虛擬現實技術與應用精選(九篇)
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第1篇：虛擬現實技術與應用范文
關鍵詞：虛擬現實；醫學教學；交互性；心臟
中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）32-7786-02
Abstract： Virtual reality is a computer systems which can create and experience the virtual world. People can operate， control and reach some special purposes in this system. The application of technology about virtual reality in medicial fields has been paid close attention to. This paper investigates the application and realization about technology of virtual reality used in heart medical education.
Key words： Virtual Reality； Medical Education； Interactivity； Heart
1 概述
虛擬現實是指用計算機生成的一種逼真的三維環境，在電腦模擬產生的一個虛擬世界中，用戶可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的事物，它是計算機圖形學、計算機仿真技術、人機接口技術、多媒體技術以及傳感技術等許多相關學科領域交叉、集成的產物。虛擬現實系統具有三個基本特征：浸沒感（Immersion）――用戶在模擬環境中的真實性，交互性（Interactivity）――用戶對模擬環境內物體的實時可操控性），構想性（Imagination）――虛擬現實技術具有廣闊的可想像空間及環境。虛擬現實強調了在虛擬系統中的人的主導作用，實時交互性是虛擬現實技術最本質的特征和要求之一，也是虛擬現實技術的精髓。
虛擬現實技術開始于軍事領域的需求，現在已開始從高端領域全面走向專業應用領域，在娛樂、教育、藝術方面的應用占主流，發揮的作用也越來越大。
2 虛擬現實技術在醫學教育中的應用
虛擬現實技術正在廣泛地應用于各個領域，在醫學領域的應用備受關注。
國外的起步較早，美國作為虛擬現實的發源地，早在上世紀80年代就進行了人體解剖圖像數字化資料研究，90年代末，開展了虛擬解剖學、虛擬放射學、虛擬內窺學等學科的計算機輔助教學。目前，已研制出了人體虛擬解剖，一套完整的人體虛擬解剖系統，學生利用在虛擬的組織和器官問的模擬操作感受觸覺反饋，使學生更快地掌握手術要領和技術。從而提高診斷和治療水平。
我國與國際相比，雖有一定的差距，但目前已引起政府、科技界的高度重視，九五規劃、國家自然科學基金委、國家高技術研究發展計劃等都把虛擬現實列入了研究項目。目前，已成為當今最有影響力的高新產業技術之一。國內一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。從2004年首屆虛擬現實峰會舉辦以來，中國虛擬現實峰會已成為業內具有重要影響力的業內活動。綠色醫療研究院也在2012年的峰會中正式宣告成立，伴隨著我國醫療事業和IT技術的不斷發展壯大，虛擬現實在醫學課堂教學、實驗教學、臨床培訓等領域得到了廣泛應用 。采用虛擬現實系統來輔助醫學教學，可以使教師與醫學學生以三維的形式看到人體結構的形狀、位置及器官間的相互空間關系等，從不同角度，真實模擬及分析，從而獲得前所未有的直觀感受，不僅降低了成本，而且是傳統的文字、二維圖像、生物標本所不能達到的學習效果。
3 虛擬現實技術在心臟醫學教學中的應用與實現
心臟是人體重要器官之一，是一個結構復雜、快速活動的立體器官，一直都是臨床醫學研究的重點。心臟病很可怕，它限制人的活動、降低生活質量，甚至威脅人的生命。然而更可怕的是人民缺乏對心臟病的認知。虛擬現實技術的發展使得三維虛擬心臟的教學應用成為可能。不僅可以應用于醫學學生的教學中，也可以應用在心臟的科普教育中。
虛擬現實在醫學教育的應用與實現需要以下幾個步驟：三維虛擬心臟的建模、三維心臟模型的表面紋理貼圖處理、虛擬心臟動畫及交互功能的仿真。
適當動畫可以讓畫面更生動有趣，便于表述心臟的工作及病變情況。用FFD修改編輯器和動畫的設計，可以充分體現心臟的跳動過程。完成了對心臟結構及血管系統的可視化處理后，最后將在3DMAX中完成的模型及剛體、柔體動畫導入虛擬現實引擎平臺，在后期引擎中調整貼圖色彩、優化作品，編寫交互腳本及交互界面設計，程序調試正常、作品。
用計算機系統可以幫助醫學生試驗不同的選擇，分析病理問題，操作虛擬的心臟模型，不會危害到患者，對心臟的醫學教學、病理分析、科普教育起到了一定的輔助作用。
4 小結
本次設計雖然僅僅涉及了心臟結構及心血管方面的虛擬現實應用，取得了較好的效果。下一步，我們將繼續研究技術，并結合硬件，融合較完整的心臟病理知識，向臨床實踐靠攏。在醫療診斷、手術模擬方面進行實踐與應用。隨著我國醫療事業和IT事業的不斷發展壯大，虛擬現實在醫學中的應用將更廣泛、深入。
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第2篇：虛擬現實技術與應用范文
關鍵詞 虛擬現實技術 仿真技術 臨床教學
引 言
虛擬現實技術是利用計算機生成一種模擬環境，通過多種傳感設備使用戶沉浸到該環境中，實現用戶與該環境自然交互的技術[1，2]。虛擬現實技術具有多感性、存在性、交互性、自主性特點[3～5]。目前與醫學相關的虛擬現實應用主要包括仿真手術、虛擬內窺鏡檢查和模擬放射外科等。
1 虛擬現實技術在醫學教學中的應用概述
虛擬醫學手術仿真訓練在與醫學相關的虛擬技術中是難度較大的一種。在手術訓練領域較前沿的是美國波士頓力學研究中心，他們采用的方法是利用偏振眼鏡觀看場景、虛擬手術器械模擬操作。在國內，大部分研究工作集中在對醫學圖像的三維重建及其可視化等基礎技術方面，尤其在基于計算機圖形學的醫學圖像三維可視化算法研究領域取得較大的成果。華中科技大學從2000年開始構建“虛擬人”，在人體器官虛擬建模方面取得很大進步。實現醫學模型360°旋轉和任意倍數的縮放，還可以自由觀察模型的內部結構等。虛擬現實手術仿真訓練是一種技術難度較大的應用。與其它虛擬現實技術應用相比，它要求虛擬產生多層次、多種形態、相聯關系復雜的三維虛擬人體組織；人機交互性強，要求定位和反饋精確度高。如何利用虛擬技術設計出一種宮腔鏡模擬培訓裝置來解決臨床教學和培訓的問題，成為亟待解決的難題。
筆者通過將原有的醫學圖片、物體，由二維圖像轉化為具有真實立體感的三維空間的模型，有效地解決醫學模型不能旋轉和縮放的瓶頸問題。再通過利用虛擬現實技術提供的三維模型，受訓者使用軟件時可以觀察醫學模型的立體全貌，就像在現實生活中觀察事物一樣，可以任意從各個方向和位置了解物體的特征和屬性。當移動物體時，物體也能依據一定的自然規律作相應的動作和位置變化，真正地具備事物本生的生理屬性，讓受訓者得到一種身臨其境的真實感。
2 虛擬宮腔鏡培訓模擬器的設計
