虚拟现实技术案例

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虚拟现实技术案例范文第1篇

【关键词】虚拟现实 3D max 实践教学

一、虚拟现实技术背景

（一）虚拟现实技术发展背景

虚拟现实技术（Virtual Reality）是一种有效的模拟人在空间环境中行为感受的人机交互技术。客观需求是虚拟实现技术发展的动力，因而，该技术是近年来发展最快的信息技术之一，多用于电影、游戏、建筑等行业。

虚拟技术发展大致可以分为3个阶段：20世纪50年代至70年代是准备阶段，80年代初至中期是从实验室走进实际应用的阶段，80年代末开始是飞速发展的阶段。

90年代后，随着Windows平台的普及以及其他三维软件开始向Windows平台发展，虚拟现实技术面临着重大的技术改革。从1993年开始，3D Studio（三维工作室）软件所属公司使用全新的操作系统（Windows NT）、全新的编程语言（Visual C++）、全新的结构（面向对象）编写了3D Studio MAX。随后的几年里，3D Studio MAX先后升级到3.0、4.0、5.0版本，从4.0版本开始，由于所属公司发生变化，3D Studio MAX的名称也精简为“3ds max”。

2011年，因Maya宣布停止更新，3ds max成为主要的虚拟现实软件。

（二）虚拟现实技术教育状况

虚拟现实技术进入各个行业是必然趋势，2004年前，因为高校还没有开始设置相关课程，因此最早的虚拟现实课程出现于培训机构，如著名的北京水晶石等。

培训机构的教师主要来源于行业的精英，缺乏教学经验和手段，教学方法不系统，因此，教学过程是混乱的，教学效果比较差。

自从虚拟现实技术进入高校后，开始规范其课程性质、课程目的，有完整系统的课时安排、教学计划、教学大纲、教案等资料，而且也出现了一些相关论文，总结了很多经验。但是，虚拟现实技术成为一门课程仍属于刚刚起步阶段，教学上普遍存在许多问题，需要不断研究探讨。

（三）广东白云学院虚拟现实实践教学存在的问题

广东白云学院以应用型人才作为培养目标，因此是最早开设虚拟现实技术课程的高校之一，而且该课程被定位为实践课。

但是，在教学过程中，仍然存在以下问题：

1.学生动手操作能力差，课堂会操作，课后不会操作；

2.学生不会举一反三，制作原理一样，但因造型不同就不会制作；

3.无法在软件中生存，中文版会使用，换成英文版就不会使用；

4.有极个别学生三维空间思维差，很难产生学习兴趣；

5.学生自主学习能力不足。

要解决这些问题，教师的教学思想与教学方法是关键，新的教学方法必须建立在这样的两种思想上：学生是学习主体，教师是向导；检验真理的唯一标准是实践。

二、习惯的培养比软件功能的掌握重要

所有虚拟现实技术的教材都只介绍软件功能与技术，从来没有介绍虚拟现实过程中所需要掌握的好习惯，导致教学过程中忽视习惯的重要性。然而，往往这些好习惯就是一种经验的表现，直接把习惯传授给学生，比只要求学生掌握功能和技术更重要。

例如，在建模过程中，因为3D max软件自身的特点，往往需要使用者发出取消建模激活状态消息后，才算是整个建模过程的结束，即模型创建后，鼠标需要在显示窗口中任意空白处单击鼠标右键。这一小动作，成为教师的一种习惯，习惯就容易被忽略，如果教师把它忽略了，当然也无法培养学生养成取消创建状态的习惯，因此导致很多学生在创建后，因无法移动修改模型而乱动鼠标，使得场景中创建了无数看不到的模型，增加场景负荷，导致后期渲染变慢的情况。

我国台湾东海大学教授姚仁禄先生曾说过，学习的关键步骤是：好奇、知道、思考、练习，最后变成习惯。所以可见好习惯的培养是非常重要的，它也是学习最终的成果，既然教师已经有好的习惯，那么就必须重视并传授给学生。

三、学生的探索比教师的演示重要

（一）学生练习占课时的3/4

检验真理的唯一标准是实践，实践中学习比理论的灌输更重要。教师的演示是学生实践的基础，通过对1至2岁幼儿的教学实验得出结论：人类的学习最根本的行为是模仿。IDEO公司设计总监Paul Bennett在Ted的演讲中曾说：因为人的潜意识中有模仿的基因，相信别人能做到的事情我也能做到。

