虚拟现实技术与应用

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虚拟现实技术与应用范文第1篇

关键词： 虚拟现实 汽车工业 产品设计

1.引言

虚拟现实技术，是近年发展起来的高级计算机技术，是建立在计算机图形学、仿真学、并行技术、人工智能、多媒体技术及高性能计算机系统等技术基础之上的。目前世界上对虚拟现实还没有一个确切的定义，不同的人对其有不同的理解，比较有代表性的定义有下列三种［1］：

（1）虚拟现实，英文名称Virtual Reality，简称VR，是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统。这里所说的虚拟世界是指所有虚拟环境或给定仿真对象的全体。而“虚拟环境”一般是指用计算机生成的有立体感的图形，它可以是一特定现实环境的表现，也可以是纯粹虚构的世界。

（2）虚拟现实是使人可以通过计算机看见、操作极端复杂的数据并与之交互的一种方式。

（3）虚拟现实是一种媒介，它具有三维合成环境，人们可以按自己的意愿，从任选视点实时地在其中连续而自由地探测、考察和体验。

Virtual Reality一词最早是由美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier于20世纪80年代初正式提出来的。他认为，与传统的“人―机界面”相比，虚拟现实技术具有质的飞跃。传统的“人―机界面”是将用户和计算机视为两个独立的实体，将界面视为信息交换的媒介，用户将要求或指令输入计算机内，计算机将信息或动作反馈出来。而虚拟现实技术则将用户和计算机视为一个整体，通过各种直观的工具将信息可视化，用户直接置身于这种三维信息空间中自由地操作和控制各种信息，从而成为信息的主人。

2.虚拟现实技术在汽车工业中的应用

2.1在虚拟设计中的应用。

基于虚拟设计技术的对象是产品的结构和性能，从产品设计、分析、模拟、评测出发，对客户所需求的产品性能和成本进行优化，它的对象是产品本身［2］。

近几年来，CAID技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持，但目前在虚拟设计中通常使用软件组合来完成产品设计过程。例如复杂曲面的产品造型，多采用Rhino和Pro/Engineer，而产品的渲染则采用3DMAX或LightWAVE，其实质并没有把设计人员从二维鼠标与键盘上解放出来，设计人员也并没有真正参与到虚拟产品设计中来，在某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。

现代生产中产品的虚拟设计和开发就是建立虚拟样机。以借助虚拟现实技术建立的三维汽车为例，在对汽车进行设计时，设计人员在具有全交互性的设计环境中，利用头盔显示器、具有触觉反馈功能的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置，将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连，不仅可以进行虚拟的合作，产生一种身临其境的感觉，还可以实时地对整个虚拟产品（Virtual Product）设计过程进行检查、评估，实地解决设计中的决策问题，使设计思想得到综合。在交互性的虚拟环境快速成型设备上，设计人员对虚拟产品设计模型的直接设计，提高了设计人员积极性与创造性的发挥。

2.2在虚拟制造中的应用。

虚拟现实技术是虚拟制造系统的基础和灵魂，虚拟制造系统是由多学科知识形成的综合系统，是利用计算机支持技术对需要进行生产和制造的产品进行全面建模和仿真，它能够仿真非实际生产的材料或产品，同时得出有关它们的信息。

虚拟制造系统（Virtual manufacturing system）由虚拟信息系统（Virtual information system）和虚拟物理系统（Virtual physical system）组成。虚拟信息系统也叫虚拟逻辑系统，主要是用来模拟处理设计、管理、计划调度等制造活动中的信息；而虚拟物理系统是计算机对实际的加工车间，包括机床、材料、工人等进行建模，并在此模型的基础上进行仿真实际制造系统的制造过程。

虚拟物理制造系统中的信息和实际的制造系统相一致，它是虚拟制造系统的关键。虚拟制造技术的应用范围涉及产品的整个生命周期，它可以在生产设备、工装和模具，甚至样车的设计之前，很容易地对生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。在汽车柔性生产系统（FMS）、计算机集成制造系统（CMIS）的设计和应用中，就广泛运用了虚拟现实技术。

虚拟设计与虚拟制造都是围绕着产品而展开的活动，是一个彼此相互联系有机整体。虚拟模型相互关系如图1所示。

2.3在虚拟试验中的应用。

虚拟试验技术作为汽车虚拟制造技术的一个关键环节，在汽车空气动力学及汽车被动安全性研究中正得到越来越广泛的应用，汽车被动安全性研究包括车身抗撞性研究、碰撞生物力学研究以及乘员约束系统和内饰件的研究。

虚拟试验方法的核心是有限元法和多刚体动力学的数值方法，它通过一定的前后处理程序和数据转换模板，以CAD文件为输入，在计算机中模拟出与实际试验一样的环境。通过计算，得到试验报告。

