虚拟现实技术

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虚拟现实技术范文第1篇

5月24日，中视典数字科技有限公司了其新一代虚拟现实平台软件VRP12.0，并提出了建立虚拟现实生态圈的计划。“合理的生态圈应当由技术研发、产品开发、应用集成等多个环节组成。中视典希望与更多业内厂商合作，共同将虚拟现实产业做大。”中视典CEO方浩表示。

应用日渐广泛

随着科技的不断发展，虚拟现实产业已经几乎在各个产业链都有应用，除航天与军事之外还包括公共安全、重工机械、矿业勘探、展馆旅游、市场活动以及市政设计规划等领域。

记者了解到，借助以往的VRP系列软件平台，中视典虚拟现实技术在教育业已经得到较成熟的应用，在军事、公共安全、重工机械、矿业勘探、医疗、数字娱乐、展馆旅游以及市政设计规划等领域已有成熟解决方案。例如，北京理工大学、北京师范大学都和中视典结成了合作关系，并在逐渐推进虚拟数字校园的建设。另外，很多电影的拍摄过程中也用到了虚拟现实技术。

不过，相对来说，虚拟显示技术还处于起步阶段，其产业链并不完善。记者了解到，目前中视典所做的很多项目，很大程度上都是和相关行业的用户经过反复交流，了解行业需求后再合作开发的。如果虚拟现实要渗透到更多行业应用中，就需要与更多更了解行业用户需求的系统集成商、独立软件开发商合作。圆桌论坛上，中视典首席战略官费广正表示，中视典已经做了相关规划，将在未来几年与更多的集成商合作，将虚拟现实技术应用到更多行业。

新版本更注重交互

中视典此次推出的VRP 12.0版本虚拟现实平台中，更加简单易用的开发界面和更直观的交互方式是最大的亮点。

虚拟现实技术范文第2篇

Magic Leap成立于2011年，在2014年10月谷歌牵头对它进行了5.42亿美元投资后名声大振，在此之前大部分人甚至都没听过这家公司。2016年2月Magic Leap又完成了C轮融资，金额7.94亿美元，由阿里巴巴领投，谷歌与高通风司参投，Fidelity Investments、JP摩根、摩根斯坦利、T Rowe Price也投入了部分资金。

完成这轮融资后，Magic Leap的估值已达45亿美元。拿到大笔的钱后的Magic Leap依然显得很神秘，很少接受媒体采访，没过、甚至没演示过任何产品，唯一做得只是展示了几个DEMO视频而已，但大家对它的期待仍然很高。不久前Magic Leap创始人罗尼・阿博维茨首次向外透露，Magic Leap至今已经花了10亿美元开发原型设备，并正投资1.5亿美元在佛罗里达建造生产线，最快会在未来18个月推出产品。

Magic Leap的产品与当前市面上的虚拟现实产品最大的不同就是采用了光场技术，Magic Leap官方的说法是“数字光场显示（Dynamic Digitized Lightfield Signal）技术”。其能呈现比 Oculus Rift 更具现实感的 3D 体验，可将虚拟图像直接用光场的形式投射在人的视网膜上，而用户除了能看到虚拟图像，还能感知其位置，这种体验如同建立在真实世界之上，且不会产生任何不适感。这正好解决了目前虚拟现实所面临的一些问题。

众所周知，传统的虚拟现实显示技术是通过双目视差的方法来产生3D景深效果，这会造成成像不逼真，无法实现看远处景物清晰则近景模糊、看近景清晰则远景模糊这一效果，不符合自然人眼接收图像的规律。长时间佩戴这种技术的VR设备，沉浸感不足，会导致大脑产生混乱，从而产生疲劳眩晕等感觉，一些人甚至会出现恶心、呕吐等不适症状。如果按照现有的虚拟实现成像原理这些问题是无法得到很好解决的，这也是造成2016年虚拟现实先火后冷的主要原因之一。

但随着光场技术的发展，虚拟现实面临的技术困境有望得到解决。这种技术可让使用者实现接近真实的立体视觉，让眼睛能以更舒适情况体验高清晰度、大视场角的虚拟实境呈现效果，避免了用户在佩戴过程中产生头晕、呕吐等不适的情况，给虚拟现实用户带来更好的体验效果。

什么是光场

那么到底什么是光场呢？所谓光场，就是指光在每一个方向通过每一个点的光量，自由空间中某一点沿着一定方向的光线辐射度值，该空间所有的有向光线集就构成了光场数据库。简单点说，光场就是指定空间内所有光线信息的总和，包括颜色、光线亮度、光线的方向、光线距离等等。光场技术除了可以像普通屏幕那样显示基本的图像信息外，还能显示景深信息，因此可以避免视觉系统的失衡和晕动症的产生。通过光场显示技术，人们可以真正感受到画面物体间的相对距离，比如看远处的物体时，近处的物体会因为眼球失焦而模糊，看近物时，远景也会被虚化，从而更接近真实的观看体验。