采用電子腔鏡手術的器械實物模型，配合計算機多媒體技術和先進的圖形三維重建算法，利用虛擬現實技術構建模擬訓練裝置。通過三維重建技術構建虛擬人體宮腔的立體模型，訓練操作者的一些腹腔鏡操作基本技術而非整個手術過程。為使模擬器下的操作更加接近臨床實際手術，還可配套各種材料制作的手術訓練模型，如子宮模型、子宮囊腫切除模型、宮腔模型等。這些模型都部分模擬手術實際情況，操作者可以在這些模型上完成相應手術，通過在這些模型上的訓練，受訓者可以很快適應和掌握這些手術。
2.1 模型的設計與制作
制作長、寬、高分別為35cm×35cm×30cm的訓練箱（模擬人體腹腔，如圖1）。按照臨床手術方式在模擬人體腹腔上預留Trocar（穿刺錐）及攝影器械部位。模擬人體腹腔的上部為不透光的亞克力玻璃材質，其目的在于使操作者無法直接觀察到操作，于模擬腹腔中放置普通光源作為腹腔鏡之冷光源系統，該光源可調節并可照射不同的手術野。以普通攝像頭代替腹腔鏡CCD攝像頭，固定于訓練箱上，并與計算機之視頻采集卡相連。通過視頻采集軟件以影像的形式出現在電視的屏幕上。練習者自預留之穿刺孔插入腹腔鏡手術器械并可通過觀看屏幕，完成相關手術技術的訓練及操作（如圖2、圖3）。
2.2 三維仿真建模
2.2.1 建立宮腔的三維模型 通過Virtools5.0軟件，對人體的宮腔模型進行重建，采集相關的CT、MRI數據，進行重建，然后將模型三維化，并植入開發的操作平臺系統軟件中。
2.2.2 設計手術器械的操作環境和相關模型 結合手術的要求和特點，對手術器械進行三維模型的建立，經過貼圖后形成真實的可操作模型器械，然后通過專門的力反饋設備進行運動特征定義，使之與實際的操作器械運動位置聯動，形成逼真的操作感受。當培訓者在操作器械做宮腔鏡模擬手術時，可以實時看到虛擬手術宮腔模型的變化和手術效果。
2.3 基本手術操作模型及常見手術模型的設計
宮腔鏡外科手術之不同于傳統外科手術在于其通過特殊器械經腹壁孔道間接地處理病灶，術者必須通過觀看二維的顯示屏來指導操作。不能直觀地看，不能用手直接感知。這就要求術者要適應屏幕及熟練地通過腹腔鏡手術器械來完成傳統手術中用手來完成的操作。我們通過設計一定的操作模型來規范操作并可對操作進行評估（表1）。如桔子撥皮操作、充水指套手術模型等。傳統的宮腔鏡手術模擬訓練通常是一些簡單的縫合、結扎、切開操作，該操作方法枯燥，久而久之讓訓練者失去練習興趣[6]。而手術訓練模型則將各種常用手術操作融合于一個手術過程之中，增加操作的趣味性及可評估性。如囊腫手術模型中，若結扎闌尾根部不徹底，則操作中會有水流出，意味著手術不很成功。
2.4 宮腔鏡操作訓練
宮腔鏡器械多為直線型的，而打結等操作需要不斷彎曲操作，且由于在平面的顯示屏幕上只能看到模擬腹腔內器官的平面影像，看不到立體影像，難以判斷縱向深度，定位困難，因此，完成打結這個操作很費時，也不方便，有時為打一個結，可以耗時達5分鐘，甚至更長。培訓中實驗組先在輸液管上訓練各種打結方法，單結、方結、外科結等，更直觀地反映其存在的問題，縮短培訓時間。
3 臨床應用結果
3.1 培訓形式和方法
宮腔鏡訓練模擬器以一個箱體來模擬人體的宮腔，然后在箱體內可以設置一定的手術模型，例如：桔子撥皮模型、小型實驗動物模型、軟管繞線打結模型、離體豬腸縫合模型來分別完成不同的手術操作項目，還采用虛擬現實技術對手術模型進行三維建模，連接六自由度的力反饋設備，來實現手術的操作訓練，使操作者獲得真實的訓練感受。
為更好地達到宮腔鏡訓練模型的培訓效果，且更有針對性培訓學生薄弱環節，特制作操作考核指標。通過每項操作得分，可更直觀地反映其存在的問題。
培訓授課采用桌面電腦工作站操作，在平時的教師授課時，多采用桌面電腦工作站操作，桌面虛擬現實沉浸體驗來進行互動教學；對于手術預演、遠程手術教學時采用醫學專家會議廳多媒體演示，可以更好地實時互動，操作起來一目了然，增加專家互動的機會和途徑。
由于采用網絡云技術，大量的信息數據存儲和計算，存儲于醫學院自建私有的云里，可以實現高速地存儲和分析，對于三維數據的計算和現實，縮短了系統的響應時間，同時滿足大量受訓人員使用軟件系統的需求，并且解決培訓地點和時間的差異問題[3，4]，可以滿足足夠多的用戶在不同地點和不同實驗場地，并行使用軟件的數據庫和其他操作。手術培訓教師在培訓時通過云技術網絡系統，對所在班級的受訓者進行全程實時監控，可以在同一時間進行屏幕多分屏顯示，進入任何一個操作窗口都可看到學員操作的實際情況，還能通過網絡實時語音操作界面，對學員進行解說和提示。與此同時，學員每次在模擬器上的操作情況和成績都被記錄在系統后臺數據庫中，便于教師分析和查閱。
3.2 虛擬系統培訓效果
選擇2008～2010年3年參加培訓的醫師，每年學員隨機分為2組，每組各60名。實驗組使用虛擬培訓系統，對照組使用傳統手術教學，未使用虛擬培訓系統。2組操作考核成績有顯著差異。見表2。
4 討論和結論
虛擬手術操作可以使醫務工作者沉浸于虛擬的場景內，通過視、聽、觸覺感知等多種感官了解和學習各種手術實際操作[6]。由于宮腔鏡訓練模擬器具有低代價、零風險、多重復性、自動指導的優點，迅速高效地提高學習者手術及其他操作的技能。
通過對宮腔鏡手術設備投入成本也應該加以控制，讓其物盡其用[7]。設計這種簡易訓練模型成本低廉、取材容易、制作簡便、模擬逼真。能較好地訓練醫學生掌握宮腔鏡手術的基本技能。虛擬現實技術在醫學訓練方面的應用展現出良好的前景。
宮腔鏡手術模擬訓練器的設計與應用加入對學生做綜合的評價，提高其評價功能教學的深層次發展和全面評估[2，5]，為受訓醫生進行評分評價考核，為醫學院和教學醫院的培訓醫學專家提供教學指南和考核培訓者和受訓者雙方質量管理于一體的一系列綜合評估管理系統。打造無痛醫院開創微創手術，為醫院的手術教學工作提供新的途徑和手段。
參考文獻
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第3篇：虛擬現實技術與應用范文
一、虛擬現實技術的原理及主要類型
（一）原理
虛擬現實技術，是計算機領域里仿真技術、計算機圖形學、傳感器技術等多種技術的一種融合，是一門極具挑戰性的交叉的且前沿的學科和新型領域。其主要是計算機通過三維信息構成逼真的虛擬環境，并借由特殊的如數據手套、頭盔顯示器等設備提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，并且在用戶進行位置移動或改變時，設備上的傳感器會即使的把這些信息傳達給計算機，計算機通過精準的計算重塑場景，因而讓人更有種身臨其境的感覺。從某種層面上來講，虛擬技術其實就是一種“欺騙”行為。
（二）主要類型
現在的虛擬現實系統主要有四大類：桌面虛擬現實系統、沉浸式虛擬現實系統、分布式虛擬現實系統和增強式虛擬現實系統。桌面虛擬現實系統主要是利用相應的圖形工作站、顯示器、輸入設備這三者來實現，這里的輸入設備是用戶參與使用的重要工具。而沉浸式虛擬系統則是通過顯示器頭盔把用戶的各種感官“困在”一個虛擬區域內，使用戶完全置身于某種虛擬環境中。分布式虛擬系統，又被叫做DVR，是一種基于網絡的虛擬環境，在這個系統中，不僅可以使不同地理位置的多個用戶或者多個虛擬環境通過網絡實現互聯，也可以讓多個用戶同時參與到一個虛擬環境中，以此實現資源的共享或者協同作業。
二、虛擬現實技術的特點
（一）沉浸性
沉浸性又被叫做臨場感，是虛擬技術通過多維的方式與計算機聯合所創造的一種虛擬環境，可以使用戶全身心的沉浸在這個虛擬環境中與之進行交互，進而達到人境合一的感覺，但值得一提的是，在這個環境中用戶確實為真實的參與者。
（二）交互性
交互式是指人們可以在這個特定的虛擬空間中與其呈現的事物之間進行交互，比如用戶可以用手去抓握環境中的物體，而這個設備能觸發用戶的神經，讓用戶真實的感受到抓取的東西重量，并且場景中物體也會隨著用戶手的移動而移動。
（三）多感知性
