虚拟现实理论与技术

【摘要】：21世纪的人类社会是信息化社会，以信息技术为主要标志的高新技术产业在整个经济中的比重不断增加，多媒体技术及产品是计算机产业发展的活跃领域。虚拟现实理论与技术的应用，使设计思路和设计表达如虎添翼。它是随着科学和技术的进步、军事和经济的发展而兴起的一门由多学科支撑的新理论技术，可以很好地面对市场全球化的要求，并且有助于人们更好地去解决资源问题、环境问题与需求多样性问题。与传统开发设计的产品相比，大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据，也为人类的生活和工作提供全新的信息服务。本文将从虚拟现实定义及原理、特征、应用、未来发展方向及研究重点方面介绍虚拟现实理论与技术。

【关键词】：虚拟现实理论技术研究状况发展方向

【Abstract】：Modular fixture configuration design is a complicated task requiring strong professional background and practical experience. However, automated or semi-automated computer aided modular fixture systems based on CAD packages still are not well accepted by the manufacturing industry due to the lack of intuitive interaction and immediate feedback compared with traditional models such as paper and physical models. In this paper, a novel Virtual Reality-based system for interactive modular fixture configuration design is presented. We use a multi-view based modular fixture assembly model to assist information representation and management. In addition, the suggested strategy is compatible with the principles of virtual environment and it is easy to reutilize the element model. Based on geometric constraints, we propose a precise 3Dmanipulation approach to improve intuitive interaction and accurate 3Dpositioning of fixture components in virtual space. Thus, the modular fixture configuration design task can precisely be performed in virtual space.【1】

【Key words】：virtual reality, theory, technology, research status，development direction.

目录

第一章：虚拟现实理论与技术 (3)

1.1、虚拟现实的定义及原理 (3)

1.2、虚拟现实特征 (3)

1.2.1、多感知性(Multi-Sensory) (3)

1.2.2、浸没感(Immersion) (4)

1.2.3、交互性(Interactivity) (4)

1.2.4、构想性(Imagination) (4)

1.3、虚拟现实的发展历程 (4)

1.4、国内外虚拟现实的研究现状 (6)

1.4.1、虚拟现实技术在美国的研究现状 (6)

1.4.2、虚拟现实技术在欧洲的研究现状 (8)

1.4.3、虚拟现实技术在日本的研究现状 (8)

1.4.4、国内虚拟现实技术研究现状 (9)

第二章：虚拟现实理论与技术应用举例 (10)

2.1、虚拟现实技术在美军模拟训练中的应用现状及发展 (10)

2.1.1、构建虚拟战场环境 (10)

2.1.2、进行单兵模拟训练 (10)

2.1.3、通过网络进行异地同环境作战训练 (11)

2.1.4、进行军事指挥人员训练 (11)

2.1.5、提高指挥决策能力 (12)

2.1.6、缩短武器装备的研制周期 (12)

2.1.7、信息网络虚拟战 (13)

2.2、虚拟现实技术在化学教学中的应用现状分析 (14)

2.2.1、ChemLab (14)

2.2.2、IrYdium Chemistry Lab (14)

2.2.3、浙江大学有机化学虚拟实验室 (15)

2.2.4、金华科仿真化学实验室 (16)

2.2.5、东师理想初中化学虚拟仿真实验室软件 (17)

2.3、虚拟现实技术在机械设计与制造中应用 (17)

2.3.1、虚拟产品概念设计 (17)

2.3.2、虚拟设计 (18)

2.3.3、虚拟制造 (19)

第三章：虚拟现实理论与技术的发展方向及研究重点 (20)

3.1、虚拟现实技术的几个瓶颈问题 (20)

3.1.1、虚拟环境表示的准确性 (20)

3.1.2、虚拟环境感知信息合成的真实性 (20)

3.1.3、人与虚拟环境交互的自然性 (20)

3.1.4、实时显示问题 (20)

3.1.5、图形生成 (20)

3.1.6、智能技术(Artificial Intelligence，简称AI) (21)

3.2、虚拟现实技术的未来发展趋势 (21)

3.2.1、动态环境建模技术 (21)

3.2.2、实时三维图形生成和显示技术 (21)

3.2.3、新型交互设备的研制 (21)

3.2.4、智能化语音虚拟现实建模 (22)

3.2.5、分布式虚拟现实技术的展望 (22)

第四章：个人感想及总结 (23)

4.1、个人感想 (23)

4.2、整体总结 (24)

附录一：分工说明 (25)

附录二：参考文献 (25)

第一章：虚拟现实理论与技术

1.1、虚拟现实的定义及原理

虚拟现实，(Virtual Reality，简称VR;又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。

虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统【2】。

概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

1.2、虚拟现实特征

1.2.1、多感知性(Multi-Sensory)

所谓多感知是指除了一般计算机技术所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【3】。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

1.2.2、浸没感(Immersion)

又称临场感或存在感，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使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。

1.2.3、交互性(Interactivity)

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)。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

1.2.4、构想性(Imagination)

又称为自主性——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。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。

1.3、虚拟现实的发展历程

虚拟技术（以下简称VR技术）的发展大致可分为三个阶段：20世纪50年代至70年代，是VR技术的准备阶段；80年代初至80年代中期，是VR技术系统化、开始走出实验室进入实际应用的阶段；80年代末至90年代初，是VR技术迅猛发展的阶段。

第一阶段，50～70年代，为虚拟现实的探索阶段【4】。1965年，由美国的MortonHeileg开发了一个称做Sensorama的摩托车仿真器，不仅具有三维视频及立体声效果，还能产生风吹的感觉和街道气味。1968年，美国计算机科学家I1E1Sutherland在哈佛大学组织开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD 及头部位跟踪系统（如图1.3a），成为VR技术发展史上的一个重要里程碑，为虚拟现实的发展奠定了基础。

图1.3a：头部位跟踪系统

第二阶段，80年代初至80年代中期，开始形成VR技术的基本概念，开始由实验进入实用阶段，其重要标志是：1985年在MichaelMcGreevy领导下完成的VIEW 虚拟现实系统（如图1.3b），装备了数据手套和头部跟踪器，提供了手势、语言等交互手段，使VIEW成为名副其实的虚拟现实系统，成为后来开发虚拟现实的体系结构。其他如VPL公司开发了用于生成虚拟现实的RB2软件和DataGlove数据手套，为虚拟现实提供了开发工具。

图1.3b：VIEW虚拟现实系统

第三阶段，80年代末至90年代初，为虚拟现实全面发展阶段。虚拟现实技术已经从实验室的试验阶段走向了市场的实用阶段，对虚拟现实技术的研究也从基本理论和系统构成的研究转向应用中所遇到的具体问题的探讨。在虚拟现实系统中只有各种交互设备还不够，还必须提供基本的软件支撑环境，用户能方便地构造虚拟环境并与虚拟环境进行高级交互。为了使VR技术得到广泛应用，很有必要分析虚拟现实系统软件支撑环境体系结构，例如Dialogue系统，提出了一种通过基于事件驱动的中驱用户接口管理系统（UMIS），能进行多进程通讯的软件体系结构，解决了虚拟现实的动态灵活性问题，推进了软件支撑环境的发展。为了满足虚拟现实对计算复杂性的几乎是无限的要求，虚拟现实系统必须提供足够强的灵活性及可扩充性。要做到这一点，可以从软件与硬件来考虑，在硬件体系结构方面，DIVISON 公司在SuperVision系统（如图1.3c）中提出了一种基本的并行模型，开发了并行处理器件和DVS操作系统，使虚拟现实得以全面发展。

图1.3c：SuperVision系统

1.4、国内外虚拟现实的研究现状

1.4.1、虚拟现实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，美国VR技术的研究水平基本上代表了国际VR发展的水平。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【5】。

