虚拟现实技术论文范文

虚拟现实技术论文篇1

1.虚拟现实技术的基本特征

虚拟现实技术有沉浸感、交互性、想象力等三大基本特征。

(1)沉浸感:沉浸感可理解为浸入性，虚拟现实技术的发展已经可以使人“沉浸”在计算机模拟出来的虚拟环境中而不分真假，让使用者感觉已经成为了虚拟世界中的一部分，从而使用者从被动的观察者成为主动的参与者。理想的虚拟环境是可以达到让使用者难分真假的程度，由于目前科学技术发展的局限性，虚拟现实系统研究与应用比较成熟的只有视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸和嗅觉沉浸。

(2)交互性:交互性主要指使用者操作虚拟物体和从虚拟环境中得到反馈信息的程度。交互性是虚拟现实技术同传统多媒体技术差别最大的地方，强调人机交互的自然性，如植物的摇动、水系的流动、鸟虫的鸣叫等。当学生在虚拟环境中抓住一个实体，其感受都与自然环境中一致或者极为相似。但交互性的有效性和实时性就需要回馈设备等强大的硬件系统和特殊设备支持了。

(3)想象力:虚拟现实技术具有十分开放的构想性。使用者沉浸在虚拟的环境中，除了体验真实的自然感觉，还可以想象一些客观不存在的超越自然的环境。虚拟现实技术可以提供这种丰富想象空间的特点，能够使学习者增加兴趣，提高学习效率。

2.虚拟现实的软件系统

想要实现虚拟现实必须硬件和软件相互配合，软件系统是实现VR技术的关键。

(1)Virtools:是一款功能强大，整合丰富的产品，它能将各种复杂的3D模型，2D图片及声音文字很好地整合在一起，开发具备丰富行为模块的3D虚拟环境，已经运用于多种3D产品当中。

(2)VR－Platform:这款软件比较方便，可以在配置不是特别高的计算机上使用，运行流畅，但同时效果也有一定的损失，能够满足基本的3D浸入和360度视角观察。

(3)Quest3D:该款极具实用性的产品，有着良好的交互性，支持导入文件的格式非常多，音频视频都可以灵活方便的加载，Quest3D可以满足大多数编辑者的应用需求，利用它可以比较方便地创建出复杂的图形程序。

(4)EONStudio:在处理已经建模的3D模型时这款软件较为方便，可轻易在导入的模型上加入设计的动作。

(5)Converse3D:是一款比较成熟的整合软件，在兼容性方面比较突出，运用起来高效并稳定。

(6)WireFusion:这款软件在web3D中应用较多，不需要用户独立的编程，而采用简单的拖放式操作，就可以轻松地建立动态的web3D网页。

(7)CityMaker:是国内自主研发软件，很有专业的针对性，在建立虚拟建筑和虚拟城市方面有很强的应用能力，是一款面向规划与建筑行业的专用软件。当然，各种软件复杂多样，设计目的不同所以倾向性也各有不同。当前，适合园林植物景观设计教学的有Virtools、EONStudio、WireFusion软件。但是，大多数软件使用费用较高，并且专业方向不明显，与行业的结合不够紧密，使用时经常需要二次开发(如天正CAD、中望CAD)。

二、VR技术在“园林植物景观设计”教学中的应用

VR技术应用于“园林植物景观设计”教学是科学技术发展所产生的新形式。区别于传统教学，VR技术的优势非常明显。在VR技术应用现实系统中，按照项目分析、方案设计、施工图设计等教学流程完成“园林植物景观设计”课程作业。

1.项目分析阶段

在“园林植物景观设计”虚拟项目教学中，许多学生常常无法亲临项目现场进行实地考察，可以采用VR技术进行场地分析、环境评判，并通过网络平台，进入到虚拟项目的场地内部，全面了解项目的周边环境，包括气候条件、地质条件、交通状况、人流分布、水系分布、土壤条件、植物资源、历史文化等现状特征。

2.方案设计阶段

在方案设计阶段，学生需要将一些景观节点定位定量地表达出来，包括植物配置平面图、立面图、剖面图及局部效果图。采用VR技术使学生能够进入虚拟的场地空间中，直接摆放、移动、组合各种园林植物，反复调整植物种类、位置、数量，综合对比不同植物组合的景观效果和空间形态，较大程度弥补了传统教学中学生对植物空间与环境无法进行综合感知的缺陷，进一步激发学生的创作灵感。

3.施工图设计阶段

在该阶段，可采用VR技术对植物种植模式和植物空间组合进行高度仿真，模拟植物的栽植位置、植株大小及材料种类，最终完成植物种植总平面、体现高程和剖面的竖向组合图、植物与各种景观要素搭配立面图等，其间反复调整植株数量和树木株行距获取最佳的生态效益和景观效果，可以直观地展示出植物群落的景观特征和空间形态。

三、虚拟现实技术在“园林植物景观设计”教学中应用的难点

1.程序设计难点

园林植物景观设计是风景园林本科生的重点学习内容。随着季节的变化，四季中同一地点植物也会有着完全不同的景观效果，所以如何编写基于VR技术的程序，体现出植物景观的时效性，也就成为VR技术应用的难点。

(1)将植物群落四季交替的数据信息输入VRML的场景数据库中，当学生需要观察不同季节植物景观特征时，实时改变场景信息即可。但数据的获取较难，可以在教学中利用OnyxComputing公司的TreeProfessional，这款插件有一定的树木参数库可以利用。

(2)动画技术比较成熟，四季的情景很容易模拟，但运用在VR技术时缺点极为明显。动画每帧的顺序都是固定的，编辑好的，这样就大大降低了VR技术实时调整的交互性，同时动画无法提供操作人自然的物理互动，所以浸入性也大打折扣。

2.硬件支持难点

各种植物三维模型是由许多面组成的，达到理想的虚拟效果需要计算机有很强的运算能力。一株枝叶丰富的景观树模型大概需要几千个面，如果仿真一个很大的植物种植场景，可能产生上千万，上亿的面，对于计算机硬件的压力是十分巨大的。

3.教学推广难点

虚拟现实技术的应用需要较高专业水平和较强的计算机技术应用能力，而目前一些高校同时具备专业能力和计算机技术水平的教师较少，严重制约了虚拟现实技术在“园林植物景观设计”教学中的应用与发展步伐。

四、讨论与建议

虚拟现实技术是一门新兴学科。将VR技术运用在植物景观设计项目分析、方案设计、施工图设计等教学阶段中，学生可以切实感受到植物的空间开合、群落的动态演替及四季景观的时序变化，使教学更加立体化、数字化、精确化、直观化，让枯燥的学习富有乐趣。在“园林植物景观设计”教学中推广VR技术，需要一个完整的虚拟现实系统，满足对园林植物、建筑小品、水体、地形、道路、铺装等景观要素进行三维模型的数据处理，并通过可视化界面技术构建园林植物景观虚拟环境，同时利用传感技术采集在游览植物景观场景过程中产生的视感、听感、触感和嗅感信息。但由于硬件技术、学校规模、师资水平的制约，VR技术在高校“园林植物景观设计”课程教学中几乎没有应用的范例。当前，计算机硬件、软件系统发展基本满足VR技术应用于“园林植物景观设计”课程教学，保证了采集类型的全面性和感知的多样性，并对采集到的感觉信息建立感知动态数据库，构建出人机互动的平台，促进了课程教学方法和植物景观设计本质的革新。