由于虛擬現實技術中配備有各種各樣的如聽、觸、動等的傳感裝置和反饋裝置，這樣就可以使用戶對事物的了解不再簡單的通過眼球去被動接受，而是在聽覺、觸覺等多種感官下的刺激下的類似于真實的感知。
（四）構想性
由于虛擬現實技術的主要處理核心還是計算機，而且在大數據技術的蓬勃加持下，使得虛擬現實技術具有寬闊的令人想象的空間。因此人們不僅可以借助這一優勢對現實存在的環境進行再現，還可以隨意的構想客觀不存在甚至是不可能發生的環境，這樣就在一定程度上拓寬了人們的認知范圍。
三、虛擬現實技術在教學中的應用與軟件開發研究
（一）虛擬技術在教學中的應用
1、促?M知識學習
雖然中國優秀的教師不少，但在教學的過程中對于某些抽象的、難以理解的知識或者過程，也很難用有限的詞語去形容或者描述清楚，即便是網絡上的資源很多，學生也能從那些資源中得到一些淺薄的體會，但總的來說還是沒有身臨其境來的震撼，來的有高度。
2、方便探索學習
建設“創新型國家”、培養“創新型人才”一直是我國竭力的追求。虛擬現實技術在教學中的運用，給學生的提供了這樣一個平臺。學生在學習過程中提出的一些假設或者建立的某種模型可以通過虛擬現實技術進行仿真，與此同時還可以對其過程、結果、效果等進行觀察和驗證。比如學生在進行電路設計的時候，可以通過虛擬現實技術對所設計的電路進行模擬，畢竟理論在大部分情況下都是一種理想的概念，但在實際運用中不僅受內因的影響，外在因素也不可忽視。而且這樣也可以激發學生創造的積極性，因為以往的學習，即使學生自己設計出了東西，也沒有相應條件去進行實驗和驗證，到最后也只會不了了之，也就不利于學生創造力的培養。
3、開設虛擬實驗和技能訓練
虛擬現實技術完全就是實驗研究和技能訓練的福音，學生可以通過虛擬現實技術對多種實驗進行虛擬模擬，比如物理中的勻速運動、加速度運動，化學中的金屬與酸性物質的反應、氧化物的燃燒等等。此外，對于需要動手操作的一些學生來說，也是大有益處，比如醫學院的學生可以通過虛擬現實技術進行動物解剖、人體手術等技能操作，駕校學生也可以通過虛擬技術進行駕駛技能學習，軍校學生也可以進行虛擬的軍事作戰指揮等等，這樣不僅降低了學生因技能不熟練而造成的不必要的損害，還可以讓學生反復的進行操作實訓，直到掌握技能為止。
（二）基于VR的教學軟件開發研究
VR可以模仿真實世界的3D窗口，是一種非常優秀的教育媒介。欲實現VR教學軟件的開發，必須有一個前提：統一的操作系統軟件開發平臺。此外，還須得有滿足以下幾個問題：第一，有一個開放的一整套的專業的VR課堂教學管理系統，包括穩定的網絡層、完備的教學指揮系統等，使內容的開發者可以輕松的開發出真正適用于課堂教學的VR內容；第二，課件支持市場上主流的如VR眼鏡、頭盔等設備，使開發者和硬件商不必考慮兼容性的問題；第三，平臺要同VR教育云相連，集中整合優秀的VR教育內容，再打包輸送給學校的需求端。這樣才能在適配問題、接口問題、教育應用方面沒有顧忌。
第4篇：虛擬現實技術與應用范文
【關鍵詞】虛擬現實技術 教育教學
目前，隨著虛擬現實技術的不斷發展和完善，已經被應用到生產生活的各個領域當中，其中在教育教學方面，主要包括例如軍事院校的教學演練、醫學院校的模擬實訓、體育院校的虛擬訓練、工科院校的自動化機床操作、高職院校的模擬汽車駕駛、飛行駕駛等各個學科的教學當中。
1 虛擬現實技術簡述
虛擬現實技術，又稱靈境技術，是當今迅猛發展的一項綜合性的交叉學科，自20世紀90年代以后興起這種信息技術之后，許多學者用戶便倍加關注與重視，虛擬現實技術主要是指綜合的利用計算機的圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術以及多傳感器技術等相結合，來模擬人們的視覺、聽覺、觸覺等感官的功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創建了一種適人化的多維信息空間。
簡單而言，虛擬現實技術就是一種先進的計算機用戶的接口，將人們的視覺、聽覺、觸覺很好的自然的來進行交互，方便用戶的操作，減輕用戶的負擔，從而，提高整個環節的效率。因此，虛擬現實技術主要具備四個方面的特征：多感知性、臨場感、交互性以及自主性。
2 虛擬現實技術在國內外教育教學中應用現狀
2.1 國外虛擬現實技術在教育教學中的應用現狀
美國作為虛擬現實技術的國際頂尖者，擁有著許多的這種研究機構。甚至早在1992年，美國便確認了虛擬現實技術會適用于教育教學領域，將現有的軟硬件設備的教學效果與虛擬現實技術的教學效果將比較，說明虛擬現實技術在教育教學中具有很強的實用價值。
同時，英國的很多院校相當的重視虛擬現實技術在教學方面的應用，對該項技術進行研究與開發，并且處于遙遙領先的地位。其中著名的諾丁漢大學對虛擬現實技術項目的研究對于在教育教學上有著相當有益的作用，不斷的探索出桌面虛擬現實技術的輸入輸出設備等都都做出了巨大的貢獻。
2.2 國內虛擬現實技術在教育教學中的應用現狀
我國的許多高校也在虛擬現實技術剛剛出現不久，便開始關注該領域，先后的進行課題的研究和學術的探討，比如北京航空航天大學進行的分布式飛行模擬的實驗、浙江大學進行的建筑方面的虛擬規劃的應用、哈爾濱工業大學所進行的人機交互方面的演示都取得了較好的成效，還有許多的高校也都進行了不同學科的試驗，取得一定的成果。
3 虛擬現實技術在教育教學中的應用
3.1 在理論課堂教學中的應用
傳統的教學模式是教師的講與學生的聽，現在的許多教學模式已經改變到了普遍的進行多媒體教學的操作，而將虛擬現實技術運用到教學的課堂當中，比如當向學生展示某一概念或展示某一虛幻的場景或環境時，便可以應用這種智能的虛擬現實技術來進行教學，制作和操作上都簡單實用，這樣，便能很好的來彌補傳統課堂單一的不足，使學生更加直觀的了解所學的內容。
3.2 在專業技能課程中的應用
在我國的眾多高校中，更注重的是學生的專業技能操作，在這個過程中，可以充分的體現虛擬現實技術的臨場感，學生可以在這個虛擬場景中扮演不同的角色，來進行和現實社會相同的操作，比如模擬汽車駕駛和飛行駕駛、模擬果樹栽培的技能、模擬體育某項運動的練習、，模擬電器維修等各種職業技能的演習。通過搭建這樣的仿真場景，讓學生真正的參與其中，反復的練習操作，可以有助于學生掌握職業技能。
3.3 在實驗實訓課堂中的應用
將虛擬現實技術作為輔助實驗實訓課程的教學工具，可以調動課堂的學習氣氛，比如說：虛擬現實技術可以虛擬歷史上的著名人物，給學生一種穿越的感覺；又比如學生可以虛擬為老師，老師虛擬為學生，這樣師生身份互換，大家可以一起暢所欲言，互相交流討論；再比如英語課堂上可以虛擬英語的情景和環境，將虛擬人物進行導入，與不同情景的人物進行交流等。對于有些實驗課程，有些耗時耗力的實驗，導致很久才會檢驗出實驗結果，這時就可以利用虛擬現實技術，根據實驗所需進行配置，非常便捷，又可重復使用。
3.4 在遠程教育系統中的應用
目前互聯網的發展尤為迅速，使得以互聯網為基礎的遠程教育系統具有巨大的發展前景，遠程教育突破了時間空間的限制，可以虛擬教師、實驗設備等，虛擬現實技術不單可以向互聯網上的學生提供身臨其境的生活中隨處可見的情境，還可以重現曾經發生的某個場景或環境，讓學生對內容進行喚醒，目前，有些遠程教育的學院已經開始利用虛擬現實技術來進行網上教學，這要求投入大量的人力及物力，勢必會取得較大的成果。
3.5 在特殊教育教學中的應用
特殊教育是我們全社會所關注的，將虛擬現實技術引入到特殊教育的教學當中，利用于東跟蹤器，可以采用基于運動跟蹤的方式來獲取手語三維運動的數據，通過獲得到的準確數據，來進行特殊教育的教學，目前，已經由中國科學院開發法了集語音、情感、體勢為一體的中國手語合成系統，這一系統對于聽覺障礙的人們來使用電視、電話、網絡等媒體有很大的幫助，會為他們的生活帶來許多的便利。同時，借助標準化的手語，也可以提高教育者的整體標準，改善這群受特殊教育人群的生活環境，使他們更加強烈的感受到社會的存在感。
