虛擬現實技術

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虛擬現實技術范文第1篇

5月24日，中視典數字科技有限公司了其新一代虛擬現實平臺軟件VRP12.0，并提出了建立虛擬現實生態圈的計劃。“合理的生態圈應當由技術研發、產品開發、應用集成等多個環節組成。中視典希望與更多業內廠商合作，共同將虛擬現實產業做大。”中視典CEO方浩表示。

應用日漸廣泛

隨著科技的不斷發展，虛擬現實產業已經幾乎在各個產業鏈都有應用，除航天與軍事之外還包括公共安全、重工機械、礦業勘探、展館旅游、市場活動以及市政設計規劃等領域。

記者了解到，借助以往的VRP系列軟件平臺，中視典虛擬現實技術在教育業已經得到較成熟的應用，在軍事、公共安全、重工機械、礦業勘探、醫療、數字娛樂、展館旅游以及市政設計規劃等領域已有成熟解決方案。例如，北京理工大學、北京師范大學都和中視典結成了合作關系，并在逐漸推進虛擬數字校園的建設。另外，很多電影的拍攝過程中也用到了虛擬現實技術。

不過，相對來說，虛擬顯示技術還處于起步階段，其產業鏈并不完善。記者了解到，目前中視典所做的很多項目，很大程度上都是和相關行業的用戶經過反復交流，了解行業需求后再合作開發的。如果虛擬現實要滲透到更多行業應用中，就需要與更多更了解行業用戶需求的系統集成商、獨立軟件開發商合作。圓桌論壇上，中視典首席戰略官費廣正表示，中視典已經做了相關規劃，將在未來幾年與更多的集成商合作，將虛擬現實技術應用到更多行業。

新版本更注重交互

中視典此次推出的VRP 12.0版本虛擬現實平臺中，更加簡單易用的開發界面和更直觀的交互方式是最大的亮點。

虛擬現實技術范文第2篇

Magic Leap成立于2011年，在2014年10月谷歌牽頭對它進行了5.42億美元投資后名聲大振，在此之前大部分人甚至都沒聽過這家公司。2016年2月Magic Leap又完成了C輪融資，金額7.94億美元，由阿里巴巴領投，谷歌與高通風司參投，Fidelity Investments、JP摩根、摩根斯坦利、T Rowe Price也投入了部分資金。

完成這輪融資后，Magic Leap的估值已達45億美元。拿到大筆的錢后的Magic Leap依然顯得很神秘，很少接受媒體采訪，沒過、甚至沒演示過任何產品，唯一做得只是展示了幾個DEMO視頻而已，但大家對它的期待仍然很高。不久前Magic Leap創始人羅尼?阿博維茨首次向外透露，Magic Leap至今已經花了10億美元開發原型設備，并正投資1.5億美元在佛羅里達建造生產線，最快會在未來18個月推出產品。

Magic Leap的產品與當前市面上的虛擬現實產品最大的不同就是采用了光場技術，Magic Leap官方的說法是“數字光場顯示（Dynamic Digitized Lightfield Signal）技術”。其能呈現比 Oculus Rift 更具現實感的 3D 體驗，可將虛擬圖像直接用光場的形式投射在人的視網膜上，而用戶除了能看到虛擬圖像，還能感知其位置，這種體驗如同建立在真實世界之上，且不會產生任何不適感。這正好解決了目前虛擬現實所面臨的一些問題。

眾所周知，傳統的虛擬現實顯示技術是通過雙目視差的方法來產生3D景深效果，這會造成成像不逼真，無法實現看遠處景物清晰則近景模糊、看近景清晰則遠景模糊這一效果，不符合自然人眼接收圖像的規律。長時間佩戴這種技術的VR設備，沉浸感不足，會導致大腦產生混亂，從而產生疲勞眩暈等感覺，一些人甚至會出現惡心、嘔吐等不適癥狀。如果按照現有的虛擬實現成像原理這些問題是無法得到很好解決的，這也是造成2016年虛擬現實先火后冷的主要原因之一。

但隨著光場技術的發展，虛擬現實面臨的技術困境有望得到解決。這種技術可讓使用者實現接近真實的立體視覺，讓眼睛能以更舒適情況體驗高清晰度、大視場角的虛擬實境呈現效果，避免了用戶在佩戴過程中產生頭暈、嘔吐等不適的情況，給虛擬現實用戶帶來更好的體驗效果。

什么是光場

那么到底什么是光場呢？所謂光場，就是指光在每一個方向通過每一個點的光量，自由空間中某一點沿著一定方向的光線輻射度值，該空間所有的有向光線集就構成了光場數據庫。簡單點說，光場就是指定空間內所有光線信息的總和，包括顏色、光線亮度、光線的方向、光線距離等等。光場技術除了可以像普通屏幕那樣顯示基本的圖像信息外，還能顯示景深信息，因此可以避免視覺系統的失衡和暈動癥的產生。通過光場顯示技術，人們可以真正感受到畫面物體間的相對距離，比如看遠處的物體時，近處的物體會因為眼球失焦而模糊，看近物時，遠景也會被虛化，從而更接近真實的觀看體驗。