虚拟现实技术论文篇2

1.1、VR技术的特征

虚拟现实技术有沉浸感、交互性、想象力等3大基本特征。一个典型的VR系统，主要由专业图形处理软件、硬件系统(包括VR和VR软件，数据库)、输入和输出设备等部件组成。交互性是指通过输入和输出设备的用户，在虚拟环境中对象的范围是可操作的以及与自然环境的反馈程度，它的用户和虚拟环境之间接近虚拟环境中的交互方式是自然可取的。身临其境的参与感，也被称为是虚拟现实技术最重要的特征点，用户利用交互设备和自己的知觉系统，接触到虚拟现实环境中的真实程度。园林景观设计中VR技术的运用产生了巨大的影响，虚拟现实技术正在改变传统规划设计方法的许多方面。一方面，为创造景观虚拟现实技术提供了一种新的艺术表现手段：另一方面，它使景观规划设计方法和观念发生改变。计算机网络技术与虚拟现实技术相结合实现网络虚拟化，让更多的市民通过网络可以看到和听到设计师的作品，理解设计意图，参与景观规划设计。

1.2、园林景观设计中VR技术的关键技术

支持图形建模的软件工具有很多，由于3DSMAX对VRML有较好的支持功能，因此对园林景观设计师而言，3DSMAX是较为合适的建模软件。它不仅支持VRML程序的输出，同时还可以在VRML程序中通过选择摄像机在三维场景中进行导航设置，在场景中指定活动控件和感应器，丰富实时浏览的内容。所以，对于熟悉3DSMAX的园林设计师来说，VRML是一个很好的选择。景观设计中视景建模是虚拟现实的基础，也是园林设计的关键，要使参与者有沉浸感，必须创建真实的虚拟世界。园林场景的建立主要由AutoCAD和3DSMAX来完成，场景平面图在AutoCAD中处理完后导入3DSMAX中，进行园林模型的构建，然后将这些元素进行整合，整合后的地形模型上再加入如建筑物、小品、植物等充实虚拟环境，最后得到设计者理想的园林场景。三维图形的生成技术较为成熟，目前关键是如何实现实时生成设计中虚拟场景数据量较大的问题，典型的大规模场景，难以达到实时制的技术要求。为此，需要配置高性能计算机，为达到实时目的，至少要在保证图形质量和复杂程度的前提下提高刷新频率，这是影响该技术发展的瓶颈问题。设计师在园林设计方案过程中，需要有功能强大的交互技术作为支持，方便实时更换移动场景中的要素模型，以便于审视和比较设计方案的合理性；VR技术是交互、系统集成、管理模型识别和合成技术等多个技术的综合运用，如何将这些技术合理地运用，最大化地展示设计作品的功能理念是园林景观设计应用VR技术的关键。

2、园林景观设计中应用VR技术的意义

2.1、VR技术使景观设计意图直观呈现

园林景观设计要求设计师对空间形象思维要有一个整体的把握，既要考虑公众的要求，又要满足场景功能需要，同时达到与周边环境的相互协调，所以设计过程是一系列的创新过程。如何将规划、设计、施工、维护等工作合理地结合起来，即对项目施工前后所要呈现的效果有一个清晰、明确的方案和思路。VR技术应用在园林景观设计中，可减轻设计人员的劳动强度、缩短设计周期、提高设计准确性和工程质量要求。通常情况下，设计者会通过沙盘、三维效果图、漫游动画等方式展示设计效果，供决策者、设计者、工程人员以及公众理解和感受。以上的传统展示方式都各有其不同的优缺点，但有一个缺点是共同的，即不能以人的视点深入其中，得到全方位的观察设计效果，而运用VR技术则可以很好地做到这一点。使用VR技术后，决策者、设计者、工程人员以及公众可从任意角度，实时互动真实地看到设计效果，身临其境地掌握周围环境和理解设计师的设计意图，这是传统手段所不能达到的。

2.2、VR技术辅助激发设计师创作灵感

园林景观设计中，公众有时无法亲临项目现场进行实地考察，可以采用VR技术进行场地环境分析评判，并通过网络平台进入到虚拟项目的场地内部，全面了解项目的周边环境，包括气候条件、地质条件、交通状况、人流分布、水系分布、土壤条件、植物资源等现状特征。在方案设计阶段，设计者需要将一些景观节点定位定量地表达出来，包括植物配置平面图、立面图、剖面图及局部效果图。采用VR技术使设计者能够进入虚拟的环境空间内，直接摆放、移动、组合各种园林植物、小品，反复调整植物种类位置数量，综合对比不同植物组合的景观效果和空间形态，较大程度弥补了传统平面设计中对植物空间与环境无法进行综合感知的缺陷，进一步激发设计师的创作灵感。在该阶段，可采用VR技术对植物种植模式和植物空间组合进行高度仿真，模拟植物的栽植位置、植株大小及材料种类，最终完成植物种植总平面体现高程和剖面的竖向组合图、植物与各种景观要素搭配立面图等，其间反复调整植株数量和树木株行距获取最佳的生态效益和景观效果，可以直观地展示出植物群落的景观特征和空间形态。

2.3、园林景观设计中运用VR技术是必然趋势

园林景观中常用的设计要素，如植物、地形、水体等都是不规则的形体，用计算机的模型表示会非常复杂。例如，一棵树有成千上万片树叶，做成模型后需要用到的面数量庞大，这对于普通民用计算机来说，实现流畅的VR效果是不可能的。因此，VR技术在园林造景中的应用研究仍处于起步阶段。当前，计算机的运行速度不能满足完全建模情况下园林景观的虚拟现实，那么只能使用贴图(MAP)的方式来模拟其中的植物。使用一张处理好的树木照片，就能在VR中用一个面来表现一棵树，虽然在真实度方面会有一定的损失，但相对于完全建模所需的上百万个面来说，这样操作能减少工作强度。随着季节的变化，四季中同一地点的植物也会有完全不同的景观效果，所以，如何编写基于VR技术的程序，体现出植物景观的时效性，也就成为VR技术应用发展的方向。将植物群落四季交替的数据信息输入VR的场景数据库中，当公众需要观察不同季节植物景观特征时，实时改变场景信息即可。从20世纪80年代提出VR技术应用在园林景观设计中的创新理念，到现在虚拟现实技术得到了很大的发展。与传统风景园林设计思维相比，VR技术突破了传统维度限制的虚拟风景园林，应该是一种相对全面的设计表达系统。未来应用VR技术辅助园林景观设计是发展的必然趋势，现代科技能够将风景园林的物质功能与信息功能分别赋以不同的载体，使一些风景园林的存在形式发生质的飞跃。