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（如图1.4.1）。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1.4.1：流体实时仿真系统

1.4.2、虚拟现实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【6】，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：瑞典、荷兰、德国等也积极进行了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。

1.4.3、虚拟现实技术在日本的研究现状

日本的虚拟现实技术【7】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（如图1.4.3）；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。

图1.4.3：SpmAR搜索界面

1.4.4、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，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【8】。

浙江大学CAD&CG国家重点实验室在基于图像的虚拟实现、分布式虚拟环境的建立、多细节层次模型、真实感三维重建、基于几何和图像的混合式图形实时绘制算

法（如图1.4.4）等领域开展了深入的研究，在国内外产生了广泛的影响。

图1.4.4：虚拟现实技术制作的国内最大的数字城市仿真项目——数字兴义

第二章：虚拟现实理论与技术应用举例

2.1、虚拟现实技术在美军模拟训练中的应用现状及发展

2.1.1、构建虚拟战场环境

通过相应的三维战场环境图形图像库，包括作战背景、战地场景、各种武器装备和作战人员等，为使用者创造一种险象环生、逼近真实的立体战场环境，以增强其临场感觉，提高训练质量。在阿富汗和伊拉克战争中【9】，美军采用综合了航空照片、卫星影像和数字高层地形数据来生成高分辨率的作战区域三维地形环境，以几乎一致的三维环境来训练执行任务的战斗机飞行员。很多飞行员都感慨在执行任务的过程中，见到的环境都在模拟器中见到过，因此大大减少了执行任务的难度和伤亡率。

2.1.2、进行单兵模拟训练

基于VR 的军事模拟训练最初就是针对单兵操作武器装备的，因此在单兵训练系统中的应用也最为广泛和成熟。美国的“F － 16”【10】战斗机虚拟训练模拟器采用了三维图形可视化生成系统、全封闭立体头盔显示器、三维交互式声音合成技术、Provision 高性能图形工作站、六自由度的运动平台等先进的技术手段，并制造了与实物同样大小的战斗座舱。其三维图形生成系统不仅能够生成逼真的大范围虚拟地形环境，模拟不同自然环境下如雾天、雨天、暴风雪等各种飞行条件，而且其三维的声音合成系统还能够合成出逼真的三维空间声音的效果，能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况，如气球的威胁、导弹的发射轨迹等。据调查，从未参加过实战的飞行员在首次执行任务时的生存概率只有60%，而经过模拟对抗训练后，此概率可以提高到90%。

来自佛罗里达州Raydon 公司的虚拟勇士互动( VWI) 训练机能够帮助步兵师在虚拟的战场进行训练，与仿真的坦克、装甲车和直升机进行互动。自伊拉克战争爆发至今，美国已动员近20 万人次的军人前往当地作战，其中接受过模拟训练系统培训的达八成以上。

图2.1.2 The F － 16 virtual training simulator

2.1.3、通过网络进行异地同环境作战训练

运用虚拟现实技术分布式交互仿真并结合现代网络通信技术，通过作战模拟训练中心控制设置在不同地域的作战单位及各级指挥官处的模拟系统终端来实现不同地域、相同环境的模拟作战训练。美陆军的“近战战术训练系统”【11】( Close CombatTactical Trainer，CCTT) 采用先进的主干光纤系统网络并结合分布式交互仿真，建立一个虚拟作战环境，能够仿真包括“艾布拉莫斯”坦克、“布雷德利”战车、HUMVEES武器系统在内的多种武器装备，供作战人员在人工合成环境中完成作战训练任务。该系统通过局域网和广域网联结着从韩国到欧洲的大约65 个工作站，各站之间可迅速传递装备模型和训练数据，使参演人员能在虚拟环境的动态形式中进行近战战术训练。在美国肯塔基州克斯堡的乘车作战实验室里，坦克驾驶员不必离开房间，就可操纵“艾布拉莫斯”坦克模拟器穿森林，过雪地。使用这种模拟器，可使受训者在1 h 内获得比6 个月实车驾驶还要多的经验。该系统被美国国会列为“绝对禁止出口”的项目。

2.1.4、进行军事指挥人员训练

利用VR 技术，根据侦察情况资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感器装置观察双方兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。美军曾经使用过许多作战模拟系统来培训军事人员，并取得了显著的效果。如美国海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”【12】就能逼真地模拟与真实的舰艇作战指挥中心几乎完全相似的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，使受训军官沉浸在“真实的”战

场之中。目前，美军更进一步采取措施，通过设置“军官虚拟现实教程”来强化人员培训。这种“军官虚拟现实教程”的训练效果大大超过以往陆军联合训练中心所实施的作战模拟训练和实战演习的方法，仅需5 个月左右时间就能培训出既具备战术专家素质，又能指挥与控制所属部队进行作战的军官。为了统一建模方法和数据格式，美陆军部推行了“作战模型改进计划”，设想在一个统一的管理机构下建立一个具有层次结构的陆军作战模拟系列，将陆军各兵种的作战模型全部纳入这个体系中，以培养适应未来战争需要的陆军军官。

图2.1.4 “Virtual warship command center in battle”of U． S． Navy

2.1.5、提高指挥决策能力

在作战指挥决策领域，VR 技术的应用主要包括两个方面: 1) 通过对获取的情报数据在三维战场环境上合成逼真的三维战场态势场景，有利于指挥人员更加形象直观地把握整个战场态势，辅助指挥人员进行决策; 2) 采用基于VR 技术的作战方案分析系统对指挥决策人员提出的决策方案进行仿真分析，以便更好地为决策人员服务。美国海军实验室( NRL) 自主开发的Dragon 系统可以提供72 h 内90 km ×90 km 范围内的DTED( 数字地形数据) 5 级( 1 m 分辨率) 特征数据和图像特征，在作战之前就能够快速将复杂战场态势可视化，使指挥员及其参谋人员能灵活使用二维或三维动态显示系统，更有效地制定任务计划和演练，评估行动路线，保持对战场态势的认知。

2.1.6、缩短武器装备的研制周期

众所周知，在高新技术武器开发的过程中大量地采用VR 技术，设计者可方便自如地介入系统建模和仿真实验全过程，让研制者和用户同时进入虚拟的作战环境

中操作武器系统，充分利用分布交互式网络提供的各种虚拟环境，检验武器系统的设计方案和战技术性能指标及其操作的合理性，缩短了武器系统的研制周期，并能对武器系统的作战效能进行合理评估，从而使武器的性能指标更接近实战要求。美国第四代战斗机F － 22 和JSF 在研制的全过程中由于采用了VR 技术，实现了三维数字化设计和制造一体化，使研制周期缩短50%，节省的研制费用超过93%。由于采用VR 技术，在系统设计的初期，就能够向飞行员提供直接体验新设计优点的“虚拟”系统，并能随时按照订货方要求现场修改设计，美军利用这一技术成功设计了“阿帕奇”和“科曼奇”武装直升机的电子座舱等【13】。

最近，美国诺斯罗普·格鲁曼造船公司正在使用VR 技术设计下一代航空母舰“吉拉德·R·福特”号。这是美国海军40 多年以来第一次全程采用基于VR技术的计算机软件而非图纸进行设计的航空母舰。

图2.1.6 The simulation training system for product design

2.1.7、信息网络虚拟战

信息网络虚拟战是以计算机成像、电子显示、话音识别和合成、传感等技术为基础实施的信息欺骗。它通过信息网络某一节点，把己方计算机与对方联网，或战前通过各种途径将VR 技术植入敌方的指挥控制信息系统中，把己方的虚拟信息即假情报、假决心、假部署传输给敌方，迷惑敌人，诱敌判断失误; 向敌指挥官和士兵发布敌方军官假命令，使敌军事行动陷入混乱。这种战法，能使敌方在三维声像环境中，看到酷似实物的立体交战图像，使敌方不会产生错觉，增大了欺骗的真实性。由于VR 技术在军事上能把接受者投放到一种逼真的、为作战而设置的现实中，可以模拟未来战场各种复杂情况，从而使敌改变决心和部署。1994 年4月，随着美军第一支数字化部队的建立，美军就开始着手运用VR 技术进行模拟对抗性演习，