光場并不是Magic Leap造出來的新概念，其早在上世紀80年代就已經開始受到一些科研機構的關注，并展開了持續的研究。但由于光場技術涉及多個交叉學科，技術難度高，因此發展并不快。光場相機應該算是近年來光場技術最商品化的應用了，其中最為知名的光場相機廠商為Lytro。

光場相機廠商轉型

Lytro是一家位于硅谷的科技公司，2006年創立，它的核心業務就是銷售光場相機。利用光場技術原理，Lytro推出的光場相機能夠完整地記錄光場信息，拍照后可以任意地調整照片焦點，實現“先拍照后對焦”的效果。與普通數碼相機相比，光場相機拍照的時候只需要考慮構圖即可，不需要對焦，無論拍的照片模糊與否，只要在相機的焦距范圍內，對焦點可以在拍完之后隨意選擇，因為相機在拍照的時候就把焦距范圍內所有光學信息都記錄在內了。

此外，由于采用與數碼不同的成像技術，光場相機沒有數碼相機上復雜的聚焦系統，整體體積較小，操作也比較簡單；同時由于不用選擇對焦，拍攝的速度也更快。但光場相機也有不足，就是由于紀錄了太多信息，照片的容量比較大。2011年6月，Lytro在獲得5000萬美元投資后推出了第一款光場相機，然而照片的質量不佳，受到了用戶和媒體的批評。2014年7月，Lytro又推出了第二代產品Lytro Illum。

針對前代產品出現的畫質問題，Lytro Illum采用4，000萬像素鏡頭和f/2.0大光圈來提升照片質量，同r還配備大量實體按鍵來改善相機的易用性。然而問題依舊沒有得到很好解決，因為Lytro Illum實際拍照時的有效像素有限，導致照片畫質提升不高，實際效果甚至不如高端智能手機。更嚴重的是，Lytro Illum還暴露出新的問題，由于配備了高像素、大尺寸鏡頭，成像速度非常緩慢。

而此時，相機市場已經開始不斷萎縮，智能手機取代數碼相機成為超級終端的趨勢十分明顯。其他曾經涉足光場相機的廠商要不已銷聲匿跡，要不已放棄轉做其他項目，備受產品市場不佳和成本控制等問題的Lytro也開始尋求轉型。

當時市場對虛擬現實正在產生興趣，但視覺上的不適感一直沒有找到合適的解決辦法。對此斯坦福大學進行了研究，他們認為光場技術或許可以改善虛擬現實設備的這個缺陷，不久后其公開了一臺原型機，稱該設備通過一種創新型疊加顯示來獲得自然光場，從而可有效降低VR暈動癥的影響。

受此啟發，Lytro決定試水虛擬現實，2015年11月了名為Lytro Immerge的VR攝像設備。Lytro Immerge外觀看起來像一個安裝在三腳架上的沙灘球，這一設備中包含數百個微小鏡頭和圖像傳感器，可以捕捉和記錄周圍的影像。但與其他VR設備不一樣的是，除了記錄色彩和光線強度，Lytro Immerge還會記錄光線的行進方向，這就是Lytro賴以成名的光場技術，這一技術能幫助VR開發者記錄諸如景深、光線方向等更多信息，也能夠構建更逼真的效果。

Lytro Immerge不僅可以讓VR場景變得更加清晰和立體感，用戶還可以在這個VR場景中走動，雖然這個由Lytro Immerge創造的能四處行走的VR空間大概只有一個立方米左右，但這樣的行走效果過去一般只能通過電腦生成素材，且場景的逼真程度很有限。Lytro希望能夠創建一個端到端的VR系統：它包含一個光場技術的攝像頭陣列、專用的服務器和編輯工具、存儲在云端的流信息、以及為已經購買了各種頭盔的終端用戶使用的App。

蓄勢啟動

光場技術對于目前稍顯疲軟的虛擬現實可謂是利好，對于光場技術本身來說，也終于找到了用武之地。如今國外不少公司，如Magic Leap、Lytro、NextVR、OTOY、MicroVision等都在積極推進光場技術的發展進程，而國內公司在此方面也毫不放松，緊緊相隨，這其中包括蟻視科技，光場視覺公司等。

據推測，Magic Leap投資1.5億美元建立的生產線最先推出的可能是頭戴式光場顯示器，但最終產品應該是一副眼鏡。當戴上設備后，它會阻擋視野，硬件直接將圖像投射到視網膜。在半透明的眼鏡內有一套光學系統，圖像通過光學系統投射。產品不會傷害眼球，當觀看時，產品不會強迫用戶盯住屏幕，而是像平時觀察世界一樣觀看。硬件持續收集信息，掃描房間中的物件，傾聽聲音，追蹤眼球動作，觀察手部移動。最終虛擬環境中的對象可以理解環境，可以與真實世界互動。