设计师设计出的新型汽车是否合理，往往需要经过碰撞、风洞等测试加以检验。最初检验新型汽车性能的方法是：先在一辆样车上放置木偶，加速后让它与墙壁碰撞，然后，再检测车身与木偶的受损程度，由此断定碰撞过程中车与人的受力情形。这种方法，不仅存在着严重的误差，而且需先把样车做出来，费事费力。而采用虚拟试验方法，则只需先用木材、黏土或陶土做一辆汽车模型，在风洞中测定其空气动力学数据，再把模型扫描进虚拟环境系统，把它放大成与真车一样的大小。通过虚拟环境系统模拟撞车，可以精确地把木偶的手或脚的受力情况反映出来，采用这个系统，可以减少约一半的设计费用及时间。

3.虚拟现实技术在汽车工业中的前景展望

多媒体技术软硬件飞速发展，特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合，加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度，使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。虽然目前汽车工业应用虚拟现实技术进行产品开发、制造、试验目前处于起步阶段，主要应用于概念车和车身内外模型的开发，另外在汽车装配中亦有少量使用，但我们相信，随着传感器与信息环境的交互技术等虚拟现实技术不断发展和完善，它必将引起汽车行业各个领域的革命性变化。

3.1敏捷制造/虚拟工厂。

虚拟现实技术将广泛应用于汽车工业，主要是以美国工业界提出的一个敏捷制造/虚拟企业为契机的。1991年，美国里海大学受美国国防部委托，组织编写了《21世纪制造企业的战略》的报告。在报告中，首次提出了敏捷制造（Agile manufacture）和虚拟企业（virtual enterprise）的概念。他们认为敏捷（agility）是一种能使企业在无法预测、持续变化的市场环境中保持并不断提高竞争力的能力。

该报告设想到2010年建立美国汽车（USM）公司，实现汽车工业的敏捷制造/虚拟工厂，主要达到以下目的标：

（1）每辆USM公司的汽车都按用户要求制造，每辆USM公司的汽车从定货起3天内交货。USM汽车在整个生命周期内有责任使用户满意，并且这种汽车能重新改造，使用寿命长。

（2）用户可以利用USM公司的图表、虚拟设计软件设计自己所需的汽车，并了解其售价、运行费用等。

（3）用户初步选定车型后，可进行模拟试验，通过模拟试验或重选或提出意见，满意后办理订货手续。

（4）USM公司工厂按年产6万辆设计，同一条生产线上可装配其所有型号的变型车，数量不限。

（5）在世界各地建厂，6个月内投产。

（6）4个月提出一种新车型。

（7）设计与制造能力匹配，产品设计与工艺设计同时进行，对全车设计与制造工艺进行虚拟设计和仿真。

（8）设计通过后，有计算机选择所有制造设备，并投入生产。

未来敏捷制造/虚拟企业的模式将表现为由计算机网络控制的多个柔性制造单元组成的分布式自动制造与虚拟制造系统。

3.2对并行工程的促进。

不断发展的CAD、CAM、CAS（计算机辅助造型）、CAT（计算机辅助试验）、CAE（计算机辅助工程分析）等各个领域渗入虚拟现实技术，并形成一个具有集成性、并行工程的网络。各个虚拟现实工作室工作人员，可以在不同的地点、不同时间、不同场合进行虚拟现实对话，在进行产品设计的同时，虚拟现实技术有能力提供大量的数字化三维模型，对分析、研究、建立生产装配线、工艺流程、原材料品种和消耗、工厂费用和成本等，通过检测，最终选定一套最佳的工厂设计方案［3］。

同时，企业领导、工程技术人员、经销商、供应商等，还可在该虚拟现实环境中，共同探讨各种产品的性能与市场前景，以便生产出用户满意的汽车产品，并且有关产品的供货合同、设计、生产、试验、储运等问题，都可以一并解决。

3.3供、销商介入汽车生产。

以前，每当设计新车型时，经常会因一些技术参数的更改而与零部件供应商进行反复沟通与协商，而这些沟通与协商几乎都是以邮件、传真等方式进行的，很不方便。但在虚拟现实技术的环境中，主机厂工程技术人员设计新车型时，可要求主要零部件供应商将拟采用的零部件数据以CAD及CAS的方式输入主机厂的数据库，并让它们进入主机厂的开发网络，当主机厂修改设计方案时，与之配套的零部件也将实时进行修改，不必与供应商反复沟通与协商。

4.结语

目前，虚拟现实技术正渗入到汽车工业的各个领域，它不仅为汽车设计开发人员创造了更为宽松自由的工作环境，而且从根本上动摇了一些曾被视为经典的汽车产品设计开发理论和指导原则。虚拟现实技术已经被普遍认为是下一代产品设计的主要技术，它的推广和应用将使汽车工业的思维模式、开发方式、部件供应、组织形式、市场竞争等方面产生全方位的创新和变革。在虚拟现实技术的未来发展中，虚拟汽车和真实汽车之间的界线将会变得越来越模糊。

参考文献：

［1］李怡，李树涛.虚拟工业设计［M］.北京：电子工业出版社，2003，6.