3、讨论

园林景观设计中VR技术的应用，为设计者和公众提供了观察自然景观形态特征的强烈支持。它可以激发公众与多维化信息环境的互动，设计师可以直观阐述对项目案例的感性与理性认识，从而激发公众产生共鸣和认同。VR技术运用在植物景观设计的项目分析、方案设计、施工图设计等阶段中，可以使决策者或公众切实感受到植物的空间布局、群落的动态演替及四季景观的时序变化，使设计作品更加立体化、数字化、精准及直观化，让单调的项目案例富有意境、内涵和乐趣。虽然VR技术在城市规划、建筑设计等领域发展得相对比较成熟，但由于园林景观设计要素的多变性与复杂性，为VR技术在该领域的应用推广造成诸多瓶颈。随着多维信息环境交互技术的迅猛发展，未来有理由相信VR技术必将引领园林景观设计的发展之路。

虚拟现实技术论文篇3

1.1 来源于以虚拟现实（VR）等为核心的现代计算机技术在建筑业的应用

虚拟现实技术起源于美国，是包括图形/图像处理、人体器官位置跟踪、音响处理、交互传感、网络通讯及建模技术在内的综合性极强的高新信息技术，“它为人机交互对话提供了更直接的真实的三维界面，并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户具有身临其境的沉浸感”[1].

虚拟现实技术在军事、工程建设等领域得到了广泛的应用，我国 863 高新技术计划将 VR 技术列为关键技术进行研究，此后 VR 技术在我国得以发展。以下是建筑业应用 VR 技术取得的一些成果：

Graphisoft 公司开发了以“虚拟建筑”为核心的 Archi CAD 软件，对设计项目的三维计算机模型可视、可编辑、可定义。Ahmed F. Waly 等人利用虚拟现实建模技术（VR modeling techniques）和面向对象的 CAD 技术开发了集成虚拟计划工具——虚拟建设环境（VCE），该工具可以经济而逼真地模拟主要施工过程，并可检验各种行动方案[2].

二滩电站的展示部分采用了虚拟现实技术，用户可以轻松浏览二滩环境及大坝的任意一个部位[2].国内在对施工过程中结构的仿真和可视化计算方面取得了一些成果，可以模拟各种施工过程[3].上海正大广场工程是我国首次将虚拟现实技术应用于建筑工程的项目。

虚拟企业又称为虚拟组织、虚拟公司等，本文对此不加区分。

“虚拟企业”一词由肯尼斯。普瑞斯等人于 1991 年在向美国国会提交的一份报告中首先提出。“虚拟企业可以视为一些相互独立的业务过程或企业等多个伙伴组成的暂时性联盟，每一个伙伴各自在诸如设计、制造、销售等领域为联盟贡献出自己的核心能力，并相互联合起来实现技能共享和成本分担，以把握快速变化的市场机遇。”[4]自此以后，关于虚拟企业的理论研究成为管理科学中一个研究前沿和热点，并已经在实际中得到广泛应用[5].

虚拟建设的概念由虚拟企业引申而来，是虚拟企业理论在工程项目管理中的具体应用。美国发明者协会于 1996 年首先提出了虚拟建设的概念。

国内外在这一方面的研究成果如下：（1）欧美发达国家近年来的研究主要集中在如何增强建设项目全寿命周期中各组织间的沟通和合作问题上[7]，即研究如何利用 3-D CAD、4-D CAD、VR 等计算机技术将建设项目管理的各项职能进行集成。主要研究项目有：OSCON 项目、ATLAS 项目、SPACE 项目、CAVALCADE 项目、WISPER 项目、OSMOS 项目、DIVERCITY 项目，不少项目已有成果报道等。

（2）目前国内的研究成果有：徐友全做了题为《虚拟建设模式（Virtual Construction）的研究》的博士论文，论文从虚拟企业理论出发研究了虚拟建设模式的思想、组织、方法和手段。论文研究的主要创新点是：虚拟建设模式的思想；虚拟建设模式的组织设计原则；虚拟建设模式的组织模型、组建步骤及协调中心的组织和任务；虚拟建设模式信息系统（PIS/NT）的概念和功能[5].何清华在《虚拟组织在建筑业中的应用——虚拟建设》一文中总结出虚拟组织必须具备的特点，然后提出将虚拟组织应用于建筑业的可行性及挑战性；最后提出虚拟建设的组织模式、特点及对建筑业所带来的意义。彭勇在《虚拟建设——新型的工程项目管理组织模式》中分析了虚拟建设产生的背景，提出了虚拟建设的概念和内涵，并概述了虚拟建设实施过程中信息分类的方法等。

2 、虚拟建设内涵

3 、发展建议

针对上述情况，虚拟建设的实现可以从技术层面入手，进而过渡到组织管理层面，最终实现技术和管理的集成。短时期内，我国建筑业企业应从技术层面入手，加大现代科技特别是计算机技术在工程项目建设中的应用，推进工业化和信息化；同时在企业发展方面，着力发展培养核心能力，特别是要学习、借鉴先进生产和管理的思想方法，不断提高管理水平。这是企业发展的必由之路，也是实现虚拟建设的关键所在。

[1] 梁民、刘珍平、张培仁等。虚拟现实在水坝系统中的实现。计算机应用，1999，19（8）。

[2] Ahmed F. Waly， Wslid Y. Thabet. A Virtual Construction Environment for preconstruction planning. Automation in Construction， 2002 （12）： 139-154.

[3] 袁向荣、高勇利、卜建清。结构工程及虚拟现实技术。石家庄铁道学院学报，2000，13（3）。

[4] 陈剑、冯蔚东著。虚拟企业构建与管理。北京：清华大学出版社，2002（13）。

[5] 陈剑、冯蔚东著。虚拟企业构建与管理。北京：清华大学出版社，2002（9）。

[7] Anthony D.Songer， James E.Diekmann， Khaled-Al Rasheed， Benjamin Hays. Construction scheduling using 3-D CAD and walk-thru. Construction Innovation ， 2001（1）。

虚拟现实技术论文篇4

关键词：虚拟演播室 教育训练 应用

随着虚拟演播室技术的不断发展，虚拟演播室开始走进院校的信息管理中心、电视台、新闻宣传等部门，服务于教学训练，虚拟演播室对于教学训练的地位作用日益凸显，它正逐步应用于教学训练的各个领域，促进了教学训练模式的创新发展。

一、虚拟演播室基本情况概述

（一）虚拟演播室的基本原理

虚拟演播室（Virtual Studio）由计算机系统、电视摄像机、图形图像发生器、色键器、跟踪设备以及视音频切换台等构成，是近年来虚拟现实技术和传统的色键抠像技术相结合的产物。虚拟演播室技术就是利用色键抠像技术更换视频背景，再用由计算机制作的二、三维场景替换被色键抠除的蓝箱背景，利用计算机三维图形技术和视频合成技术，根据前景摄像机的位置焦距等参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，通过色键器合成，使前景中的人物、道具看起来完全处于计算机生成的虚拟场景中，从而创造出逼真、立体的演播室效果。

