratory)的研究目标是为基于网络化虚拟环境的交互仿真开发低价格模拟器。他们正在研制一种便宜的、实时网络化的飞行模拟器npsnet4。它使用simnet和分布式交互仿真两种协议进行主机之间的通信。npsnet计划注意虚拟世界的系统在现实世界问题中的应用。美国陆军研究所(u.s.armyresearchinstitute)从事虚拟环境的行为科学和计算机科学两方面的研究,并在美国陆军委员会支持下的用于战斗训练的仿真电子战场的应用中发挥着重要作用。密西根大学(universityofmichigan)承担了soar项目，其目的是要通过提供改进了的空仿真兵力来扩充loralmodsaf。这一计划将使美国国防部在虚拟战役仿真中具有智能化的和难以战胜的敌方战机具备时态推理能力、多目标管理和传感能力，使管理和操纵敌方兵力的人减至最少。
在航天领域，现在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，并且已经建立了可供全国使用的vr教育系统。北卡罗来纳大学(unc)的计算机系是进行vr研究最早的大学，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。
美国政府对虚拟现实技术非常重视，他们支持的虚拟现实研究计划都是面向航空航天和军事应用的。虚拟现实将在武器系统的性能评价和设计、操纵训练和大规模军事演习及战役指挥方面发挥重要作用，并产生巨大的经济效益。美国已初步建成了一些洲际范围的分布式虚拟环境，并将有人操纵和半自主兵力引入虚拟的战役空间，,在世界上处于领先地位。
（二）中国研究现状
我国vr技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开展vr技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把vr列入研究项目。
国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。北京航空航天大学计算机系是国内最早进行vr研究、最有权威的单位之一，着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；实现了分布式虚拟环境网络设计，虚拟现实应用系统的开发平台等。浙江大学开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法；哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题。
虚拟现实技术在我国近些年发展极为迅速，被广泛的应用在城市规划、教育培训、文物保护、医疗、房地产、互联网、勘探测绘、生产制造、军事航天等数十个重要的行业，全世界的目光都聚焦于虚拟现实技术在中国的蓬勃发展。流行一时的网络游戏，实质上也是虚拟现实技术的一种简单应用。
最近，中国首款虚拟现实游戏射日精英也已经横空出世。
纵观多年来的发展历程，vr技术的未来研究仍将遵循“低成本、高性能”这一原则，从软件、硬件上展开，并将在以下主要方向发展：
动态环境建模技术。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。
实时三维图形生成和显示技术。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，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。
新型交互设备的研制。虚拟现实需要头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。因此，新型、便宜、做工精良的数据手套和数据服将成为未来研究的重要方向。
