虚拟技术的发展现状例1

一、引言

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

二、虚拟现实技术简介

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

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

三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术

从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。

（一）多感知性

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

（二）存在感

又称临场感,它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。

（三）交互性

它是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。

（四）自主性

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

四、当今虚拟现实技术的应用领域

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

（一）娱乐、艺术与教育领域

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

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

（二）军事与航天工业领域

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

（三） 医学领域

vr在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中,可以建立虚拟的人体模型,借助于跟踪球、hmd、感觉手套,学员们可以很容易了解人体内部各器官结构,这比现有的采用教科书的方式要有效得多。

pieper及satara等研究者在90年代初基于两个sgi工作站建立了一个虚拟外科手术训练器,用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯,虚拟的外科工具(如手术刀、注射器、手术钳等),虚拟的人体模型与器官等。借助于hmd及感觉手套,使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。

另外,在远距离遥控外科手术,复杂手术的计划安排,手术过程的信息指导,手术后果预测及改善残疾人生恬状况,乃至新型药物的研制等方面,vr技术都有十分重要的意义。

（四）管理工程领域

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

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

五、虚拟现实技术的进一步展望

虚拟技术的发展现状例2

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

1　虚拟现实

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

2　国外虚拟现实技术研究现状

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

2.1　VR技术在美国的研究现状

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

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

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

2.2　VR技术在欧洲的研究现状

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

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

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

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

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

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

2.3　VR技术在日本的研究现状

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

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

3　国内虚拟现实技术研究现状

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

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

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

4　虚拟现实技术的发展趋势

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

(1)动态环境建模技术。

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

(2)实时三维图形生成和显示技术。

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

(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。

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

(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。

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

虚拟技术的发展现状例3

中图分类号：f061.3　文献标识码：a　文章编号：1672-3198(2009)02-0279-02

1　虚拟现实

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

2　国外虚拟现实技术研究现状

计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。WWw.133229.COM虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。

2.1　vr技术在美国的研究现状

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

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

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

2.2　vr技术在欧洲的研究现状

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

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

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

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

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

2008年10月27-29日在法国举行的acm symposi- um on virtual reality software and technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。

2.3　vr技术在日本的研究现状

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

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

3　国内虚拟现实技术研究现状

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

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

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

4　虚拟现实技术的发展趋势

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

(1)动态环境建模技术。

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

(2)实时三维图形生成和显示技术。

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

(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。

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

(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。

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

虚拟技术的发展现状例4

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

1 VR技术

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

2 VR技术发展现状

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

2.1 国外VR技术发展现状

2.1.1 美国研究VR技术发展现状

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

2.1.2 VR技术在欧洲的发展现状

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

2.2 国内VR技术发展现状

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

3 VR技术发展趋势

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

3.1 动态环境建模技术

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

3.2 实时三维图形生成和显示技术

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

3.3 媒介与人的融合

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

4 VR技术在游戏设计的影响

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

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

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

5 结论

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

参考文献

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

虚拟技术的发展现状例5

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0362-01

伴随着我国国民经济的飞速发展，各个行业都在迅猛的向前发展，作为最基础的能源之一，煤炭在我国的工业生产中占据了非常重要的地位。为了有效提高煤矿开采效率并保证安全生产，必须引进高水平的创新型技术。近年来，虚拟现实技术由于其能够对真实世界进行模拟仿真的特点，在煤矿开采中得到了广泛的应用。

一、虚拟现实技术概述

（一）基本概念

虚拟现实技术被简称为VR，通过计算机利用数学方法对现实世界进行仿真模拟。用户可以通过寻你世界，将现实世界中无法沟通多种信息联系到一起进行模拟，体验无法在现实生活中实现的情景，进而可以间接地了解该类状况的出现原因以及发展变化趋势，从而为用户提供合理的解决方案。

（二）主要特点

虚拟现实技术共有三个主要的特点，由于该技术以计算机为基础，所以基本特点也与计算机有关。下面分别介绍：虚拟特点。虚拟现实技术虽然涉及到现实，但其本质上仍然是虚拟的，并不能在现实生活中实现，是通过想象模拟出的情景。因此，该技术可以避免现实场景中对工作人员造成的危险，同时节约成本。人机交互特点，因为计算机进行虚拟现实模拟时也要根据真实场景的参数进行模拟，所以，操作人员需要在计算机上输入数据信息，保证实时性，并及时给予工作人员辅助决策意见。智能特点，虚拟场景设计完毕以后，并不是一成不变的，要结合实际需求设计一些针对性的变量，进而实现虚拟世界和现实世界的同步变化，实现智能化的虚拟世界。