（二）虚拟演播室的关键技术

虚拟演播室技术主要包括摄像机跟踪技术、色键抠像合成及定位技术、实时渲染技术、灯光技术、背景蓝箱技术等。

1、摄像机跟踪技术

摄像机跟踪技术指在节目拍摄过程中实时获取摄像机在演播室中的实际位置参数和动作参数，包括摄像机镜头参数、云台运动参数、摄像机空间位置和角度参数。借助参数判断摄像机、前景人物、虚拟场景之间的相对位置关系，帮助系统实现真实摄像机与虚拟摄像机的锁定。使虚拟场景产生对应变化，与前景真实结合在一起，为系统正确地模拟背景提供了重要保证。

2、色键抠像合成技术

色键抠像合成技术是指处理摄像机在蓝色背景中拍摄的真实景物视频信号时，运用色键技术指定色度和饱和度值，图像信号中与这个指定数据相同的区域将被抠去，使被摄主体同纯色背景分离。抠去的背景区域被虚拟场景所替代，完成图像的合成。

二、当前虚拟演播室在服务教学训练中存在的问题

（一）资源共享不足，加大了虚拟演播室的工作负担

随着教学改革，教学训练对教育技术的需求呈现任务需求批量小、灵活多变、日益复杂且技术水平要求高的趋势。例如：网络课程的制作科目多，每个课程的虚拟场景均不同，甚至同一课程需要制作几个虚拟场景。且随着教学需求的不断提高，教学场景的制作要求随之提升，并且制作的场景可能只适用一节课，无形提高了制作中的技术成本。如果拥有成熟的资源共享平台，将会有许多素材无须进行二次处理便可直接拿来使用。正由于资源共享的不足，在原本工作量大的基础上又要做相关素材的重复处理工作，加大了虚拟演播室应用工作的负担。

（二）教育技术人员的技术水平与虚拟演播室的技术要求存在差距，制约了演播室功能的发挥

随着信息技术的飞速发展，技术人员相应的技术水平也不断提高，尤其是3D技术的不断提升为虚拟背景的生成打下一定基础，但仍处于初级水平。若要求制作一个基于3D技术支撑的教学训练虚拟场景，难度还是相当大的。特别是任务重、工期紧、制作质量要求高时，人员技术水平偏弱这一问题更加突显，这严重制约了虚拟演播室功能的发挥，无法满足教学训练的发展需求。

（三）基于虚拟演播室的理论研究不足，制约了其在教学训练中的应用

为加快教育技术服务教育训练的保障质量与技术含量，针对院校教学训练模式、教学特点做了一定的研究，尤其在虚拟演播室服务教学训练中的应用研究。但通过查阅资料，发现高质量的可参考的相关论文数并不多，且大多停留在理论层面，而非经过实际教学训练实验后的结论。虚拟演播室的教学应用方面，提出的虚拟演播室在教学中的运用提高了录制质量、降低了制作成本等，这些优势太过普遍、笼统，可以说是虚拟演播室具备的，不仅限于教学应用。由于没有高质量的相关教育教学应用研究与高技术水平的技术团队支撑导致在远程教学、新闻制作及服务教学训练中并没有将虚拟演播室的优势发挥出来。

三、解决现有问题的对策

（一）加强技术人才队伍建设，组建一支具备高品质作业能力的技术人才队伍

加强人才队伍建设虽是老生常谈的话题，但针对教育技术飞速发展的今天仍然适用。如虚拟演播室技术，包括其需要的第三方软件Maya、3dMax、Photoshop等软件都在不停的更新，功能也不断强大，因此，必须组建一支各有所专又技术涉及面广的具备高品质作业能力的技术人才队伍，充分运用前沿技术服务教学训练。具体做法：一是在现有人才基础上，培养各自所长专业并自学提高。二是制定培训计划，分批次外派到专业院校有针对性的学习。三是根据实际情况，按需送技术人员到短期培训机构学习。四是主动深入教学训练一线，了解学员所需，指导帮助教员制作相应教学训练“作品”，充分实践。

（二）加强虚拟演播室与媒体资源管理系统的共建，以网络形式实现资源共享

伴随教学改革的不断发展，教育技术服务教学训练的要求越来越高，相关工作量及技术储量日益增加，促使加强资源共享工作的落实迫在眉睫。具体做法：一是将制作的虚拟场景、多媒体素材等上传到媒体资源管理服务器，用计算机网络形式将各个孤立的非编工作站和媒体资源服务器连接起来，实现素材共享、流水线作业，提高工作效率。二是将虚拟演播室制作的虚拟现实多媒体、网络课程与系统研发及网络管理系统建设结合起来，相互促进，共同发展。

（三）加强虚拟演播室理论及应用研究，创新虚拟演播室服务教学训练模式

基于目前虚拟演播室服务教学的研究现状，及为顺应教学改革发展创新，将虚拟演播室的功能充分发挥出来，作为教育技术专业的研究人员应主动作为，发扬主动创新意识，参照国内、外院校的做法，以现有理论成果为基础，投入教学训练改革，用理论指导实践，实践创新理论，探寻虚拟演播室服务教学训练新模式。

参考文献：

[1]付建清.虚拟演播室技术及其在电视教材制作中的应用[J].吉林省教育学学报，2011，27（7）.

[2]武增强.虚拟演播室技术在教学资源建设中的应用研究[J].科技世界，2012，8.

[3]栗曦坤.虚拟演播室在技术在教学中的应用研究[C].辽宁师范大学硕士论文集.2005年.

虚拟现实技术论文篇5

关键词：数码技术；室内设计表现；虚拟现实

数码技术在计算机辅助教学、计算机辅助制造、通信与信息产业、传统广播电视行业、信息家电行业与数字媒体艺术领域得到了广泛应用，具体体现在广告制作、影视制作、平面设计、虚拟空间设计、计算机动画制作、游戏设计制作等方面。数码技术的涉及面是非常广的，它涉及计算机文化与应用技术、美学与美术技能、网络技术、图形图像技术、软件工程等，还涉及中西艺术审美观。为了满足当前室内设计表现的创新性要求，在大批设计人员的努力下，现代室内设计的表现方法层出不穷、日新月异。所谓的创新性，就是要求设计师发挥想象力和设计灵感，综合各种设计思维，设计出效果独特的空间形式。在当下的室内设计表现中，一些设计师仅仅通过设计草图、手绘效果图或电脑制作的效果图来表达设计理念，试图用这样的理念表达形式传达完整的设计思想。仅有平面图、立面图、剖面图、节点图、透视图等较多的图片表达形式，还不能完整地表现设计主题，会限制设计委托方对设计的理解，从而影响设计委托方对设计的判断。这就需要设计师在设计中加入新的元素，从而解决这一问题。