虚拟现实技术与应用范文第2篇

关键词：UDK；虚拟现实技术；室内设计；漫游

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9599　（2012）　18-0000-04

当今的房地产业发展十分成熟，随之带动室内设计行业的竞争激烈，传统的平面效果图、沙盘模型、样板房及漫游动画已不能满足消费者的需求，作为一种最直观的设计表现的技术手段，虚拟现实技术已经成为设计师和客户交流沟通、展示的平台，与传统的设计表现方法相比，设计方案的交流更为高效，能更好的满足客户要求等特点。虚拟现实技术也将成为室内设计表现和展示的最佳方式。

1 设计软件介绍

1.1 UDK（Unreal　Development　Kit）

UDK是基于Unreal3引擎（虚幻游戏引擎第三代）的免费版开发工具，是一套为DirectX　9/10　PC、Xbox　360、PlayStation　3平台准备的完整的游戏开发构架，支持64位HDR高精度动态渲染、多种类光照和高级动态阴影特效，可以在低多边形数量（通常在5000～15000多边形）的模型上表现出数百万个多边形模型才有的高精度，这样就可以用最低的计算资源做到极高画质渲染，符合虚拟场景的真实感要求。

在本次研究中，笔者运用UDK进行室内虚拟场景构建及场景浏览功能的实现，是体现虚拟现实技术的最佳工具之一。

1.2 3ds　Max

3ds　Max是3D　Studio　Max软件的简称，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。

2 漫游系统的制作流程

本次研究主要是针对虚拟现实技术的讨论与研究，笔者在一套现成的三维室内客厅模型素材的基础上，进行针对性的修改与制作以适应虚拟现实系统的需求。模型包括地板、墙壁、地板等主体部分形成客厅和餐厅的格局，配合沙发、茶几、餐桌、饰品等模型丰富场景的细节。本系统开发流程如图2.1所示。

4 总结

本次研究构建虚拟现实系统的工作主要包括：制作适合虚拟现实技术应用的三维模型、贴图制作、场景构建、自动浏览等。本系统通过应用UDK工具，通过UV贴图、法线贴图等手段，利用低多边形建模实现了高多边形渲染质量；运用Vray光影烘焙贴图技术，使得二维的单帧渲染才有理想光影效果，能够在实时渲染的三维浏览场景中实现，相对于国内同类虚拟现实系统，大大提高了产品质量；在实时阴影、碰撞检测等方面，整合了UDK各种编辑器应用，探索了将世界一流游戏引擎应用于室内设计领域的工作流程，具有较强的应用和推广价值，即本文的创新点。Unreal3引擎还提供了强大的脚本语言（Kismet）的支持，在下一步的工作中，将进一步研究脚本语言实现场景交互的问题，从而使得用户在浏览室内设计场景时得到更直观的，更现实的感受。

参考文献：

[1]http：///view/3964804.htm

[2]http：///view/123913.htm

[3]http：///view/1359428.htm

[4]Jason　Busby，Zak　Parrish，Jeff　Wilson.精通Unreal　Engine3卷一、卷二[M].武侠，孙德彪，张青春，张美蓉.北京：清华大学出版社，2011.

[5]朱旦晨，宋桂岭.基于Unreal3的虚拟博物馆系统的实现[J].计算机与现代化，2010，1：48-52.

虚拟现实技术与应用范文第3篇

关键词：园林；虚拟现实；教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）06-0112-03

the Exploration and Practice of Virtual Reality Technology Applied to the Teaching of Landscape Architecture

GAO Yang-lin1，LI Jin-jin1，YU Lu2

（1.Guangdong Industry Technical College. Guangzhou 510300， China； 2. guangzhou vocational college of science and technology. Guangzhou 510550， China）

Abstract：With analysis to the practicability and necessity of the application of VRT（Virtual Reality Technology） in Landscape Architecture， the paper confirms the VRT’s function in the teaching of Landscape Architecture， illustrates the technological path and running effect of building the Virtual Reality Teaching Platform and introduces the teaching effect of VRT.

Key words： landscape； Virtual Reality Technology； education

1 虚拟现实技术概述

随着信息技术的飞速发展，园林行业设计、工程等各类项目已越来越多的与计算机等网络信息技术结合。如园林工程方面的项目管理系统、招投标系统、工程预算造价系统等，园林设计方面的手绘结合的计算机辅助设计的设计制图模式。在本世纪初计算机效果图技术逐步普及，极大提升了设计表现效率并成为设计领域不可缺少的表现手段。随着行业发展，静态的固定视觉效果图已无法满足业主和设计单位的需求，近年来三维漫游动画越来越多的应用在大中型园林设计中。通过相关软件对设计内容进行建模、渲染和后期编辑，形成的漫游动画相较静态效果图更加直观。而近两年随着计算机图形处理能力加速提升以及周边软硬件条件的完善，具有交互参与的漫游技术逐步进入人们视野。相较于传统漫游动画固定路径和单向信息传递的先天缺陷，虚拟现实在交互性和沉浸感方面均具有显著优势。虚拟现实技术是一门综合性信息技术，涵盖了多个学科，主要用在计算机仿真领域，该技术的原理是通过计算机及相关软件对真实环境进行模拟，用户可以利用专用设备沉浸到模拟环境中，从而实现与该环境的交流与感受。