智能化语音虚拟现实建模。虚拟现实建模如果将vr技术与智能技术、语音识别技术结合起来将会给虚拟现实的发展带来巨大的意义。
大型网络分布式虚拟现实(distributedvirtualreality，dvr)的应用。目前，分布式虚拟交互仿真已成为国际上的研究热点，相继推出了dis、ma等相关标准。网络分布式vr在航天中极具应用价值，例如，国际空间站的参与国分布在世界不同区域，分布式vr训练环境不需要在各国重建仿真系统，这样不仅减少了研制费设备费用，而且也减少了人员出差的费用和异地生活的不适。
结语
虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经经历了一段相当长的时间，伴随着计算机图像技术和计算机网络技术的不断发展，我们的虚拟现实技术也将迎来一个快速发展的阶段，使我们的虚拟现实中的场景更加真实，虚拟显示中的人物也更加形象生动，成为一个真正意义上的“人”。
参考文献
[1]胡小强．虚拟现实技术[m].北京：机械工业出版社，2005．
虚拟技术的发展现状篇9
关键词：虚拟现实技术；计算机教学；直观性；交互能力
中图分类号：tp393文献标识码：a文章编号：1009-3044（2016）15-0147-02
虚拟现实技术是一种受科技快速发展而成的全新技术手段，随着这些技术的不断发展，它在生活中也不断被应用，在教学方面，这种模式也随着新的课改需求不断地被推广。虚拟现实的教学特点决定了它与新的教学模式的不断契合，通过介绍虚拟现实技术在国家开放大学计算机专业课程教学中的应用来体现其科学技术的教学特点。
国家开放大学是在教育部下，以现代信息技术为支撑，共同进行学历教育与非学历教育，通过远程开放教育的新型高等学校[1]。它以建立面向地区的高等学府为目的，将地区经济与社会发展和高等教育尤其是高等职业技术教育的需求相联系，深化高等教育改革。国家开放大学实行普职成渗透、职前职后沟通、学历与非学历教育并举的人才培养。
虚拟现实（VirtualReality，以下简称VR）具有多感官、可视化、三维立体空间和可交互等重要特征[2]。本文主要分析了国家开放教学过程中VR技术的应用现状，并对其未来发展趋势进行了简单的探索，以期为相关教育学者提供一定的研究资料。
1虚拟现实技术的概述
1.1虚拟现实技术介绍
随着信息技术的飞速发展，虚拟技术也应运而生。作为高新技术飞速发展的产物早在20世纪60年代，就已经面世，但是受到当下计算机技术和产品应用场景的局限，VR技术的发展相对比较缓慢。直到20世纪80年代随着相关技术的不断发展，才逐渐进入大众的视野得到人们的关注，目前已经作为热门技术成为计算机科学，信息科学和教育中多个领域中得到广泛的应用。VR是一门综合技术学科，它涉及计算算法、计算机图形图像、人工智能、人机交互和物联网等技术以及人类行为学和工程学等关键技术。综合这些技术后向更高层次的渗透和发展，为用户提供更加逼真的体验，克服了传统视觉技术不能直接观察事物和它们运动变化规律的问题，这是多媒体技术发展的一个很重要的环节。
一直以来，人们在感知事物进行学习的方法主要是通过现实世界的实践和知识资源的学习。前者通过现实社会的接触进行感知获取信息资源，后者通过他人的经验间接的了解知识。VR技术从发展至今能够为人类提供一种全新的视觉概念，即虚拟世界，它能够通过一定比例完全模拟现实社会的状态，使人们能够更加方便的接触和感知世界。
VR技术能够通过三维建模功能创建多感知的虚拟世界，虚拟世界包含人体视觉、听觉、感觉、触觉等多重感知，通过相应比例模拟现实，从而让人们在这种虚拟的环境中产生同等的视觉、听觉和触觉，让人处在“实中有虚，虚中有实”的环境中。VR的交互设计需要人们VR技术能够具有强大的计算机处理能力和实时的人机交互环境，通过这些技术保证用户的沉浸感。
1.2虚拟现实技术应用