并专门成立了“VR 技术欺骗战”研究小组，由其具体负责技术研制和实验。

美国国防科技委员会认为: 美国在沙漠风暴、巴尔干半岛、阿富汗和伊拉克战争的低伤亡率，很大程度上是源于平时的作战模拟训练，在这种模拟训练系统中充分运用了VR 等一系列技术，全方位、多层次、多角度实现战场态势的综合表现。在美国国防科技委员会2000 年度的报告“Training Superiority and Training Surprise”中总结到“这个20 年前的新发明不用流一滴血就把我们的单兵和团队训练成了战场上的王牌”【14】。

2.2、虚拟现实技术在化学教学中的应用现状分析

2.2.1、ChemLab

ChemLab 由美国Corel 公司于1996 年推出。它是一个交互式的化学实验模拟工具，通用的实验装置和步骤用于模拟一步一步执行化学实验，如图3.2.1 所示。该软件以任务为主线，首先，由教师制定一系列学习任务和学习目标，学生在领会学习任务和目标的前提下，通过引导而最大程度地独立完成实验。ChemLab 的功能比较突出，但实验器具和试剂偏少，实验模块之间的自由构建功能体现不足，扩展功能也很有限并且不具备味觉和触觉功能【15】。

图2.2.1酸碱中和

2.2.2、IrYdium Chemistry Lab

IrYdium Chemistry Lab 软件由美国Carnegie Mellon大学基于Java 开发，有很好的跨平台性，但运行速度不是很快。它的优点在于学生通过网络来查看学习进度，充分利用空闲时间进行自主学习；将化学药品的属性直接展现在屏幕上，方

便学生直接使用，如图3.2.2 所示。但是该软件只设置了部分实验，实验药品和装置都不是很充足，在实验范围的广度上有待提升；针对学习者在实验中可能产生的错误没有做出预测，缺乏错误的提示和纠正功能。

图2.2.2 lrydium chemistry lad 的试验界面

2.2.3、浙江大学有机化学虚拟实验室

浙江大学有机化学虚拟实验室，是基于Web 的虚拟实验，如图3 .2.3所示，该系统的实验内容主要从基本操作、制备实验和分离实验三个方面，实现对有机化学实验的虚拟操作。整个实验系统内容全面、界面清晰、操作步骤明晰并伴有操作提示，能够让学习者在提示作用下快速完成实验内容。但对于错误的实验完全屏蔽并且每一步都有提示，缺乏对学习者能力的检测与监测。

图2.2.3 减压蒸馏试验

2.2.4、金华科仿真化学实验室

金华科仿真化学实验室，软件界面设计灵活，实验内容较丰富，实验过程具有严谨的科学性和开放的交互性，既是化学课堂中的教学平台，也是化学教师的课件制作平台和学生的交互式学习平台。该虚拟实验系统由仿真化学实验室、三维分子展示（如图3.2.4所示）、中学化学小百科三部分组成。仿真化学实验室的设计界面是二维结构，用户可以按照自己的需要搭建实验器材，独自进行实验。在实验整体性上有自己的优势，并且能够清晰地看到发光、气泡等现象，不足之处在于它没有对实验过程中可能存在的错误进行分析，并给出错误提示和更正处理。

图2.2.4三维分子展示

2.2.5、东师理想初中化学虚拟仿真实验室软件

东师理想初中化学虚拟仿真实验室软件，囊括了整个初中化学实验内容，对全部实验仪器做了总结并给出了图形介绍，每个实验内容实验仪器展示、实验介绍四个部分。该软件通过实验介绍阐述实验的教学目标以及实验的实用性和重要性，用语音和图形把实验操作和注意事项展现给学生，最后通过学生自己的虚拟操作达到理解实验的目的。整个教学过程思路清晰、目标明确，学生按照既定的操作步骤在操作提示的引导下自主搭建实验器材，独立完成实验，这既锻炼了学生的动手能力，又能够避免真实实验的危险。此系统在实验流程上还属于线性的，缺乏发散思维和创新思维的引导，通过既定的仪器完成既定的实验任务是该系统的不足之处。

从技术领域来说，目前应用于化学学科教学中的虚拟现实系统大部分都是二维的结构，金华科仿真化学实验室以及东师理想初中化学虚拟仿真实验室中涉及的分子结构模型是三维呈现。虚拟现实技术目前主要采用建模工具软件，如3DS MAX、Multigen Creator、Maya、Solid-Works 等，进行环境建模；再利用虚拟现实技术开发工具和平台提供的强大引擎和SDK 工具包实现场景的实时绘制、仿真和交互操作等功能；最后优化并生成特定文件格式的虚拟现实产品并发布。目前使用的虚拟现实技术的开发工具和平台有Java3D、Open GVS、VRML、Cult3D、EON、Quest3D、Virtools 等，不同的技术各有其特点。虚拟实验系统在技术上已经很容易实现，但在教与学的方式还需要进一步改善。以上系统都只是采用传统的以教为中心的教学模式，整个学习过程只是按照既定的教学步骤而进行，不能对学生的思维进行引导；实验过程中不能突出对学生技能的训练，缺乏对学生的智慧技能以及协作学习能力的考察；对学生在实验中所出现的错误没有作出预测并及时更正也是以上系统所缺乏的功能。【16】

2.3、虚拟现实技术在机械设计与制造中应用

2.3.1、虚拟产品概念设计

概念设计(Conceptual Design) 是创造性思维的一种体现,概念产品是一种理想化的物质形式. 概念设计是指对产品起始的设计构思,目的是为了捕捉产品的基本形态. 概念设计是产品设计过程中的重要阶段,因为产品成本的60 %～70 %【9】

是概念设计决定的,虚拟概念设计使用虚拟现实技术,为设计者提供基于语言识别和手势跟踪的输入方式,设计者可随时、方便地在三维虚拟环境中操纵产品及零件并改变或修改产品的各种形态建模,并可以在三维空间中对设计对象进行观察和操作,其目的是获得足够多的有关产品式样和形状的信息,从而达到满意的效果.目前国际上流行的一种故事版情景预言法的概念设计,就是将要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析,故事版的平面设计使产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。

虚拟现实技术在产品概念设计中的应用,使设计师的设计思路和设计表达更加清晰、形象、逼真,让人更多了一种直观的、亲切的交互的感受. 这样的开发设计大大减少了投放市场的风险性,保证产品开发一次性成功. 在概念设计中,采用头脑风暴法进行方案创意,可以将体验设计思想更好地融于其中,也就是更多关注产品使用者的感受,而非产品本身. 设计时可以针对不同用户及爱好者的需求,在不同的虚拟环境中,让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件,在渲染和生成十分逼真的三维模型时,充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况. 甚至还可根据用户的建议,邀请专家和部分用户一起对模型提出修改意见,观察设计和修改过程,直至大多数人满意为止. 比如在开发设计健身器械时【17~18】,可以允许消费者在购买商品前在虚拟的健身器械环境体验不同设备的功能,并按照具体用户高低胖瘦及本人的喜好评价,选择和重组这些设备,且可以自己提出修改意见,所有反馈结果将被存储并通过网络传到生产部门进行实际生产。