2 将虚拟现实技术引入园林专业教学的必要性

目前，园林专业教学资源多以教材、意象图片、PPT课件、多媒体动视频等为代表的静态或初级动态的教学资源为主，而教学模式早已由教师主导的单向知识传授模式转变为以学生为主体的项目化双向互动的教学模式，但相对落后的教学资源已很难适应教学模式的进一步改革和发展的需要。此外，园林专业教学受客观条件的限制，教师讲授内容很难全部经由具体实践传授给学生。例如，园林工程教学中涉及大量园林景观和建筑施工，而在现实中很难提供学生逐一参与各类工程实践的机会；园林规划设计课程中教学用设计方案实施的可能性也微乎其微。由于以上客观条件所限，教师实现预期教学效果的难度较大。因此，迫切需要一种可超越时间、空间和资源限制并能重复利用的低成本的教学资源和手段作为园林专业教学和实践的有力补充，而虚拟现实技术的特点正好与之相呼应（如图1所示）。

3 虚拟现实技术实施领域

3.1 设计类课程理论教学方面

将园林设计初步、园林规划设计、室内设计等设计类课程中抽象的概念、规范、要求和案例通过虚拟现实进行表现。改以往教学“文字+图片”的平面静态模式为更易理解的三维虚拟动态环境，为学生提供更加直观的学习体验，进而提升其学习效率和兴趣。

3.2 工程类实践课程教学方面

对园林工程常见各施工项目分类进行虚拟现实，在虚拟环境中再现工程项目各工序从开工到建成的全过程，并引入交互式界面，用可控的动态影像直观表现施工工艺、材料及相关要求和规范等。使以往部分由于时间、空间以及客观条件限制无法开展的教学实践项目得以在虚拟环境中再现，使学生对工程施工的认识更加具象直观。

3.3 园林建筑结构与构造课程教学方面

通过虚拟现实将以往教学中较难理解的建筑结构三维数字化，学生可通过不同视角观察分析建筑构造及其主要施工步骤，不仅可以减轻教师授课强度更能帮助学生快速掌握相关知识。

3.4 园林及建筑设计方案的虚拟现实分析验证

在学生进行设计实践过程中，从方案场地初步分析到最终成稿的全程引入虚拟现实技术，利用接近未来建成实景的虚拟环境分析验证方案。在虚拟环境下，教师与学生置身于―个相对真实的模拟空间，使得园林设计能够突破以往“平、立，剖”的常规模式，让学生从各个不同的角度直观地面对设计对象，更加深入地研究环境中各设计要素及空间关系、比例，设计出更加完美，更加人性化的方案作品。

3.5 虚拟现实资源的网络教学平台

将各类课程虚拟现实资源与相应网络课程结合，实现资源共享，使学生可随时随地学习相关知识。

4 虚拟现实教学平台的搭建

4.1 虚拟现实平台的选择

近年来信息技术飞速发展，计算机与各个具体专业的交叉渗透更加深入和全面。园林专业相关软件也由最初的平面辅助设计软件发展到可全程辅助设计表现。园林专业虚拟现实涉及软件的发展已相当成熟，主要包括：AutoCad，SketchUp、3d Max、Photoshop、Lumion、Premiere、Unity3D等。通过分析对比各虚拟现实平台的性能及扩展性，本研究采用Unity3D作为虚拟现实核心实现平台，Unity3D是一个让开发者轻松创建诸如三维视频游戏、景观可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型虚拟现实开发工具，是一个全面整合的专业虚拟现实引擎，可完全满足虚拟现实在园林专业的应用。

4.2 技术路径

1）分析并归纳园林专业相关课程可供虚拟化的所有知识点以及相关课程项目作业内容；

2）结合虚拟现实系统软硬件条件，确定各知识点和项目内容的初步场景表现形态，形成该虚拟现实场景构建程序和注意事项；

3）建立各场景基础模型、完成材质烘焙，并分析检查场景内容与虚拟现实平台的兼容性；

4）将场景模型导入虚拟现实平台，根据教学需要进行编程，完成交互操作和模拟动画功能；

5）设计制作系统交互界面；

6）对完成的虚拟现实场景进行检查，并进行后期处理以及添加必要文字、配音等工作；

7）整合进入教学系统，形成园林专业虚拟现实教学资源库；

8）根据网络和浏览器要求，优化教学资源库进行网络。

4.3 搭建教学平台

根据预先确定的技术路径进行教学平台的开发，平台使用操作便捷、易于掌握（见图2）。

5 园林专业教学引入虚拟现实技术的意义

5.1 实现学生为主体的信息双向流动的学习模式

传统教学视频与一般电影、电视类似，均为信息的单向传递，学生只能被动地接受动画制作者预先确定的观赏内容。即使采用漫游动画由于其线性播放特点，学生也难以精确地切换场景和控制播放进度。通过引入虚拟现实技术，学生可根据自身需要或喜好，随时移动或跳转至指定场景或位置，增加观赏者与漫游场景之间的有效互动。在此基础上，根据场景实际情况加入互动参与功能，如园林夜景中的感应灯光、喷泉流量控制、展示屏幕显示内容控制等，通过丰富的交互功能构建学生与虚拟现实场景间的良性互动。