4 結束語
總之，虛擬現實技術已經被越來越多的教育從業者所重視，虛擬現實技術在教育教學中有著相當廣闊的發展前景和深刻的現實意義。虛擬現實技術在教育教學上能夠為全體的師生提供較為逼真生動的模擬環境，同時，又可以師生共同參與，分角色扮演，大大的不同于傳統的教育模式，來突破傳統教育教學的缺陷，能夠很好的培養學生的各項技能，在信息化教育的大趨勢下，將虛擬現實技術在教育教學中不斷的開展推進一定會促進我們教育教學的良好發展。
參考文獻
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第5篇：虛擬現實技術與應用范文
關鍵詞：虛擬現實技術 建筑領域 應用
隨著社會的發展進步，計算機科學逐步走進到我們生活的多方面的同時，也改變了傳統的建筑設計方法。虛擬現實技術綜合利用多種高新技術，創造出一個非常真實的虛擬世界。在建筑設計中運用虛擬現實技術可以實現設計人員的創作過程在其系統創建的可視、可聽、可感的三維虛擬世界中完成。虛擬現實技術在建筑領域中不但提供出了創新的表現手法，同時也為創作方法和定義帶來了變革。
一.計算機技術的引入
計算機技術在建筑設計中的應用已經走向成熟，不過在早期的建筑領域中，主要表面在模仿傳統工具的使用方式，對傳統的圖紙、針管筆等的使用辦法進行簡易的模仿。比如計算機協助設計重點是用來協助工作者將設計、計算、畫圖、資料備份與處理，這些繁瑣的項目都是由計算機完成，而設計者的工作重點在于創造性的構思，最后由計算機利用圖形設備把最終的設計結果展示出來。隨著技術的創新，虛擬現實技術――VR可以制造出一個身臨其境的感覺，它是一項綜合性的計算機圖形交互技術。它將多項功能合于一體，包括計算機圖形學、多媒體、多傳感器等，通過計算機建立的三維空間圖像來實現目標，傳統的計算機協助設計是以靜態的，而虛擬現實技術是利用視覺、聽覺以及觸覺，通過圖表或者是動畫的形態呈現，在建筑領域中可以應用到設計、施工、裝修等。
二.虛擬現實技術在建筑領域中的應用
1.建筑設計領域
在建筑設計領域中，不僅需要空間形象思維，還需要周全用戶的感受，是一個創新的設計過程，其中包括規劃、設計等。建筑物的最終效果會受到多方面的因素影響與限制，比如：設計人員的藝術境界、生活閱歷、設計的經驗與水平等。在相同的建筑設計功能要求的基礎上，每一位設計人員的作品都會有不同的外形、不同的格調。如果是采用真實感的三維圖形的虛擬現實技術來設計，就可以把設計人員的構思利用視、聽、觸的方式展現出來，能夠使用戶、專家猶如身在其中，并給予意見和建議，使設計達到最優化。而且還可以減輕設計者的工作強度，減少設計周期，提升設計質量，降低投資。
2. 建筑施工領域
虛擬現實技術可以用于建筑施工領域，可以對繁雜的方案給予對照與優化。比如在設計大型的土方工程挖運系統的時候，在日挖土量一定的環境下，怎樣確定挖土機與載重汽車的最佳匹配，從而使挖運系統達到最佳的整體效益就是最優設計。大型土方工程挖運系統中，挖土機與運土載重汽車的匹配方案繁多，如果把所有方案的效益逐一進行對比，是無法實現的。對于這一類似的問題可以采用虛擬現實技術來進行對比、優選。另外，一些有的大型工程項目來說，如果投資不幸沒有成功，那么就會帶來非常大的經濟損失。對于這一類似的問題，也能夠通過虛擬現實仿真技術來給予仿真試驗及評估，之后再進行裁決。還能夠對一些不確定因素給予預先模擬。
3. 建筑裝修領域
建筑裝修設計的綜合過程十分的繁雜，在以往的設計過程中，裝修設計人員依照建筑圖紙組織出虛擬的室內模型，然后將設計理念運用到室內的模型中，最后通過多種視圖等方式來展現設計效果。不過這種分散的平面展現方式不能使施方和用戶全方位的明白裝修效果。此外，瑣碎的工作量與費用估算過程不能使用戶快速無誤的對裝修方案給予評選。虛擬現實技術將實際房間的模型輸入到電腦，設計人員在需要裝修的空間內，根據其構思去進行裝飾并改進，可以隨時轉換自己在空間中的位置，對所設計的結果進行多方位的觀察，并進行動態裝飾，直到最終確定結果，非常的輕松簡單。在將來的裝飾工程中，虛擬現實技術能夠代替目前的實際模型，彰顯出虛擬現實技術強大的生命力。同時有效的提升了裝修設計的效率，方便了設計人員與用戶之間的溝通，使用戶的滿意度達到最佳。
4.虛擬現實技術的動態漫游
利用虛擬現實技術在空間數據庫的幫助下能夠構造出三維虛擬環境，在這種環境下我們能夠與計算機完成以視覺為主體的全方面的動態互動交流。建筑模型能夠進行可視化的動態顯示與可視點的判別等功能，包括多角度觀察，進行放大，能夠漫游、旋轉、以及任意確定路線的飛行或者是點面結合行駛的效果。虛擬現實技術在建筑設計中還能夠讓我們在一個虛擬的環境下從多個角度去觀察與欣賞它內部、外部空間的動感形象與平面布局。虛擬現實技術所產生的融合性，比傳統的模型與效果圖更加的形象與完整。視景虛擬與動態漫游技術，也是衡量方案的主要手段。利用虛擬現實技術在設計工程中能夠實時動態展示設計的方案，能夠實時對設計方案進行和規劃，及時的發現問題并予以改進。
三.總結
建筑施工非常的復雜，在整個過程中會出現很多無法解決的難題。隨著網絡技術與計算機的快速發展，虛擬現實技術在建筑領域中的作用逐漸重要起來，尤其是在三維可視化發展的地理信息系統、虛擬和真實兩者的合成等技術的支持下，虛擬現實技術發揮著重大的作用。
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第6篇：虛擬現實技術與應用范文
關鍵詞:虛擬現實技術;教育類游戲;建構主義;virtools
中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)19-5334-03
The Application of Virtual Reality in Educational Game
WEN Ya, ZHAO Zi-yun
(Information Technology Depatment in the HuaZhong Normal University, Wuhan 430079, China)
Abstract: As a teaching method that teaches throughlively activities, educational gaming is of great significance in instructing the learning of audiences.In view of the currently immature situation of educational games in our country, combined with Constructivism Learning Theory, this paper analyses the cognitive behavior and learning features of human in virtual environment, and discusses the key technology of realizing teaching application. Finally, it takes the educational game "The Adventure of Computer Mainframe" as an example to achieve the teaching of virtual game.