美国作为VR技术的发源地，从起源至今不断的技术发展使得他们在虚拟空间领域获得了遥遥领先的成绩。虚拟技术目前已经应用在虚拟校园、虚拟游戏和虚拟购物等多个领域。在教育方面美国的辛辛那提大学、斯坦福大学很早就通过虚拟现实技术创建了虚拟校园的教学方式，通过远程技术实现在线教学，避免了教学资源的浪费。在我国虚拟现实技术在航空航天技术、军事科技和建筑设计等专业方向也得到了广泛的应用。目前国内的哈尔滨工业大学、上海交通大学和清华大学也通过虚拟现实技术制作了一批虚拟高校的教学教程。同样的在虚拟校园的建设中，通过虚拟漫游技术创建了多所虚拟图书馆的应用。研究这些VR技术在这些方面的应用可以帮助VR技术在目前大学教学中的使用，加速和促进VR技术在学校教学的普及。
1.3虚拟现实技术在教学中的应用
在教学过程中，随着internet互联网环境技术的不断发展，利用数字图书馆的网络化特征使普通用户的使用越来越方便，在此基础上加入VR技术，可以使其更加的具有可视化和交互性的能力，增加数字图书馆的在功能上的服务特色。数字图书馆没有传统图书馆的馆舍场地的限制。将图书馆与VR的人机交互、生成虚拟空间技术相结合并引入到数字图书馆中，让读者能够亲临其中[3]。VR技术能够模拟模拟虚拟的图书馆馆舍，使数字图书馆真实地呈现在读者面前，在更通过三维虚拟技术增加互动，给读者带了数字传统图书馆的亲近感。
在教学课程的过程中一个功能完善的虚拟漫游系统，不仅可以使用户通过平台在虚拟教室中学习，还可以获得直观的进行学习互动，了解教学内容的推进过程，充分体现数字课堂超越传统视频教学的优势。这也恰到好处地弥补了视频教学在描述教学课程时真实性、形象性的缺点，目前采用的视频技术来对教学内容和关键知识点进行展示，既存在片面性，又缺乏连续性。
2国家开放大学的计算机专业教学现状
2.1国家开放大学的计算机教学特点
传统教学随着社会和科技的发展也在不断的进步。目前计算机技能在我们日常的生活工作和学习中，拥有非常重要的地位。国家开放大学也认识到其专业的重要性，基于计算机课程特点，采取合理的方式教学，提高学生计算机技能，更好地适应社会的发展。
计算机课程特点：
1）计算机课程具有实时性，作为一门新兴学科，其内容随着计算机科学的发展不断更新。
2）计算机课程具有工具性。作为一个工具，方便我们日常的工作和生活。
3）计算机课程具有应用性。在军事、经济高学科领域中得到广泛的应用，计算机学科会与其他专业进行结合。
2.2国家开放大学的计算机教学的不足
在国家开放大学中，学生的来源是相对来说参差不齐，学生的知识层次和知识储备具有明显的差距[4]，这些差异性导致教学过程的可塑性较差。另外，计算机在很多国家开放大学使用普适度较低，理论基础相当薄弱。这就给学生产生一种神秘感和畏惧感，认为计算机的学习非常困难，所以，老师在教学过程中很难把握学生的特点。
另一方面计算机教学很多内容非常的抽象，理论知识较多，学生无法具体的理解学习的内容，在理解和接受知识的时候存在困难。传统的专业课教学，通过模拟软件展示传授计算机专业知识，对学生产生直观的印象和认识。但是这些认识是片段的，只能通过部分的知识点进行教学，不存在整体的实践印象[5]。
3虚拟现实技术在开放大学计算机专业教学中的应用
3.1虚拟现实与信息资源建设
教学的主要内容是向学生提供具有实操性基础文化知识，教学资源的收集、整理和演示作为大学教学体系的一部分，是教学过程的业务工作重点。而教学资源的演示是整个教学工作的基础。虚拟现实教学是创建了网络环境下新的教育行业形态，VR技术教学利用科学技术，对教学资源的网络化、形式化以及教学资源进行分布式存储和管理，利用VR技术友好、可交互的服务特点，让人们能够真实感官的获取信息资源。与传统教学资源的建设一样，在三维立体信息资源建设也是VR教学的基础，缺乏信息资源的建设，VR技术的服务就会成为“无本之木”。
3.2虚拟现实技术再现计算机教学的信息资源