虚拟现实技术可以用来改进设计的表达形式。虚拟现实是一种高级的人机界面，它可以实现味觉、嗅觉、听觉、触觉与视觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互，既能模拟现实世界的信息，又能虚拟人类无法创造的环境信息。人们对虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR）并不陌生，它是一种四维的虚拟环境，即在三维的基础上，增加了“时间”这一维度，这是虚拟现实技术与传统3D技术最大的区别，也是其最大的优势。虚拟现实的概念源于萨瑟兰的“终极显示”（TheUltimateDisplay）概念。对于“终极显示”这一概念，萨瑟兰是这样描述的：“通过这个窗口，人们可以看到一个虚拟的世界。富有挑战性的工作是怎样使那个虚拟世界看起来更加真实，在其中行动真实，听起来真实，感觉就像真实世界一样。”他设想用计算机构建一个虚拟的物理世界，观众可以与其进行交互。现在，虚拟技术在计算机硬件和相关虚拟软件的支持下，可以模拟出一个接近现实环境的场景。在这个虚拟的场景中，使用者可以看，可以听，甚至可以触碰，也可以进行互动交流，与在真实的环境中几乎相同。这就是虚拟现实技术的优点。1993年，迈克尔•海姆博士在《从界面到网络空间：虚拟实在的形而上学》一书中归纳了此前研究者对虚拟现实特点的描述，即模拟性、人工性、沉浸性、全身沉浸、交互作用、网络通信。同时，他还综合自己的研究，将虚拟现实的本质特性概括为四种，即主动性与被动性、操作性与感受性、远距离出场与对现实的强化。虚拟环境对现实的模拟程度可以分为三个等级：远程呈现、增强现实、虚拟世界。远程呈现的现实度最高，它可使用户以远程的方式虚拟出场。出场相当于“在场”，即用户能够在现场之外实时感知现场，并进行某种操作。增强现实是指通过计算机将虚拟的信息叠加在现实场景上，它具有中等的现实度。虚拟世界是最远离现实的，它是完全虚拟的，是数字化且无边界的虚拟环境。

完整的室内设计流程有以下几个阶段：资料收集阶段、概念设计阶段、方案设计阶段、施工图设计阶段、施工实施阶段、设计后评价阶段。每一个阶段的重点是不同的。虚拟现实技术主要可以在方案设计阶段得到应用。应用虚拟现实技术进行室内设计的基本要素包括虚拟建模、虚拟渲染、虚拟摄影机设置、运动速度控制等。其一，虚拟室内建模。虚拟室内建模可以先用其他三维软件进行，在专业的三维建模软件中建立三维模型，然后放到相应的虚拟环境之中。另外，VRML等专用的虚拟现实建模语言也可以完成此项操作。其二，虚拟室内渲染。导入的模型可以利用OpenGL完成渲染，也可以用SketchUp进行渲染。其三，虚拟摄影机设置。在虚拟室内空间中，虚拟摄影机可以模拟虚拟观察者的眼睛。一般情况下，焦距应与人的正常视野接近，高度一般为人眼的平均高度。如果需要漫游，虚拟摄影机应尽量保持平视。其四，运动速度的控制。物体运动快慢不同会给人带来不同的心理感受和视觉影像，这就需要设计师根据场景的性质设置不同的运动速度。恰当的运动速度能给人一种身临其境的虚拟场景体验，能让观察者获得更好的体验。以往的室内设计表现方法是以图纸为载体表达设计师的设计构想，设计师采用这种表达形式无法全方位地与设计委托方进行交流，在空间的设计上也会因为见解的不同而产生不同的空间感。设计师运用虚拟现实技术可以使设计委托方看到逼真的室内环境，使其充分了解设计师的设计意图，直观地就设计中的问题与设计师进行交流，提出调整意见，得到自己想要的设计形式。

设计师运用虚拟现实技术并结合设计思想，可以创造出一个充分表达设计理念的虚拟建筑室内空间，可以全方位地表现室内空间的布置和特点，从而完整地表达设计意图。虚拟现实技术为室内设计表现打开了一扇新的大门。虽然现在无论是在理论上还是在技术上，虚拟现实技术还有很多不完善的地方，但随着相关技术的不断发展，虚拟现实技术定能在室内设计领域实现人类感觉高沉浸的虚拟。在室内设计中运用虚拟现实技术，将是一个必然的发展趋势。

参考文献：

[1]李位.数码技术研究.河北大学硕士学位论文，2005.

[2]方东.论数码技术的发展趋势.美与时代，2006（11）.

[3]于吉震，杜立君.论数字艺术的发展.装饰，2006（6）.

[4]付志勇，高鸣.三维游戏设计.清华大学出版社，2008.

[5]陈玲.新媒体艺术史纲：走向整合的旅程.清华大学出版社，2007.

[6]（美）迈克尔•海姆.从界面到网络空间：虚拟实在的形而上学.金吾伦，刘钢，译.上海科技教育出版社，2007.

[7]申蔚，曾文琪.虚拟现实技术.清华大学出版社，2001.

[8]刘丹.虚拟现实技术在环境艺术设计中的应用.湖南农业大学学报，2008（8）.

虚拟现实技术论文篇6

关键词：虚拟实践 哲学 研究述评

中图分类号：B2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0232-02

近年来虚拟实践由数字合成对象走出符号的思维空间成为真实的实践活动，极大的延伸了人类生存与发展的时空界域，并以空前的力度和全新的姿态开辟了人类前所未有的生存领域，并以空前的速度与规模改变着人类的实践生活的方方面面，这种正在迅猛发展并日臻完善的新式实践模式向传统现实实践提出了挑战。

马克思主义哲学作为时代精神的精华，虚拟实践作为跨时代的课题，对于深入理解马克思主义哲学的当代性、探索建构马克思主义哲学的新形态是具有十分重要的意义。近年来，学界关于这一课题进行了广泛而深刻的讨论与研究，该文就国内学界的一些主要观点进行梳理与评论，以期为当代虚拟哲学的进一步研究提供助益。

1 虚拟实践的界定

当前大部分虚拟实践的相关文章和著作都比较重视对于虚拟实践的阐释，但是对于虚拟实践的界定，学界存在一些争议。有学者认为虚拟实践并不是严格意义上的实践，真正意义上实践只能是物质生产实践，虚拟实践只是一种描述的过程，能证明或者能证伪一些命题，笔者认为这是对马克思主义实践观理解单一化、片面化、凝固化的表现；也有学者认为虚拟实践不仅具有实践的各种要素，其本质上也是一种双向对象化活动，我们应该将实践的思想与实践在新时期的发展结合，本着理论与实践结合的态度理解与认识虚拟实践。[1]大部分的学者还是倾向于支持将虚拟实践做为一种新的实践方式，从不同的角度对虚拟实践进行阐释和研究。曾国屏教授从实践活动的角度对虚拟实践进行了分析，他认为是将“可能性转换为现实性的创造性实践，是对现实的超越与扬弃”；[2]周甄武博士从虚拟实践与其它实践区别的角度，将虚拟实践界定为主体在虚拟空间使用数字化中介手段进行的实践；[3]天津社会科学院研究员李超元从虚拟实践的虚拟形态的角度主张将虚拟实践定义为“超越现实性的思维方式和实践方式”；在众多对虚拟实践的界定认可程度较高的是张明仓博士的著作《虚拟实践论》，他从实践主体―人的角度对虚拟实践进行了阐释，将虚拟实践被界定为：“人们在虚拟空间利用数字化中介手段进行的有目的、双向对象化的感性活动，所有的虚拟实践活动都人利用数字化中介手段对现实性的感性超越。”[4]