光场并不是Magic Leap造出来的新概念，其早在上世纪80年代就已经开始受到一些科研机构的关注，并展开了持续的研究。但由于光场技术涉及多个交叉学科，技术难度高，因此发展并不快。光场相机应该算是近年来光场技术最商品化的应用了，其中最为知名的光场相机厂商为Lytro。

光场相机厂商转型

Lytro是一家位于硅谷的科技公司，2006年创立，它的核心业务就是销售光场相机。利用光场技术原理，Lytro推出的光场相机能够完整地记录光场信息，拍照后可以任意地调整照片焦点，实现“先拍照后对焦”的效果。与普通数码相机相比，光场相机拍照的时候只需要考虑构图即可，不需要对焦，无论拍的照片模糊与否，只要在相机的焦距范围内，对焦点可以在拍完之后随意选择，因为相机在拍照的时候就把焦距范围内所有光学信息都记录在内了。

此外，由于采用与数码不同的成像技术，光场相机没有数码相机上复杂的聚焦系统，整体体积较小，操作也比较简单；同时由于不用选择对焦，拍摄的速度也更快。但光场相机也有不足，就是由于纪录了太多信息，照片的容量比较大。2011年6月，Lytro在获得5000万美元投资后推出了第一款光场相机，然而照片的质量不佳，受到了用户和媒体的批评。2014年7月，Lytro又推出了第二代产品Lytro Illum。

针对前代产品出现的画质问题，Lytro Illum采用4，000万像素镜头和f/2.0大光圈来提升照片质量，同r还配备大量实体按键来改善相机的易用性。然而问题依旧没有得到很好解决，因为Lytro Illum实际拍照时的有效像素有限，导致照片画质提升不高，实际效果甚至不如高端智能手机。更严重的是，Lytro Illum还暴露出新的问题，由于配备了高像素、大尺寸镜头，成像速度非常缓慢。

而此时，相机市场已经开始不断萎缩，智能手机取代数码相机成为超级终端的趋势十分明显。其他曾经涉足光场相机的厂商要不已销声匿迹，要不已放弃转做其他项目，备受产品市场不佳和成本控制等问题的Lytro也开始寻求转型。

当时市场对虚拟现实正在产生兴趣，但视觉上的不适感一直没有找到合适的解决办法。对此斯坦福大学进行了研究，他们认为光场技术或许可以改善虚拟现实设备的这个缺陷，不久后其公开了一台原型机，称该设备通过一种创新型叠加显示来获得自然光场，从而可有效降低VR晕动症的影响。

受此启发，Lytro决定试水虚拟现实，2015年11月了名为Lytro Immerge的VR摄像设备。Lytro Immerge外观看起来像一个安装在三脚架上的沙滩球，这一设备中包含数百个微小镜头和图像传感器，可以捕捉和记录周围的影像。但与其他VR设备不一样的是，除了记录色彩和光线强度，Lytro Immerge还会记录光线的行进方向，这就是Lytro赖以成名的光场技术，这一技术能帮助VR开发者记录诸如景深、光线方向等更多信息，也能够构建更逼真的效果。

Lytro Immerge不仅可以让VR场景变得更加清晰和立体感，用户还可以在这个VR场景中走动，虽然这个由Lytro Immerge创造的能四处行走的VR空间大概只有一个立方米左右，但这样的行走效果过去一般只能通过电脑生成素材，且场景的逼真程度很有限。Lytro希望能够创建一个端到端的VR系统：它包含一个光场技术的摄像头阵列、专用的服务器和编辑工具、存储在云端的流信息、以及为已经购买了各种头盔的终端用户使用的App。

蓄势启动

光场技术对于目前稍显疲软的虚拟现实可谓是利好，对于光场技术本身来说，也终于找到了用武之地。如今国外不少公司，如Magic Leap、Lytro、NextVR、OTOY、MicroVision等都在积极推进光场技术的发展进程，而国内公司在此方面也毫不放松，紧紧相随，这其中包括蚁视科技，光场视觉公司等。

据推测，Magic Leap投资1.5亿美元建立的生产线最先推出的可能是头戴式光场显示器，但最终产品应该是一副眼镜。当戴上设备后，它会阻挡视野，硬件直接将图像投射到视网膜。在半透明的眼镜内有一套光学系统，图像通过光学系统投射。产品不会伤害眼球，当观看时，产品不会强迫用户盯住屏幕，而是像平时观察世界一样观看。硬件持续收集信息，扫描房间中的物件，倾听声音，追踪眼球动作，观察手部移动。最终虚拟环境中的对象可以理解环境，可以与真实世界互动。