NextVR目前已經開發出了光場攝像技術，配備了光場技術的鏡頭，可以同時捕捉到整個背景的光場，拍攝的圖像可以隨意改變焦點，移動視角，相當于捕捉了某個瞬間的全部影像。而這意味著，當我們在這種鏡頭拍攝的影片中移動時，圖像也會隨之變化，感受起來就像在一個真實的世界中行走。這大大提高了虛擬現實的浸入體驗，并且不管在哪個角度，這種體驗都不會失真。

OTOY是一家專注于光場數據渲染與壓縮的公司。由于VR畫面需要后期進行大量圖形渲染，而光場技術恰好可以將真實拍攝和虛擬構造的3D信息進行數字化保存，因此可以通過后期處理，讓VR電影和VR游戲達到最逼真的效果。不過想得到優秀的渲染畫面，同樣要付出代價，撇開光場設備的價格不說，光是拍攝文件的大小已經讓現在的網絡帶寬吃不消了。龐大數據量導致存儲和傳輸出現困難，不利于光場技術的有效普及。不過OTOY公司宣稱，通過他們的復雜算法壓縮后，僅僅需要1.5Mb/s的速度就可以對單個演員的光場信息進行傳輸，就連智能手機也完全能勝任這項艱巨的任務。

國內方面，蟻視科技早在2012年就光場相關技術申請了國際專利。蟻視科技的創始人覃政表示：光場顯示技術，通俗一點說就是它能同時呈現多個顯示平面。目前蟻視的光場顯示技術已經能同時顯示10個平面，因而能夠顯示出具有連續體積感的實體，在空氣中產生全息的效果。蟻視的光場眼鏡，有一個明確的要點，就是圖像的顯示效果一定要真實逼真。透過眼鏡看到的虛擬場景和真實場景，都是由計算機處理過的，因此看起來效果是一樣的。而傳統的增強現實或透過式顯示技術，顯示出來的虛擬圖像，一般都是半透明地浮在空中的，而且亮度極高。利用蟻視的光場顯示技術，就有可能顯示出亮度跟自然物體一樣的虛擬物體，因而真正能做到分不清真實和虛擬。

前不久，光場視覺公司剛剛了光場眼鏡這一品牌LOGO，不過產品并未亮相。光場視覺CTO王一中表示這款產品目前還在進行最后的完善中，預計明年春節后將會推出開發者版本。這款光場眼鏡能夠達到視網膜級清晰度、無色散、不失真、最高可達150°+的全視野VR沉浸感和AR真實感，同時可實現VR/AR模式切換，即是VR又是AR，重量方面最低可以做到80克左右，可適合長時間佩戴。

虛擬現實技術范文第3篇

[關鍵詞]虛擬技術 參與性 互動性 廣告效果

[中圖分類號]TP391.9 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2016）12-0064-02

隨著科學技術的發展和媒介數目的增加，廣告的形式和數量也在急劇增加，鋪天蓋地的廣告充斥在人們生活的方方面面，但受眾對廣告的厭煩情緒卻在日益增加。同時，由于各類廣告之間的相互干擾和競爭，傳統媒體的廣告效益不斷下降，廣告主亟需尋求新的廣告形式，運用新技術手段增加廣告的趣味性和互動性，吸引受眾參與其中，能夠滿足其需求的虛擬現實廣告日益頻繁地出現在受眾眼前。

一、虛擬現實技術

虛擬現實（Virtual Reality）一詞最早是在20世紀80年代初提出的，其自誕生之后就被應用于諸多領域，并取得了極大的成功，在90年代開始逐漸引起人們的關注。虛擬現實技術依托計算機技術，并且融合多種相關科學技術，生成一種數字化的環境，這種數字化的環境在一定范圍內與真實環境的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等方面的體驗高度相似，人們還可以通過顯示器、傳感頭盔、數據手套等專業的設備進入虛擬空間，與虛擬現實技術所產生的效應上的事件或實體進行互動，讓人沉浸其中，并產生與之相互作用的親臨感和參與感，甚至還能夠讓人們去訪問現實世界中無法訪問的對象或地點。

1994年，美國科學家Burdea和Coiffet提出了虛擬現實的三個基本特征，即交互性、沉浸感和想象性，又稱為3I，Interaction、Immersion、Imagination。由于虛擬現實技術應用的領域有所不同，所以3I的偏重也各有不同。

（一）交互性

指受眾對虛擬對象的實時操作程度和從虛擬環境中得到反饋的自然程度，這決定著受眾能否更好地參與其中。

（二）沉浸感

即臨場感，指受眾作為主角存在于虛擬現實技術所創造的虛擬環境中的真實程度，受眾在其心理上和生理上都難以分辨虛擬環境的真假，處于虛擬環境中就如同處于真實環境中一般。

（三）想象性

指虛擬現實技術為受眾創造了巨大的可想象空間，可以擴寬受眾的認知領域、再現真實的環境，也可以使受眾通過邏輯判斷、聯想等方式，隨意地想象和勾勒現實世界中并不存在的環境。