2.3.2、虚拟设计

虚拟设计(Virtual Design)【19~20】就是设计人员设计一个虚拟的产品,来分析、研究、检查所设计的产品是否满意设计要求,有问题及时修改,使产品设计更为完善. 或者说虚拟现实技术用于产品的开发设计. 虚拟系统的构成原理大同小异.一般虚拟设计系统都包括两部分,一是虚拟环境生成器,这是虚拟设计系统的主体,另一个是外围设备(人机交互工具以及数据传输、信号控制装置) ,虚拟环境生成器可以根据任务的性能和用户要求,在工具软件和数据库的支持下产生任务所需的、多维的、适人化的情景和实例. 它由计算机基本软硬件、软件开发工具和其他设备组成,实际上就是一个包括各种数据库的高性能图形工作站. 虚拟设计系统的交互技术是虚拟设计优势的体现,目前虚拟设计系统的交互技术主要集中于视觉、听觉、

触觉三个方面,这三个方面的输入和输出设备是虚拟交互的主要方式. 例如:头盔式显示器、数据手套、三维声音处理器、视点跟踪、数据衣、语音输入等等. 虚拟设计涉及到许多的学科和专业技术,属于多学科交互技术,在工程设计上,目前提出两种基于虚拟现实的工程设计方法. 一种是利用现有的CAD 系统产生模型,再将其转换成虚拟现实软件支持的格式,然后将模型输入到虚拟现实软件的环境中,完成虚拟产品的设计,用户充分利用各种增强的效果设备,如头盔显示器等产生临境感。另一种是VR - CAD 系统,将虚拟现实技术引入CAD 环境,这种设计环境中的对象不仅具有外形,而且还有重量、材料特性、表面硬度以及一些内在的物理性能、功能作用等信息、对象之间相互作用时能反映出对象内部结构状态等随外部输入的实时改变。设计者直接在虚拟环境中参与设计,采用虚拟设计可以对产品的外形设计、产品的布局设计、产品的运动和动力仿真设计,例如:在减速器的设计中可以随时对其壳体修改、评测,方案确定后的建模数据可直接用于成型模具设计、仿真加工；可以通过虚拟现实技术直观进行布局设计,避免出现的干涉和其它不合理问题。

2.3.3、虚拟制造

虚拟制造(Virtual Manufacturing)【21~22】是实际制造过程在计算机上的映射,即采用计算机仿真与虚拟现实技术,在高性能计算机及高速网络的支持下,在计算机上群组协同工作,实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程,以增强制造过程各级的决策与控制能力. 由于应用的不同要求而存在的不同的侧重点,因此出现三种流派,即以设计为中心的虚拟制造,以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造. 如减速器设计壳体成型中,利用数值模拟和物理模拟方法,对金属材料热成形过程进行动态仿真,预测不同条件下成形材料的组织、性能及质量,进而实现热成形件的质量与性能的优化设计;对于轴、齿轮等零件加工过程仿真,通过

虚拟加工(Virtual Machining) ,选择最佳的机床刀具路径和加工参数,分析和评定产品设计的合理性、可加工性、加工方法以及加工过程中可能出现的加工缺陷等。用虚拟样机代替具体减速器(或其物理模型) ,对产品的全寿命周期进行展示、分析和测试,对存在问题的地方进行修改,提高产品一次试验成功率,减少设计制造费用，缩短设计开发周期,优化设计,保证产品质量。

虚拟现实技术及其在教学中的应用

２００７．２ 73 虚拟现实技术及其在教学中的应用 李科峰 湖南省第一师范学校 湖南 ４１０００２ 摘要：将虚拟现实技术应用到教学中，能够更好地满足教学中情景化及自然交互性的要求，学生可以亲身探索不能到达的环境，观察现实中难以观测的现象，更重要的是教师可以简化现实世界中过于复杂的细节，从而可以更好的突出事物的特点，随着该技术在教学应用中的不断研究开发，它在教育领域内将有着极其巨大的应用前景。 关键词：虚拟现实；教学；应用 ０ 引言 虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的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。它生成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的。可以预言，虚拟现实技术将是继多媒体、计算机网络之后，在教育领域内最具有应用前景的“明星”技术。 虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ）又称灵境技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。 虚拟现实技术的出现实际是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。以虚拟现实技术为代表的新型人机交互技术旨在探索自然和谐的人机关系，使人机界面从以视觉感知为主发展到包括视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉和动觉等多种感觉通道感知；从以手动输入为主发展到包括语音、手势、姿势和视线等多种效应通道输入。 １ 虚拟现实技术的基本特征及类型１．１ 虚拟现实技术具有以下五个主要特征 （１）沉浸性　使之所创造的虚拟环境能使学生产生“身临其境”　感觉，使其相信在虚拟环境中人也是确实存在的，而且在操作过程中它可以自始至终的发挥作用，就像真正的客观世界一样。 （２）交互性　是在虚拟环境中，学生如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的任务、事物发生交互关系，其中学生是交互的主体，虚拟对象是交互的客体，主体和客体之间的交互是全方位的。 （３）构想性　是虚拟现实是要能启发人的创造性的活动， 不仅要能使沉浸于此环境中的学生获取新的指示，提高感性和理性认识，而且要能使学生产生新的构思。 （４）动作性　是指学生能以客观世界的实际动作或以人类实际的方式来操作虚拟系统，让学生感觉到他面对的是一个真实的环境。 （５）自主性　是虚拟世界中物体可按各自的模型和规则自主运动。 １．２ 虚拟现实系统按其功能可分成三种类型 （１）桌面三位虚拟现实这由一台普通的计算机系统组成，计算机屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口，通过各种输入设备与虚拟现实世界充分交互。系统的特点是结构简单，价格低廉，经济使用，易于普及推广，但缺乏真实的现实体验。 （２）　沉浸的虚拟现实　它是一套比较复杂的系统，使用者通过头盔、数据手套等其他设备与虚拟环境进行交流。该系统虽然可让使用这完全沉浸到虚拟世界中去，由于其价格昂贵，所以难以推广。 （３） 共享性虚拟现实　它是由多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，达到协同工作的目的。 ２ 虚拟现实技术在教学中的应用 虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，培养学生的技能都将起到积极的作用。经过初步调查，１００％的学生表示对此软件很有兴趣，比课件更直观，并愿意使用它来进行学习　；９５％的学生认为它能够较好地解决教学中的难点，对于理解所学知识内容有很大的帮助 ；１００％的学生认为它是一种很丰富的教学资源。 （１）化学和物理实验的应用 化学、物理学科昂贵实验仪器的介绍与展示、参观那些不可能进入的实验空间，如核反应堆、粒子对撞空间等等， 对 基金项目：　湖南省教育厅优秀青年科研项目，课题号：ＮＯ．０４Ｂ０１５和湖南省“十一五”规划重点资助课题项目，课题号：ＸＪＫ０６ＡＺＣ０１０。 作者简介：李科峰（１９８２－），男，助理实验师，研究方向：虚拟现实技术与校园网应用。