2 虚拟实践哲学观

作为虚拟哲学的一个重要分支，许多学者从哲学层面对虚拟实践上进行了更深层的研究，其中最具挑战性的问题主要较多集中在虚拟实践的本体论与实践观以及认识论三个方面。

2.1 虚拟实践的本体论研究

虚拟实践本体论旨在回答虚拟实践本身是一种什么性质的存在，并由此延伸出的关于虚拟本体论与现实本体论一系列问题，这是虚拟哲学最具争议性的研究。首先，相对于实在论，虚拟实在本身是一种什么样的存在，翟振明教授的《实在论的最后崩溃―― 从虚拟实在谈起》一文在学界引发了很大的争议，翟教授基于严密的逻辑分析与思想实验，他认为虚拟技术的高速发展使我们能够模拟出一个与日常经验一致的虚拟空间，离开实在世界的支撑，在虚拟实践的实现进程中依然实现了主体感觉，由此他得出虚拟实在与自然实在的本体论具有对等性的特点，并推论出实在本体论是形而上学并且不成立的。由于实在本论论是大多学者的观点与主张，此结论一出引发了虚拟实在哲学研究的热潮，并由此出现了相当数量的关于虚拟实在的论文，不少学者认为尽管虚拟技术创建的虚拟世界可以带来脱离物理世界所具有的感觉、经验等主体感受，但并不能说明虚拟实在本体与实在本体之间就具有等价性，并且虚拟世界中所有信息都来自于客观世界，虚拟实践的主客体与对象的客观性都是对实在本体论的有力证明，[5]也有学者认为翟教授并未能从真正意议上说明由于虚拟实在论与现实本体论的对等性导致了实在论的崩溃，其相当精辟的论证反而却有效的证明了因果实在论。[6]由于学界对于反形而上学、反传统的支持者越来越多，所以关于虚拟实在的争论一直在持续，这场争论从根本上推动了虚拟实在本体论的学术研究。

2.2 虚拟实践的实践观研究

就实践哲学研究而言，上世纪我国大量学者对“实践”的理论本质和地位问题进行了全方位思考，并获得了大量成果，然而“实践”一直是作为一个静态的抽象来研究。本世纪以来，虚拟实践作为国内哲学研究的热点，不少学者在虚拟实践的相关研究已取得不少的成果，大多的研究主要集中于虚拟实践与传统实践的关系，大多数的学者倾向于支持虚拟实践做为人的思维与实践活动的延伸表达，是一种新的实践模式，其中以张明仓博士的研究最为突出，他将虚拟实践做为人的感性超越性的活动，对虚拟实践的主体、客体、中介等进行深入的分析与论证，创造性的提出了虚拟实践主客体的“双向对象化”；[7]也有论者认为虚拟实践并不能完全准确的显示真实世界里的所有出现的一切情况，只能通过模拟真实世界的方式来帮助提高我们的认识水平，不能真实的改造我们的实践对象，因此，虚拟实践所提供的只是一种描述性的实践与描述性的空间，并不是真正意义上的实践[8]；甚至还有学者认为虚拟实践是对传统现实实践方式的超越，应完全独立于现实实践。在大量的论述中，对于虚拟实践是否属于实践这一关键问题并没有达成一致，基于对于虚拟实践不同理解的基础上的讨论出现的分歧笔者认为在所难免了。

2.3 虚拟实践的认识论研究

在人类发展的历史上每一次科技革命的爆发，都会引发人类认识论的相应的变化，虚拟技术的产生对于人类传统认知范式都产生了前所未有的影响，在学界甚至造成了对于认知研究范式的变革性转向。

虚拟实践的产生打破了传统的“真”与“假”的界限，实现了“真”与“假”的辩证统一，从认识的角度来看，数字化的虚拟信息本身却具有现实的功能，虚实、真假界限的模糊是突破传统认识论实现人类认识方式的变革。国内最先着手虚拟技术认识论研究的学者是曾国屏教授，早在20世纪90年代他就主张虚拟实践过程是一种沉浸性的体验，虚拟技术使主客体之间的中介――数字信息的工具性和对象性的双重品质得到充分的发挥，能够最大程度上的降低人们在现实实践中出现的失误与偏差，虚拟实践所提供卓有成效认识工具极大的促进了科学技术的发展并将继续引发设计制造业的巨大变革。在此之后，张怡、邬、胡敏中、李永红、王天思、陈蔚等学者对于虚拟实践的认识论问题展开了深入的探索与研究，其中王天思教授和张怡教授对虚拟实践认识论的研究更加深入。王天思教授认为在如今的数字时代对客观规律的认识有两种，一种是对客观世界现存的规律认识，这是描述性的认识活动，还有一种是对人类通过程序创造设计自为世界――虚拟世界，对这种对创造设计新事物规律的认识是具有创构性质的，这就是新的创构认识活动，随着数字时代的不断发展，虚拟实践使得创构认识论变得越来越重要，甚至也使得传统描述性认识本身所具有的创构性质日趋明朗。[9]张怡教授提出由于虚拟空间超文本的出现，虚拟认识已经成为依赖于感知觉的循环反馈结构，他指出虚拟实践的认识过程通过界面和计算机与虚拟实在发生作用而实现，其主客体、实践对象都发生了重大变化，从而极大的延伸了人的实践活动，与利用物性的工具来强化现实实践相比，虚拟技术能过界面的方式更加强化了实践的虚拟性。[10]学界对于虚拟实践认识论的研究基本上都倾向于支持虚拟实践提升了人类的认知水平，对于虚拟实践的认知过程推动人类认知的深化与发展都进行了非常有启发意义的分析与论证。

3 虚拟实践观的研究趋势

近10多年来，学界在虚拟实践的相关学术研究已取得了相当多的阶段性成果，综观众多的学术成果，笔者发现早期关于虚拟实践的研究侧重于虚拟实践的定义、内涵、类型、实践观点的分析等方面的探析，旨在对这种新的实践方式带来的变革给予更多的哲学解释；近五年来虚拟实践的相关研究有了进一步的发展，研究热点也发生转向，更加集中于虚拟实践与主体的研究，这里包括虚拟实践的主体性境遇、在虚拟空间主体的生存论问题、价值观、虚拟实践与人的发展等各方面，可见学界在更高层次以及更大范围的基础上关注人类在数字时代的生存和发展状况，这不仅关系到人类的自我理解和自我超越，更加彰显出哲学在信息时代的功能。