如今，虛擬現實技術在軍事、醫學、考古、農業、航空航天航海、建筑設計、城市規劃、工業制造、文化藝術、房地產、娛樂業等領域都得到了廣泛的應用，改變了傳統的人機交互模式。尤其是在游戲方面，虛擬現實技術豐富的感覺能力和三維顯示使其成為理想的視頻游戲工具，游戲玩家可以通過虛擬現實技術得到更加強烈的感官刺激和更加逼真的游戲體驗。

二、虛擬現實技術在廣告中的應用形式

虛擬現實技術最開始應用在廣告中是在各種體育賽事的轉播中，但是由于它的投放形式不甚明顯，很難被受眾所發現，因而并不具備交互性和參與感。隨著虛擬現實技術的不斷發展和成熟，其廣告中的應用形式和數量不斷增加，且日益具有交互性。

（一）虛擬現實技術在互聯網廣告中的應用

隨著互聯網技術的飛速發展，互聯網廣告發展蓬勃，呈現出廣闊的發展前景。互聯網作為一個新興的媒體，與傳統媒體相比具有雙向互動傳播的特點，因而互聯網廣告與傳統媒體廣告相比最大的特點就是其互動性。在虛擬現實技術下，不僅可以讓受眾根據自己的興趣和需求來點擊廣告頁面，而且可以針對受眾的需求制作和不同的廣告信息，吸引受眾進行在線交易。

2015年，優衣庫為解決網購衣服的合身問題，推出了3D試衣間，消費者在輸入自己的性別、身高等個人信息后，可以生成一個和自己體型相似的模特，然后可以通過點擊模特的各個部位，就可以“試穿”不同款式的衣服。優衣庫的這一虛擬現實技術使受眾在接受信息之后能夠參與其中，更好地了解品牌和產品。

（二）虛擬現實技術在移動媒體廣告中的應用

4G時代的到來使以手機為代表的移動多媒體日益普及，也出現了交互頁面設計、APP和專門針對移動終端客戶端的相關游戲、廣告設計等基于移動多媒體的商業應用設計。而虛擬現實技術的加入則使得移動多媒體的廣告更加具有互動性和參與感。

2016年，阿里巴巴為大家帶來了一種新的購物理念――淘寶buy+。buy+是一款強大的科技產品，也是一種全新的購物方式，其利用強大的虛擬現實技術，100%還原真實場景，捕捉用戶的動作并觸發虛擬環境的反饋，突破時間和空間的限制，使衣物試穿、家居體驗、生活用品使用等在受眾眼前實現。簡單來說，buy+就是讓現實中的人和虛擬中的人和物進行交互，將現實世界中的場景虛擬化，成為一個可互動的商品來提升受眾的參與感。

（三）虛擬現實技術在線下廣告中的應用

線下的虛擬現實廣告是指一些采用了虛擬現實技術的廣告裝置，這種裝置帶有更多的即時性和交互性，能夠給人們帶來巨大的視覺享受，那些酷似真實的人物和場景，吸引著廣大受眾的注意力。現在這種廣告形式很受歡迎，被應用在地鐵站、公交站、大型商場、步行街等人流量大的地方，取得了良好的廣告效果。

近日，百事公司在倫敦的一個公交站牌邊上安裝了一塊采用虛擬現實技術的大屏幕，人們可以從這塊屏幕上看到迎面而來的飛碟、從下水道竄出來的怪物觸手，以及一只休閑散步的老虎等奇特景象。這一廣告牌推出后一下吸引了受眾的興趣，人們紛紛在此自拍，與此合影，甚至都不愿離開。

三、虛擬現實技術對廣告的影響

廣告為取得更好的傳播效果，往往采用最新的科技成果。應用虛擬現實技術的廣告順應了信息化社會的發展趨勢和時代潮流，是現代科技與藝術的完美結合。虛擬現實技術不僅將受眾對廣告的參與性、互動性發揮到了最大，而且還為廣告增添了新的文化內涵。

（一）使廣告信息得到更加有效的傳播

現代傳統的廣告大多都是單向告知式的，不注重與受眾的互動，就如同櫥窗廣告一般，以展示為主，不能達到很好的廣告信息傳播效果。為了使廣告在海量的信息中得到更多受眾的主動關注，需要在廣告中融入虛擬現實技術、交互藝術等新興的科技手段，激發受眾主動接觸、參與廣告的好奇心。虛擬現實的廣告有效地把握和巧妙地利用了受眾的好奇心理，使受眾能夠在不同的時間或地點參與到廣告的互動中來，加強了與受眾的交流互動，變被動為主動，讓受眾以體驗的方式來接受并記憶廣告信息，更加有效地傳播廣告信息。

（二）使受眾更加主動地參與到廣告中

雖然傳統大眾媒體廣告的覆蓋面比較廣，但廣告形式以單向式的告知為主，受眾被動地接受廣告信息，缺乏主動關注和參與的興趣。一則廣告要想使廣告信息得到更加廣泛的傳播，就要找到受眾的興趣點和痛點，進而抓住受眾的心，使受眾能夠全身心地投入廣告之中并與廣告產生情感共鳴。虛擬現實廣告以參與互動為核心，極大地提升了廣告的互動表現力，激發了受眾對廣告及品牌的好奇心，讓受眾主動與廣告進行積極地參與互動，使其在與廣告所傳達的信息產生情感共鳴的過程中主動接受廣告信息，由“心動”變為“行動”。