既然教师演示和学生实践都重要，那么在课程中，如何合理安排两者所占用的时间比例呢？根据学生是学习主体，教师是向导的教学思想，应该是学生实践所占用的时间比例更高。通过对虚拟现实实践教学教师演示部分的视频拍摄，得出每一堂课教师演示所需要的平均时间为40分钟，如果每堂课是4个课时，那么教师演示只占用1/4的时间，即学生练习实践应占课堂的3/4课时。

根据教师的演示时间把握情况，可反映教师的教学水平，相同的知识量下，如果教师演示时间能更短，讲解更清晰，那么教师的教学水平就会更高一些。

（二）在学生探索中引导出潜力

每个学生都有自己独特的理解方法与学习方法，教师应该了解每个学生的特点，根据每个学生的学习方法来进行指导。可汗学院创始人萨尔曼・可汗在Ted的演讲中所说：一个学得慢的学生不代表他不聪明，只能说明他理解事物的过程需要花更多的时间，但是万一他理解了，会比那些理解得快的学生走得更远，因为他的思考更深入。萨尔曼・可汗还曾经说过，为什么很多学生没有学好？因为课程安排是不等人的，它不会等你完全理解了才接着讲下一部分，哪怕这部分内容你只掌握了95%，那么仍然有5%没掌握，每个知识点有5%没掌握的话，那么累积下来，事情就变得严重了。

因此，在实践中让学生完全理解是至关重要的。对于虚拟现实实践课而言，男学生的空间思维能力普遍比女学生强，所以，学生在实践过程中，照顾“差生”是关键，教师的耐心必须在此刻体现。教师应该重点引导空间思维能力较差的学生，反复给他们进行演示，说明原理，必须让他们完全理解后才能进行下一部分新的课程内容。

四、课程内容设计是关键

（一）授之以渔，教会学生生存

课程内容设计的指导思想是教会学生生存，现在市面上已经有成熟的中文版3D max，但是很多企业仍然使用英文版的3D max。而且两个版本谁更好呢？根据好莱坞特效总监严帆所说：中文版3D max在制作过程中很容易崩溃，英文版更稳定。而且在修改物体时，例如，3D max英文版弯曲命令是Band，直接按键盘的B键就可以快速找到，而中文版因为已经被翻译成“弯曲”，失去了这样快捷方便的功能，所以英文版更好。

但是学生更多使用中文版，换成英文版时就不会使用，所以课程内容的设计中，虽然以中文版为主，但是基于授之以渔的教学思想，必须多做两个版本的对比运用，以便提高学生的生存能力。

另外，开发学生举一反三的思维也是学习软件的关键，很多学生认为不同软件的学习就是不同的知识，事实上并非如此，很多计算机科学，原理都是一样的，教师必须教会学生掌握这些原理和举一反三的能力，以便于在软件中生存。例如，3Dmax里面的编辑样条线功能，对于点的属性设定有3种：一是贝兹角点Bezier Corner，二是贝兹点Bezier，三是角点Corner。事实上，无论是Photoshop还是CorelDraw ，对于点的设定，都是这3种，因为计算机科学中就是把点设置成这3种。所以如果学生能用好3Dmax的编辑样条线，等同于会使用Photoshop的钢笔工具和CorelDraw的绘图工具。

（二）每堂课内容必须涵盖全流程

什么是虚拟现实的全流程呢？建模、UV、贴图、灯光、动作、渲染5项就是虚拟现实的全流程。所有的教材，里面的案例都是把它们独立、讲解，而且案例之间没有任何关系，因此，就算学生学会了教材里所有的知识点，也无法把5项结合起来完成一部电影、一个建筑漫游动画，甚至连一个静态的效果图都做不出来。

事实上，流程之间有非常紧密的关系，学生学习的关键是掌握它们的关系而并非单独的知识点。例如UV分布是受到模型布线制约，如果分好UV的模型需要改动布线，那么UV很可能需要重新分布；再例如，一个模型设置了动作，因为在运动时出现过大扭曲，出现模型破面情况，那么模型的布线就必须增加或调整合理，模型布线的调整，又会影响UV的分布，而且贴图的绘制需要根据UV的分布，如果UV重新分布了，那么贴图也必须重画……所以每个步骤都是息息相关，如果案例设计都是分开的，建模就是建模，不管UV贴图和动作，而动作又是单独的案例，不管模型和UV贴图，那么就无法把它们之间的关系体现，学生就会出现好像学了，但是又做不出来的现象。

所以每堂课，每个案例，只是难易度从开始的简单到复杂而已，但都必须设计成内容涵盖全流程。

（三）教学步骤应合理解构

虽然案例涉及全流程，但是不代表教师上课时，没有任何计划，直接把案例从头到尾演示一遍然后就让学生练习。不深入研究案例，把它解构成很多的小点，学生是无法消化的，特别是前期的基础案例更需要细解，所以合理解构案例也是关键的一环。