（三）展现状

国内外对于虚拟现实技术的研究已经取得了一定的成果，然而，我国研究虚拟现实技术的时间并不长，与一些发达国家对比，仍然存在着很大的差距。但是近年来，对于虚拟现实技术的重视正在逐步加强，特别是煤矿开采领域中，更是有着极为广阔的发展前景。目前，我国的众多相关专家学者已经投入到了煤矿虚拟技术的研发中，同时正在培训新时期需要的高素质旷工。

二、煤矿开采中的虚拟现实技术应用

（一）三维自动制图

大多数煤矿的地质条件都是极为复杂的，而工作地点往往处于地面的百米以下位置，具体的工作对象更是颇为复杂。复杂的煤层彼此交织到一块，为工作人员带来了极大的麻烦。为了能够准确快速的获得第一手资料，并设计合理的开采工序流程，必须开发出三维模拟软件。煤矿虚拟现实技术可以模拟实际矿区的三维坐标，进而有效确定具体某一点的位置，这为实际操作提供了极大的方便。

（二）生产模拟仿真

有了三维模拟软件以后，并可以对整个生产过程进行模拟，并整合出具体的开采技术方案，将井下所有的涉及到的设备、工作面状况、巷道、工人全部考虑在内。通过鼠标和键盘控制虚拟出的工人进行工作，从一开始进入到井下，直到坐罐笼、到达井下的车场，并模拟出中央水泵房以及变电所，虚拟出的工人可以在井下进行漫游，查看各种仿真设备运行状况，也可以进行实地模拟采矿，上下山运输，查看工作面。特别是对工作面的采煤模拟，用户可以根据具体的实际采煤要求操纵虚拟旷工采煤，采煤期间还能对采煤机的工作状态进行模拟，采煤机的每个工作环节都能逼真的展示出来。另外，对于开采巷道中的支护过程也可以进行仿真模拟，操作用户可以通过操作液压的支架完成整个支护过程，同时，各个环节还有语音提示。采用煤矿生产的模拟仿真能够为技术人员和管理人员提供一定的直到，方便工人进行实地生产。

（三）信息安全管理

煤矿虚拟现实系统构建出整个矿井生产场景以后，管理人员能够借由该场景构建出整体的立体概念，方便管理。其中，管理功能包括下列内容：第一，对各项生产数据进行技术统计，主要包含了计划、设计、生产、材料、库存、支护、巷道等多项数据，同时还要计算出具体的巷道失修率，这些内容都可以通过鼠标点击完成；第二，对储量进行管理，矿井中的复杂煤层中具体包含了多少储量，可以精确计算，具体包括煤柱区以及储量区；第三，动态管理，煤矿生产中涉及到多个动态系统系统，包括通风、运输、供电、排水、避灾等多个系统。例如风量数据，就可以描述新风、乏风以及掘进风等等；第四，综合管理平台，虚拟现实技术中还利用了网络技术，所以，可以建立起综合性的管理平台，完成所有数据的综合共享。具体的管理内容有地质测量、钻孔、煤层概况、巷道状况、设备状况、事故隐患、储量、装车口等等。例如需要对事故隐患进行管理时，就要将可能出现危险的高危险区标记出来，以便在实际工作中进行处理。

（四）灾害事故模拟

采用虚拟现实技术可以对一个真正存在的矿井灾害进行模拟，帮助操作人员和管理人员更加直观的了解发生矿井灾害时，其诱发因素以及造成的结果，进而找出合理的防灾测量以及救灾对策。例如当发生以外火灾时，可以采用虚拟模拟系统对火势的蔓延进行模拟，并对自动灭火系统和风门进行模拟，同时模拟具体的抢救过程。

我国近年来煤矿重大事故频频发生，想要调查清楚具体的原因，并对多起事件进行综合分析，总结经验，防止类似事故再次出现，虚拟现实技术也有着重要的作用。因为事故的调查分析工作比较艰难，科学技术性很强，想要得出比较准确的结论，必须搜集到所有相关资料，并对事故现场进行实地取证，还原当时的具体场景。利用虚拟现实技术，可以准确还原当时的场景，并绘制出复原图，更加直观方便，真实感非常强。

结语

近年来，虚拟现实技术在医疗、军事、航天等领域中起到了令人瞩目的效果，但是煤矿领域中，虚拟现实技术的实际应用仍然需要进一步研究探索，有效解决煤矿开采中出现的各类问题。

参考文献

[1] 王琳.虚拟现实技术在煤矿开采中的应用研究[J].煤炭技术，2013（12）.