（三）使廣告在受眾中的投放更加精準

傳統大眾媒體廣告主要投放于電視、廣播、雜志、網絡等常見的大眾媒體上，面向的也是某一群體的受眾，其內容和形式具有明顯的大眾性，缺乏對單一受眾的針對性，雖然廣告的受眾面比較廣，但并非所有人都是廣告的目標消費者，受眾感覺廣告信息與自身需求無關，因而缺少關注廣告的興趣和動機。虛擬現實廣告通過受眾與廣告的參與互動，可以精準地識別個體受眾的興趣點和關注點，根據單個受眾的需求、興趣取向等設計有針對性的廣告形式和內容，有目的性、有節奏地進行廣告投放，并且通過受眾的實時反饋調整廣告內容，以適當的、充滿個性化的內容觸動受眾的神經，建立品牌與受眾之間的緊密聯系。

（四）使受眾對廣告有更加真實的體驗

虛擬現實廣告區別于傳統大眾媒體廣告最大的特征就是體驗性，這也是虛擬現實技術的核心。其能夠綜合地調動受眾的視覺、聽覺、嗅覺等多種感官，利用多樣化的媒介，為受眾創造出愈加逼真和美輪美奐的虛擬環境，使受眾產生真切而又強烈的情感體驗，給予受眾“親臨”的感受，將受眾的自我感受與廣告內容相融合，使其在直觀、全面地了解產品之后加深對產品及品牌的認知，迅速地作出消費行為。受眾通過對產品功能的虛擬體驗能夠更加全面、直觀地加深對品牌的認知，體味廣告的深刻內涵，感受到品牌所傳達的價值觀，在獲得廣告信息的同時也得到更加真實的視覺及情感體驗。

（五）使商業廣告更具娛樂性和藝術性

虛擬現實廣告的娛樂性基于其游戲性。互動性的游戲是虛擬現實廣告一個重要的載體，有趣、好玩、富有創造力的游戲可以激發受眾對廣告的主動關注和參與，進而促使其積極地了解產品及品牌的相關信息，與品牌產生直接的情感共鳴。如同游戲一般的虛擬現實廣告融合了音樂、動畫、影視等多種傳統或現代的藝術形式，使受眾擺脫現實生活中的種種限制和束縛，釋放自我、尋找快樂，受眾不僅不會對廣告信息產生抵觸和厭煩情緒，反而能夠全身心地融入其中，在與游戲互動的過程中不斷加深對品牌的印象，在娛樂的同時得到愉悅的心靈體驗。

四、結語

當今社會，廣告充斥在我們生活的每一個角落，一些傳統的“侵入式廣告”正在嚴重地影響著人們的正常生活，引起人們對廣告的厭煩情緒。廣告需要采用更加新穎、更具互動性和參與性的形式來吸引受眾的注意力并使其主動參與其中。虛擬現實技術與廣告的融合，讓受眾通過與廣告投放終端的實時互動，給予其更加真實的用戶體驗，使得廣告主能夠更好地展現其產品，使產品及其品牌在被受眾選擇時能夠被直觀地了解和接受，增加其產品的影響力。隨著科技的發展，虛擬現實廣告將以越來越多樣的形式出現在我們的生活之中，以其全新的受眾體驗、高度的參與互動、巨大的市場影響引發廣告業的新變革。

【參考文獻】

[1]趙沁平.虛擬現實綜述[J].中國科學（F輯：信息科學），2009（01）.

[2]路玲娟.交互廣告設計研究[J].美術教育研究，2011（12）.

[3]譚旭紅.廣告設計之互動創意[J].藝術與設計，2007（02）.

虛擬現實技術范文第4篇

關鍵詞：虛擬技術；交換

1引言

虛擬現實技術（Virtual Reality），又稱靈境技術，它集計算機技術、傳感與測量技術、仿真技術、微電子技術于一體。虛擬現實技術有3個基本特征：沉浸感，交互性，構想。其中沉浸感是指用戶完全沉浸在通過計算機所創建的虛擬環境中；交互性是指用戶使用交互輸入設備來操縱虛擬物體，以改變虛擬世界；構想是指用戶利用VR系統可以從定性和定量綜合集成的環境中得到感性和理性的認識，從而深化概念和萌發新意。他們之間的關系如圖1所示

圖1

本文將以可以自由調節方向的臺燈作為實例，對碰撞檢測器進行詳盡的分析。

2虛擬現實中交互功能的觸動檢測器

2.1虛擬場景實例介紹

現實生活中，人在完成某一操作前，總是先確定對象存在的位置，然后再施加作用。因此，虛擬對象給用戶的“物理存在感”是虛擬環境真實效果重要體現，在進行交互操作時，這種效果往往比虛擬物體外觀的真實性給用戶的感受更強烈。