讲解基础案例时，学生刚接触虚拟现实，没有任何基础，解构案例会比较容易，基本是步步为营的思想，教师做一步，学生跟一步。例如建一个盒子Box的模型，第一步，拉伸出一个盒子；第二步，输入盒子长宽高数据；第三步，鼠标右键点击视窗空白处取消创建状态（好习惯之一）。教师每做一步学生就跟一步。

讲解中期案例时，学生已经有了基础，解构案例可以第二、三步为一个点，重点讲解原理和好习惯，教会学生如何举一反三。而讲解后期案例时，主要以学生自主学习为主，教师可以不用演示，把相关案例结果展示给学生，与学生进行讨论并研究如何模拟出该效果，然后学生动手制作，教师作为技术支持与引导。

结语

实践教学一直是教学中最有效的教学方法，从做中学才符合人类学习的习惯。虚拟现实作为新的知识，有着这个时代不可或缺的地位，是学生必须掌握的基本技能之一。但是目前相关的教学体系只是刚刚起步，只能从其他学科中得到参考，选择适合自身需求的知识点，因此，对于虚拟现实技术实践教学方法还必须不断探讨和研究。为了让学生毕业后能更好地适应飞速发展的社会，在教学生知识的同时，提高学生自主学习能力和思考探索能力是至关重要的。如何提高教学质量，需要探索的问题有很多，有待我们教师团队在教学工作中不断努力，力求培养出更多优秀的人才。

参考文献：

[1]王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式[J].理工高教研究，2009（4）.

[2]和克智.OpenGL编程技术详解[M].北京：化学工业出版社，2010.

[3]姚仁禄.设计边缘[Z].

[4]萨尔曼・可汗.视频再造教育[Z].

虚拟现实技术案例范文第2篇

关键词：虚拟现实；创新；图形图像制作专业教学

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：2095-4115（2014）03-229-1虚拟现实技术作为图形图像领域的一种新型虚拟交互媒体，目前在国内已经引起了人们的极大关注。国内许多高校及研究所开始了对虚拟现实技术的应用研究。作为IT领域创意产业的图形图像制作专业，应该将虚拟现实这项前沿技术的学习和应用纳入到教学中。

一、 虚拟现实技术创新图形图像制作专业教学的现状

目前，众多开设了图形图像制作专业的高职院校就该专业的教学体系及教学模式等进行了一些探索。但就如何根据图形图像制作专业的特点开展有针对性的项目实践教学研究，还存在着一些不足。

首先，因专业定位不明确，造成图形图像制作专业教学的针对性不强。图形图像制作专业应该是一个技术与艺术相结合的专业，偏注于技或艺都将有违本专业人才的培养目标。如“三维动画基础”课程的教与学中，普遍的教学状况是：学生将大量的时间用于对设计软件的追风逐流中，忽视了软件只是一个工具，更重要的是运用这些工具去表现自己的设计意图。

其次是教学中的项目案例与社会脱节。目前，高职院校的教学模式大多已经使用工学结合一体化教学模式，但在使用案例教学、项目教学时，所选案例不够经典，或者题材与表现手段太过陈旧，与当前行业实际应用不匹配。

再次，学生职业能力形成的重要手段就是实训，而实训设施的数量和质量直接影响到工学结合技能训练的效果。建好实训室后又因设备的更新换代、耗材、管理等问题，面向学生开放的实训时间也有限，从而大大地制约了工学结合模式的教学效果。

以上的诸多问题表明，图形图像制作专业的教学改革势在必行。

二、 虚拟现实技术创新图形图像制作专业教学的改进方法

首先，在教学内容上打破传统的课程教学序列，通过项目教学整合相关课程。图形图像制作专业课程可以将专业基础课程如素描、色彩、摄影等课程整合到“虚拟三维校园”的资料收集子项目中；将图形图像处理软件的学习整合到资料的整理与优化子项目中；将三维动画基础课程的讲解直接纳入到三维校园模型的创建子项目中，以此解决表现技术问题；将图形创意、VI设计、印刷工艺等课程整合到虚拟三维校园导视系统的设计与制作项目中，着重解决创意与艺术地表现等问题；将网页设计与制作、多媒体技术等课程整合到虚拟三维校园的网络任务中等。在各个子项目教学中，打破以前传统的基础课、专业基础课、专业课三段式教学模式，根据项目要求直接或并行地按所需学习的相关专业知识和技能。