Key words: virtual reality; educational game; constructivism; virtools
隨著教育信息化的不斷發展,電腦教育類游戲開始越來越多的應用到教學實踐之中。教育類游戲可以理解為一類在教育與學習理論指導下,將學習因素與游戲因素進行了有機結合的具有一定積極意義的電腦游戲軟件。教育類游戲的出現既滿足了學習者游戲的需求,又可以使他們學習科學文化知識。但由于開發理念、技術等還不夠成熟,國內的電腦教育類游戲仍處于起步階段。
目前,國內大多數教育類游戲都采用二維或者偽三維技術,在場景的真實性和游戲的吸引力上顯得遠遠不夠,影響教學效果。采用虛擬現實技術制作教育類游戲,通過三維視角能夠將目標物全面呈現,易于學習者直觀的接受與理解,從而獲得很強的置入感,達到更好的學習效果。
1 虛擬現實游戲中的行為認知
基于虛擬現實的教育類游戲是一種結合互聯網、計算機及多媒體技術開發的電腦游戲。在游戲中可以由計算機全部或部分生成多種感覺環境,使學習者產生身臨其境的感覺。游戲可以真實再現已經消失的歷史場景,對具有危險性的物質進行探究,與現實生活中肉眼不可見的生物進行交互等等,這些都在傳統教學中不可實現。
建構主義學習理論是認知學習理論的一個重要分支,該理論不同于以往傳統的客觀主義僅僅將學習者作為知識灌輸對象,它強調學習者對所學知識意義的主動建構,以及主動性、社會性和情境性。基于虛擬現實的教育類游戲在很大的程度上滿足了建構主義所要求的理想學習環境。首先,在游戲中根據教學的需要創建出適合教學的場景,學習者在場景中可以產生身臨其境的感覺;其次,學習者個人能力能夠得到積極主動的發揮,對培養創新型人才具有重大的意義。
虛擬現實游戲中,學習者是主體,并且存在一個“虛擬替身”,由“虛擬替身”代表主體參與其中。游戲為學習者提供感官整體交互,使其產生虛擬真實感。與此同時,立體信息空間也有利于實現創造性的學習方式,為發散性思維奠定基礎,從而開發學習者的學習潛能和興趣,使知識水平進一步的提高。
2 實現虛擬現實游戲的關鍵技術
虛擬現實游戲所要展現的仿真三維場景和虛擬人物,都需要通過三維建模軟件制作。maya是目前最優秀的三維制作軟件之一,集成了Alias/Wavefront 最先進的動畫及數字效果技術,無論是建模、渲染、動作都可以達到優秀的視覺效果。
virtools是一款強大的虛擬現實開發軟件,可用于制作具有沉浸感的虛擬環境,讓參與者生成諸如視覺、聽覺、觸覺等各種感官信息,是一種新研發的人機交互系統。它具備豐富的行為模塊,根據模塊的搭配可以實現多種功能,在三維教育類游戲的開發方面具有突出優勢。
交互的實現是虛擬現實游戲技術中最重要的部分,而Virtools 應用程序突顯了3D交互技術的強大功能。Virtools采用流程圖式的編輯接口,開發人員拖曳所需要的行為交互模塊就可以構建擊復雜的互動應用腳本,從而實現對話、行走、碰撞等多種效果。在虛擬現實游戲中通過Virtools豐富的行為模塊的組合就能實現學習者與“虛擬替身”和虛擬場景的交互,從而達到學習的目的。
3 科普游戲“電腦主機探險記”設計方案
“電腦主機探險記”是一款基于虛擬現實技術的教育類游戲,其主要目的是介紹與電腦主機相關的基礎知識。受眾為青少年群體,由于青少年的認知能力有一定局限,他們的思維是直覺性的,抽象程度不高,而游戲的三維界面正好可以帶來直觀的體驗,符合青少年的認知特點。
3.1 故事結構設定
游戲中玩家在電腦機箱里經歷了一次冒險之旅。為了尋找到走出機箱的正確的出路,玩家需要先后經歷光驅、硬盤、電源、CPU、內存條、電源這六大關卡,最后才能離開機箱完成游戲。
3.2 角色和場景設計
本游戲中主要角色有兩個:小男孩和機器人。小男孩是玩家扮演的角色,而機器人是NPC,它以電腦作為頭部,從而體現出電腦游戲的特色。
本游戲的主場景在機箱內部,機箱內部結構都是按照真實電腦部件所構建,使玩家有一種直觀的認知。為了增強視覺效果,在建模時對大部分部件(比如機箱外殼、光驅、電源)的處理均采用了比較鮮艷的顏色。
3.3 題目設計
本游戲共設六道關卡,每個關卡3題,共18道題目,每道題的形式都為四選一的單選題。每個關卡中的題目都是由易到難,使玩家不會因為題目的過于簡單或過難而失去玩此游戲的興趣。當玩家答錯或答對題目后,NPC會有相應的對話以鼓勵玩家繼續思考答題。
3.4 游戲規則
本游戲以知識豆積分,答對一題可獲得5顆知識豆,答錯一題失去2顆。考慮到答錯題目后所帶來的挫敗感,可能會大大降低玩家對游戲的興趣,系統會預先提供給玩家10顆知識豆。這樣即使在最壞的情況下,即玩家在每道題均為第四次選對的情況下,分析可知也能順利答完10道題,也就是達到第四個關卡。具體游戲流程及規則如圖5所示。
游戲最后會根據知識豆的多少來劃分為四個等級,設定相應游戲結束界面。通過不同的等級激發玩家的興趣,提高游戲的可玩性。
1) 100顆知識豆,即沒有一次答錯。
2) 80到100之間,即答錯次數較少。
3) 60到80之間,機答錯次數較多。
4) 60以下,即打錯次數很多。在游戲過程中,一旦知識豆少于0顆,則游戲結束。
3.5 游戲操作方法
本游戲通過鍵盤和鼠標控制角色的行為。方向鍵上下左右分別控制前進、后退、左轉和右轉,使用空格鍵Space與NPC機器人對話,字母A、B、C、D鍵回答問題,鼠標左鍵拉動游戲視圖上下或左右移動,鼠標中鍵實現對視圖的放大和縮小。另外玩家答完題目之后需要尋找半透明綠色的踏板,踩上踏板就能移動到下一關卡。
3.6 Virtools中三維交互的設計
在Virtools中三維交互的實現是本游戲的關鍵技術。游戲根據建構主義學習理論,設計了一系列的玩家與虛擬環境的交互行為,在實踐中促使學生對知識意義進行構建。這種交互設計體現在控制角色動作、改變游戲視圖以及對話答題,其中對話答題是本游戲的核心交互行為。
對話過程中,首先通過鍵盤輸入信息,然后通過對應的消息接收模塊來獲取消息,執行交互行為。在答題環節設定與不同選項相應的鍵盤事件,主要以Key Event模塊配合文字顯示模塊Text Display完成功能,用Show模塊執行文字的顯示,這樣可以對選項的正確與否作出判斷。由于多個關卡、多道題目具有相同的鍵盤事件,但是事件所觸發的機制不同,因此禁用腳本模塊Deactivate Script和啟用腳本模塊Activate Script 就顯得非常重要。當玩家回答某個問題的時候,其他問題的相關腳本需要全部被禁用,避免了鍵盤控制的混亂。
合理的循環機制也是交互設計的重點,它保證游戲規則的合理性和正確性。當玩家回答正確時通過消息傳遞機制,獲得知識豆并進入下一環節;而回答錯誤時則需要設定腳本流程的循環,減少知識豆數量并返回初始答題狀態,直到問題答對為止。腳本循環中將空格鍵的按下狀態作為答題結束的標志,通過空格鍵對所應的Key Event模塊的輸出接口與Show模塊的輸入接口連接,來實現答題過程中的機制循環。在virtools中設定鍵盤事件的模塊有Key Event模塊和Key Waiter模塊,而其中只有Key Event能夠多次接收消息,這是在循環機制中值得注意的問題。
3.7 游戲
游戲的最終應用環境為網絡,在virtools中通過Go To Web Page模塊就可以對所網頁的地址進行設置,并用virtools自帶的Create Web Page將游戲以網頁的形式,玩家在瀏覽網頁的時候,就可以點擊玩此游戲。
4 總結