基于虚拟现实技术的虚拟农场的研究和实现

技术创新 《微计算机信息》2012年第28卷第10期 120元/年邮局订阅号：82-946 《现场总线技术应用200例》 博士论坛 基于虚拟现实技术的虚拟农场的研究和实现 Research and Implementation of Virtual Farm Based on Virtual Technology (南京农业大学工学院) 李东阳 LI Dong-yang 摘要:本系统基于虚拟现实在农业方面的应用,在VC++6.0的软件平台、在Win32框架下,使用C 语言和行业领域中最为广 泛接纳的2D/3D 图形API---OpenGL,创建一个以真实农场为模板的虚拟农场,通过DirectInput 接口实现逻辑方向盘与计算机的交互性,并通过Socket 编程使系统具有网络传输信息的功能,从而实现相应的远程控制,和现实的农场进行交互。实验系统成功创建了一个三维果园、仓房场景、漫游小车及附属设施,可以根据应用的侧重不同进行改善,从而实现虚拟现实技术在农业方面的相应应用。 关键字:虚拟现实;OpenGL;虚拟农场;交互性;网络通信中图分类号:TP311文献标识码:A Abstract:A system that a virtual farm based on virtual reality technology is created using C language and OpenGL-most widely ac -cepted 2D/3D API,in VC++6.0platform and Win32framework ,is introduced in this paper.This system realizes the interaction be -tween computer and logic steering wheel through the DirectInput interfaces,and it has the function of the transmission of information online to communicate with the reality farm so as to achieve remote control,with the method of Socket programming.This trail sys -tem consists of a 3D orchard,warehouse,a small card wandering in the farm and so on,and it can be improved according to differ -ent application to realize all kind of application in agriculture based on virtual reality technology.Key Words:Virtual reality;OpenGL;Virtual farm;Interactivity;Network communication 文章编号:1008-0570(2012)10-0010-02 1引文 虚拟现实(VR)技术最早在20世纪中期由美国VPL 探索公司和它的创始人Jamn IJaIlier 提出这一概念,后来美国宇航局(NASA)的艾姆斯空间中心利用流行的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,推动了该技术硬件的进步。虚拟现实,又称灵境技术,是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。他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、触觉等感觉器官功能,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。虚拟现实具有多感知性、浸没感(Immersion)、交互性(Interactivity)、构想性(Imagination)。在医学、娱乐、教育、科研、军事、航天、城市规划、工业仿真等很多方面都有广泛而重要的应用。但在农业方面却是空白,因此本文就虚拟现实在农业方面的应用进行了研究和探讨。图1、图2、和图3展示了虚拟现实的应用例子及本文所研究的虚拟农场场景图。 图1模拟天宫一号图2城市规划图图3虚拟农场本文研究了基于虚拟现实技术思想的三维虚拟农场的系统的创建,借助于OpenGL 和C/C++语言在VC++6.0的开发环 境下、在Win32程序框架下实现系统的搭建。系统可分为三个部分:三维场景、人机交互、数据通信。系统的三维场景通过创建天空盒、地面、纹理贴图和导入3D Max 创建的3D 模型;人机交互主要是通过Direct SDK 里提供的DirectInput 实现;数据通信则是通过套接字网络编程接口创建C/S 模式的通信连接,实现数据的传输。 研究结果表明通过创建农场的三维场景确实能够给农业装备的研发和测试提供一个非常真实的平台,解决农业装备研发和测试所需的环境的季节性弊端。 2虚拟现实 OpenGL 遵循C 语言的调用约定,可以与Visual C++紧密接口。有七大功能:建模、变换、颜色模式设置、光照和材质设置、:纹理映射、位图显示和图象增强、双缓存动画。OpenGL 还能实现深度暗示、运动模糊等特殊效果。本文将利用这些功能来搭建虚拟农场场景并且实现控制。 OpenGL 被设计成独立于硬件、 以流水线的方式工作,其工作流程和绘图的流程如图4和图5所示。 图4OpenGL 工作流程 图5OpenGL 绘图流程 因此首先当系统收到WM_CREATE 消息后,要首先对OpenGL 进行设置 李东阳:学生 10--

虚拟现实技术的历史与发展

虚拟现实技术的历史与发展 摘要：虚拟现实技术作为一种综合多种科学技术的计算机领域新技术,已经涉及众多研究和应用领域,被认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特性以及发展历史和发展趋势，并对虚拟现实技术的应用前景进行展望。 关键词：虚拟现实技术发展历史发展趋势 一、虚拟现实的概念和特性 虚拟现实(Virtual Reality，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物[1]。虚拟现实技术作为一种新的技术，主要有三个特性，分别是沉浸性、交互性和构想性。 1.沉浸性，是指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉。 2.交互性，在计算机生成的这种虚拟环境中，人们可以利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样，比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西的感觉，而且可感觉到物体的重量。 3.构想性，虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的联想，因而可以说,虚拟现实可以启发人的创造性思维。 二、虚拟现实技术的发展历程 虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：1963 年以前，蕴涵虚拟现实技术思想的第一阶段；1963年~1972 年，虚拟现实技术的萌芽阶段；1973 年~1989 年，虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段；1990 年至今，虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。 第一阶段：虚拟现实技术的前身。虚拟现实技术是对生物在自然环境中的感官和动作等行为的一种模拟交互技术，它与仿真技术的发展是息息相关的。中国古代战国时期的风筝，就是模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景，风筝的拟声、拟真、互动的行为是仿真技术在中国的早期应用，它也是中国古代人试验飞行器模型的最早发明。西方人利用中国古代风筝原理发明了飞机，发明家Edwin A. Link 发明了飞行模拟器，让操作者能有乘坐真正飞机的感觉。1962 年，Morton Heilig的“全传感仿真器”的发明，就蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。这三个较典型的发明，都蕴涵了虚拟现实技术的思想，是虚拟现实技术的前身。 第二阶段：虚拟现实技术的萌芽阶段。1968 年美国计算机图形学之父Ivan Sutherlan 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD 及头部位置跟踪系统，是虚拟现实技术发展史上一个重要的里程碑。此阶段也是虚拟现实技术的探索阶段，为虚拟现实技术的基本思想产生和理论发展奠定了基础。 第三阶段：虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段。这一时期出现了VIDEOPLACE 与VIEW两个比较典型的虚拟现实系统。由M.W.Krueger 设计的VIDEOPLACE系统，将产生一个虚拟图形环境，使参与者的图像投影能实时地响应参与者的活动。由M.MGreevy 领导完成的VIEW 系统，在装备了数据手套和头部跟踪器后，通过语言、手势等交互方式，形成虚拟现实系统。 第四阶段：虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。在这一阶段虚拟现实技术从研究型阶段转向为应用型阶段，广泛运用到了科研、航空、医学、军事等人类生活的各个领域中，如美军开发的空军任务支援系统和海军特种作战部队计划和演习系统，对虚拟的军事演习也能达到

[虚拟现实,技术]虚拟现实技术及其应用

虚拟现实技术及其应用 摘要 迄今为止虚拟现实技术已经成为计算机技术领域中炙手可热的技术之一。在本文中会基于虚拟现实技术的概况，发展趋势等方面做一些详细的描述并且对其具有的特点进行详细描述，在另一方面会介绍虚拟现实技术在现实生活中的各类丰富多彩的应用，还针对其当前的真实状况，对未来虚拟现实的发展总结了一些展望。 【关键词】虚拟现实技术应用交互 1 虚拟现实概念 虚拟现实来源于英文“Virtual Reality”一词的翻译，还被译为“灵境”的意思。虚拟现实技术最早可以追溯到上世纪50年代，那时候的立体电影配合着大视野的电影图像与声响，就能够让人们能够置身到图像环境中，这也算得上是早起虚拟现实的雏形。 随着科学技术的发展，虚拟技术得到了机遇获得了快速的发展，1990年时专业人员首次对其进行了具体的定义：三维计算机图形学技术，运用多功能传感器的交互式接口技术和高度清晰度的显示技术。虚拟现实技术基于这三种技术创建了一个虚拟的感受环境，使得人们可以感受到现实生活中的一切感官的感受，包括：视觉，听觉，触觉等感官的感受，甚至于感受到一些超越现实技术的环境。 2 虚拟现实的特征 2.1 沉浸感 “沉浸”可以理解为身临其境的意思。用户不仅仅是利用双眼或者大脑进入虚拟环境，而是全身心的完整的进入到虚拟环境中。当用户投入到计算机创造的虚拟的三维空间内，能够真切的感觉到身边的一切都是真实的。在这个过程中虚拟现实技术使得身体在知识探索过程中能动作用得到了保障。 2.2 交互性 在虚拟现实技术配置了一种开放，互动的虚拟环境，这种技术的使用者能够通过三维交互设备操纵计算机给出的对象，与此同时还能够使得虚拟环境中的对象应对环境作出应有的反应。 2.3 构想性 所谓“构想”指的是利用虚拟现实技术能够模拟出很多现实生活中原本不存在的或者极不容易被观察到的环境，用户能够从虚拟环境中得到感性与理性的认识，得到启发，萌发创造力，拥有意识上质的飞跃。