其次，在教学方法上，运用虚拟现实技术实现互动体验式教学。体验式教学，即是在项目教学过程中，学生先体验相似项目的虚拟作品，使教学富有趣味性，形成感性认识；然后学生尝试制作出来该作品，初步形成基本表现能力；再反复体验自己或同学制作出来的虚拟作品以寻求不足并予以完善，最后将虚拟作品在常规实训室里按传统的实训方式制作出来，完成对设计作品的最终检验。

最后，在图形图像制作专业的课程教学中，众多的设计项目都可以制作成虚拟作品，教师在讲解时学生即可进行自主体验，以增强学生的感性认识。学生还可根据老师的提示，归纳相关的专业知识，有利于学生自我学习能力的提高。

三、 虚拟现实技术创新图形图像制作专业教学的意义

首先，虚拟现实技术是图形图像领域的最新成果，并将随着IT的发展而涉足各行业各领域。课程整合充分体现了以实践为主、理论够用为度的职业教育特色。从项目教学模式、教学内容和教学手段，都体现出一个新字。

其次，在项目教学内容上，虚拟现实技术及其应用一直贯穿于整个教学体系；在教学方法上运用虚拟现实技术的沉浸感和体验式教与学，将虚拟技术的运用、虚拟作品体验或虚拟实训设备的操作，与常规实训室的具体实训相结合，更有助于促成学生职业能力的形成。学生在设计作品的表现手段上，也运用虚拟现实技术。如作品的最终结果都以互动式的虚拟现实作品形式进行呈现。

最后，学生的学习方式为体验式学习、互助式学习。学生的学习不再是枯燥单调的接受。老师的教授也不再是机械的你问我答的表面互动式教学，而是体验式的学习，在玩中受教。学生最初由互动作品体验而产生兴趣，由模仿制作而获得表现技能，再反复互动体验而强化技能，最后实际制作出成品以检验其技能。

四、 总结

将传统的图形图像制作教学与虚拟现实技术的结合运用势必使该专业的教学内容与教学手段得到前瞻性的进步。而学生从虚拟现实技术的操作中得到了与实践相符合的体验，使他们的实践能力也得到了进一步提高。因此图形图像制作专业教学与虚拟现实技术的结合能够为培养适合社会需要的图形图像制作专业的高级应用型人才提供重要的保障。

参考文献：

[1]陈. 图形、图像与虚拟现实技术研究[J]. 改革与开放，2010，（12）.

[2]李伟群，于斌. 虚拟现实技术在高职教学中的应用[J]. 中国职业技术教育，2010，（07）.

[3]孙兴奇. 虚拟现实技术在职业技能教学中应用的探讨 [J]. 中国科教创新导刊，2009，（10）.

虚拟现实技术案例范文第3篇

一、虚拟现实概念的由来

虚拟现实技术(VirtualRealityTechnique,简称VR)是1989年由美国的兰尼尔(J. Lanier）最早提出的，国内也有人译为“灵境”或“幻真”，国外与虚拟现实同类的术语还有虚拟环境、人工现实及电脑空间等。兰尼尔将虚拟现实定义为：用计算机技术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虚拟世界客体进行浏览和交互考察。这个定义注重的是逼真的感觉（视觉、听觉、触觉、嗅觉等）、自然的交互（运动、姿势、语言、身体跟踪等）、个人的视点（用户的眼、耳、身所感受到的信息）和迅速的响应（感受到的信息跟随视点的变化和用户的输入即时更新），用户在其中所体验到的是一种浸入式的、多重感官刺激的经验。

建立有效的虚拟环境，主要集中在两个方面：一是用虚拟环境精确表示物体的状态模型，二是用环境的可视化表示及渲染出的景象。之所以将重点放在计算机视觉方面，是由于人们获取三维信息主要依靠视觉，而不是听觉或触觉。构成虚拟现实的基本条件有三要素：

1.沉浸感（Immersion）：必须存在一个由计算机生成的虚拟场景，这个虚拟场景能令用户暂时脱离现实世界，产生一种现场感。

2.互动性（Interaction）：用户必须能与这个虚拟场景进行互动，产生一种参与感。

3.想象力（Imagination）：这种互动可以是感官上的，也可以是心理上的。这里的现场感和参与感是以用户的主观心理为衡量标准的。

二、虚拟现实技术在武警部队作战、训练中应用的可行性

(一)硬件设备。虚拟现实技术应用最基本的硬件要求是电脑，其他设备主要是终端显示和人机交互设备，比如数据头盔、立体显示器、触摸屏、投影仪、环幕，数据手套、数据衣、操纵杆、手柄及音响设备等，随着武警部队信息化建设的逐步发展，部队各级的办公电脑配置逐步提高，多媒体教室、网络学习室、小型机房已普遍建成，三个中心设备先进完善，有线网扩容已基本完成。从相关硬件、网络设备上来看，在现有的基础上增加满足开发虚拟现实技术的图形工作站及一般的终端显示和人机交互设备，即可达到建立虚拟现实系统，利用虚拟现实技术的要求。而终端显示设备和人机交互设备不是开发过程中必需设备，可在武警部队虚拟现实系统开发后根据实际需要来配备。