基于虛擬現實的教育類游戲作為一種先進的教學方式,應用于教育領域具有獨特的優勢。游戲利用三維仿真場景為再現教學內容提供了平臺,學習者通過與虛擬環境中的場景進行交互,加強了對所學知識系統的建構。現階段要實現虛擬現實游戲在教育領域的廣泛應用還受到很多技術方面的限制,但其本身具有很大的拓展空間,相信隨著網絡信息技術的不斷發展,這種應用會越來越廣泛。
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第7篇：虛擬現實技術與應用范文
一、計算機虛擬現實技術的基本概念
虛擬現實技術主要是指由各種傳感裝置、硬件以及計算機軟件構成的三維信息化人工虛擬環境。簡而言之，虛擬現實技術就是運用高端技術及設備營造出虛擬環境，使人擁有“置身其中”的感受的同時，還可以實現與虛擬環境的交互。
二、計算機虛擬現實技術在高校體育訓練中的應用分類
目前，計算機虛擬現實技術在體育訓練系統中的應用類型主要有兩種：一種是沉浸式，即訓練者需要借助三維頭盔、立體眼鏡、立體環繞聲耳機等設備，才可以體驗到比較逼真的立體環境。該方式的優點是可以使訓練者完全沉浸于虛擬環境中進行交互操作，同時缺點也非常明顯，即設備要求齊全、成本高、操作復雜。另一種是非沉浸式，通常只需要借助于計算機，為訓練者營造出平面的虛擬環境以供學習，如制作訓練視頻等，該種方式雖不能像沉浸式一樣營造出立體的虛擬環境，卻仍然能夠為訓練者帶來豐富的聽覺和視覺信息，操作較為簡便。因此，我國高校體育訓練中應用較多的是非沉浸式的虛擬現實技術。
三、計算機虛擬現實技術在高校體育訓練中的應用策略
（一）塑造虛擬訓練情境
雖然任何體育運動形式都有一套系統的訓練規則，但訓練中遇到的情境仍然是千變萬化的，加之學生對知識的理解和接受能力差異，這樣就會導致教師的口頭講解效果大打折扣。然而，教師如果能夠運用計算機虛擬現實技術，將訓練情境制作成教學視頻，不僅可以為學生直觀地展示訓練情境，節約物質投入，彌補現實條件受限的不足，甚至還可以嘗試提前將教學視頻發給學生，在不影響訓練效果的前提下，鼓勵學生自學，培養學生自主訓練與學習的能力。計算機虛擬現實技術的科學合理應用，對學生來講，不僅可以增加學習的趣味性，還可以提高學習效率；對于教師而言，一方面可以使自己的教學達到事半功倍的效果，另一方面又可以不斷提升計算機操作技能。
（二）采集測算運動數據
“更高、更快、更強”的奧林匹克精神充分表達了體育運動的意義。因此，運動數據的采集和測算就顯得十分重要，且在很多項目中，運動數據在很大程度上是?\動效果的關鍵衡量標準。相比于運用傳統工具對運動數據進行的采集、測算，運用計算機虛擬現實技術對運動數據的采集和測算更快速、更精確、更全面。[1]值得注意的是，運用傳統采集工具只能采集到學生們的外在數據，而無法采集心理數據，長久以來，教師只能根據自己的觀察，來把握學生們的心理狀況，得出的數據并不準確，且會因教師的水平和經驗等方面的不同而千差萬別。運用計算機虛擬現實技術中的智能化儀器等設備，不僅可以輕松地采集到準確的心理數據，還可以對這些數據進行科學、快速地分析。
（三）課程回放及分析訓練效果
第8篇：虛擬現實技術與應用范文
【關鍵詞】 虛擬現實電子商務網絡
1引言
虛擬現實(virtual reality)是通過多媒體技術與仿真技術相結合,生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環境,用戶以自然的方式對虛擬環境中的對象進行體驗和交互。然而當前的電子商務大多是基于web的,要在其中普及由視覺頭盔和數字手套等設備構成的力反饋式交互虛擬現0實是極其困難的(一是技術原因,二是資金原因)。但是以鍵盤、鼠標和顯示器等常規輸入輸出設備在客戶機瀏覽器中構成交互環境的網絡虛擬現實技術卻日趨成熟和完善,這些以web 3d技術為基礎的網絡虛擬現實技術同樣以模擬自然、體驗逼真和交互極強為目標,在相當程度上高效、經濟地實現了虛擬現實系統的目標。
由于網絡虛擬現實技術的出現,不僅促進了虛擬現實技術的普及應用,而且也給電子商務帶來了新的應用空間,有效地提高了電子商務的質量。因此,充分認識虛擬現實技術在電子商務中的重要性、研究網絡虛擬現實技術的特點及其應用規律,從而進一步促進電子商務的發展,已成為當前電子商務中的一個重要課題。
2虛擬現實在電子商務中的作用
2.1虛擬現實技術的特點。
臨場感:用戶感覺到沉浸于在瀏覽器中所呈現的虛擬環境中。
多感知性:用戶能以視覺、聽覺等多種形式感知信息。
交互性:用戶能以接近自然的習慣,用常規的輸入、輸出設備對虛擬環境中的物體或場景進行操作和得到反饋。
真實性:虛擬環境中的物體運動接近符合物理定律。
高效率:虛擬環境中三維空間的建立和顯示不過分依賴客戶機的硬件性能并可實時渲染,所需傳輸的數據量小且可流式傳輸。
2.2虛擬現實在電子商務中的作用。由于網絡虛擬現實技術的上述特點,它在電子商務中正起著獨特的作用:
真實感強:縮小網上購物與真實購物環境間的差別,是一個接近現實場景的虛擬智能購物商城。
激發購買熱情:網上產品展示的目的不僅僅是展示產品,而更重要的是通過讓客戶更多地了解產品而提高產品的購買率。通過網絡虛擬現實技術可將用戶在購買過程中產生的假設進行虛擬,呈現相應的結果或效果。這樣有利于激發用戶的購買熱情。
拓展電子商務的內涵:internet作為有效的商業信息的交通通道被廣為接受,網絡虛擬現實技術的應用使電子商務的內涵被大大地拓寬和延伸了。
3網絡虛擬現實技術
目前網絡虛擬現實技術大多是基于web 3d[1] [2] [3]技術的,而web 3d技術主要由實時3d建模和動態顯示兩部分組成。通常實時3d建模和動態顯示分為兩種類型,一種是基于幾何模型,另一種是基于圖像。這兩種技術方案各有其特點,前者可方便地建立以任意角度進行觀察的3d空間,但計算量大,因而對硬件要求較高,對復雜模型的建模過程較為困難;后者采用圖像鑲嵌方式實現實時建模,開發成本低,計算量小且效果逼真,但數據量較大。
各種網絡虛擬現實技術為了能在網絡這一特殊環境下不斷發展,都不僅具有鮮明的技術特點,而且也都盡量揚長避短,形成了各自的技術風格,這也為我們在電子商務中針對不同展示內容選用最為合適的網絡虛擬現實技術打下了良好的基礎。有鑒于此,研究和對比分析各種主流網絡虛擬現實技術是十分必要的。
3.1vrml(virtual reality modeling language——虛擬現實建模語言)[4]是專門用于在網上建立虛擬現實的設計語言,它采用基于幾何模型的實時建模和動態顯示方法。vrml可以用于建立真實世界的場景模型,也可建立虛構的三維空間。vrml提供了所謂的6+1度瀏覽,即沿三軸方向移動場景和旋轉場景,同時還可以建立與其他3d空間的超鏈接。
vrml文件是文本文件,它可以用文本編輯器編寫生成,其文件擴展名是.wrl。由于vrml語言語法規則較為復雜和嚴格,靠人工編寫vrml文件工作量極大,因此一些三維建模工具(如3ds max)以可視化方式建立3d空間并自動生成vrml文件,提高了開發效率,但這樣生成的vrml文件數據量比人工編寫的文件大得多。
vrml適用于構造虛擬三維環境,而對于表達現實世界的真實場景和物體則略感不足。
3.2quicktime vr。quicktime是apple公司開發的數字圖像影視技術規范,它包含多種媒體數據的壓縮/解壓縮技術。quicktime vr是其中一種新的媒體數據格式。它包含了對象影視(object movie)、全景影視(panoramic movie)和多節點影像(multi-node scene)等幾種形式,其文件擴展名是.mov。