NextVR目前已经开发出了光场摄像技术，配备了光场技术的镜头，可以同时捕捉到整个背景的光场，拍摄的图像可以随意改变焦点，移动视角，相当于捕捉了某个瞬间的全部影像。而这意味着，当我们在这种镜头拍摄的影片中移动时，图像也会随之变化，感受起来就像在一个真实的世界中行走。这大大提高了虚拟现实的浸入体验，并且不管在哪个角度，这种体验都不会失真。

OTOY是一家专注于光场数据渲染与压缩的公司。由于VR画面需要后期进行大量图形渲染，而光场技术恰好可以将真实拍摄和虚拟构造的3D信息进行数字化保存，因此可以通过后期处理，让VR电影和VR游戏达到最逼真的效果。不过想得到优秀的渲染画面，同样要付出代价，撇开光场设备的价格不说，光是拍摄文件的大小已经让现在的网络带宽吃不消了。庞大数据量导致存储和传输出现困难，不利于光场技术的有效普及。不过OTOY公司宣称，通过他们的复杂算法压缩后，仅仅需要1.5Mb/s的速度就可以对单个演员的光场信息进行传输，就连智能手机也完全能胜任这项艰巨的任务。

国内方面，蚁视科技早在2012年就光场相关技术申请了国际专利。蚁视科技的创始人覃政表示：光场显示技术，通俗一点说就是它能同时呈现多个显示平面。目前蚁视的光场显示技术已经能同时显示10个平面，因而能够显示出具有连续体积感的实体，在空气中产生全息的效果。蚁视的光场眼镜，有一个明确的要点，就是图像的显示效果一定要真实逼真。透过眼镜看到的虚拟场景和真实场景，都是由计算机处理过的，因此看起来效果是一样的。而传统的增强现实或透过式显示技术，显示出来的虚拟图像，一般都是半透明地浮在空中的，而且亮度极高。利用蚁视的光场显示技术，就有可能显示出亮度跟自然物体一样的虚拟物体，因而真正能做到分不清真实和虚拟。

前不久，光场视觉公司刚刚了光场眼镜这一品牌LOGO，不过产品并未亮相。光场视觉CTO王一中表示这款产品目前还在进行最后的完善中，预计明年春节后将会推出开发者版本。这款光场眼镜能够达到视网膜级清晰度、无色散、不失真、最高可达150°+的全视野VR沉浸感和AR真实感，同时可实现VR/AR模式切换，即是VR又是AR，重量方面最低可以做到80克左右，可适合长时间佩戴。

虚拟现实技术范文第3篇

[关键词]虚拟技术 参与性 互动性 广告效果

[中图分类号]TP391.9 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）12-0064-02

随着科学技术的发展和媒介数目的增加，广告的形式和数量也在急剧增加，铺天盖地的广告充斥在人们生活的方方面面，但受众对广告的厌烦情绪却在日益增加。同时，由于各类广告之间的相互干扰和竞争，传统媒体的广告效益不断下降，广告主亟需寻求新的广告形式，运用新技术手段增加广告的趣味性和互动性，吸引受众参与其中，能够满足其需求的虚拟现实广告日益频繁地出现在受众眼前。

一、虚拟现实技术

虚拟现实（Virtual Reality）一词最早是在20世纪80年代初提出的，其自诞生之后就被应用于诸多领域，并取得了极大的成功，在90年代开始逐渐引起人们的关注。虚拟现实技术依托计算机技术，并且融合多种相关科学技术，生成一种数字化的环境，这种数字化的环境在一定范围内与真实环境的视觉、听觉、触觉、嗅觉等方面的体验高度相似，人们还可以通过显示器、传感头盔、数据手套等专业的设备进入虚拟空间，与虚拟现实技术所产生的效应上的事件或实体进行互动，让人沉浸其中，并产生与之相互作用的亲临感和参与感，甚至还能够让人们去访问现实世界中无法访问的对象或地点。

1994年，美国科学家Burdea和Coiffet提出了虚拟现实的三个基本特征，即交互性、沉浸感和想象性，又称为3I，Interaction、Immersion、Imagination。由于虚拟现实技术应用的领域有所不同，所以3I的偏重也各有不同。

（一）交互性

指受众对虚拟对象的实时操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度，这决定着受众能否更好地参与其中。

（二）沉浸感

即临场感，指受众作为主角存在于虚拟现实技术所创造的虚拟环境中的真实程度，受众在其心理上和生理上都难以分辨虚拟环境的真假，处于虚拟环境中就如同处于真实环境中一般。

（三）想象性

指虚拟现实技术为受众创造了巨大的可想象空间，可以扩宽受众的认知领域、再现真实的环境，也可以使受众通过逻辑判断、联想等方式，随意地想象和勾勒现实世界中并不存在的环境。

如今，虚拟现实技术在军事、医学、考古、农业、航空航天航海、建筑设计、城市规划、工业制造、文化艺术、房地产、娱乐业等领域都得到了广泛的应用，改变了传统的人机交互模式。尤其是在游戏方面，虚拟现实技术丰富的感觉能力和三维显示使其成为理想的视频游戏工具，游戏玩家可以通过虚拟现实技术得到更加强烈的感官刺激和更加逼真的游戏体验。