(二)任务环境特点

目前，三维建模电脑软件已相当成熟，有着强大的建模和动画制作功能，能把小到一间屋、一座楼房，大到一座城市的各种物体和人物的复杂模型建立出来。而武警部队的执勤目标环境相对明确、具体、固定，需建模型量不算太大，即使是重大临时性勤务也都适合用建模软件进行建模导出后，利用实时仿真软件来进行虚拟。而且，根据任务方案的不同和环境的发展变化，虚拟现实系统内的场地可以根据需要实时地进行修改，如改变建筑物高度、建筑物外立面的材质、颜色等，只要修改系统中的参数即可，而不需要像传统三维动画那样，每做一次修改都需要对场景进行一次渲染。虚拟现实系统可以很快捷、方便地随着方案的变化而作出调整．从而大大提高了方案设计和修正的效率和质量，一旦建成可以长期应用。

(三)人才和技术人才储备。虚拟现实系统在武警部队的开发和引入，人才是关键。一是需要有懂军事、懂训练、懂电脑应用、全面掌握部队任务情况、特点、规律的军事人才，进行军事方面的指导、方案设计、典型案例分析与提供；二是需要会运用虚拟现实系统软件、编程软件、网络硬件设备的信息化技术人才进行系统开发。多年来，武警部队各级领导特别重视信息化人才建设，通过部队成长、院校教育、地方培训、招收地方大学毕业生等人才建设手段和育人、留人机制，使得具有信息素养的指挥、技术人才队伍建设日益增强，为武警部队现代化建设提供了人才支撑。

二、虚拟现实技术在武警部队作战训练中的应用

虚拟现实技术案例范文第4篇

【关键词】虚拟现实技术 高校教育 应用 局限性

一、虚拟现实技术的发展

虚拟现实技术（Virtual Reality）主要借助计算机技术及其硬件设备，实现一种使用者可以通过多种感官感觉到的虚拟场景或物体，简称VR或灵境技术。

虚拟现实研究的历史可以追溯到上个世纪50年代，有学者在这方面展开探讨。1965年，Sutherland在《Ultimate Display》一文中正式提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想；90年代是虚拟现实技术的大发展阶段，虚拟现实的内涵随着技术设备发展而不断深入，基于图形渲染、基于图像渲染建模技术和基于互联网的分布式虚拟现实技术得到长足发展；应用范围也随着研究的深入而不断扩展，从原来的军事模拟和宇航训练逐步扩展到工业制造、远程医疗、互动娱乐、商业宣传、教育等诸多领域。

二、虚拟现实系统的四个层次

虚拟现实技术的三个基本特征是“Immersion”（沉浸）、“Interaction”（交互）、“Imagination”（构想），其中交互性和沉浸性是虚拟现实的最重要的特征。当前 虚拟现实技术在各个领域都有应用，因为不同的需要，所以成形的虚拟现实系统也各不相同，但根据其虚拟特征倾向，可以划分为四个层次：

1.桌面式虚拟现实系统，又称为简易虚拟现实系统。利用普通计算机便可以实现虚拟环境的输出，在显示上直接利用计算机屏幕或投影来让参与者观察，交互上直接用键盘或鼠标来与系统进行控制。这一类虚拟现实易受周围真实环境的干扰，沉浸感较差，严格来说不能称之为“虚拟现实系统”，但由于结构简单，成本较低，所以比较普及，特别是在建筑和工业设计、游戏开发、教育培训中应用广泛。

2.沉浸式虚拟现实系统。这类系统主要利用各种高档工作站、高性能图形加速卡和交互设备，通过声音设备、力与触觉传感器、头盔式显示器或立面投影器等，以排除外界干扰，将参与者与外界真实环境完全隔离，使其完全沉浸在虚拟世界中。这类系统比较复杂，价格昂贵，难以普及，一般用在航空和军事训练等高端领域。

3.分布式虚拟现实系统。一般是沉浸式虚拟现实系统的发展结果，利用网络将几个不同位置的虚拟现实系统连接起来，充分利用不同区域的各种资源，为某一共同目的协同创造一个虚拟环境，用于更复杂任务的研究。