虚拟技术的发展现状例6

一、网络虚拟实验系统的研究现状

网络虚拟实验室概念的提出至今仅为十余年的时间，但因其诱人的应用前景，各国均在大力开发，已经取得了一些进展。

（一）国外研究现状。目前，网络虚拟实验系统在发达国家已十分普及，下面列举几个有代表性的成果：1.2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java 技术的虚拟物理实验室项目。学生通过调节实验参数来观察各种实验现象和实验结果，该实验室的实验程序基于Java Applet 技术实现实验界面与仿真算法，将其嵌入到网页中，客户端只需一个集成Java 虚拟机的浏览器即可运行仿真。2.新加坡国立大学在远程控制实验方面取得很大的成果。其电子工程系开发的用于工程教育的虚拟实验室，目前已经包含了2D和3D示波镜实验、带耦合的水槽设备控制实验等六个实验。使用者通过网络操作真实的实验设备，可以应用多种控制方法来完成实验。这类实验具有视频与音频反馈，通过视频会话系统，使用者可以一边调整实验界面的实验参数，一边观看远程设备运行后的实验结果。

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

二、目前研究的不足

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

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

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

（一）基于3D的纯软件方式开发的网络虚拟实验系统将成为主流。从国内外已有的网络虚拟实验系统的现状和应用来看，纯软件方式开发的网络虚拟实验系统是实际物理设备及实验过程的软件仿真，其具有构建费用低、使用方便等特点，在教学和科研中有广泛的三、网络虚拟实验系统发展趋势

应用。基于3D的网络虚拟实验系统能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，丰富了媒体表现形式，其以现实感强等优势成为国内外研究的热点，在教育领域内有着极其巨大的应用前景。

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

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

四、结束语

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

参考文献：

虚拟技术的发展现状例7

一、虚拟仪器的构成、分类及特点

1.1虚拟仪器构成

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

1.2虚拟仪器分类

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

1.3虚拟仪器特点

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

二、虚拟仪器的现状与发展

2.1虚拟仪器的现状

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

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

2.2虚拟仪器的发展趋势

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

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

三、虚拟仪器在教学系统中的应用

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

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

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

参 考 文 献

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

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

虚拟技术的发展现状例8

引言

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

一、虚拟现实技术中的沉浸内容

（一）生理沉浸

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

（二）心理沉浸

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

二、该技术的生理沉浸式传播技术的应用分析

（一）静止状态下的输出技术应用

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

（二）运动状态下的输出技术应用

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

三、实现该技术的艺术设计水平优化的相关策略

（一）注重虚拟视点设计的合理性

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

（二）加强身体惯性与运动的匹配设计

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

（三）保证虚拟与现实世界中的动作一致

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

结语

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

参考文献

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

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

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

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

虚拟技术的发展现状例9

一、技术背景以及虚拟现实技术简介

虚拟现实技术（简称VR），亦称灵境技术。近年，虚拟现实技术的在重多领域的研究热度都是与日俱增。进军产业领域的创业团队也如雨后春笋般大量涌现。工信部2016年的《虚拟现实产业白皮书》显示，2015年中国虚拟现实行业市场规模达到15.4亿元，2016年预计达56.6亿元，2020年预计超过500亿元。由此可见虚拟现实技术的发展无比迅猛。此项技术是以多感知性、浸没感、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它是一种通过计算机编码生成的模拟环境，可借助专业的感知设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的真实感受。作为仿真技术的一个重要研究方向，在研发速度和应用前景上都具有非常大潜在价值。

二、虚拟现实技术在民族区域教育中应用的必然性

对比与国外虚拟现实技术的发展，我国的技术水平还有待提高，在教育领域的应用也是有所差距。但是国家已经重视了VR技术的研究。九五计划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。VR技术在教育领域也取得一些突破。例如：清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；天津大学、燕山大学在网上了以介绍校园风光为主的虚拟校园系统，在导航机器人的帮助下，浏览者可通过鼠标等交互设备浏览校园内的建筑和风景，从而了解校园的概貌；此项技术将教学与生活巧妙地联系在一起，不仅为学生的校园生活增添了很多乐趣，而且丰富了教学模式。由此可以预言，虚拟现实技术将广泛的应用于中国教育中。

然而纵观民族地区的整体教育水平，其教育质量有逐年下降的趋势。首先在教学手段方法趋于单一，其次教学内容也枯燥无味，教学设施陈旧、很多年未曾更新过等等都成为了阻碍民族教育发展的一系列问题。