5.2 使教学突破空间和时间限制

园林是对物理环境的改造和营建，学生在学习过程中必须大量积累过往各类园林、建筑及其施工等多方面项目经验。但由于课程教学时间相对固定、项目地域分布不集中，为了解决此矛盾部分学校会在多数专业课结束后开设数周的外出综合实习，为学生提供较为系统的学习参观机会。此类实习虽内容全面但时间短、知识量过大且未与相应课程教学紧密结合，教学目标很难全部实现。特别由于课堂教学与实践脱节，学生错过了接受知识的最佳时间段，教学效果不无遗憾。借助于虚拟现实技术，学习与实践同步进行，学习受时间和空间的限制被彻底打破。设计类课程学习与相应虚拟现实案例紧密结合，可直观的为学生提供形象生动的学习体验，使教学效果事半功倍。工程类课程借助于虚拟现实技术，每一步的施工环节、工艺及材料等清晰可见，从而可以最大限度地满足学生的不同需要，学习不受时间、空间的限制。

5.3 弥补教学条件的不足

园林是人工化的自然环境，是一门基于对实际场地及其空间设计和施工的学科，是对物理及人文环境的营建，因此本专业的教学需要建立在实际环境中。但由于教学场地、设备、经费等客观因素的限制，极少有学校能完全满足园林专业对教学环境和条件的需求。由于条件所限制导致一些课程停留在“纸上谈兵”的状态，学生对所学知识缺乏亲身体会。通过引入虚拟现实技术，可以极大地弥补这些方面的不足。学生在课堂中便可以直观的体会所学知识，获得与真实环境较为接近的体会，从而增加感性认识，深化对教学内容的理解。同时虚拟化案例教学耗费较少、节省实践教学经费，可以反复进行，有利于从根本上改善和提高教学水平。

5.4 提升学生对空间的认识并提高设计和施工准备工作的效率

园林规划设计不只是对平面区分，更是对空间和行为的设计。初学园林专业的学生乃至有一定工作经验的设计人员对空间的理解常常不到位，很多学生会将全部精力放在平面图及方案构图上，最终导致方案虽然平面构图很漂亮，但空间设计混乱、缺乏实用性。通过鼓励学生使用虚拟现实技术对所做方案进行三维数字化建模，模拟方案建成的最终效果、分析方案空间合理性。在虚拟三维环境中对方案进行直观的评价和验证，有利于发现设计中的不足并及时优化设计方案，从而锻炼学生空间思维和对尺度把握的能力。

此外，园林设计对于环境变化的前瞻性和周围景物的关联性要求很高，在动工之前景必须对完工之后的环境有―个明确的，清晰的概念。

6 结束语

随着经济社会的发展，行业企业对人才素质的需求不断提升，由此对职业教育也提出了更高的要求。将虚拟现实技术应用于高职园林专业教学，可以优化现有教学观念、突破单一授课模式和教学资源，营造出接近现实的动态虚拟环境，学生通过切身的体验和感受，积极构建属于自己的知识形态。在教学中利用虚拟现实技术，学生可以在计算机模拟环境中开展课程实践，这种教学手段不仅可以直观的展示设计理论、提供方案和工艺的交互探讨界面，更能显著提升教学效率并扩展学生学习维度。通过近两年教学实践探索，本专业学生学习兴趣和学习效果有了明显的飞跃，在学生工作室承揽真实园林设计项目和职业技能大赛方面都取得了显著成果。

参考文献：

[1] Unity Technologies. Unity 4.X从入门到精通[M]. 北京： 中国铁道出版社， 2013.

[2] Unity Technologies. Unity官方案例精讲[M]. 北京： 中国铁道出版社， 2015.

[3] 宣雨松. Unity 3D游戏开发[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.