在VRML中的虛擬世界和用戶之間的交互是通過一系列檢測器來實現，通過這些檢測器節點，使瀏覽器感知用戶的各種操作，這樣用戶就可以和VRML虛擬世界中的三維對象進行直接交互。觸動檢測器是用來檢測用戶的觸動動作的，其中包括TouchSensor節點，PlaneSensor節點，CylinderSensor節點和SphereSensor節點。

在下面展示的場景中，用戶對臺燈的操作（平移、旋轉、材質等的實時修改）是交互性最充分的體現。當用戶在場景中用鼠標點擊燈泡時，發現燈泡會變明亮，照亮場景一定的區域，并且燈罩部分也會變得透明。當對著燈柱部分按住鼠標左鍵進行旋轉時，發現燈罩部分以及連接其的燈桿都隨之沿任意方向旋轉，而使用鼠標點擊臺燈底座旋轉時，整個臺燈都跟隨鼠標移動方向圍繞Y軸進行旋轉，這些交互行為都是使用了觸動傳感器來檢測用戶的觸動動作的。其中每當我們接觸這些可交互的部位并觸發它動作時，都會有相應的聲音發出，給人以真實的聽覺感受。

2.2各檢測器的使用實現

2.2.1球面檢測器

場景中，燈泡的轉軸部分是用球體造型創建的實體，對該實體設置了SphereSensor節點，當鼠標點擊該實體的兄弟部分時，能將用戶動作轉換為繞該實體旋轉。球面檢測器將二維的拖動解釋為三維空間中繞局部原點的旋轉。若在該節點的兄弟幾何體處按下鼠標，瀏覽器會以點擊鼠標的點到原點的距離為半徑作一個想象中的球，隨后拖動將解釋為旋轉球體。

2.2.2圓柱檢測器

在該場景中，對燈座設定了CylinderSensor節點，使得整個造型都跟隨著鼠標的移動而圍繞Y軸旋轉。該節點是把二維的拖曳輸入（如拖曳鼠標）轉變為三維空間中沿Y軸的旋轉。根據用戶點擊的位置（相當于傳感器的Y軸），CylinderSensor節點可以有兩種相關行為，即像一個圓柱或像磁碟繞Y軸旋轉。

當用戶移動鼠標至可感知幾何體并按下鍵時，瀏覽器產生一個繞監控器局部坐標系統Y軸的虛擬圓柱，這個圓柱的底和側面大小比例有diskAngle確定。可以把diskAngle看作是一個在虛擬圓柱內部的圓錐的頂角，圓錐的底面圓盤即為圓柱的頂面。

如果用戶點擊圓柱的頂或底面，拖曳動作就會被解釋為和旋轉一個平面圓盤一樣。如果用戶點擊圓柱的側面部分，拖曳動作就會被解釋為旋轉這個圓柱。如果想設定旋轉范圍，可以通過設置minAngle和maxAngle的值把旋轉限制在某一特定范圍內即可。當圓柱體檢測器處于激活狀態時，其他定點設備傳感器不會作任何事件。

2.2.3接觸傳感器與時間傳感器

在該場景中，燈泡部分是由Sphere節點創建的球體幾何造型，并設定了其表面材質域的域值，使其表面對環境具有反射的性質。在燈泡部分的交互是使用了接觸傳感器，當點擊燈泡部位時會有兩種材質效果的變化，即明暗變化。這是通過TouchSensor節點將兩種材質效果綁定在一起，前一效果是瀏覽器默認的，要將它改變到另一效果則要通過TouchSensor將它激活，這樣當鼠標點擊燈泡時就會產生我們所看到的場景效果了。而代碼中的TimeSensor節點是向標量插補器（ScalarInterpolator）節點輸出時間，根據該插補器指定的一系列透明度關鍵值，控制材質節點中的特定域值，使燈罩的透明度在不同時刻發生改變，這樣就顯得更加真實。

2.2.4聲音節點的使用

在該場景中我們通過交互動作，發現每進行一步行為都會有聲音的發出，這是運用了Sound節點，在場景中生成了一個聲音發射器，以球面或橢圓的模式播放出聲音，從而達到聽覺的效果。在節點中設定聲音可聽的最大最小范圍，即在不同的范圍內移動，聲音在音量上發生變化并且聲音的傳播范圍也有改變。

3 總結

虛擬現實場景的碰撞檢測是虛擬現實系統的關鍵問題,在虛擬場景中實現有效的碰撞檢測也是當今虛擬現實研究的一個重點和熱點。碰撞檢測應用范圍相當廣泛,特別是在各種仿真模擬試驗中,起十分重要的作用。而精確的結果往往需要引入碰撞檢測算法，加速連續碰撞檢測，實現快速準確的碰撞，同時在解決交互問題時可以將JAVA語言的應用與VRML相結合，以實現更好的交互控制。

參考文獻：

虛擬現實技術范文第5篇

關鍵詞： 虛擬現實技術； 虛擬教學系統； 感知； 交互； 沉浸

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：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

虛擬現實（Virtual Reality簡稱VR）是近年來的一個研究熱點。

1965年，有“VR之父”之稱的計算機圖形學創始人Ivan Sutherland，曾在IFIP會議上做了題為“The Ultimate Display”的報告，第一次提出了虛擬現實的概念[1]。這一提法對“虛擬現實技術”來說，具有里程碑的意義。