二、虚拟现实技术在广告中的应用形式

虚拟现实技术最开始应用在广告中是在各种体育赛事的转播中，但是由于它的投放形式不甚明显，很难被受众所发现，因而并不具备交互性和参与感。随着虚拟现实技术的不断发展和成熟，其广告中的应用形式和数量不断增加，且日益具有交互性。

（一）虚拟现实技术在互联网广告中的应用

随着互联网技术的飞速发展，互联网广告发展蓬勃，呈现出广阔的发展前景。互联网作为一个新兴的媒体，与传统媒体相比具有双向互动传播的特点，因而互联网广告与传统媒体广告相比最大的特点就是其互动性。在虚拟现实技术下，不仅可以让受众根据自己的兴趣和需求来点击广告页面，而且可以针对受众的需求制作和不同的广告信息，吸引受众进行在线交易。

2015年，优衣库为解决网购衣服的合身问题，推出了3D试衣间，消费者在输入自己的性别、身高等个人信息后，可以生成一个和自己体型相似的模特，然后可以通过点击模特的各个部位，就可以“试穿”不同款式的衣服。优衣库的这一虚拟现实技术使受众在接受信息之后能够参与其中，更好地了解品牌和产品。

（二）虚拟现实技术在移动媒体广告中的应用

4G时代的到来使以手机为代表的移动多媒体日益普及，也出现了交互页面设计、APP和专门针对移动终端客户端的相关游戏、广告设计等基于移动多媒体的商业应用设计。而虚拟现实技术的加入则使得移动多媒体的广告更加具有互动性和参与感。

2016年，阿里巴巴为大家带来了一种新的购物理念――淘宝buy+。buy+是一款强大的科技产品，也是一种全新的购物方式，其利用强大的虚拟现实技术，100%还原真实场景，捕捉用户的动作并触发虚拟环境的反馈，突破时间和空间的限制，使衣物试穿、家居体验、生活用品使用等在受众眼前实现。简单来说，buy+就是让现实中的人和虚拟中的人和物进行交互，将现实世界中的场景虚拟化，成为一个可互动的商品来提升受众的参与感。

（三）虚拟现实技术在线下广告中的应用

线下的虚拟现实广告是指一些采用了虚拟现实技术的广告装置，这种装置带有更多的即时性和交互性，能够给人们带来巨大的视觉享受，那些酷似真实的人物和场景，吸引着广大受众的注意力。现在这种广告形式很受欢迎，被应用在地铁站、公交站、大型商场、步行街等人流量大的地方，取得了良好的广告效果。

近日，百事公司在伦敦的一个公交站牌边上安装了一块采用虚拟现实技术的大屏幕，人们可以从这块屏幕上看到迎面而来的飞碟、从下水道窜出来的怪物触手，以及一只休闲散步的老虎等奇特景象。这一广告牌推出后一下吸引了受众的兴趣，人们纷纷在此自拍，与此合影，甚至都不愿离开。

三、虚拟现实技术对广告的影响

广告为取得更好的传播效果，往往采用最新的科技成果。应用虚拟现实技术的广告顺应了信息化社会的发展趋势和时代潮流，是现代科技与艺术的完美结合。虚拟现实技术不仅将受众对广告的参与性、互动性发挥到了最大，而且还为广告增添了新的文化内涵。

（一）使广告信息得到更加有效的传播

现代传统的广告大多都是单向告知式的，不注重与受众的互动，就如同橱窗广告一般，以展示为主，不能达到很好的广告信息传播效果。为了使广告在海量的信息中得到更多受众的主动关注，需要在广告中融入虚拟现实技术、交互艺术等新兴的科技手段，激发受众主动接触、参与广告的好奇心。虚拟现实的广告有效地把握和巧妙地利用了受众的好奇心理，使受众能够在不同的时间或地点参与到广告的互动中来，加强了与受众的交流互动，变被动为主动，让受众以体验的方式来接受并记忆广告信息，更加有效地传播广告信息。

（二）使受众更加主动地参与到广告中

虽然传统大众媒体广告的覆盖面比较广，但广告形式以单向式的告知为主，受众被动地接受广告信息，缺乏主动关注和参与的兴趣。一则广告要想使广告信息得到更加广泛的传播，就要找到受众的兴趣点和痛点，进而抓住受众的心，使受众能够全身心地投入广告之中并与广告产生情感共鸣。虚拟现实广告以参与互动为核心，极大地提升了广告的互动表现力，激发了受众对广告及品牌的好奇心，让受众主动与广告进行积极地参与互动，使其在与广告所传达的信息产生情感共鸣的过程中主动接受广告信息，由“心动”变为“行动”。

