虛擬現實技術的應用與展望

摘 要：主要介紹了虛擬現實技術的基本概念、發展歷史和實際應用，通過闡述虛擬現實技術在教育教學、工業設計、機械制造等領域中的應用，突出了虛擬現實技術在科技發展和提高人們生活質量等方面的積極推動作用，并對虛擬現實技術的發展和展望做了簡要的說明。

關鍵詞：虛擬現實；工業設計；文化教育

前言：虛擬現實技術已經逐步走進了我們的生活，我們在更多時候是將虛擬現實技術帶給我們的感覺當作了一種預知、或者是預先的一個概念認識。虛擬現實技術幫助我們由想到做的之間架起了一座可靠的橋梁，幫助我們盡可能的實現我們的想法，在最大限度內發現設計與現實的差距、誤差甚至是錯誤，避免了一些由于沒有前期經驗而導致的錯誤的出現。虛擬現實技術的應用前景是很廣闊的。它可用于教學仿真，也可應用于產品設計領域，也可應用于機械加工等領域。利用它可以創建多媒體通信、設計協作系統、實境式電子商務、網絡游戲、虛擬社區全新的應用系統。

一、虛擬現實技術

（一）虛擬現實技術。虛擬現實（Virtual Reality），又稱靈境、擬實，是近20年發展起來的一門新技術。它采用計算機技術和多媒體技術，營造一個逼真的具有視、聽、觸等多種感知的人工虛擬環境，使置身于該環境中的人通過各種多媒體傳感交互設備與這一虛擬的環境進行實時交互作用，它集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發展成果，并隨著這些信息技術的突破而迅速發展起來。目前已經廣泛應用于軍事、科學計算可視化、教育與培訓、設計與規劃、虛擬測試、虛擬游覽、購物、交互式娛樂、工程技術、科技探索等多方面領域。[1]

（二）虛擬現實系統的類型。虛擬現實系統根據用戶參與形式的不同一般分為4種模式：桌面式、沉浸式、增強式和分布式。桌面式使用普通顯示器或立體顯示器作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口；沉浸式可以利用頭盔式顯示器、位置跟蹤器、數據手套和其他設備，使得參與者獲得置身真實情景的感覺；增強式是把真實環境和虛擬環境組合在一起，使用戶既可以看到真實世界，又可以看到疊加在真實世界的虛擬對象；分布式是將異地不同用戶聯結起來，對同一虛擬世界進行觀察和操作，共同體驗虛擬經歷。

二、虛擬現實系統的應用

（一）虛擬現實技術在教育教學上的應用。虛擬現實技術在教育教學上能實現課程的數字化學習， 可將課程學習內容作為學習者的學習資源， 并將其他的相關資源一并提供給學習者， 實現資源共享；能按照超文本、超鏈接的方式組織管理學科知識和各種教學信息， 有利于學習者主動發現、主動探索知識， 發展聯想思維和建立新舊知識之間的聯系； 能提供界面友好、形象直觀的交互式學習環境， 不受時空和距離的限制， 可讓各地的師生共處于一個虛擬空間中， 有利于激發學習者的學習興趣和進行協商會話， 實現合作學習；能提供圖文聲像并茂的多種感官綜合刺激， 提供生動活潑的直觀形象思維材料， 使學生從思維、情感和行為三個方面參與教學活動， 有利于學習情境創設和大量知識的獲取與保持；可以彌補實驗教學條件的不足。

（二）在工業設計仿真方面的應用。產品是人類設計思想付之于實施的產物，產品設計所著重考慮的是產品的造型、結構和功能等方面， 目的是生產制造出符合人們需要的實用、經濟、美觀的物品。將VR 技術應用于工業產品設計， 是目前VR在工業設計領域應用的主要方式。運用虛擬現實技術， 美國波音公司無圖紙化設計波音77 獲得成功， 是近年來引起科技界矚目的一件里程碑式的應用。如果把VR 技術與不同的產品設計領域結合， 隨之會誕生許多新穎的概念： 如虛擬產品設計、虛擬環境設計、虛擬建筑設計、虛擬園林設計、虛擬裝飾設計、虛擬人機工程學設計等等。