由于過去quicktime是mac系列機上的數字視頻規范,因而制作quicktime vr的開發工具大多在mac機上運行,缺少pc機windows上的開發工具,而現在已出現了許多windows上的quicktime vr的專業開發工具,如vr toolbox等,使得開發用于電子商務的quicktime vr影視更為便捷和高效。
3.3cult3d是cycore公司基于java開發的網絡虛擬現實技術,它具有獨特的渲染方式,可動態顯示極高質量的圖像且不依賴3d加速卡等硬件,所產生的文件(.co)數據量小且可保留建模工具中所建立的貼圖,并可以在3d物體上設計各種交互和添加聲音,特別適合于在網絡上表達3d對象。
cult3d技術本身并無創建3d模型的能力,它依靠專門的3d建模工具軟件來建立3d模型,并通過安裝在這些軟件中的插件導出所需的3d模型。支持這一功能的3d建模軟件有3ds max 和maya。在cult3d的交互功能設計軟件cult3d designer中為3d對象設計動作和交互并輸出用于網絡的壓縮文件。
cult3d技術的弱點是不易表達360°的全景虛擬環境。3.4viewpoint是viewpoint公司的網絡虛擬現實技術,其正式名稱是vet(viewpoint experience technology),它的前身是著名的metastream技術。由于viewpoint開發的虛擬現實文件數據量小、可流式下載、動態顯示圖像質量好以及可實時交互控制改變紋理貼圖,因此被廣泛用于在網上表達3d對象。viewpoint技術可以根據網絡條件狀況自動調整顯示3d對象的細節和播放幀率,因此它對網絡帶寬適應能力較強。
通常開發viewpoint的虛擬現實文件是從3ds max中導出ase文件,在viewpoint的核心應用程序viewpoint scene builder中導入ase文件,并對相應3d場景的有關元素(如:材質、動畫、交互動作和場景定義信息)進行編輯和設計,最終輸出可在瀏覽器中播放的viewpoint數據文件(.mts和.mtx)。
3.5flash是macromedia公司開發的矢量動畫技術。flash動畫采用網上流式播放技術,在安裝了flash播放器的瀏覽器中可以流暢地播放flash動畫。在flash中制作動畫時,不僅可在開發環境中繪制矢量對象,而且還可以導入外部矢量圖形文件、位圖圖像文件、多種格式的聲音文件甚至還可編輯視頻文件。flash現在被廣泛用于開發網絡交互矢量動畫,然而用它也可進行網絡虛擬現實的開發。
用flash開發虛擬現實數據文件,主要是采用其腳本語言actionscript控制交互,進而控制通過導入序列圖像或已拼接的360°全景圖像而形成的3d對象或全景虛擬環境。由于用actionscript進行虛擬現實交互控制的靈活性較大,因此所開發的虛擬現實數據文件也具有較強的個性,同時因為flash并非專門用于開發虛擬現實的,所以開發時的步驟較為復雜些。
4虛擬現實在電子商務應用的實例分析
4.1 電子商務模型的建立。網絡虛擬場景的建立和圖形工作站中的場景的建立有著很大的區別,它首先強調的是模型的簡單化,這是由虛擬現實的實時性要求決定的。在響應速度和場景的真實性發生沖突時,應犧牲一定的真實性,只要能在視覺上達到基本真實即可。因此,常用一些簡單的框架來代替復雜模型,但為了保證一定的真實性,可采用貼圖的方式來彌補視覺上的不足。貼圖有以下兩種制作方法:一種是使用繪畫軟件進行手工繪制、另一種是對建筑物的各個觀察面進行拍照,然后用掃描儀掃描成相關貼圖材質。第一種方法的顏色可限定在256色內,其壓縮的比例較大,貼圖文件較小,生成的場景文件也較小,適合網上傳遞和實時性的要求。后一種方法視覺效果好,但文件的壓縮比例較小,貼圖文件較大,生成的場景大,在網上傳遞和實時性方面不如前一種方法好。無論用哪一種方法都需考慮貼圖的分辨率和尺寸,為了便于下載和渲染,在質量和大小允許的情況下,一幅貼圖限為320×240(或240×320)像素、分辨率為72dpi,用jpeg壓縮(采用最高壓縮比)后約為20k字節。
根據以上所述的貼圖制作方法,虛擬場景中的對象模型可分為以下幾類:①由簡單幾何體組成的簡單模型:該類模型常用作遠處物品的替身,在lod方法中采用;②賦予手繪貼圖的模型;③賦予照片材質的模型;④ 賦予手繪和照片混合材質的模型;⑤具有全部細節的精致模型。
4.2電子商務交互查詢功能的建立。為電子商務模型加入交互和查詢功能可采用兩種方法:通過編程加入相應的交互和查詢功能,利用vrml的輔助工具來完成交互和查詢功能的加入[5]。后一種方法比較適合普通的用戶。
kinetix制作了特殊的vrml輸出嵌入程序,可以輸出場景,包括幾何、材質、動畫制作等,嵌入程序也可制作特殊的vrml輔助工具來規定場景的交互元素。運行vrml嵌入程序vrmlout.exe即可安裝vrml嵌入程序。
通過vrml嵌入程序,可設置以下輔助工具:
anchor:可將某一實體作為熱點,當被點擊時取出網上所指定的文件。若為vrml場景文件,則該場景被下載顯示。若為其他類型文件,由瀏覽器決定如何處理;
touchsensor:對從指定設備的輸入產生相應的事件,這些事件表示用戶是否指向特定幾何體,同時也表示用戶何時何處按下定位設備的按鈕;
proxsensor:接近感知器,指定當用戶進入、離開或在立方體的區域內移動時產生的事件;
timesensor:在時間變化是發出事件,可用來控制動畫,也可用于某一時刻進行某項活動,或于某一時間間隔中產生事件;
navinfo:描述有關觀察者和觀察模式的物理特性;
background:設定場景的背景;
fog:設置霧化的效果;
sound:設定聲音片段的有效范圍,以產生隨距離改變的音響效果;
billboard:是某一對象隨用戶一起旋轉,以使之始終面向用戶;
lod:允許瀏覽器在物體表示的不同層次細節間自動切換;
inline:可在文件中引入外部文件的場景,避免重復制作。
通過以上輔助工具,就可制作出電子商務場景及其交互和查詢功能。
4.3多分辨率漸進傳輸。服務器接收了用戶端的請求后,通過網絡把三維幾何數據傳送到瀏覽器進行顯示,最理想的方式是漸進式傳輸[7] [8],這樣客戶端在下載完最簡單的一級模型數據后就可以進行顯示與交互,而不用整個模型傳輸完畢。漸進式幾何傳輸要求模型具有多分辨率表示形式,這對網絡的傳輸和客戶端的繪制都有很多好處。
本文將3d場景數據組織成一個統一的數據結構,實現遞進的傳輸不同類型的模型表示。本文利用分布式虛擬環境中通用的遞推算法(dr)來預測視點的運動算法[6]來預測用戶的位置,該方法簡單而通用,并且能有效的減少網絡上的數據流量,結合benefit累積和方法, 實現了有限的網絡帶寬下的優化3d場景傳輸的一個有效的策略。考慮到網絡的不穩定性和網絡的傳輸質量,作者采用了自適應流控技術,以保證不同質量的網絡連接下不同場景繪制質量的仿真的順利進行。另外本文考慮了傳輸動態物體和不同表示形態的靜態物體到多個用戶的問題。本文的內容集中在3d數據組織管理和優先傳輸排序策略以及3d圖形傳輸協議上,目的在于實現服務器和客戶端之間高效的3d場景傳輸。
4總結
本文介紹了虛擬現實技術在電子商務領域的應用。相關技術包括虛擬場景的構造、系統結構、網格數據的傳輸以及客戶端的交互查詢方式。與傳統的電子商務系統相比,本系統具有更好的沉浸感和交互性,雖然目前離理想的虛擬現實境界仍有較大差距,但交互性強、觸發事件種類多、動態渲染及顯示質量高、可任意鏈接url或其他3d空間、適宜網上應用、虛擬現實數據文件共享性強以及開發效率高等技術特征,現已成為網絡虛擬現實技術發展的趨勢。隨著網絡虛擬現實技術的不斷發展,將為系統的開發提供更大的空間和更完善的功能。