（三）使广告在受众中的投放更加精准

传统大众媒体广告主要投放于电视、广播、杂志、网络等常见的大众媒体上，面向的也是某一群体的受众，其内容和形式具有明显的大众性，缺乏对单一受众的针对性，虽然广告的受众面比较广，但并非所有人都是广告的目标消费者，受众感觉广告信息与自身需求无关，因而缺少关注广告的兴趣和动机。虚拟现实广告通过受众与广告的参与互动，可以精准地识别个体受众的兴趣点和关注点，根据单个受众的需求、兴趣取向等设计有针对性的广告形式和内容，有目的性、有节奏地进行广告投放，并且通过受众的实时反馈调整广告内容，以适当的、充满个性化的内容触动受众的神经，建立品牌与受众之间的紧密联系。

（四）使受众对广告有更加真实的体验

虚拟现实广告区别于传统大众媒体广告最大的特征就是体验性，这也是虚拟现实技术的核心。其能够综合地调动受众的视觉、听觉、嗅觉等多种感官，利用多样化的媒介，为受众创造出愈加逼真和美轮美奂的虚拟环境，使受众产生真切而又强烈的情感体验，给予受众“亲临”的感受，将受众的自我感受与广告内容相融合，使其在直观、全面地了解产品之后加深对产品及品牌的认知，迅速地作出消费行为。受众通过对产品功能的虚拟体验能够更加全面、直观地加深对品牌的认知，体味广告的深刻内涵，感受到品牌所传达的价值观，在获得广告信息的同时也得到更加真实的视觉及情感体验。

（五）使商业广告更具娱乐性和艺术性

虚拟现实广告的娱乐性基于其游戏性。互动性的游戏是虚拟现实广告一个重要的载体，有趣、好玩、富有创造力的游戏可以激发受众对广告的主动关注和参与，进而促使其积极地了解产品及品牌的相关信息，与品牌产生直接的情感共鸣。如同游戏一般的虚拟现实广告融合了音乐、动画、影视等多种传统或现代的艺术形式，使受众摆脱现实生活中的种种限制和束缚，释放自我、寻找快乐，受众不仅不会对广告信息产生抵触和厌烦情绪，反而能够全身心地融入其中，在与游戏互动的过程中不断加深对品牌的印象，在娱乐的同时得到愉悦的心灵体验。

四、结语

当今社会，广告充斥在我们生活的每一个角落，一些传统的“侵入式广告”正在严重地影响着人们的正常生活，引起人们对广告的厌烦情绪。广告需要采用更加新颖、更具互动性和参与性的形式来吸引受众的注意力并使其主动参与其中。虚拟现实技术与广告的融合，让受众通过与广告投放终端的实时互动，给予其更加真实的用户体验，使得广告主能够更好地展现其产品，使产品及其品牌在被受众选择时能够被直观地了解和接受，增加其产品的影响力。随着科技的发展，虚拟现实广告将以越来越多样的形式出现在我们的生活之中，以其全新的受众体验、高度的参与互动、巨大的市场影响引发广告业的新变革。

【参考文献】

[1]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学（F辑：信息科学），2009（01）.

[2]路玲娟.交互广告设计研究[J].美术教育研究，2011（12）.

[3]谭旭红.广告设计之互动创意[J].艺术与设计，2007（02）.

虚拟现实技术范文第4篇

关键词：虚拟技术；交换

1引言

虚拟现实技术（Virtual Reality），又称灵境技术，它集计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术于一体。虚拟现实技术有3个基本特征：沉浸感，交互性，构想。其中沉浸感是指用户完全沉浸在通过计算机所创建的虚拟环境中；交互性是指用户使用交互输入设备来操纵虚拟物体，以改变虚拟世界；构想是指用户利用VR系统可以从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而深化概念和萌发新意。他们之间的关系如图1所示

图1

本文将以可以自由调节方向的台灯作为实例，对碰撞检测器进行详尽的分析。

2虚拟现实中交互功能的触动检测器

2.1虚拟场景实例介绍

现实生活中，人在完成某一操作前，总是先确定对象存在的位置，然后再施加作用。因此，虚拟对象给用户的“物理存在感”是虚拟环境真实效果重要体现，在进行交互操作时，这种效果往往比虚拟物体外观的真实性给用户的感受更强烈。

在VRML中的虚拟世界和用户之间的交互是通过一系列检测器来实现，通过这些检测器节点，使浏览器感知用户的各种操作，这样用户就可以和VRML虚拟世界中的三维对象进行直接交互。触动检测器是用来检测用户的触动动作的，其中包括TouchSensor节点，PlaneSensor节点，CylinderSensor节点和SphereSensor节点。