然而反思当前虚拟实践的研究现状，当虚拟实践引发了众多学者的重视，并且正在成为经济学、社会学、军事学、心理学等多种学科的生长点和创新点，而虚拟实践哲学视域下基础性的研究至今却未能完善。虚拟实践的定义、实践性质的划分、本体论、认识论等基本哲学大量学者的看法莫忠一是，至今未能达成统一的认识。由于基本定义的不能明确加之大量泛化的研究导致了不少具有相当开创性意义的研究成果面临被消解的危机。当然在学界的学术争论应该允许其存在，但在信息化时代对于哲学的迫切呼唤下，“实践”这个作为马克思主义哲学核心范畴应该体现其时代特性，对于虚拟实践相关的一系列哲学基本范畴的理解也应达成统一的界定与认识，这是建构具有时代性、结构合理的马克思主义哲学研究体系，深入推进马克思主义哲学研究的必要前提。

参考文献

[1] 唐启良.对国内马克思主义“实践”观的反思―― 从“虚拟实践”的视角[J].湖北社会科学，2013（9）：189-191.

[2] 曾国屏.赛博空间的哲学探索[M].北京：清华大学出版社，2002：58-71.

[3] 周甄武.虚拟实践：人类的新实践[J].中国人民大学学报，2006（2）：40-46.

[4] 张明仓.虚拟实践论[M].昆明：云南人民出版社，2005：56-70.

[5] 邬.虚拟实在、自然实在与信息世界―― 与《实在论的最后崩溃》一文作者讨论几个问题[J].华中科技大学学报（社会科学版），2008（3）：113-119.

[6] 黄勇.虚拟实在与实在论[J].求是学刊，2005（1）：28-36.

[8] 杜楚源，李艺.新的实践领域[J].自然辩证法研究，2000（11）：59-63.

[9] 描述与实践：认识和实践关系的当代科学视界[J].2010（7）：7-13.

虚拟现实技术论文篇7

儿童游戏空间中虚拟现实技术的研究目的及意义

虚拟现实技术作用于城市公共空间与景观公共艺术的同时，衍生出新的城市空间文化。人文与科技的再次交汇，使儿童公共游戏空间的艺术形式整体呈现出动态的发展趋势。本文正是对基于新的科技手段表现下的城市儿童游戏公共空间艺术的分析，寻求虚拟现实技术的交互特征，探索城市公共景观艺术发展的突破点。

儿童的健康成长不仅是关系个人的发展，也关系到以后社会的人口素质，甚至对国家的发展具有影响。良好、优质的儿童游戏空间环境既对儿童的成长具有重要作用，又对社会和国家具有重要意义。目前在中国关于儿童游戏环境空间中高科技技术运用仍然较少，因此本文希望通过讨论这一领域并为其扩容，使之对以后在这方面的研究起到借鉴。

儿童游戏空间中虚拟现实的概念阐述

伊万・萨瑟兰（Ivan Edward Sutherland ）最早提出了“虚拟”这个概念，他说“通过这个窗口，人们可以看到一个虚拟的世界，富有挑战性的工作是怎样使那个虚拟世界看起来更真实，在其实行动真实，听起来真实，感觉就像真实世界一样。”他的构想被后来逐渐发展起来的新技术、新发明所实现。3D眼镜、数据头盔、智能手套解决了构想中的视觉呈现、听觉辨识、触感震动等问题。

“虚拟现实”（Virtual Reality，简称VR ）这个词，又被译作“真实幻觉”，它来自于VPL公司创始人雅伦・拉尼尔。其含义是指利用电脑模拟，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，及时地无限制地观察三维空间中的事物。

如果虚拟现实对于设计师来说，仅仅是一个技术，那么就显得平淡乏味。然而事实并非如此，它创造出全新的人类身体感知的体验，影响儿童认识世界，体验世界的同时，改变着儿童对于这个世界的理解。艺术家们因抓住了这样一个新技术发展的契机，通过“模型建立”、“空间追踪”、“视觉捕捉”、“听觉采集”等技术手段，实现了以前难以想象的科幻感和异度空间感，创作出以侵入式和体验式综合性极强的城市公共艺术，拓展了儿童的思维深度和广度。

儿童游戏空间中虚拟现实的应用与原则

1990年德国西南部卡斯鲁尔（Karlsruhe）废置的兵工厂上，建立了一个以"互动艺术"（Interactive Art）为主题的博物馆，取名"ZKM"（CENTER FOR ART AND MEDIA），其意为“艺术与媒体中心”。1997年"ZKM"开幕时，Jeffey Shaw与年轻艺术家Agnes Hegedues、程序设计师Bernd Lintermann合作完成了一个互动艺术作品“洞穴的形成”（ConFIGURING the CAVE），一个现场即时运算的数位影音、虚拟空间的转换互动装置。这个展示在孩子面前的封闭空间，四面皆为投影墙，场中立一大型艺术木偶为活动介面。儿童带上3D眼镜，推动木偶，躲避接踵而至的环绕四周的高音质、画质儿童动画影片。这些动画与音乐并非事先录制，而是通过SGI图形处理运算，现场随机组成。孩子们仿佛如置身于黑暗的洞穴之中，体验影音未来新空间。随后，在媒体工业与相关政府机构的支持下，其它媒体艺术乌托邦相继成立，如奥地利林兹（LINZ）的“AEC”（ARS ELECTRONICA CENTER），日本东京的“ICC”（INTER COMMUNICATION CENTER）等，其目的都是为了促进当代艺术与科学的对话。

交互性城市儿童游戏公共空间的虚拟性原则，着重体现在网络艺术和多媒体公共艺术中。重视交互性公共艺术，才能现实儿童与世界的多维度沟通，将游戏空间的外延扩大。这种虚拟式的互动是指儿童对虚拟环境内物体的可操作程度和从自然环境中得到反馈程度。

儿童的虚拟式交互可以分为“视觉虚拟”和“行为虚拟”。视觉虚拟指孩子们在视觉上与图像的互功，作品随孩子的视线和动作的变化，不断随机产生新的图像与之呼应，如同在真实世界一样。而行为虚拟是孩子在行为上与虚拟空间中物体之间的互动。当游戏空间成为一个交互系统，空间中装置的变化状态是多方合作的结果，作品也只会存在于共同作用之下。

较之其他互动方式，因虚拟式互动的梦幻化和科技性，游戏空间的形式受到的限制相对较少。对儿童来说，空间的玄幻感会更加突出，在这样的环境下儿童心理中的自我表现得也更为强烈。设计师与孩子的情感互动，较之其他的艺术形式，也更加突出。虚拟式的互动的例子还包括艺术家夏洛特・戴维斯的互动作品《渗透》，作品设计了一个沉浸的儿童交互环境。3D图像就是这个空间的主体，孩子通过这个虚拟现实装置，依靠一个布满传感器的背心来实现奇幻旅行。