4.增强式虚拟现实系统，也称为混合虚拟现实系统。允许参与者看见现实环境中的物体，将真实环境和虚拟环境叠加融合在一起，形成对真实物体更多的解读。该类型系统主要借助于位置跟踪技术和穿透型头戴式显示器，将计算机产生的图形和参与者实际的即时环境精确融合，以达到虚拟和现实有机结合的目的，这是今后的主要发展方向。

VR技术的应用范围非常广泛，在国外VR技术的教育应用非常普遍，涉及各个不同的用途和层次，而且也并非只有发达国家应用，发展中国家在教育中应用VR技术也日益增多。在美国，许多大学将虚拟现实技术引入到课程教学中，如美国休斯敦大学建立的“虚拟物理实验室”可让学生通过计算机模拟包括万有引力定律在内的各种力学实验，并且可以让学生控制重力大小、方向等各种参数的变化；北卡罗莱纳大学开发的“化学虚拟实验系统”则可以让学习者手动操控分子运动，使分子结构按照使用者的操作进行组合，并产生相应现象反馈，加深学习者对分子结构的理解。

三、虚拟现实系统在高校教育中的应用

在我国，有许多高校将虚拟现实技术与WEB技术结合起来，展开基于网络的教育应用。如北京航空航天大学开发的虚拟北航和华中师范大学开发的数字校园，都可以使用户通过WEB在计算机生成的虚拟校园中进行漫游和交互操作；而清华大学、山东大学、华南师范大学等学校则将虚拟现实技术与网络课程结合起来，为课程教学提供仿真和模拟操作，加深学习者的感性认识和理解。

纵观国内外虚拟现实与教育的结合实验项目，我们可以总结出其大致的应用形式：其一是实验仿真，利用虚拟现实技术打造实验仿真平台让学习者“亲身体验”实验操作或动手训练，学习者不必真正面对危险的、昂贵的或不可能实地操作的实验项目或环境，这种虚拟现实环境既可满足大部分教学和训练的要求，又可大大减少经费的投入。其二是虚拟现实课件（教学演示），教师直接将仿真平台在课堂上进行教学演示，为课堂教学提供直观生动的内容，加强学习者的感性认识。其三是空间仿真，通过虚拟现实技术还原某一物理空间，并且允许使用者对虚拟空间进行控制。例如数字化校园可以允许使用者按照自己的路线在虚拟校园中进行实时漫游，虚拟图书馆可以允许读者随意地翻阅书本。

四、目前虚拟现实在教育中应用的局限

在这些实验案例中，不难发现，当前教育中应用的虚拟现实系统有以下几个方面的局限：

一是大多为简易型虚拟现实系统。建立在PC机和屏幕显示的基础之上，交互也大多限于鼠标和键盘操作，研发也仅限于软件层面的开发，究其原因，一方面是因为教育应用中经费的限制以及使用者数量巨大，另一方面则是因为PC机的普及和计算性能越来越优越，足以满足当前阶段使用者的需要。

二是大多为单人场景平台。也就是在某一位使用者进入该虚拟环境时，周围看不见协作者或伙伴，是孤独的沉浸，只考虑了虚拟环境中的人机交互，却极少顾及虚拟环境中的人际交互。

三是针对教学活动的虚拟现实系统更多地关注知识内容本身，对虚拟环境和虚拟教学手段较少关注。例如多数虚拟实验系统中，只呈现实验操作对象模型，对实验室的环境少有顾及，系统的真实感大打折扣；且虚拟操作过程正确与否仅限于系统提示，少有外界互动沟通机制。

虚拟现实技术虽然研究已久，技术也相对成熟，但是，目前高校教育中，虚拟现实技术的应用并不普遍。要想把这种技术更好地和教育结合起来，其在教育中的应用形式和应用方法还有很多细节需要进行进一步的研究。

参考文献：

[1]胡小强.虚拟现实技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2009.

[2]杨忠伟，康瑞存，谢青.虚拟现实技术的研究[J].测绘与空间地理信息，2009，32（2）：161-163，166.

[3]郭天太.虚拟现实技术在高等教育中的应用及其意义[J].宁波大学学报，2006，28（1）：103-106.

[4]于静洋，蔡坤.虚拟现实技术及其在高校教学中的应用[J].教育信息化，2006，（4）：74-75.