虚拟现实考试题

虚拟现实技术复习习题 1.虚拟现实的概念： 用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界；让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。 虚拟现实是计算机与用户之间的一种理想化的人-机界面形式。通常用户戴一个头盔（用来显示立体图象的头式显示器），手持传感手套，仿佛置身于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。 2.虚拟现实的特征 与传统计算机相比，虚拟现实系统具有四个重要特征：沉浸性，交互性，构想性，多感知性 多感知性：除了一般计算机技术所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、甚至应该包括味觉感知和嗅觉感知等 交互性：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) 。 沉浸性：又称为临场感(Immersion) ，它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 构想性：根据想像从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而可以深化概念，萌发新意，在电脑中实现认识上的飞跃。 三个基本特征：沉浸性、交互性、构想性 沉浸：又称存在感，是指用户可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中和使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力。 交互：是指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。 构想：虚拟现实不仅仅是一个用户与终端的接口，而且可使用户沉浸于此环境中获取新的知识，提高感性和理性认识，从而产生实现新的构思。 3.虚拟现实系统的构成： a.检测模块 b.反馈模块 c.传感器模块 d.控制模块 e.建模模块 4.虚拟现实系统的类型 （简单）桌面虚拟现实系统，沉浸式虚拟现实系统，分布式虚拟现实系统、增强现实系统 5.虚拟现实的硬件设备 跟踪系统（把使用者身体位置的变动反馈给主机，以实时改变图像和声音） 知觉系统（人及交互的各种界面，包括视觉装置：头盔显示器等； 触觉装置:数据手套跟踪球等）

基于虚拟现实技术的景物仿真

基于虚拟现实技术的景物仿真 毕业 基于虚拟现实技术的景物仿真摘要：虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），是1种基于可计算信息的沉浸式交互环境。具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉1体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。本设计是1个基于VRML（虚拟现实建模语言）的虚拟校园系统，它要求实现虚拟现实中基本的场景建立和在场景中漫游，本程序建立场景所需的建筑物均在3DS MAX 中建立，然后以VRML97的格式导出并保存为.wrl文件，这样在VrmlPad编辑器中可以打开这些文件了。然后在VRML编辑环境下，通过添加材质、纹理、传感器、声音、动画等来完善该虚拟校园系统，并通过内联(Inline)、锚点(Anchor)造型节点来实现室外与室内的链接和切换。最后在VRML浏览器中通过键盘和鼠标的移动来漫游观看该虚拟系统。为了使场景漫游更真实，还须在场景图中设置碰撞节点，从而防止观察者从场景中的物体（如教学楼）中穿过或进入不可见的视角观察。关键字：虚拟现实；VRML；漫游；场景；碰撞检测。 Scenery Simulation base on Virtual Reality Technology Abstract: Virtual Reality(VR), It is a immersing type base on the communication that could be calculate. Concretely to say, adopt taking technology of the computer as the core modern Hi-Tech turn into lifelike look ,listen,sense of touch integrated specific fictitious environment of range, users carry on the reciprocation , influence each other with the target in the fictitious environment by way of nature through the essential equipment, thus produced and came personally the feeling and experience of the true environment equally. It is a system of virtual reality school based on VRML technology，and it demands realizing that the basic scene is set up and one can roam in the scene of virtual reality, This procedure sets up buildings of the scene in 3DS MAX then exports and saves them in the format of .wrl files. Under the environment of VrmlPad, we can open these files and perfect the scenes by adding material，texture，sensors，sounds and interpolators.By the node of inline，anchor,we can realize linking or transfering between different scenes.In the end,we can roam the virtual reality system through the movement of the keyboard and mouse in the VRML explorer.In order to approach Reality,a node of collision must be set up to prevent observer from wear or enter impossible visual angle which can’t be observed from object of scene. Keywords: Virtual Reality;VRML;roaming;scene;Collision detecting. 目录前言 1 1 虚拟现实介绍 2 1.1 虚拟现实的定义 2 1.2 虚拟现实系统的发展历史 2 1.3 虚拟现实系统的应用 3 1.4虚拟现实系统的发展方向 4 2 系统开发环境介绍 5 2.1 VRML概

虚拟现实技术的应用研究

虚拟现实技术的应用研究 来源:毕业论文网 摘要：随着计算机技术的迅猛发展，虚拟现实技术的应用日趋广泛和深入。基于此，本文 将深入浅出地对虚拟现实技术的定义、应用领域、未来的发展前景和存在的问题进行介绍，重点阐述虚拟现实技术的应用领域以及相关研究，以期使读者对于虚拟现实有一个相对明 晰的认知。本文内容介绍：在第2部分会对虚拟现实技术进行简单介绍;第3部分将部分应用虚拟现实技术的领域进行介绍;第4部分描述虚拟现实技术研究现状和前景;在第5部分 对全文进行总结。 关键词：虚拟现实技术研究现状虚拟现实应用虚拟现实发展前景 一、引言 虚拟现实对于很多人来讲还是一个比较新的词汇，也可能你听说过，但并不了解，只 是认为佩戴显示设备，观看虚拟出来的内容，有身临其境之感，以为这就是虚拟现实技术。不尽然，那虚拟现实技术究竟指什么呢?本文将为读者解决这个困惑。 二、虚拟现实技术简介 2.1什么是虚拟现实技术 虚拟现实技术即虚拟现实。虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高 新技术。从本质上来说，虚拟现实是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，因此具有多感知性、存在感、交互性、自主性等重要特征。虚拟现实技术并不是一项单一的技术，而是多种技术综合后产生的，其核心的关键技术主要有动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具 应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术等五大项。 2.2虚拟现实技术特征 虚拟现实技术主要有四个特征：(1)沉浸性：主要是指让计算机产生一种虚拟的环境，让参与到其中的人有一种和现实世界一样的感觉，就如身临其境一般。(2)交互性：主要是指用户对计算机模拟出的虚拟环境中的物体具有可操作性和从虚拟环境中的物体上得到的 反馈。(3)想象力：主要是指虚拟现实技术它具有很广阔的想象空间，不仅可以模拟出现实存在的世界，而且还可以模拟出不存在的环境。(4)多感知性：主要是指这项技术不仅能够让我们感受到视觉和听觉这两种一般计算机就可以给我们提供的感觉外，还可以给我们提 供触觉、味觉等一般计算机难以模拟出的感觉。 三、虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术在很多领域内均有比较理想的应用，如教育与培训、娱乐与艺术、医学、军事、商业等领域，下面我们将就其中几个比较典型的应用领域展开叙述。 3.1教育与培训