教学资源的本质是将信息原始化，它包括内容和形式两个方面。传统的教学方式方面，内容的原始性基于形式的原始性来证实和表达，尤其是理论性的知识，文字成为两种原始性的重要方式。而对于计算机学科的教学资源，虽然具有便于可操作性直观的特点，但其抽象化还是难以克服。目前已有一些技术可通过视频演示来还原内容的原始性，但需要学习教学资源方便的同时，希望能够提高资源形式的可交互性，使参与者能够身临其境复，与实体操作毫无两样。VR技术很好地解决了这些问题，能够通过三维建模实现仿真方便参与者交互。VR不仅可以在教学课程实现三维信息资源的建设，还可以与其他计算机技术相结合，对一些实践练习提供方便的机会。从而将信息资源的内涵再现，开拓新的教学方式。
3.3虚拟现实技术再现了计算机教学的实验效果
人类感知的主要来源是视觉，可视化技术将人类的感知能力充分发挥。信息可视化在教学中是一个全新的领域，信息技术的可视化就是提高主体与用户之间的交互能力。计算机将可视化技术充分发挥人类的主观能动性和灵活性。现如今计算机利用图形图像处理技术实现了复杂的可视化和虚拟化展示，VR技术结合了计算机图形图像学、多媒体、网络、分布式存储等技术，将人类带入身临其境的环境中，改变了计算机教学生硬、枯燥、被动的状态。目前在部分的高校中已经在进行了教学尝试，通过VR技术可以在学科教学、练习等方面进行利用，实现了计算机专业教学的可视化能力。
4总结
虚拟现实（VirtualReality，以下简称VR）具有多视感性、可视化、三维立体和可交互性等重要特征，是一门已应用于多学科、多领域的综合技术。VR技术能够通过三维建模功能创建接近现实的虚拟世界，结合人体视据、听觉、触觉等多重感知。虚拟世界按照相应的比例再现现实世界，从而让人们在这种虚拟的环境中产生同等的视觉、听觉和触觉，让人处在“实中有虚，虚中有实”的环境中。使人身临其境，改变传统计算机教学中生硬、枯燥和被动的学习状态。VR技术在学科教学、学科练习等领域的应用，将信息资源再现，实现了计算机教学的可视化。
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虚拟技术的发展现状篇10
关键词：虚拟现实技术；三维虚拟环境；人机交互；三维图形引擎；沉浸式
中图分类号：tp391文献标识码：a文章编号：1009-3044（2012）33-8066-03
伴随着制造企业信息化进程的不断发展，仿真建模在产品制造中的应用也由分散到集成，由局部到全局，并且更加注重可视化技术的应用和与用户之间的交互[1]。采用虚拟现实技术为相关装置构造虚拟环境可以摆脱传统仿真培训系统中所存在的一些不足，例如在软件仿真中，主要以图、图表、照片和现场录像等传统多媒体方式为表现手段，真实感和临场感都较为欠缺；而在物理仿真中，系统复杂、庞大难于实现，虚拟现实技术可以在很大程度上提高场景的沉浸感和真实感。
1 三维虚拟环境框架
虚拟环境的开发涉及了网络技术、并行处理技术、人工智能、高性能计算技术、模式识别、传感技术、计算机图形学、图像处理等技术，还涉及社会学、美学、气象、通信、物理、数学等学科，复杂程度可想而知。虚拟现实要达到实现自然实时交互和逼真的多种感觉的要求，其组成主要应包括几方面：虚拟环境生成系统，产生实时的图像；用以确定参与者位置和动作的定位跟踪系统；提供虚拟空间多用户协同交互功能的网络接口；含有CaVe、powerwall、立体显示设备的沉浸式显示系统；提供立体声源和判定空间位置的音效系统；提供参与者感知力与压力的反馈的触觉和力反馈系统。
虚拟环境[2]框架的功能主要体现在：首先支持对象的属性和交互的订购，同时提供回调和事件的通知机制，支持HLa的各种时间管理策略，从而达到在全部联邦范围内的对象可以根据已给定的时序和消息传递关系来工作；其次是提供与各种对象定位、创建、删除等相关的服务，并且分类、统一组织管理不同功能和不同性质的仿真实体，即是对虚拟场景的结构和组织管理；最后还可以通过事件驱动和回调函数机制和场景对象组织、仿真对象管理功能集成，沉浸式人机交互设备和接口的集成。
