李巍杭

摘 要：主要介绍了虚拟现实技术的基本概念、发展历史和实际应用，通过阐述虚拟现实技术在教育教学、工业设计、机械制造等领域中的应用，突出了虚拟现实技术在科技发展和提高人们生活质量等方面的积极推动作用，并对虚拟现实技术的发展和展望做了简要的说明。

关键词：虚拟现实；工业设计；文化教育

前言：虚拟现实技术已经逐步走进了我们的生活，我们在更多时候是将虚拟现实技术带给我们的感觉当作了一种预知、或者是预先的一个概念认识。虚拟现实技术帮助我们由想到做的之间架起了一座可靠的桥梁，帮助我们尽可能的实现我们的想法，在最大限度内发现设计与现实的差距、误差甚至是错误，避免了一些由于没有前期经验而导致的错误的出现。虚拟现实技术的应用前景是很广阔的。它可用于教学仿真，也可应用于产品设计领域，也可应用于机械加工等领域。利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区全新的应用系统。

一、虚拟现实技术

（一）虚拟现实技术。虚拟现实（Virtual Reality），又称灵境、拟实，是近20年发展起来的一门新技术。它采用计算机技术和多媒体技术，营造一个逼真的具有视、听、触等多种感知的人工虚拟环境，使置身于该环境中的人通过各种多媒体传感交互设备与这一虚拟的环境进行实时交互作用，它集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，并随着这些信息技术的突破而迅速发展起来。目前已经广泛应用于军事、科学计算可视化、教育与培训、设计与规划、虚拟测试、虚拟游览、购物、交互式娱乐、工程技术、科技探索等多方面领域。[1]

（二）虚拟现实系统的类型。虚拟现实系统根据用户参与形式的不同一般分为4种模式：桌面式、沉浸式、增强式和分布式。桌面式使用普通显示器或立体显示器作为用户观察虚拟境界的一个窗口；沉浸式可以利用头盔式显示器、位置跟踪器、数据手套和其他设备，使得参与者获得置身真实情景的感觉；增强式是把真实环境和虚拟环境组合在一起，使用户既可以看到真实世界，又可以看到叠加在真实世界的虚拟对象；分布式是将异地不同用户联结起来，对同一虚拟世界进行观察和操作，共同体验虚拟经历。

二、虚拟现实系统的应用

（一）虚拟现实技术在教育教学上的应用。虚拟现实技术在教育教学上能实现课程的数字化学习， 可将课程学习内容作为学习者的学习资源， 并将其他的相关资源一并提供给学习者， 实现资源共享；能按照超文本、超链接的方式组织管理学科知识和各种教学信息， 有利于学习者主动发现、主动探索知识， 发展联想思维和建立新旧知识之间的联系； 能提供界面友好、形象直观的交互式学习环境， 不受时空和距离的限制， 可让各地的师生共处于一个虚拟空间中， 有利于激发学习者的学习兴趣和进行协商会话， 实现合作学习；能提供图文声像并茂的多种感官综合刺激， 提供生动活泼的直观形象思维材料， 使学生从思维、情感和行为三个方面参与教学活动， 有利于学习情境创设和大量知识的获取与保持；可以弥补实验教学条件的不足。

（二）在工业设计仿真方面的应用。产品是人类设计思想付之于实施的产物，产品设计所着重考虑的是产品的造型、结构和功能等方面， 目的是生产制造出符合人们需要的实用、经济、美观的物品。将VR 技术应用于工业产品设计， 是目前VR在工业设计领域应用的主要方式。运用虚拟现实技术， 美国波音公司无图纸化设计波音77 获得成功， 是近年来引起科技界瞩目的一件里程碑式的应用。如果把VR 技术与不同的产品设计领域结合， 随之会诞生许多新颖的概念： 如虚拟产品设计、虚拟环境设计、虚拟建筑设计、虚拟园林设计、虚拟装饰设计、虚拟人机工程学设计等等。

虚拟产品设计（VPD ） 就是借助于虚拟现实系统， 是将产品开发全过程数字化， 用集成的功能强大的VR 工具， 模拟整个产品的开发过程，在计算机的虚拟空间中进行产品的设计、分析、优化、加工、装配、测试、工艺、质量控制、人机工程学验证等过程。这种从设计到分析再到设计的循环， 反复多次直到满足设计要求， 全部是在虚拟空间中完成的。

（三）虚拟现实技术在制造业中的应用。目前，在这一领域，美国处于国际研究的前沿，许多大学和科研机构都在从事虚拟制造的研究工作。美国Boeing飞机公司设计的一架VS—X虚拟飞机，它可用头盔式显示器和数据手套来进行模具技术

2004.No.5 5 7观察与控制，当手指指向飞机时就可以看到跑道上的飞机起飞；手指向下，飞机便停下来。通过其它手势，还可以进入座舱，起动发动机，进行飞行试验或者打开应急门。这种虚拟飞机可以让设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外形、内部结构及使用性能进行考察。Michigan大学的VR实验室采用沉浸式虚拟现实对一艘PD337 海军运输船的生产过程进行了模拟。船的双层底模型是用AutoCad 生成，然后转换成虚拟原型。利用沉浸式虚拟现实可以步入实物大小的船体模型中观察其特性，发现在开始的CAD/CAM 模型中存在很多问题。比如： 有些间隔无法进行焊接，以及很多的刚性衍架放到船的另一侧去了。研究的第二阶段是船的装配。通过模拟一个真实的造船厂的标准装配过程研究了装配的不同阶段的焊接操作和起吊机的运动以及其他的步骤。

三、虚拟现实发展趋势与展望

（一）虚拟现实发展趋势。虚拟现实将应用于更多的领域之中，深入到人们生活的各部分，细化各项工作的可实现程度，尽最大的努力将可能发生的错误减小到最低，甚至是没有错，我们在真正实施某项工作之前会将其可实施性做一个虚拟现实的实现，将各种可能发生的情况加入其中，通过数据反馈得到结果，帮助我们判定此方案的可实施性。

虚拟现实技术也在帮助我们学习，学校的孩子能够通过虚拟现实技术重新看到白垩纪的恐龙，看到物种的演化和发展，帮助孩子们更真实的感受到学习带来的快乐。同样，老师在虚拟现实技术的帮助下，用更生动的形式讲述那些无法只用文字就能表述的清楚地课题。这种交互的反馈信息，能积极地将人们的学习动力提升。

在成人的学习中，很多无法通过实际操作的实验，虚拟现实技术帮助我们实现了，基于一定的数据基础的实验结果，帮助我们理解其中的各个操作过程。

（二）虚拟现实的展望。在符号化的虚拟世界里，实践主体、实践客体、实践中介都较以往固定的对实践三要素的认识所不同；虚拟现实技术深刻的改变了人类主客体相互作用的方式。人类的实践方式决定了人类的思维方式，虚拟实践在虚拟世界里建构了新的思维方式。因为本文是从广义的角度来理解虚拟现实技术的，即虚拟现实技术与网络技术的联姻，互联网代表了资源共享的含义，这种结合使得虚拟现实技术从“精英技术”转交为“平民技术”，也使得虚拟现实技术在社会上逐渐普及。

参考文献：

[1] 陈浩磊，邹汀军等.虚拟现实技术的最新发展与展望[J].中国科技论文在线，2011，1，Vol.6，No.1：1-5.

[2] 曾怡.虚拟现实技术在教育领域中的应用[J].时代教育，No.9：182.