虛擬產品設計（VPD ） 就是借助于虛擬現實系統， 是將產品開發全過程數字化， 用集成的功能強大的VR 工具， 模擬整個產品的開發過程，在計算機的虛擬空間中進行產品的設計、分析、優化、加工、裝配、測試、工藝、質量控制、人機工程學驗證等過程。這種從設計到分析再到設計的循環， 反復多次直到滿足設計要求， 全部是在虛擬空間中完成的。

（三）虛擬現實技術在制造業中的應用。目前，在這一領域，美國處于國際研究的前沿，許多大學和科研機構都在從事虛擬制造的研究工作。美國Boeing飛機公司設計的一架VS—X虛擬飛機，它可用頭盔式顯示器和數據手套來進行模具技術

2004.No.5 5 7觀察與控制，當手指指向飛機時就可以看到跑道上的飛機起飛；手指向下，飛機便停下來。通過其它手勢，還可以進入座艙，起動發動機，進行飛行試驗或者打開應急門。這種虛擬飛機可以讓設計人員身臨其境地觀察飛機設計的結果，并對其外形、內部結構及使用性能進行考察。Michigan大學的VR實驗室采用沉浸式虛擬現實對一艘PD337 海軍運輸船的生產過程進行了模擬。船的雙層底模型是用AutoCad 生成，然后轉換成虛擬原型。利用沉浸式虛擬現實可以步入實物大小的船體模型中觀察其特性，發現在開始的CAD/CAM 模型中存在很多問題。比如： 有些間隔無法進行焊接，以及很多的剛性衍架放到船的另一側去了。研究的第二階段是船的裝配。通過模擬一個真實的造船廠的標準裝配過程研究了裝配的不同階段的焊接操作和起吊機的運動以及其他的步驟。

三、虛擬現實發展趨勢與展望

（一）虛擬現實發展趨勢。虛擬現實將應用于更多的領域之中，深入到人們生活的各部分，細化各項工作的可實現程度，盡最大的努力將可能發生的錯誤減小到最低，甚至是沒有錯，我們在真正實施某項工作之前會將其可實施性做一個虛擬現實的實現，將各種可能發生的情況加入其中，通過數據反饋得到結果，幫助我們判定此方案的可實施性。

虛擬現實技術也在幫助我們學習，學校的孩子能夠通過虛擬現實技術重新看到白堊紀的恐龍，看到物種的演化和發展，幫助孩子們更真實的感受到學習帶來的快樂。同樣，老師在虛擬現實技術的幫助下，用更生動的形式講述那些無法只用文字就能表述的清楚地課題。這種交互的反饋信息，能積極地將人們的學習動力提升。

在成人的學習中，很多無法通過實際操作的實驗，虛擬現實技術幫助我們實現了，基于一定的數據基礎的實驗結果，幫助我們理解其中的各個操作過程。

（二）虛擬現實的展望。在符號化的虛擬世界里，實踐主體、實踐客體、實踐中介都較以往固定的對實踐三要素的認識所不同；虛擬現實技術深刻的改變了人類主客體相互作用的方式。人類的實踐方式決定了人類的思維方式，虛擬實踐在虛擬世界里建構了新的思維方式。因為本文是從廣義的角度來理解虛擬現實技術的，即虛擬現實技術與網絡技術的聯姻，互聯網代表了資源共享的含義，這種結合使得虛擬現實技術從“精英技術”轉交為“平民技術”，也使得虛擬現實技術在社會上逐漸普及。

參考文獻：

[1] 陳浩磊，鄒汀軍等.虛擬現實技術的最新發展與展望[J].中國科技論文在線，2011，1，Vol.6，No.1：1-5.

[2] 曾怡.虛擬現實技術在教育領域中的應用[J].時代教育，No.9：182.