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6謝翠等.基于web的仿真綜述,ccvrv2004,p544~548
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第9篇：虛擬現實技術與應用范文
目的 了解虛擬現實（VR）康復對由腦血管疾病所致運動功能障礙的康復效果。方法 對實驗組和對照組利用VR康復、傳統康復對急性腦梗死患者進行對照康復治療。 結果 在康復治療4 w、康復治療12 w后，實驗組在肢體運動FurgMeyer量表評分、FurgMeyer軀體平衡功能評分、日常生活能力Barthel指數方面均顯著優于對照組。結論 VR康復治療可有效改善由腦血管疾病造成的軀體、肢體運動功能障礙，提高患者日常生活活動能力。
【關鍵詞】 虛擬現實技術；運動康復；運動障礙；運動訓練
在運動康復領域，虛擬現實（VR）技術最重要的用途在于對受損的運動功能進行康復性訓練。康復訓練的目的是使機體在最短的時間里通過針對性的練習消除由于損傷造成的功能障礙。決定康復訓練效果的關鍵因素包括康復訓練的運動負荷是否適度，運動范圍是否全面，運動方式是否符合日常的生活習慣等。VR可以提供精確的測評、輔助、監控、訓練等技術，從而充分保證運動康復訓練的有效性。目前，國內尚未看到將VR技術應用于腦梗死后遺癥運動康復治療研究的相關報道。本研究旨在探討運用VR技術對由腦血管疾病所致運動功能障礙的康復治療效果。
1 對象與方法
1.1 研究對象
被試為2008年4月至2009年1月在鄭州市第二人民醫院、鄭州大學第五附屬醫院神經內科及康復科住院治療的腦血管疾病人員。入組標準依據1995年第四屆腦血管病學術會議通過的診斷標準，需經顱腦CT或核磁共振確診的初發腦梗死患者，患者遺留有肢體運動功能障礙，但沒有嚴重認知障礙及精神疾患，病程在3 w內，格拉斯哥昏迷計分（GCS）≥8分，生命體征穩定。排除標準為腦血管病發病前已有癡呆表現及精神疾病，認知障礙較嚴重及語言不能者，重要器官如心、肺、肝、腎等有嚴重疾患，有神經肌肉骨骼病變可能干擾功能恢復且無法堅持治療的患者。隨機抽取符合入組標準的被試患者60例，年齡44～67〔平均（54.9±9.6）〕歲，隨機分為對照組30例，其中男17例，女13例，平均年齡(56.23±10)歲；實驗組30例，其中男16例，女14例，平均年齡(55.98±8.43)歲。被試兩組成員在年齡、性別、疾患、患肢肌力、運動功能障礙上差異無顯著性。
1.2 實驗方法
兩組的基礎治療均為神經科的藥物治療。對照組采用傳統運動康復療法，治療措施包括：①肢體在床上功能位擺放；②按時變換；③功能障礙肢體各關節的被動運動和主動運動；④上肢的輔助功能（坐起）訓練；⑤腰背肌功能訓練；⑥重心的坐位及站立平衡訓練；⑦步行訓練；⑧自主生活能力訓練。運動功能的康復訓練根據不同階段采取的不盡相同，治療師采取一對一方式。治療時間是每日兩次，每次45 min，每周5 d，持續12 w。對實驗組進行VR康復療法，其VR技術的生物反饋系統為桌面式。康復儀器包括MyoTrac Train治療儀、Sunlight Tetrax平衡儀，MyoTrac Train軟件支持是MyoTrac Clinical治療儀的工作基礎，SunlightTetrax平衡儀原理與MyoTrac Train治療儀相同，均需要根據患者不同的狀態階段選取相應的康復方案。治療時間是每日兩次，每次45 min，每周5 d，持續12 w。
1.3 評價標準
判定偏癱患肢康復前后運動功能恢復情況采用FurgMeyer肢體運動功能積分量表；采用Barthel指數（BI）作為日常生活活動能力（ADL）評分法：總分100分，得分越高，ADL越好。評分60分以上的，基本上能完成ADL；60～40分需要幫助；40～20分需要很大幫助；20分以下完全需要幫助。兩組分別于康復治療前、康復治療4 w后、康復治療12 w后采集數據。
1.4 統計分析
采用SPSS13.0軟件包統計分析，數據資料以x±s表示。
2 結 果
被試兩組成員在年齡、性別、疾患、患肢肌力、運動功能障礙上經統計學分析，差異無顯著性。對照、實驗兩組的FurgMeyer肢體運動功能評分、ADLBI評分在康復治療前初次測次經統計學分析無顯著性差異，表明兩組被試在肢體運動功能障礙程度、ADL級別上無差異，然而兩組被試治療后相同時間再次統計分析，其結果呈現顯著性差異（P
3 討 論
VR技術是一種利用計算機生成模擬環境，通過多種傳感設備使用戶“投入”到該環境中，實現用戶與該環境直接進行自然交互的技術〔1〕。VR具有沉浸性、交互性、構想性等特點〔2〕。按照沉浸度可分為非浸入式、部分浸入式和完全浸入式，按其實現虛擬環境功能的高低可分為：桌面式、浸入式、分布式和混合實現系統〔3〕。
VR技術運用于康復治療的科學原理及優勢在于，它能為進行運動康復訓練的患者提供每次練結果的實時反饋和每組練習后的成績反饋，這兩種形式的反饋有利于提高患者的結果知曉感〔4〕。VR技術不僅能夠通過編制虛擬環境提高運動康復訓練的趣味性，而且能夠以形式多樣的反饋不斷激發并維持患者重復練習的動機。VR技術的發展，從根本上改變了傳統的運動康復方式，將勞和逸真正結合起來。
偏癱是最常見的腦梗死后遺癥，是指一側肢體肌力減退、活動不利或完全不能活動，還常伴有同側肢體的感覺障礙，如冷熱不知、疼痛不覺等，有時還可伴有同側的視野缺損。康復醫學是以運動學和神經生理學為理論依據，采取各種手段對患者進行科學性、系統性、綜合性治療。運動療法是康復醫學中最基本的治療方法，運動療法對消除或減輕患者功能上的缺陷，控制病態的異常和幫助患者最大限度地恢復原有的運動能力，具有顯著作用。
VR技術在模擬真實生活場景，提供日常生活技能訓練方面具有傳統康復訓練不可比擬的優越性。實驗研究表明，基于VR技術的運動康復訓練具有以下的優越性；第一，虛擬環境可以使患者產生一種身臨其境的感覺，以自然方式與虛擬環境中的對象進行互動，從而提高患者主動參與的積極性。由于VR技術可以使虛擬環境與真實環境非常相似，患者能夠將在虛擬環境中學到的運動技能很好的遷移到現實生活環境中。第二，VR技術不僅能夠簡化患者的康復訓練任務，并且虛擬教練比人類教練的動作更具有一致性。第三，VR技術能夠以多種形式提供反饋信息，給予患者相應的鼓勵、暗示或建議等，從而使原本枯燥單調的運動康復訓練過程變得輕松、有趣。第四，VR技術允許用戶進行個性化設置，可以針對患者個人的實際情況將運動訓練、心理治療及功能測評有機地結合起來，制定適當的運動康復訓練計劃〔5〕。
本研究顯示，基于VR技術的腦血管疾病運動功能康復治療，對于最大限度的恢復患者的肢體運動功能、促進日常生活活動能力的提高，較之傳統康復治療，具有顯著療效。VR技術能夠為患者提供身臨其境的極富真實性感受的虛擬環境，從而積極促進患者參與康復訓練的積極性和主動性，有效克服傳統運動康復訓練的局限性，使患者最大限度地回歸家庭和社會。
參考文獻
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3 陶維東，孫弘進，陶曉麗，等.浸入式虛擬現實技術在心理學研究中的應用〔J〕.現代生物醫學進展，2006；6(3)：5862.