在下面展示的场景中，用户对台灯的操作（平移、旋转、材质等的实时修改）是交互性最充分的体现。当用户在场景中用鼠标点击灯泡时，发现灯泡会变明亮，照亮场景一定的区域，并且灯罩部分也会变得透明。当对着灯柱部分按住鼠标左键进行旋转时，发现灯罩部分以及连接其的灯杆都随之沿任意方向旋转，而使用鼠标点击台灯底座旋转时，整个台灯都跟随鼠标移动方向围绕Y轴进行旋转，这些交互行为都是使用了触动传感器来检测用户的触动动作的。其中每当我们接触这些可交互的部位并触发它动作时，都会有相应的声音发出，给人以真实的听觉感受。

2.2各检测器的使用实现

2.2.1球面检测器

场景中，灯泡的转轴部分是用球体造型创建的实体，对该实体设置了SphereSensor节点，当鼠标点击该实体的兄弟部分时，能将用户动作转换为绕该实体旋转。球面检测器将二维的拖动解释为三维空间中绕局部原点的旋转。若在该节点的兄弟几何体处按下鼠标，浏览器会以点击鼠标的点到原点的距离为半径作一个想象中的球，随后拖动将解释为旋转球体。

2.2.2圆柱检测器

在该场景中，对灯座设定了CylinderSensor节点，使得整个造型都跟随着鼠标的移动而围绕Y轴旋转。该节点是把二维的拖曳输入（如拖曳鼠标）转变为三维空间中沿Y轴的旋转。根据用户点击的位置（相当于传感器的Y轴），CylinderSensor节点可以有两种相关行为，即像一个圆柱或像磁碟绕Y轴旋转。

当用户移动鼠标至可感知几何体并按下键时，浏览器产生一个绕监控器局部坐标系统Y轴的虚拟圆柱，这个圆柱的底和侧面大小比例有diskAngle确定。可以把diskAngle看作是一个在虚拟圆柱内部的圆锥的顶角，圆锥的底面圆盘即为圆柱的顶面。

如果用户点击圆柱的顶或底面，拖曳动作就会被解释为和旋转一个平面圆盘一样。如果用户点击圆柱的侧面部分，拖曳动作就会被解释为旋转这个圆柱。如果想设定旋转范围，可以通过设置minAngle和maxAngle的值把旋转限制在某一特定范围内即可。当圆柱体检测器处于激活状态时，其他定点设备传感器不会作任何事件。

2.2.3接触传感器与时间传感器

在该场景中，灯泡部分是由Sphere节点创建的球体几何造型，并设定了其表面材质域的域值，使其表面对环境具有反射的性质。在灯泡部分的交互是使用了接触传感器，当点击灯泡部位时会有两种材质效果的变化，即明暗变化。这是通过TouchSensor节点将两种材质效果绑定在一起，前一效果是浏览器默认的，要将它改变到另一效果则要通过TouchSensor将它激活，这样当鼠标点击灯泡时就会产生我们所看到的场景效果了。而代码中的TimeSensor节点是向标量插补器（ScalarInterpolator）节点输出时间，根据该插补器指定的一系列透明度关键值，控制材质节点中的特定域值，使灯罩的透明度在不同时刻发生改变，这样就显得更加真实。

2.2.4声音节点的使用

在该场景中我们通过交互动作，发现每进行一步行为都会有声音的发出，这是运用了Sound节点，在场景中生成了一个声音发射器，以球面或椭圆的模式播放出声音，从而达到听觉的效果。在节点中设定声音可听的最大最小范围，即在不同的范围内移动，声音在音量上发生变化并且声音的传播范围也有改变。

3 总结

虚拟现实场景的碰撞检测是虚拟现实系统的关键问题,在虚拟场景中实现有效的碰撞检测也是当今虚拟现实研究的一个重点和热点。碰撞检测应用范围相当广泛,特别是在各种仿真模拟试验中,起十分重要的作用。而精确的结果往往需要引入碰撞检测算法，加速连续碰撞检测，实现快速准确的碰撞，同时在解决交互问题时可以将JAVA语言的应用与VRML相结合，以实现更好的交互控制。

参考文献：

虚拟现实技术范文第5篇

关键词： 虚拟现实技术； 虚拟教学系统； 感知； 交互； 沉浸

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）12-72-03

Research on the design of virtual teaching system based on virtual reality technology

Yang Xuchao

Abstract： The educational characteristics of virtual reality include multi-perception， interactivity， immersion and imagination. To design the virtual reality system， the advanced education idea should be taken as the guidance， a virtual perceptive teaching system should be built by giving full play to the virtual reality technology， to design the virtualized scene， classroom， experiment， roles and situation， and the student should be allowed as a role to experience the virtualized natural phenomena and process of things evolution， so as to support student learning， exploration and discovery.