虚拟现实技术与应用范文第4篇

【关键词】虚拟现实技术 建筑领域 应用

一、虚拟现实技术概述

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术，又称灵境技术，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，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。

虚拟现实技术具有沉浸感、交互性、想象力三个基本特征。

沉浸感，是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，即让用户由观察者变为参与者，觉得自己是计算机系统所创建的虚拟环境的一部分，并能全身心地沉浸于虚拟实践中。沉浸感被认为是VR最主要特征，导致这种沉浸感的原因是用户对计算机环境中的虚拟物体产生了类似于面对现实物体时才有的意识或幻觉。

交互性，指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度。主要借助于各种专用设备（如头盔显示器、数据手套等）产生，从而使用户以自然方式如手势、体势、语言等，如同在真实世界中一样考察和操作虚拟环境中的对象。

想象力，指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为，通过逻辑判断、推理和联想等思维过程，随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力。对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力，可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。

虚拟现实技术的出现为人类认识世界开辟了一条新途径，为我们创建和体验虚拟世界它提供了有利的支持。它逐渐成为21世纪广泛应用的一种新技术，目前已经被广泛应用到如建筑施工、教育培训、医疗、军事模拟、工业仿真等诸多领域。

二、虚拟现实技术在建筑规划中的应用

1. 在城市规划中的应用

现在建筑规划应用到的信息系统，主要有土质数据库系统、地域信息系统、地理信息系统、城市政策信息系统等，多采用数据库系统的形式。这些数据库的一个重大缺陷在于数字化程度高，可视化程度低，表现的是抽象信息，非专业人员可接受性差。例如：地理信息系统对地形地貌的表现，如果只是由数字来表现，则可读性会很差，表现为地形图的形式，则相对容易接受。而采用虚拟现实技术，在系统中输入地形、地貌的数据，则可以从不同的角度去观察，在取得必要数据的同时，使人有直观的感受，不用再劳神费力地想象地形图所表现的实际地形情况。这种直观的表现形式为规划审批、决策带来了极大便利，最大限度地提高了公众的参与程度，有效降低了规划师的劳动强度。而合理的规划，又能最大限度地降低了工程投资。

2.在建筑装修过程中的应用

工程项目进入室内装修阶段通常就临近预定的竣工日期。由于装饰施工图等技术原因造成装修工程返工、工期延长、造价增加是屡见不鲜的，外观效果与内在质量达不到理想效果也是常有的事。利用虚拟现实和CAD技术在施工前事先在计算机上进行室内装饰的数字仿真，在计算机系统上进行修改，以解决装修设计中某些与实际脱节的现象，就可以有效避免上述弊病。

现在越来越多的建筑物外墙贴铺面砖，面砖的色彩丰富，规格多样，加之建筑造型各异，使得面砖贴铺方案的确定大有文章可做。常规方法是在建筑手工立面图上划出面砖的分隔，并着色来观察效果，确定方案。这种做法缺点是立面越多，考虑的方案越多，要绘的图纸就越多，工作量很大。而运用VR结合CAD技术在计算机上模拟贴面砖，模拟面砖色彩，可减少重复制图。还可以用绘图仪绘制出模拟效果以便进行比较。该技术除了可用于外墙贴面砖的模拟，还可用于模拟室内外铺贴地砖、花岗石、大理石等。由于在施工过程中，模拟绘制是按现场粉刷后的实际尺寸进行模拟和绘制的，这样的模拟与实际非常贴近，使得现场施工时定位放线与模拟图十分吻合，从而避免了以往施工放线时的尺寸与原施工图尺寸误差而带来的麻烦。

三、虚拟现实技术的现实意义

1.先期技术成果演示与论证

大型建筑工程建成后往往会对周围的景观、环境产生较大影响。他们建设成本高，社会影响大，安全性、经济性以及功能合理性的意义更加重大。目前，这种重大项目建设的初期经济评价一般是建立在高度抽象的模型基础上，不容易避免。项目建设前的功能评价通常也是建立在想象和经验的基础上，出现偏差也是常有的事，而这种偏差造成的功能上的缺陷几乎是无法弥补的。也有一些功能评价建立在物理模型和计算机仿真模型分析的基础上。但物理模型是缩小比例的模型，试验和评价难免出现误差，而且试验周期长，费用较高。如何利用新技术，在建筑的设计阶段就对方案进行全面、客观的尽可能贴近建成事实的评价，是人们所关心的问题。

2.改善设计

采用虚拟现实技术实现的虚拟环境系统，可以向建筑设计单位提供一套进行建筑性能评价的有效工具，以利于更好地认识设计参数与设计结果之间的关系，发现设计中潜在的缺陷和问题，试探解决问题的不同方法，从而使整个设计更加完善。

一些建筑物，如图书馆的阅览室等，对建筑内部的采光要求比较高。为了达到最佳的采光效果，设计人员可以把建筑物模型及各种环境条件输入到虚拟现实系统中，通过日照和灯光的模拟，让人感受到光照的质量。建筑师可以采用不同的方案比较，实时修改方案，实验不同种类的反光材料，直到得到最佳采光结果。