1989年，美國的VPL公司宣布完成虛擬現實系統RB-2（Reality Built for2），VPL公司的創始人Jaron Lanier正式提出了“虛擬現實”一詞，從此進入虛擬現實階段[7]。

從上世紀90年代至今，“VR”進入全面發展階段，并開始在各領域綻放異彩，從而，逐漸走向實際應用[6]。近年來，VR技術的應用領域十分廣泛。VR應用到教育領域中，既是虛擬現實自身發展的需要，也是教育發展的需要。

虛擬現實教育特性歸納為四重性即：多感知性、交互性、沉浸性以及構想性[4]。

VR的教育應用價值是，可以建立虛擬的學習課堂，把相應知識進行情景化設計，形象直觀地展現在學生面前，允許學生以角色的身份，“身臨其境”地去體驗類真實生活中無法觀察到的自然現象、或事物的變化過程。學生沉浸在這樣的虛擬現實學習環境中，通過多層次的感知，獲得類似真實的體驗效果，全方位地獲取信息，主動自然地對知識進行認知和建構，在沉浸于探索活動之時，跳一跳，摘到果子。

1 虛擬教學系統的設計原則

教育是一個復雜的系統工程，作為一個結構完整的虛擬教學系統設計，教育性是根本屬性、此外還必須兼顧知識性、計算機虛擬技術特性、科學性與藝術性等方面。因此，虛擬教學系統設計必須遵循以下原則。

⑴ 運用先進教育學習理論作指導的設計原則

在教育理論體系中，學習理論經歷了由行為主義到認知主義、認知主義到建構主義、又由建構主義到情境認知與情境學習理論的演變和發展過程。這些學習理論都在不同的時期指導了CAI寫作，并成為CAI發展不可或缺的重要推手。

本研究課題其本質是教育性，核心是教育創新。因此，虛擬教學系統的設計必須要有教育學習理論做指導，否則系統的設計也就成了無源之水，無本之木，系統也就缺少了教育的屬性。

通過對教育學習理論的分析，吸取其中對課件寫作有益的經驗，指導課件寫作實踐，可以使虛擬教學系統的設計更符合教育規律。

⑵ 人機交互界面設計的原則

交互性是VR在教學上最有價值的應用。對于一個好的虛擬教學系統來說，人機交互設計很關鍵，虛擬現實教育的多感知性、沉浸性以及構想性就是要通過人機的有效交互產生效果，學生的參與、學生的“角色”扮演，學生的體驗都必須獲得交互性的支持。

在進行虛擬教學系統設計時，要考慮界面的可視化、一致性、簡潔性、易用性、直觀性、可控性和及時響應等原則，充分考慮到要適應學生的心理與情感需要；要適應學生的生理特征、行為特征等，把系統的交互設計看作是教學設計的最重要內容之一。

⑶ 虛擬現實四重性原則

基于VR建構的教學系統，在于通過感官刺激，使學生沉浸于虛擬教學系統中，體驗逼真的情境教學并主動動腦動手參與交互，以達到高效學習和提高技能。

⑷ 功能模塊化，提高復用性原則

系統的模塊化設計，考慮學生的個性化需求，允許定制學生適合的學習內容。

2 虛擬教學系統的指導思想

在教育的理論體系中，行為主義學習理論、認知主義學習理論、情景認知理論、建構主義學習理論以及遠程學習的交互理論都曾不同程度地指導著CAI寫作。

⑴ 行為主義把學習看做是由刺激與反應（即“S―R”）形成的聯接。曾指導了早期的CAI寫作；另外，程序教學的小步子策略至今仍深刻地影響著CAI寫作。

⑵ 認知主義對CAI的啟示是：要以學生為本，從學生的內外因素兩個方面來創設課件情境，外因提供刺激，驅動內因去認知知識，課件情境的設計就必須考慮學生的認知特點，必須要將知識性與趣味性相結合，以激發其好奇心和發現欲，誘發其質疑、猜想和認知、激發學生的學習興趣。

⑶ 建構主義理論強調學習的主動性、社會性和情境性。因而，“情境”、“協作”、“會話”、“意義建構”構成了建構主義的四大要素。對CAI的啟示是： 學習要在一定的情境中，通過協作活動和會話交流而建構意義。

⑷ 情境認知與學習理論更加強調情境對于學習的重要性。認為知識具有情境性，學習是基于社會情境的一種活動，知識的意義不能脫離具體的情境產生[8]。因而要通過設置真實的實驗環境（基于工作崗位的、基于知識內涵的）、或借助計算機信息技術設計的虛擬情境，來提高學習的有效性，并保證知識向真實情境的遷移。

可見，VR的教育應用與教育學習理念的精華是相一致的；設計適合學生學習的虛擬現實學習場景、創建情境化教學平臺，是虛擬教學系統教學設計的主要形式。教學設計要強調參與者的交互性與沉浸感，以有效提高學生學習的主動性，進行更好的知識建構。