虚拟现实技术案例范文第5篇

现代的城市公共雕塑已经成为一种不可或缺的精神文明载体，体现着一个城市的文化内涵与品味。针对当今城市化迅速发展、市场需求量增大、传统的制造体系逐渐不能满足现代社会对效率、个性、多样化等诸多因素需求的情况下，利用新的技术手段，进行标准化，系统化的设计制造成为本文阐述的重点，通过沈阳蒲河生态走廊区域公共雕塑设计制造的例子论证新技术在公共雕塑领域的可行性和优越性。

关键词：

3D打印 虚拟技术 公共雕塑 产品设计

在当今科技高速发展的进程中，3D打印和虚拟现实技术凭借着自身高效便捷的特点已经渗透到各行各业的各个领域中。其在制造业领域发挥着越来越重要的作用。随着城镇化的加快发展，公共雕塑作为精神载体对其的需求量与日俱增。此时现有的技术手段显得过于单一。文中通过对虚拟现实技术和3D打印的技术现状的分析，并将新旧制造方式进行对比，旨在建立一个数字化智能雕塑系统体系，结合具体案例论证新技术在公共雕塑设计与制造的合理性和有效性。

1.研究背景分析

1，1景观规划对公共雕塑的需求

公共雕塑不仅是一个城市的标志，也是一个城市文化魅力的体现。它能够让人们产生领属感和自豪感。随着我国城市化的快速推进，旧城改造和新区建设涌现大量的公共开发空间。为了营造公共文化、增强空间人文气息，公共雕塑的需求量不断增加，这为公共雕塑的发展提供了广阔的前景。现阶段我国公共雕塑“一步一景”的设计理念和小型雕塑的普及度与国外发达国家相比存在这明显差距，传统的雕塑制作工艺的方法逐渐不能满足现代社会讲求效率、个性、多样化特征的市场需求。

1，2虚拟现实与3D打印技术现状及其应用分析

虚拟现实技术通过模拟使用者的听觉、触觉、视觉等感受，让使用者全方位无限制地去观察计算机模拟出的虚拟空间，仿佛身临其境。虚拟现实技术在产品设计开发的过程中，设计师可通过虚拟三维环境对产品的创意、工艺装配、工艺优化进行直观化、数据化、系统化的评价和修改。与传统的计算机辅助设计相比虚拟现实技术具有交互性、沉浸性、想象性的特点。进而有效地避免_了产品开发周期长、资源消耗大的缺陷，加快了设计进度，降低了研究成本。虚拟现实技术逐渐成为行业的主流并广泛应用在汽车仿真实验、展示设计、影视制作等方面。例如2013年谷歌了一款增强现实眼镜GoogleGlass，通过对真实场景的虚拟互动和手势控制，能让你分分钟创造自己的虚拟物体，然后3D打印出来如图1所示：

3D打印技术采用粉末树脂或金属等可黏合材料通过电脑控制采用分层加工方式叠加成型，不仅可以打印微小的物品甚至可以颠覆传统的建筑行业的制造方式。例如美国南加州大学研发的“轮廓工艺”。它可以在24小时内可以打印出2层楼高的房子。“轮廓工艺”其实就是一个超级打印机器人，如图2所示，其外形像一台悬停于建筑物之上的桥式起重机，两边是轨道，而中间的横梁则是“打印头”，横梁可以上下、前后移动，进行X轴和Y轴的打印工作，然后一层一层地将整栋房子打印出来。与传统房屋建造相比，“轮廓工艺”3D打印技术能够节省20%-25%的资金和25%-30%的材料，也节省了40%-55%人力。

2.虚拟现实与3D打印技术在公共雕塑设计制造中的可行性探索

2，1传统工艺与新技术制造对比分析

现有的公共雕塑制作流程先是由设计师对雕塑主题的理解构思平面图，通过平面图交代场景、地点、主体、面积，然后制作成小样，接着按原比例制作放大模型，同时进行造型上的修改，然后根据所用材料选择浇铸、锻造、焊接、雕刻等方法进行制作。这一过程要求设计者反复修改甚至重新制作，同时由于加工手段的因素，一些复杂的形态也不得不被放弃，造成了设计周期长、成本高、资源消耗大等问题。

虚拟现实技术与3D打印技术同时参与公共雕塑的设计与制造，是技术与艺术的结合。在艺术领域创造者通过虚拟交互手段实现与雕塑作品的互动完成设计、检测、修复等一系列的工作，同时在技术领域利用三维打印技术能够更精确更快捷地完成作品的制造，提高了设计者的工作效率，节约了设计成本，以深圳职业技术学院图书馆雕塑《思想者》为例，如表1所示，更加直观的体现出新技术相比现有技术的优越性。