Key words： virtual reality technology； virtual teaching system； perception； interaction； immersion

0 引言

虚拟现实（Virtual Reality简称VR）是近年来的一个研究热点。

1965年，有“VR之父”之称的计算机图形学创始人Ivan Sutherland，曾在IFIP会议上做了题为“The Ultimate Display”的报告，第一次提出了虚拟现实的概念[1]。这一提法对“虚拟现实技术”来说，具有里程碑的意义。

1989年，美国的VPL公司宣布完成虚拟现实系统RB-2（Reality Built for2），VPL公司的创始人Jaron Lanier正式提出了“虚拟现实”一词，从此进入虚拟现实阶段[7]。

从上世纪90年代至今，“VR”进入全面发展阶段，并开始在各领域绽放异彩，从而，逐渐走向实际应用[6]。近年来，VR技术的应用领域十分广泛。VR应用到教育领域中，既是虚拟现实自身发展的需要，也是教育发展的需要。

虚拟现实教育特性归纳为四重性即：多感知性、交互性、沉浸性以及构想性[4]。

VR的教育应用价值是，可以建立虚拟的学习课堂，把相应知识进行情景化设计，形象直观地展现在学生面前，允许学生以角色的身份，“身临其境”地去体验类真实生活中无法观察到的自然现象、或事物的变化过程。学生沉浸在这样的虚拟现实学习环境中，通过多层次的感知，获得类似真实的体验效果，全方位地获取信息，主动自然地对知识进行认知和建构，在沉浸于探索活动之时，跳一跳，摘到果子。

1 虚拟教学系统的设计原则

教育是一个复杂的系统工程，作为一个结构完整的虚拟教学系统设计，教育性是根本属性、此外还必须兼顾知识性、计算机虚拟技术特性、科学性与艺术性等方面。因此，虚拟教学系统设计必须遵循以下原则。

⑴ 运用先进教育学习理论作指导的设计原则

在教育理论体系中，学习理论经历了由行为主义到认知主义、认知主义到建构主义、又由建构主义到情境认知与情境学习理论的演变和发展过程。这些学习理论都在不同的时期指导了CAI写作，并成为CAI发展不可或缺的重要推手。

本研究课题其本质是教育性，核心是教育创新。因此，虚拟教学系统的设计必须要有教育学习理论做指导，否则系统的设计也就成了无源之水，无本之木，系统也就缺少了教育的属性。

通过对教育学习理论的分析，吸取其中对课件写作有益的经验，指导课件写作实践，可以使虚拟教学系统的设计更符合教育规律。

⑵ 人机交互界面设计的原则

交互性是VR在教学上最有价值的应用。对于一个好的虚拟教学系统来说，人机交互设计很关键，虚拟现实教育的多感知性、沉浸性以及构想性就是要通过人机的有效交互产生效果，学生的参与、学生的“角色”扮演，学生的体验都必须获得交互性的支持。

在进行虚拟教学系统设计时，要考虑界面的可视化、一致性、简洁性、易用性、直观性、可控性和及时响应等原则，充分考虑到要适应学生的心理与情感需要；要适应学生的生理特征、行为特征等，把系统的交互设计看作是教学设计的最重要内容之一。

⑶ 虚拟现实四重性原则

基于VR建构的教学系统，在于通过感官刺激，使学生沉浸于虚拟教学系统中，体验逼真的情境教学并主动动脑动手参与交互，以达到高效学习和提高技能。

⑷ 功能模块化，提高复用性原则

系统的模块化设计，考虑学生的个性化需求，允许定制学生适合的学习内容。

2 虚拟教学系统的指导思想

在教育的理论体系中，行为主义学习理论、认知主义学习理论、情景认知理论、建构主义学习理论以及远程学习的交互理论都曾不同程度地指导着CAI写作。

⑴ 行为主义把学习看做是由刺激与反应（即“S―R”）形成的联接。曾指导了早期的CAI写作；另外，程序教学的小步子策略至今仍深刻地影响着CAI写作。

⑵ 认知主义对CAI的启示是：要以学生为本，从学生的内外因素两个方面来创设课件情境，外因提供刺激，驱动内因去认知知识，课件情境的设计就必须考虑学生的认知特点，必须要将知识性与趣味性相结合，以激发其好奇心和发现欲，诱发其质疑、猜想和认知、激发学生的学习兴趣。

⑶ 建构主义理论强调学习的主动性、社会性和情境性。因而，“情境”、“协作”、“会话”、“意义建构”构成了建构主义的四大要素。对CAI的启示是： 学习要在一定的情境中，通过协作活动和会话交流而建构意义。

⑷ 情境认知与学习理论更加强调情境对于学习的重要性。认为知识具有情境性，学习是基于社会情境的一种活动，知识的意义不能脱离具体的情境产生[8]。因而要通过设置真实的实验环境（基于工作岗位的、基于知识内涵的）、或借助计算机信息技术设计的虚拟情境，来提高学习的有效性，并保证知识向真实情境的迁移。

可见，VR的教育应用与教育学习理念的精华是相一致的；设计适合学生学习的虚拟现实学习场景、创建情境化教学平台，是虚拟教学系统教学设计的主要形式。教学设计要强调参与者的交互性与沉浸感，以有效提高学生学习的主动性，进行更好的知识建构。