虚拟现实技术应用及其未来展望

虚拟现实技术应用及其未来展望 虚拟现实是利用计算机、电子技术、图像技术、传感器技术、多媒体技术、人机接口技术及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机领域的最新技术, 是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。虚拟技术是一门富有挑战性的交叉技术、前沿科学和研究领域。目前虚拟技术已涉及到军事、教育、医学、心里学、商业、影视等领域,是21世纪的重要发展学科。 一、虚拟技术的特征 虚拟环境是利用计算机生成并控制的,因此人处在利用虚拟技术创建的拟环境之中和真实环境是没有差别的。虚拟现实具有3个最突出的特性:交互性、沉浸性和构想性。 1、交互性： 人们可以通过使用专门的输入和输出设备(主要通过数据手套、头盔、数据衣等)以自然地方式(如自身的语言、动作等)和虚拟世界中的对象进行交互操作和交流。 2、沉浸感： 沉浸感是指用户在纯自然的状态下借助交互设备和自身的感知觉系统对虚拟环境的投入程度。虚拟世界给人一种身临其境的感觉。 3、构想性：指借助虚拟技术可以使用户沉浸其中并获得新的知识,从而使用户深 化概念和萌发新意。因此说虚拟现实可以启发人创造性思维,使抽象概念具体化。 二、虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术应用非常广泛,它可以用于军事、教育训练、设计规划、产品建模、心理学治疗及艺术与娱乐等多方面。 1、军事领域 虚拟现实技术已成为军事和航天领域的先锋技术虚拟技术最初是美国航空航天局与军事部门为了模拟训练而开发的。现在广泛用于各兵种部队的战术研究、演习、模拟训练和培训等,战斗实验室已成为数控战士的战场。 “司令部军事演习”也已成为一种军事演习的重要形式,这类演习可用于为未来战争组织装备、主导原则和综合训练等决策提供参考数据。美国航空航天局埃姆斯研究中心还建立了一座虚拟实验室,它所拥有的飞机模型器无论从规模上还是从逼真程度来看都处于世界之最,主要用于研究现在的或拟议中的飞机飞行控制、制导、座舱显示、自动化和操纵的品质,它能够获得有关飞机性能的实时数据和视图,并且航空研究人员和设计师坐在家里就可以“进入”该实验室进行操作,其灵敏度远远高于现在的任何其他此类研究手段。 虚拟现实技术在军事领域中发挥着重要的作用,被广泛的应用于军事训练、武装装备的研究和生产以及军事教育等各个方面。目前的军事模拟训练

虚拟现实文献综述

《VRML虚拟现实技术在数字校园系统中应用研究》文献综述 摘要：教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了数字校园，阐明了数字校园的地位和作用。虚拟数字校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。将虚拟现实技术应用在数字校园系统的开发，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。它在数字校园的应用，可以大大提高校园展示效果，也能够体现校园个性方面的优势，对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助 关键词：虚拟现实；数字校园；基本概况 前言 教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。建设虚拟三维数字校园可以比较直观的了解校园的各个区域，在这个三维的校园里，空间次序的视觉理解和感知变得非常容易，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉[1]，其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生的呈现在我们的眼前，三维虚拟校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。三维虚拟校园可直接嵌入到大学的网站，直接通过网络浏览器察看，其丰富的、人性化的信息查询等功能，有效提高大学的美誉度，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。 一、虚拟现实技术的发展状况的研究 虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪90年代初崛起的一种实用技术，它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成三维信息的虚拟环境，可以真实地模拟现实中能实现的物理上的、功能上的事物和环境[2]。在虚拟现实环境中可以直接与虚拟现实场景中的事物交互，产生身临其境的感受，从而使人在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受。该技术的兴起，为科学及工程领域大规模的数据及信息提供了新的描述方法。虚拟现实技术大量应用于建筑设计及其相关领域，该技术提供了“虚拟建筑”这种新型的设计、研究及交流的工具手段[3]。 在虚拟现实的发展过程中总结出虚拟现实系统应具有以下四个特征：（1）多感知性。指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。（2）存在感。指用户感动作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。（3）交互性。指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。（4）自主性。指虚拟环境中物体依据现实世界物理运动定律动作的程度[4]。 虚拟现实技术自诞生以来，其应用一直受到科学界、工程界的重视，并不断取得进展，虚拟现实蕴藏的技术内涵与艺术魅力不断地激发着人们丰富的想象思维和创造的热情。从本质上讲，虚拟现实技术就是一种先进的人机交互技术[5]，其追求的技术目标就是尽量使用户与电脑虚拟环境进行自然式的交互。因此，虚拟现实技术为我们架起了一座人与数字世界沟通的桥梁。 二、虚拟现实技术在数字校园系统的应用解析 目前，数字校园存在有2个定义，并分别带来不同的研究与实践。一种定义是从信息、网络和媒体技术发展角度，数字校园被理解为一个以计算机和网络为平台的、远程教学为主的信息主体；另一个事从因特网、虚拟现实技术、网络虚

虚拟现实技术及应用

虚拟现实技术及应用 Virtual Reality Technology and Application 课程编号：30420132 学分数：2 开课单位：计算机技术与自动化学院 课内总时数：40（其中实验14学时） 任课教师姓名及职称：张大坤教授、刘坤良讲师 开课学期：第2学期教学方式：讲授＋实践 一、教学要求及目的 本课程是介绍计算机学科前沿技术的一门任选课。着重介绍20世纪90年代末兴起的虚拟现实技术的发展概况，并讲述最有影响力的基于Internet的虚拟现实建模语言VRML，使学生能采用VRML语言创建一个多彩的三维虚拟世界。 二、课程的主要内容 1．虚拟现实技术概论 人机交互技术的历史与发展 虚拟现实技术的基本概念 虚拟现实系统的分类 虚拟现实技术的主要应用领域 2．实现VR系统的三维交互设备 VR的三维跟踪传感设备 VR的立体显示设备 手数字化设备 其他交互设备 3．实现VR系统的相关技术 实时显示处理技术 三维虚拟声音 触摸和力反馈技术 三维建模技术 4．虚拟现实建模语言VRML基础知识 VRML语言简介 VRML的编辑器和浏览器 VRML的基础知识 VRML基本的节点介绍

5．设计VRML的虚拟世界 设计故事梗概 创建构件 传感器、事件及路由 动画和脚本 修改与调试 6．实践环节 实验1：VRML编程环境及简单形体创建 实验2：简单的虚拟场景的搭建 实验3：在虚拟场景中实现动态效果 实验4：创建一个实时漫游的虚拟场景 综合测试（考核） 三、教材及主要参考书 1、虚拟现实系统，张茂军，科学出版社，2001 2、虚拟现实技术，申蔚等，北京希望电子出版社，2002，9 四、预修课程 计算机图形学、多媒体技术 五、适用专业、范围 计算机应用技术专业、计算机软件与理论专业