鉴于这一现状不能在短期内改变，虚拟现实技术的应用也还未完全普及。国家在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》正式和首次全国教育信息化工作会议召开后，树立了教育信息化工作坚持促进信息技术与教育教学深度融合的核心理念。“十三五”期间，要以中央“四个全面”战略布局统揽全局，以“构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系为方针。各省级教育行政部门在统筹推进的基础上，要着力加强对本地落后地区教学点的支持力度。由此可见政府对于民族地区教育的重视程度，并且虚拟现实在教育中的实施将对于民族教育的多样化产生深远的影响。虚拟现实技术在民族区域的应用已然势在必行。

三、虚拟现实技术在民族区域教育应用中存在的问题与现状

虚拟现实技术应用于教育中是技术发展过程中一个里程碑式的跨越。然而，对于民族地区来说，经济落后、教育发展不平衡、新技术更新缓慢等问题对于引进虚拟现实技术来说是一个不小的阻力。不仅如此，VR技术在应用过程中也遇到了以下几点问题。

1、技术短板

由于虚拟现实技术还未趋于成熟，造成了设备价格昂贵，局限性大等缺点。市场上主流的厂商，如OculusVR、三星GearVR、GoogleCardboard，以及HTCVive等。但是无一例外，全都面临着技术难题：（1）分辨率不够高，用户体验感较为粗糙，一定程度的影响沉浸式体验，对于产品前景也有不利影响。（2）网络连接方式的局限性，OculusVR和HTCVive等需要通过连接电脑端HDMI接口来连接网络。作为后起之秀的三星GearVR设备随便不存在这样的问题，但需要与之匹配的三星设备才能连接网络。（3）健康问题。虚拟现实技术是由计算机创造的数字世界，因此长期使用会产生一些身体的不适，如晕动症、疲劳和恶心等。

2、教育资源设计和开发技术门槛高

由于学科教师无法开发设计虚拟现实的课件，并且企业的设计和开发人员又对教育内容和教学方法又知之甚少。这样容易出现教学内容的主观性和片面性，从而无法满足实际的教育要求。而要使开发内容客观可信则需要学科教师同专业团队相配合，这样来讲教育资源设计方面便异常困难。并且此项技术与教学内容的技术相结合理论上需要耗费巨大的时间和精力，很难做到全面覆盖。在我国，大多数的高校远程教育中，仅仅推出了基于www方式的课件教学的服务。这些课件的实时远程教育方式还有待发展，这种方式目前缺乏很好的交互性。因此降低虚拟现实技术的开发和设计难度以方便教师的使用，成为了接下来的研究重点

3、虚拟现实技术对教师提出更高的要求

虚拟现实技术应用与民族区域教育中。大大简化的传统教育模式的繁琐步骤。但是，这对于教师的能力产生的挑战，因此教师只有不断的提高自己的能力，才能在教育中继续发挥主导作用。对于教师来讲，虚拟现实技术是一把双刃剑，有利的是它可以让学生更加独立自主的完成学习进程，也能够给教师更大的发展空间，而弊端也恰恰是它需要教师衡量好自己在利用这项技术时发挥的作用，掌握好教学尺度。因此教师应该不断的充实自己，提高技能，以m应教育现代化、民族化的需要。

4、虚拟现实技术受众群体不足

相比较于国外的迅猛发展，我国的VR研究起步较晚，错过了飞速发展的黄金时间，造成了虚拟现实难以及时推广和普及的问题。尤其对于这项技术，很多人处于一知半解的状态，还有很多人根本没有听说过。所以想把这项技术推广到民族区域教育方面可能会受到很大阻碍，因为群众对于新鲜事物的接受能力不强，尤其是这种从传统思维方面很难接受的新兴技术。可见亟需提高国民的意识形态和对于虚拟现实技术的认识，扭转国民对于这项技术的偏见。虚拟现实技术的群众基础比较薄弱，将成为其进军民族区域特色教育的一大重要问题。

四、前景与展望

由于虚拟现实技术强大的模拟功能，对于提升技术水准，改善教育环境，培养新型创新人才有着深远的意义。尤其对于民族特色教育来说，虚拟现实教育可以通过更加立体，更加生动的手段将传统教学方式变得更加容易使少数民族学生接受。这对于少数民族教育方面可谓是一个质的飞跃，可以从根本上解决老师和学生之间有时存在的语言不通等的难题。尽管当前虚拟现实技术还有待完善。设备的更新换代价格也比较昂贵，少数民族地区无法普及。但是随着科技的进步，技术完善，以及国家的高度支持，虚拟现实技术在民族区域的教育中充分发挥出其优势和潜力。将会在教育历史中留下浓墨重彩的一笔。

【参考文献】

[1] 陈浩磊，邹湘军.虚拟现实技术的最新发展与展望.中国科技论文在线，2011.1.1-5.14.

虚拟技术的发展现状例10

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VMware ES-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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