3. 展示设计成果

用虚席现实技术展示设计成果是一种理想的方法。这种设计成果的展示，既可以面向大众，作为宣传的需要，又可以将方案展示给业主，供其提出修改意见，以增加方案的竞争能力。在设计阶段，利用各种建模工具，数字化模拟建筑物以及周围环境，对其进行仿真建模（此时的模型比例为1：1），得到虚拟世界中该建筑物的实体模型；而后按真实三维位置放置建筑物，同时考虑周围地形的轮廓；再次加上建筑细节，如门和窗设计，以便准确地表现该环境的美学特征。综合编辑各种对象（文字、表格、图形、虚拟世界中用多维信息所描述的对象以及真实世界在虚拟空间中的映射），在其中增加动画和对象的动态行为。同时利用虚拟艺术制作工具和虚拟世界编辑器，形成一个存在于虚拟世界中拟建建筑物的“客观实体”。最后在各种输入、输出软件和设备的支持下就可以实现对该建筑物设计成果的预先展示，据此对拟建建筑物结构进行创建。修改和可视化。

4. 节省投资和运行费用

采用虚拟现实技术进行先期技术成果的演示和论证有助于发现设计中多余的措施和各专业不协调的部分，及时修正以节省投资和运行费用。同时，演示论证也可以发现设计中可能导致无法满足要求的设计不当之处，避免了建筑物建造完成后的返工。

5. 促进房地产业的发展

虚拟现实技术在房地产开发中具有很广阔的应用前景。房地产的销售分为现房出售和预售（楼花），由于预售的房屋实际上市并不存在的，购买者很难在一片荒凉的空地上激起美丽的环向，而图纸上的平面图形也不具有空间感，有条件的房地产商建造样品屋，表现未来产品的布局和机能，并加强装潢，让消费者产生身临其境的感觉。但是样品屋具有一次性的局限而且成本较高，并难以表现出实际房产的外部环境，对于复杂或庞大的房地产品更是几乎无能为力。如果换之以虚拟现实技术生成的虚拟房地产，不仅可以获得远远超过样品屋所具有的使用范围和效果，而且更为经济合算。心存疑惑的买家可以借助系统在自己未来的房屋中尽情徜徉，直到做出明智决断。

6. 更好地激发设计师的灵感

在现实世界中，人们花了很大精力去创造特定的场所作为社会交往的背景――设想陈列橱窗、艺术博物馆、建筑物及内部设计。虚拟现实技术的出现，使得空间能够呈现一种更丰富多彩、更复杂的结构，是一种允许广泛创新的媒体，由于它有着全面的灵活性，因而是非常适合于建筑师、构筑工程师、艺术家的一种工具。

设计师可以在虚拟的世界里去创作、去观察、去修改，不受条件的制约，他可以从各个角度去设计一个建筑，设计成各种形状，采用各种建筑形式，从中比较优劣，而不再像以前一样植在头脑中想象，同时，计算机多样的表现形式、丰富的色彩也极大的激发了设计师的创作灵感，使其有可能设计出更好的建筑。

【参考文献】

[1]方正圆.试论虚拟现实技术在将来建筑设计中的应用[J].城市建设理论研究.2014（2）

虚拟现实技术与应用范文第5篇

[关键词]虚拟现实；法学教育；情境教学

[中图分类号]G642[文献标志码]A[文章编号]1008-2549（2020）12-0092-02

随着虚拟现实技术与互联网、大数据、人工智能、5G等的融合发展，这种技术组合创新开始对社会各行业深度渗透，教育领域也迎来重大的发展机遇。2018年4月，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，指出应充分激发信息技术对教育的革命性作用，持续推动信息技术与教育的深度融合。2018年12月工业和信息化部《加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》，指出要建立健全虚拟现实应用生态。2019年6月，教育部了《关于职业院校专业人才培养方案制订与实施工作的指导意见》，指出应推动虚拟现实技术在教育教学中的广泛应用，积极推动教师角色的转变和教育理念、教学观念、教学内容、教学方法以及教学评价等方面的改革。2020年3月，教育部为落实国家战略部署，以需求为导向，新增虚拟现实技术专业。虚拟现实技术自2016年进入发展元年，当前已经广泛应用到影视娱乐、军事、医疗、制造、设计等各行业中。教育也是虚拟现实技术极具生命力的应用领域，虚拟现实是一种新的强大的教育技术。在未来的法学课堂教学中引入虚拟现实技术，是发展法学智慧教育的必然要求。

一虚拟现实技术原理与优势

虚拟现实技术是20世纪末逐渐兴起的一门综合性仿真技术，涉及多媒体技术、计算机图形学、传感技术、人机交互、显示技术、人工智能等多个领域，交叉性非常强。依据我国虚拟现实领域的资深学者、中国工程院院士赵沁平教授的观点，虚拟现实是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实/假想环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响，可以产生亲临对应真实环境的感受和体验。虚拟现实技术具有三个基本特征，即沉浸性、交互性和构想性。沉浸性是指用户被虚拟世界所包围，感觉完全置身于虚拟世界中一样。虚拟现实技术的沉浸性可以使用户由被动的观察者转变为主动的参与者，畅游在虚拟世界中并参与各种活动，与真实世界难以分辨。交互性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。虚拟现实系统通过特殊的设备如数据手套、力反馈装置等强调人与虚拟世界之间要以自然的方式进行交互。在虚拟现实系统中，用户可以通过自己的感官、语言、身体运动或肢体动作等改变感受的具体内容。构想性是指虚拟环境是由人结合特定的目标而想象并设计出来的，体现了设计者的创新性思想。虚拟现实立足于现实世界，但又具有无限的空间想象能力，可以充分发挥人类的探索与认知潜力。虚拟现实技术沉浸性、交互性和構想性特征，以及与当前人工智能相融合迸发的智能性特征，使“虚拟现实+教育”成为未来高等院校法学教育改革的必然方向。