结论

本文对虚拟现实技术进行了简单的说明并对虚拟技术在儿童游戏空间的现实运用案例进行剖析，最后从互动多媒体艺术领域的角度讨论儿童游戏空间的趣味性原则，希望为以后研究这方面的学者提供部分可供参考的理论意义。

虚拟现实技术论文篇8

【关键词】 虚拟现实 无限移动装置 数学模型 三维定位分析

一、引言

虚拟现实是一种新型的人机交互技术，具有广泛的应用场景，如多感官教学、飞行员训练、医疗训练、心理治疗和康复训练等诸多领域[1]，这种技术是由计算机硬件和软件合成人工环境，使沉浸在其中的使用者产生视、听、触等多种感觉，并在三维视觉空间中获得人机交互体验，力求给使用者造成与现实世界一样真实的环境。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的融合，是一门极富挑战性的交叉技术[2]。

虚拟现实技术由于其广泛的用途而发展迅速，虚拟现实系统根据使用者参与形式的不同一般分为四种模式：桌面式、沉浸式、增强式和分布式[3]，其中沉浸式主要是利用头盔式显示器、位置跟踪器、数据手套和其他设备，使得参与者获得置身真实情景的感觉。沉浸感需要头盔显示器，而第一个头盔显示器是于1966年有美国麻省理工大学的林肯实验室研制成功。20世纪90年代以来，由于计算机硬件技术的迅猛发展，虚拟现实技术的发展也进入了一个高速发展的时期，美国Michigan大学的VR实验室采用沉浸式虚拟现实对一艘PD337 海军运输船的生产过程进行了模拟，美国Boeing飞机公司设计的一架VS-X虚拟飞机，它可用头盔式显示器和数据手套来进行模具技术观察与控制[4]。而目前虚拟现实技术发展过程中也存在诸多的问题，例如与虚拟F实技术连接的移动装置较为简单，使用者无法方便快捷地完成全方位的移动。

为了进一步实现使用者的自由化运动，本文首先提出了一种新型虚拟现实无限移动装置的设计方案，并详细的介绍了其结构设计特点。该方案可以完全还原真实运动体验，使用者能在原地跑动，甚至可以做出转身、拐弯（非全方位）和短距离小跳等动作；进一步地，通过对红外测距传感器系统建立合适的数学模型，给出了三维空间定位的基本原理，为所设计的无限移动装置的同步定位模块提供的理论支撑。

二、虚拟现实无限移动装置的设计特点

针对目前与虚拟现实设备配套的移动装置无法模拟出虚拟场景坡度，并且无法让跑步机迎合使用者完成跳跃等诸多运动的问题，本小节提出了一种新型虚拟现实无限移动装置。如图1所示，1为控制台，在移动装置上的多处安装有红外距离感应器2，控制台1下端连接固定连接护栏3用以确定活动范围同时保护使用者的安全，4为底座，其下端连接有圆形底盘。底盘下端连接有程序化控制的一系列液压传动装置，通过移动装置上多处的红外测距感应器来测得使用者的移动方位及距离，之后通过蓝牙将红外距离感应器测量得出的数据通过蓝牙传输给虚拟现实头盔，最后头盔接受数据并将其转化为虚拟现实场景中的相对应的移动，从而实现相应的运动匹配过程。

在整个移动装置使用过程中，需要先调整好底部的水平调节螺栓使得其维持在一个合适的位置保持整体水平，之后整个装置就会根据使用者自身的运动来实现各种定位模式，通过底座上的液压装置和4处的履带既能保持使用者在装置中无限运动的可能，又能模拟出有任意方向坡度的虚拟路面场景；同时虚拟现实无限移动装置还能够迎合使用者的动作完成加速奔跑和跳越等运动，按照使用者的节奏运动。

与市面上的同类型设备相比，它能够完成的动作更加多样，能够移动的现实范围更大，而且不需要专用的鞋等传感设备支持，只需要vr头盔和此设备连接成功便能够直接使用，并且还能够做到自由自在地奔跑，并且占地面积小，用件方面都与传统跑步机相似，但是比起传统跑步机的优势在于能使整个跑步过程更加有趣，使用者能获得更强的沉浸感。栏杆的设置则是为了增加安全性，防止突然停止后或者平衡协调性不好的使用者摔倒。

三、短距离定位系统的理论建模

在使用虚拟现实移动装置过程中，对使用者的定位分析尤为重要。使用者与虚拟现实无限移动装置配对过程中，主要需要实现如下定位过程：测距、角度计算、角度位置调整测量等。随着目前各种传感器技术的发展，各种定位技术应运而生。超声波定位技术可测距范围较大，但是精度较小，而红外测距原理则由于其光束发散小的有点，相对于超声波传感器，其测量精度有了很大的提高，此外使用红外测距原理的设备成本较低。

本小节基于红外测距原理，对所设计的新型虚拟现实无限移动装置的定位过程进行了系统的数学建模与分析，给出了使用者在移动装置上的定位方式及理论背景。如图2所示，在移动设备上装载有位于OO1O2O3四处的红外测距装置，以O为原点，构建某一空间三维直角坐标系，给出其中三处的红外测距装置的坐标分别为：（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3），使用者佩戴多个接收触点能用来测得移动装置上红外测距感应器到该点的距离。代表性地，取该点在某一时刻的坐标为（x，y，z），则可通过红外测距传感器测得移动装置上固定点到待测点的距离d1，d2和d3，由如下表达式：

由此得到了求解待测点坐标的表达式。

进一步地，通过得到主红外测距感应器O到待测点的距离为d0，即可得到x2+y2+z2=d02，将此关系带入到式（1）中，可以求解得到待测点坐标（x，y，z）如下：

由上可见，通过对两相邻时刻的位置向量d？？和d′？？进行点乘和叉乘运算即可得到相应的旋转角和旋转轴，由此进行程序化处理得到移动装置的相关运动模式。

四、总结

虚拟现实技术是由许多先进学科和先进知识形成的综合系统技术，是一个极具潜力的前沿研究方向。本文首先介绍了虚拟现实的一些应用场景和发展现状。针对目前虚拟现实配套的移动装置中的存在的一些问题，提出了一种新型虚拟现实无限移动装置的设计方案，详细的介绍了其结构设计特点；进一步根据三点测距定位的基本理论，建立了使用者定位的运动方程，并详细的介绍了其运动学模式的表征方法，提出了旋转角和旋转轴的数学模型，为相应平台的自动化控制提供了坚实的理论基础。

参 考 文 献

[1]周柳等， 虚拟现实技术在运动康复中的应用[J]， 《中国组织工程研究与临床康复》， 2007.2（11）：957-960.

[2] 邹湘军等， 虚拟现实技术的演变发展与展望[J]， 《系统仿真学报》， 2004（9）：1905-1909.

[3]陈浩磊等， 虚拟现实技术的最新发展与展望[J]， 《中国科技论文在线》， 2011.1（6）：1-5.