根据软件模块[3]的分层结构，我们把系统分为三个层次，如图2所示，即用户界面层、交互层和数据服务，虚拟环境和仿真管理层。
界面层提供的用户界面输入可以接收用户对数据的访问请求，然后经环境和仿真层的相关转换成为对数据服务层的访问请求，然后数据服务层将其处理后通过中间层传送给界面层进行最终的输出。
实现虚拟场景的基础是三维图形引擎。现在，开发者较多使用可以提供功能强大模块的较为流行的绘制引擎，例如openGVS、CG2公司的Vtree和multigen公司的Vega等，但是它们也存在很多不足：商业引擎开发缺乏灵活性，因为其一般都不提供底层开发接口，从而限制功能的扩展；商业引擎无法渲染出较为逼真的场景效果，浪费GpU的处理能力从而影响系统实时性；由于其功能繁多，产生冗余代码也多，影响其运行效率。
介于以上图形引擎的诸多不足，openSceneGraph（oSG）作为虚拟场景图形引擎，是一个跨平台的、开放源码的、高效的三维图形引擎，目前应用于高性能图形设计领域中，例如虚拟现实、游戏、仿真、科学可视化等。oSG不仅提供基于openGL的面向对象的框架，还有加快图形应用开发的附加功能模块和可扩展接口库。
2 基于情景上下文的虚拟交互
随着虚拟现实技术的不断发展以及人机交互在其中所占有的重要地位，虚拟环境和其参与者的人机交互作用赋予了新的内涵。沉浸式虚拟环境[4-5]让用户有一种“身临其境”的感觉，这也正是用户与对象之间进行交互的过程，其归根结底要解决如何操作和改造虚拟环境中的对象。
2.1 语义对象与交互行为
“信息透镜”概念指的是界面对象通过视图的不同缩放比例来显示相对应的外观信息，这是Jazz在可伸缩用户界面中提出的早期语义对象的概念；再如“按需提供细节（the mantra of detail.on.demand）”的技术[6]是Ben Shneiderman在信息可视化系统中提出的。
语义对象的定义可以从实现面向语义的高层交互隐喻的目标这个角度来诠释，一个语义对象由交互构件（interaction component）、图形构件（graphics component）、规则构件（rule component）、和应用构件（application component） 行为构件（behavior componen0构成.在虚拟环境中的虚拟对象，它的语义一般包括一系列行为状态和规则事件。换句话说，存在于虚拟环境中为用户所感知的对象或者物体（包含其交互上下文的语义信息和外观几何信息）按照相应的规则反馈和相应所发生的交互事件，继而完成相应任务。
通过我们分析观察的上文所提及的事件， 在人机交互中多由用户所触发，一般分为虚拟场景中用户化身的位置变化即化身位置感应（positionRps）和用户在虚拟对象[7]上进行各种交互操作的用户手势操作（Gestopt）。语义模型可以很好的解决场景图处理不好交互语义的问题，它是具有特定应用含义和组织形式的场景构成模式，达到易于操作处理用户界面的目的。
在实际操作中，我们一般会遇到的例如对象在化身可操作范围内时处于“可操作”状态，离开操作范围后变为“不可操作”状态，或者鼠标的各项操作和三维手势等。
1）规则构件[8]：在我们的现实世界里，有很多操作都会有特定的先后顺序，比如先倒水再喝水，在虚拟世界中我们把它看作是是否响应事件和如何响应事件，规则构件则表达了虚拟对象的交互规则和约束。另外，在现实世界里某些对象具有特定的供给属性，比方说人可以在水里游泳却不可以在陆地上，这就说明了水具有可以游泳的供给，而陆地不具备，所以规则构件还含有某些特定的供给属性，这也同时决定了某些对象的交互特性。