3 系统教学功能的虚拟设计

⑴ 虚拟课堂的设计

对课堂场景的虚拟设计，使教学脱离传统的学习场所，突破了时空的限制，学生可以自由自在地在虚拟课堂中学习，犹如沉浸在真实课堂一样，让教学变得轻松而实效。

⑵ 虚拟实验的设计

设计和建立虚拟实验室，是一种高效而且新颖的实验方式，不仅可以避免实验自身存在的安全隐患，而且可以节约实验成本，不用顾虑实验条件、环境和时空上的限制，学生可以随时随地地完成实验内容。

⑶ 技能训练功能模块的设计

VR的沉浸性和交互性，允许学生以角色的身份参与到虚拟的学习环境中，去尝试和体验情境学习活动，这非常有利于学生的技能训练。例如汽车维修的虚拟技能训练、电器维修技能训练等职业技能的训练，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。

⑷ 虚拟情境设计

应该说，最理想的学习是发生在真实情境下的学习，但客观地说，真实情境的学习条件可遇而不可求。因而，对情境进行虚拟设计就是现实的选择了。

在虚拟教学系统中，创设与现实情境相类似的高度逼真的虚拟学习情境，代替书本描述或代替抽象语言的描述，使教学的过程与现实的问题解决过程相类似，有利于刺激学生的感知、沉浸与构想，从而使得学习有效发生。

⑸ 虚拟角色的设计

虚拟角色支持学生成为学习活动的“角色扮演者”，学习的过程则是角色参与的活动过程。教学情境的创设应营造一个利于“角色”主动探索的学习共同体和实践共同体，支撑知识的社会协作性建构。角色扮演者在虚拟的情境中，可以身临其境的体验情境化的教学。可以自由地、主动地与虚拟对象进行交互，通过协作活动和会话交流而建构意义，符合建构主义理论的学习理念。

4 虚拟教学系统的教学策略设计

4.1 案例学习策略的设计

案例教学，既是针对一个真实事件的再现与思考，也是对这一典型事例的反思与探讨。案例制作的原则有以下。

⑴ 案例设计要突出主题、把握主线，要保持案例真实性、典型性、完整性、趣味性原则，阐明事件发生的时间、地点、背景，注意处理好事件中的一些戏剧性的突变，使得案例直观明了、富有悬念，能有效地反映出事件发生的特定教育背景，并能给予启示。

⑵ 感知性、沉浸性原则，可以使学生亲身体验和感悟现实中的真实问题。

⑶ 案例设计应能提出关键问题，且能提出有效的解决办法、及提供对这种解决问题方法的评价，以便为新的决策提供参照点。

案例教学是开启学生思维大门的钥匙，也是发展技能的重要渠道。好的案例无疑可促使学生更快地适应工作情景的挑战。有利于培养学生分析问题解决问题的能力。

4.2 情境学习策略设计

情境化是虚拟现实特性在教学上的最有价值的又一体现。

在逼真情境认知环境下的虚拟教学系统的学习过程，也被称为情境性教学，通常通过借助“VR”技术进行虚拟学习情境设计来实现。

情境的模拟或基于真实工作岗位、或基于知识的本质内涵要求，是学生获取知识，理解知识并基于一定的社会文化情境建构意义的最佳环境。

4.3 协作学习策略设计

“协作”是建构主义学习理论的要素之一。“协作学习”可以使得学生在一定的情境中，通过协作活动和会话交流活动中而建构意义。因而对教学具有独特的应用意义。

合作、交互、角色参与、信息共享和活动共享是实现“协作学习”的重要渠道。因此，在虚拟学习设计中，必须提供以上活动的机制，提供在线的网络对话、学习论坛、共享白板及电子邮件、留言板等交互方式。

4.4 自主学习策略设计

自主学习（autonomous learning）指学生自主选择学习内容、学习方法、学习的监控、评价学习结果的过程。自主学习强调学生的主体性和学习能动性，教师则是教学活动的组织者、参与者和指导者。

基于VR的网络教育创设的是一个开放的学习环境，学生可以在虚拟世界中自由翱翔，最大程度的发挥学习者的自主性，通过自己的探究活动和与其他学习者的协作学习来建构知识。

4.5 探索学习策略设计

利用VR技术可以对各种教学内容的假设对象进行虚拟构建，所呈现的结果应能直观生动地揭示规律，或给予的启示。例如，在化学虚拟试验中，学生可根据假设，进行不同分子的组合，通过对虚拟的结果进行探索式的研究，很有可能得出新的发现，有利于培养学生的创造性思维和能力。

5 结束语

利用VR技术，可以对学习场景、角色、情境等进行虚拟设计，结合各种有效的学习策略，有力地支持学生学习、探索和发现。

虚拟教学系统虽然是教学的辅助工具，但为教育提供了一种全新的思想方法和教育手段，它将促使教育形态、教育环境、教学过程的基本要素及相互关系发生重大变革。

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