3 系統教學功能的虛擬設計

⑴ 虛擬課堂的設計

對課堂場景的虛擬設計，使教學脫離傳統的學習場所，突破了時空的限制，學生可以自由自在地在虛擬課堂中學習，猶如沉浸在真實課堂一樣，讓教學變得輕松而實效。

⑵ 虛擬實驗的設計

設計和建立虛擬實驗室，是一種高效而且新穎的實驗方式，不僅可以避免實驗自身存在的安全隱患，而且可以節約實驗成本，不用顧慮實驗條件、環境和時空上的限制，學生可以隨時隨地地完成實驗內容。

⑶ 技能訓練功能模塊的設計

VR的沉浸性和交互性，允許學生以角色的身份參與到虛擬的學習環境中，去嘗試和體驗情境學習活動，這非常有利于學生的技能訓練。例如汽車維修的虛擬技能訓練、電器維修技能訓練等職業技能的訓練，學生可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。

⑷ 虛擬情境設計

應該說，最理想的學習是發生在真實情境下的學習，但客觀地說，真實情境的學習條件可遇而不可求。因而，對情境進行虛擬設計就是現實的選擇了。

在虛擬教學系統中，創設與現實情境相類似的高度逼真的虛擬學習情境，代替書本描述或代替抽象語言的描述，使教學的過程與現實的問題解決過程相類似，有利于刺激學生的感知、沉浸與構想，從而使得學習有效發生。

⑸ 虛擬角色的設計

虛擬角色支持學生成為學習活動的“角色扮演者”，學習的過程則是角色參與的活動過程。教學情境的創設應營造一個利于“角色”主動探索的學習共同體和實踐共同體，支撐知識的社會協作性建構。角色扮演者在虛擬的情境中，可以身臨其境的體驗情境化的教學。可以自由地、主動地與虛擬對象進行交互，通過協作活動和會話交流而建構意義，符合建構主義理論的學習理念。

4 虛擬教學系統的教學策略設計

4.1 案例學習策略的設計

案例教學，既是針對一個真實事件的再現與思考，也是對這一典型事例的反思與探討。案例制作的原則有以下。

⑴ 案例設計要突出主題、把握主線，要保持案例真實性、典型性、完整性、趣味性原則，闡明事件發生的時間、地點、背景，注意處理好事件中的一些戲劇性的突變，使得案例直觀明了、富有懸念，能有效地反映出事件發生的特定教育背景，并能給予啟示。

⑵ 感知性、沉浸性原則，可以使學生親身體驗和感悟現實中的真實問題。

⑶ 案例設計應能提出關鍵問題，且能提出有效的解決辦法、及提供對這種解決問題方法的評價，以便為新的決策提供參照點。

案例教學是開啟學生思維大門的鑰匙，也是發展技能的重要渠道。好的案例無疑可促使學生更快地適應工作情景的挑戰。有利于培養學生分析問題解決問題的能力。

4.2 情境學習策略設計

情境化是虛擬現實特性在教學上的最有價值的又一體現。

在逼真情境認知環境下的虛擬教學系統的學習過程，也被稱為情境性教學，通常通過借助“VR”技術進行虛擬學習情境設計來實現。

情境的模擬或基于真實工作崗位、或基于知識的本質內涵要求，是學生獲取知識，理解知識并基于一定的社會文化情境建構意義的最佳環境。

4.3 協作學習策略設計

“協作”是建構主義學習理論的要素之一。“協作學習”可以使得學生在一定的情境中，通過協作活動和會話交流活動中而建構意義。因而對教學具有獨特的應用意義。

合作、交互、角色參與、信息共享和活動共享是實現“協作學習”的重要渠道。因此，在虛擬學習設計中，必須提供以上活動的機制，提供在線的網絡對話、學習論壇、共享白板及電子郵件、留言板等交互方式。

4.4 自主學習策略設計

自主學習（autonomous learning）指學生自主選擇學習內容、學習方法、學習的監控、評價學習結果的過程。自主學習強調學生的主體性和學習能動性，教師則是教學活動的組織者、參與者和指導者。

基于VR的網絡教育創設的是一個開放的學習環境，學生可以在虛擬世界中自由翱翔，最大程度的發揮學習者的自主性，通過自己的探究活動和與其他學習者的協作學習來建構知識。

4.5 探索學習策略設計

利用VR技術可以對各種教學內容的假設對象進行虛擬構建，所呈現的結果應能直觀生動地揭示規律，或給予的啟示。例如，在化學虛擬試驗中，學生可根據假設，進行不同分子的組合，通過對虛擬的結果進行探索式的研究，很有可能得出新的發現，有利于培養學生的創造性思維和能力。

5 結束語

利用VR技術，可以對學習場景、角色、情境等進行虛擬設計，結合各種有效的學習策略，有力地支持學生學習、探索和發現。

虛擬教學系統雖然是教學的輔助工具，但為教育提供了一種全新的思想方法和教育手段，它將促使教育形態、教育環境、教學過程的基本要素及相互關系發生重大變革。

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