虚拟现实技术在高校教育中的应用

虚拟现实技术在高校教育中的应用 摘要：虚拟现实技术被普遍认为是继计算机技术、网络技术后,在21世纪最有潜力的技术。本文介绍了虚拟现实技术的发展历史及在高校教育中的作用及优势。根据虚拟现实技术具备的特征，分析了虚拟现实技术在高校中的教育应用方向。 关键字：虚拟现实技术；教育应用； 1.引言 随着信息化教育的快速发展，高新技术的应用已经成为了教育领域前进的方向，用以帮助学习者培养自我学习能力以及知识更新能力。而虚拟现实技术是当今国内外最热门的研究领域之一。在教学中使用虚拟现实技术，可以充分调动学习者的思维和感觉器官，对于一些难以接近的教学内容以及难以还原的情景，也可通过虚拟现实技术进行景物内部多方位观察和情境再现。 2.虚拟现实技术概述 虚拟现实, 英文为V irtual Reality, 简称VR。又译作灵境、幻真是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。VR 是指利用三维图形生成技术、多传感交互技术、多媒体技术、人工智能技术、人机接口技术以及高分辨显示技术等高新技术, 生成三维逼真的虚拟环境。提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。同时人与虚拟环境之间可以进行多维信息的交互作用, 用户从定性和定量综合集成的虚拟环境中可以获得对客观世界中客观事物的感性和理性的 认识, 从而深化概念和建构新的构思和创意。 虚拟现实包括多感知性（Multi-Sensory）、沉浸感（Immersion）、交互性（Interactivity）、构想性（Imagination）四个关键特性。它们强调了在虚拟现实环境中人所占据的主导地位。 所谓“多感知性”，是指视觉感知、听觉感知、触觉感知、力觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。 所谓的“沉浸感”，是指用户在虚拟环境中所体会到的真实感程度。最佳的效果是使用者在体验过程中难辨真假。 所谓的“交互性”，指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。 所谓的“构想性”，是指用户在使用虚拟现实系统过程中，结合各类信息及自身的行为，展开想象、联想、推理和逻辑判断等，从而习得更多的知识，达到更深层次的实践锻炼 3. 虚拟现实技术在国内外教育领域的研究现状 VR提出于上个世纪60年代, 但只是在近10年随着计算机技术的快速发展, 才在越来越 多的领域得到了推广应用。美国是从事VR 研究最早、研究范围最广、研究水平最高、相关研究对国家发展贡献最大的国家。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[1]。日本也是在当前实用VR 的研究与开发中居于领先地位的国家之一, 主要致力于建立大型VR知识库的研究。 3.1虚拟现实技术在国外教育领域的研究现状 目前在发达国家, VR在教育领域已得到了广泛的应用。早在1985 年, 美国国立医学图书馆(NLM )就开始人体解剖图像数字化研究, 并利用虚拟人体开展虚拟解剖学、虚拟放射学及虚拟内窥镜学等学科的计算机辅助教学；1992年，马克·英格里伯格和洛宾·比得迪提合作创建了一个虚拟物理实验室, 其目标是使它成为具有高度可操作性的实验环境, 以便学

虚拟现实基础试题答案

虚拟现实PPT答案文字版 Q1虚拟现实的基本概念，基本类型以及三个重要的特点是什么？ 基本概念：虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。由计算机系统产生的，相对于实环境的，并有人的操作和参与而形成的一种虚构的、视觉上的、听觉上的、感觉上、嗅觉上的存在，是一种物理 意义上的人机交互和抽象组合。 基本类型： 1.桌面虚拟现实系统（实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口。） 2.临境虚拟现实系统（提供完全沉浸的体验） 3.增强型的虚拟现实系统（增强现实中无法感知或不方便的感受） 4.分布式虚拟现实系统（多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的） 重要特点：临境(immersion)；交互性(interactivity)；想象(imagination)。 1.沉浸感：用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。 2.交互性：用户对虚拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。 3.想象：用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。 Q2简述虚拟现实系统的关键技术，主要建模方法。 关键技术： 1.三维真实感图象的实时生成（VR系统要对参与者的行为反应灵敏，并保持内部的一致性和连贯性，保证显示图象的“更新率”能满足目标的要求） 2.大视野立体显示技术（通过配戴头盔给人身临其境的感觉，画面围绕着参与者） 3.位置跟踪器（检测到参与者的物理位置和取向，以便输入到计算机中去产生虚拟境界中相应的图象和声音） 4.立体声的产生（真实而且准确，注意声音的方向感） 5.虚拟环境建模（设计出参与者在一种虚拟境界中会遇到的景物，包括物体建立几何模型，附加信息） 主要建模方法：基于几何和图像的建模、虚拟对象的物理特性建模与行为建模。 （3，增加模型的逼真度： （1）纹理映射贴图：将纹理图像贴在简单物体的几何表面，以近似描述物体表面的纹理细节，加强真实性，实际上是利用二维平面图代替三维模型的局部。 （2）环境映射：采用纹理图像来表示物体表面的镜面反射和规则透视效果。 （3）反走样：提高像素的密度。 最直接的方法：使用实际的航拍卫星图作为地形的纹理。纹理拟合是一个有效的手段。 提高系统实时性

虚拟现实实验室项目(基于虚拟现实技术的教育解决方案开发应用)

基于虚拟现实技术的教育解决方案的研制与开发 科技项目可行性报告

目录 一、项目提出的目的及意义………………………………………… 二、与项目相关的国内外发展概况及市场需求分析……………… 三、主要攻关内容及技术路线（技术可行性分析）……………… 四、该项目的技术创新点…………………………………………… 五、现有工作基础和条件…………………………………………… 六、申请的基础条件（包括主要研究成果）……………………… 七、进度安排和实施方案（包括运行机制）……………………… 八、预期成果和考核目标…………………………………………… 九、推广及应用前景………………………………………………… 十、经费概算及来源…………………………………………………十一、结论……………………………………………………………附件---虚拟现实沉浸技术实验室条件建设需求……………………

一、项目提出的目的及意义 互联网、虚拟现实和人工智能被喻为改变人类认知世界的三大信息技术。 互联网从少被社会广泛认知，到今天对社会生活的全面颠覆与渗透不过二十余年。如今互联网+已为国家战略。当互联网在我们生活中掀起一个又一个骇浪时，虚拟现实正悄然从幕后走向前台。今天虚拟现实正演绎着当年互联网对人类生活，从无足轻重到全面颠覆的革命性过程。科技以虚拟现实给人类生活再创造出一次惊喜己为期不远。虚拟现实技术与教育： “虚拟现实”（Virtual Reality，英文缩写VR）技术，利用计算机硬件+软件资源+传感器的一种集成技术，构成实时三维图形生成的技术、仿真技术、多传感交互技术以及显示技术等，生成实时的、具有三维信息的人工虚拟环境，演练者（操作人员）根据需要通过多种交互设备（如头盔、数据手套和刚性外骨架衣服等）来驾驭该环境，以及用于操纵环境中的对象，如在真实世界中一样地与该环境中的人和事物进行行为和思想等的实时交流，并产生逼真的身临其境感。虚拟现实技术不是相关技术的简单组合，而是一种创新性的综合，并且在思想方式上有质的飞跃。 虚拟现实技术对教育产生不可估量的作用，主要理由如下： 1.虚拟现实技术创建全新的教育环境 人们普遍认为，虚拟现实技术将使21世纪的教育发生质的变化。虚假现实技术支持下的教育之所以会发生质的变化，是因为虚拟教育环境拥有现实教育培训环境无可比拟的优势。所谓虚拟教育环境，是指由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟教育的人工环境，它可以是某一现实世界的基础或设施的真实实现，也可以是虚拟构想成的世界。在21世纪，可能兴办起依托虚拟现实技术的各种新型的学校教育，如基础教育、军事教育、各类培训教育，许多学员在虚拟环境中接受各种教育体验与训练。由虚拟现实技术所支撑的教育系统将使得人员可以在虚拟环境中方便地取得感性知识和实际经验。与现实教育基地或设施相比，在虚拟现实技术支持下的虚拟教育环境大致有如下特征和优势： 1.1仿真性 学生通过虚拟设施训练，与在现实教学基地里同样方便。这是因为虚拟环境无论对于现实的环境或是对于想象的环境，都是虚拟的但又是逼真的。理想的虚拟环境应该达到使受训者难以分辩真假的程度（例如可视场景应随着视点的变化而变化），甚至比真

虚拟现实技术的概念与类型

虚拟现实技术的概念和类型 虚拟现实技术的概念和类型 1. 虚拟现实的概念 虚拟现实技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。 2. 虚拟现实的特征 (1) 沉浸性 虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像．使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者和虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。当使用者移动头部时，虚拟环境中的图像也实时地跟随变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。。 (2) 交互性 虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，

使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。 (3) 想象 由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。 3.虚拟现实技术的类型 (1) 桌面虚拟现实 (2) 沉浸的虚拟现实 (3) 增强现实性的虚拟现实 (4) 分布式虚拟现实 4.虚拟现实技术在网络教育中的作用 (1) 弥补远程教学条件的不足 在远程教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行。利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得和真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。 (2) 避免真实实验或操作所带来的各种危险