二虚拟现实技术在法学教育中应用的潜力

法学未来课堂必须坚持以学生为本的理念，在各项新技术的支撑下，充分发挥课堂各组成要素的作用，激发学生认知的主动性与能动性，确保其能够在高互动学习空间内获取相关知识内容。虚拟现实技术作为一种潜在的教育技术手段，其应用必然会对传统法学课堂的学习环境、教学方式、实验手段、教学活动设计、学习评价等内容产生综合效应，进而影响知识生产与知识认知。综合来看，“虚拟现实+法学教育”具有以下优势：

第一，激发学生认知的主动性、能动性。著名心理学家班杜拉教授曾言：“人在一生当中是动因的操作者，而不仅仅是由环境事件安排的脑机制的旁观者”。从当前的教育模式看，已经开始从教师传授知识为中心转向学生主动建构认知为中心。学生作为认知主体，必须充分激发其自主学习的兴趣与能力。从学习动机看，更应该是自我激发的，学生必须具有自主学习的内在兴趣。虚拟现实技术恰可以为学生带来轻松愉悦、身临其境的个性化学习体验，通过逼真的学习场景及高交互的动态设置，有效激发学习者的学习动机，提高学习兴趣与参与程度。

第二，塑造情境教学环境。依据现代认知心理学的观点，认知不仅仅是发生于内部心理空间的一种符号计算，而是与大脑以外的身体和环境形成紧密关联的联合体。从本质上说，认知是在身体与环境的互动过程中被塑造出来的。当前法学教育的教学方法相对单一，说教式、灌输式仍然居于主导地位，不太注重培养学生运用法律的技术和实践能力。而传统教学备受批判的主要原因，是传统教学脱离具体真实的情境，导致学生知识迁移能力不足，迁移率低、迁移意识不强。虚拟现实技术通过创设高仿真情境，提供丰富的感知线索以及多通道（如听觉、视觉、触觉等）的反馈，帮助学习者将虚拟情境的所学迁移到真实生活中，满足情境学习的需要。虚拟现实能够有效实现教学内容和知识的可视化，增强学习的沉浸感，增加师生、生生及学生与环境之间的交互。

第三，提供个性化学习体验。学习者在虚拟现实中学习，往往伴随着角色扮演。学习者被赋予明确的角色，如法官、律师、检察人员、当事人、证人等，通过这种自我表征的方式增强学习效果。此外，虚拟学习环境的设计者还可以结合社会大发展的需要，对学习活动进行跨学科、跨领域的构建，学生根据自身需求与兴趣构建更深层次的知识体系。著名学者梁治平先生曾经指出：“在中国，法律问题一开始就明显不单是法律问题，同时又是政治问题、社会问题、历史问题和文化问题。因此，要了解和解决中国的法律问题，必须先了解和解决法律问题以外的问题。”从这个角度说，虚拟现实技术可以在横向、纵向实现任何设想的教育教学环境，使学习者沉浸式体验个性化的学习对象和教学过程，拓展并深化教育信息化的维度和内容。

三虚拟现实技术在法学教育中应用的构建路径

（一）理论教学环节

虚拟现实技术尤其适合教师教授程序性知识，如“民事诉讼法”“刑事诉讼法”及“行政诉讼法”等课程，使学生应用所学到的知识，完成包含多个行为序列的学习任务。对于“中国法制史”“外国法制史”等课程，可以通过虚拟现实技术构建特定历史条件下的法律场景，使学生更能感同身受地体验到法制更迭的年代感。此外，在法科教材上，也可以针对性地配合虚拟现实法学图书，将法学传统纸质图书内容动态地、立体化地呈现给学生，无疑将极大提升法学图书的阅读沉浸感和理解效果。实际上，早在2008年，国家图书馆就上线了我国第一套可交互的虚拟数字图书馆系统，各高校随之相继把虚拟现实技术进入图书馆的数字化建设中。当前，虚拟现实图书在市面上不断涌现，虽然从类别上看多限于科普类、旅行类读物如2017年出版的国内首部旅行图书《奇遇》，但随着技术的发展与用户需要，相信虚拟现实法学图书也终将成为发展趋势。虚拟现实技术带来的沉浸式的教学体验可以更好促进学生对知识的理解与吸收，具身认知促进知识内化。

（二）实践教学环节