2）图形构件：在某些情况下，当我们需要对图形构件进行更进一步的抽象来实现高层交互语义时，接收的输入内容含有复杂的交互行为指令，这时图形构件就发挥了作用。它包含了虚拟对象的诸如纹理、颜色、材质、形状等属性、语音信息以及动态特征等，方便同一层次中的交互行为。
3）应用构件：当用户和虚拟环境发生交互时，当图形构件提供相应的视听觉方面的线索于反馈时，应用构件表达与之相关的应用任务，并由交互构件触发执行。
4）交互构件：交互构件可以处理基本的交互事件如点击和拖拽等，还可以处理完成给复杂的例如三维手势的交互性操作。它主要做了处理接收和交互分发的工作，处理接收转化用户的交互操作以及语义对象能够相应的交互事件，将其发送给行为构件来执行。为实现复杂的交互操作，分析和推理交互事件通过调用规则构件来进行。
5）行为构件：行为构件反应了虚拟环境中相应对象的各种行为，在人机交互的过程当中，通过调用图形构件的功能来实现执行对象的行为。这些行为描述了语义对象对对象状态变化和语义对象对用户交互动作的响应。行为构件接收交互构件所发来的查询命令，将反馈状态的信息发送给交互构件，交互构件因此来分析判断最终决定执行何种交互行为。
语义对象体系结构[9]中的各个构件之间通过查询规则状态、反馈对象的行为规则及状态或者功能调用来实现它们之间的通信，实现从输入“事件”到输出“反馈”的流程。在虚拟环境中，通过加入交互语义iS=来识别虚拟对象需要执行的交互任务。交互对象为object，用谓词逻辑演算表达式来描述的触发交互行为的规则为rule，参与者和相应的交互对象所产生的动作为action，交互结果即所执行的交互任务为task，交互产后后的多感知通道级视听觉和触觉等的反馈为feedback。
综上所述，我们通过一张图来说明语义对象解析和响应交互事件的过程：首先，经过系统的分析整合，用户的实际操作封装成交互事件传递给正在交互的虚拟对象；其次，语义动作的生成，通过查询该虚拟对象的语义规则然后将交互事件附上特定的语义属性；最后，系统判断做动作反馈还是进行导航，还是选择、操作或者控制任务，如果是反馈，则包括纹理、材质或颜色等可视化表达信息和旋转平移等几何变换。
如何让用户根据实际感知来和虚拟环境进行交互？通过人机接口系统将虚拟环境中的压力、音响、图像等信息传送到这个封闭回路系统中的重要角色用户的感官，并及时的将用户的行为反应通过传感器进行测试来调整生成的序列。
所以，随着技术的日益完善，人已不再是被动的接受者于虚拟现实系统相对立，而是一个不可或缺的关键角色，这种观念引导着更加和谐的人与虚拟环境的关系，也让人机交互更加的人性化、真实化。
3 结束语
虚拟现实主要通过使用计算机及其外部设备生成虚拟环境，并且能够实现对其中的实体进行控制和交互操作。操作者能够很好地融入到虚拟环境中，达到一种身临其境的感觉。
它是集传感器技术、计算机图形学、计算机仿真、人工智能、人机接口等多种高科技为一体的人机交互技术。作为一种高级的人机交互技术，虚拟现实的研究主要围绕着提高系统的构想性、沉浸感、交互性来进行。随着对人类感知系统的不断深入研究，三维图形技术和多传感器技术的不断发展，虚拟现实作为一项实用技术，广泛的应用于很多领域，例如娱乐、训练、产品原型设计、教育、医疗、遥控操作等。
虚拟现实研究的热点也是重要的研究领域为虚拟环境，它是通过计算机生成听、视、触觉等感觉作用于用户，使用户产生“身临其境”感觉的交互式视景仿真系统。该文所构建的仿真虚拟环境的沉浸感还不足，可以通过结合虚拟现实技术中的传感器技术、人工智能等技术来加强，考虑逐步增加其它交互通道。
参考文献：
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[6] 刘贤梅.虚拟现实技术及其应用[J].大庆石油学院学报，2002（2）.
[7] 王炜，包卫东.虚拟仿真系统导论[m].长沙：国防大学出版社，2007.