2，2公共雕塑3D打印设备设计

2，21公共雕塑3D打印机设计定位

当前，国内外的3D打印机分为开放式和封闭式两种结构类型。由于公共雕塑以景观作品居多，且尺寸大小不一，根据行业的特性，此设计选择开放式结构。其创新点在于结构的整体性强、拆卸便捷、扩展性大同时采用履带式设计移动灵活，在复杂的地形条件下也能够顺利地完成工作。通过建立一个三轴交互运动坐标使打印平面每一个点都具有唯一确定的坐标值与其对应，采用整体造型设计避免零件凌乱布置，分别由机身部分、移动部分和工作部分组成。

2.22公共雕塑3D打印机机体结构设计及加工方式

公共雕塑3D打印机整体的设计结构由x组件、Y组件、z平台组件与工作组件、电路控制部分联接组成。x组件是由直线导轨、移动滑块与工作组件组成。Y组件做整体升降运动，升降运动的精度由控制步进电机与传输带交互完成。

z轴由移动履带与伸缩直线导轨控制步进电机组成。公共雕塑3D打印机整机如图3所示。

打印加工方式为：如表2所示从外部存储设备或者从计算机直接提取得到3D模型，由微控制器（单片机）对模型进行分析建立支撑结构，然后输出指令控制打印喷头的温度，使材料能够迅速融化并通过驱动电机带动喷头进行x、Y、z轴的移动，喷头在接收到指令后会调节喷出材料的多少，每打好一层控制器会读取下一层参数再打印下一层，直到最后打印完成。

3.虚拟现实与3D打印技术在具体雕塑的制作与应用

3.1案例总体设计规划

沈阳蒲河景观带是名副其实的“万顷生态湿地”，同时也是七星文化、蒲河文化、满族文化、现代文化的宜居风情带。该案例设计选址在蒲河景观带中游，如图4所示。为使雕塑与环境气氛相协调，此设计以“藤”作为元素，外观融入了七星文化元素，更能体现区域发展的激情与活力。该雕塑采用新的技术手段，来诠释新技术在公共雕塑设计制作中的可行性与优越性。

3，2虚拟现实与3D打印技术下雕塑制作流程

3，21基础雕塑模型的构建

新技术下雕塑的制作成型不依赖于手工制作，但不代表没有作品的呈现方式。设计中可以采用软件代替传统雕塑中手工制作的方式，将作品转化成立体模型。此设计采用犀牛软件来实现模型的构建，在犀牛软件中将作品创建成型。如图5所示。这里创建的模型替代传统雕塑中手工制造的初模阶段，仅仅表现出雕塑的立体形态，具备观看的效果。此阶段没有确定材质和最终尺寸，这一切都需要利用虚拟现实技术通过与环境的交互体验最终确定雕塑的信息参数。

在确定雕塑的基本形态之后，犀牛软件将以作品模型导出obj格式文件，该格式便于在接下来的虚拟眼镜操作中使用。

3.22虚拟现实预览测试

虚拟交互预览操作借助谷歌meta眼镜，其核心是增强现实技术。简而言之就是把现实世界放到屏幕上的虚拟展示，让现实的信息更丰富，易于观察。通过语音、触控、自动三种模式控制显示信息取代传统鼠标、键盘、显示器的操作，让场景更加真实、有说服力。本公共雕塑虚拟测试步骤：

1首先把基本的模型信息传输到META设备中，运行操作界面后根据蒲河生态走廊的自然环境色与雕塑的表面肌理，选择与其符合的材质与色彩参数。本雕塑材质选取为：SLA材料，色彩参数为C1 M89 Y17 K99；

2通过手指的滑动，转动到所需要的位置，完成对雕塑各个角度的观察。更加直观地优化作品的细节。如图6所示；

3利用手指的撑开与收拢完成任意的缩放，直至得到一个合适的作品尺寸，本雕塑的打印范围：5700，5700，700ram。

3.233D打印实物成型

此环节中我们借助上章节所设计的公共雕塑3D打印设备快速成型，经过虚拟现实预测后，将调整后的3D数字模型保存为STL文件格式，利用前台控制软件PROE对3D模型进行分层处理，分层完成后PROE软件可以导出被3D打印机识别的CODE控制文件。将CODE文件输入到3D打印机中，打印机Arduino主板里的固化软件开始读取控制文件，在确认设备状态正常后，开始控制分层打印。

最终的打印雕塑实物如图7所示，最终打印参数：材料为SLA，设置了2层实心层、2圈轮廓、23%填充绿色。打印速度为每分钟2-4层，成型体积为5700，5700，5700mm，打印精度为10，27，34mm。