李巍杭

摘 要：主要介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本概念、發(fā)展歷史和實際應(yīng)用，通過闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)、工業(yè)設(shè)計、機(jī)械制造等領(lǐng)域中的應(yīng)用，突出了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在科技發(fā)展和提高人們生活質(zhì)量等方面的積極推動作用，并對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展和展望做了簡要的說明。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；工業(yè)設(shè)計；文化教育

前言：虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)逐步走進(jìn)了我們的生活，我們在更多時候是將虛擬現(xiàn)實技術(shù)帶給我們的感覺當(dāng)作了一種預(yù)知、或者是預(yù)先的一個概念認(rèn)識。虛擬現(xiàn)實技術(shù)幫助我們由想到做的之間架起了一座可靠的橋梁，幫助我們盡可能的實現(xiàn)我們的想法，在最大限度內(nèi)發(fā)現(xiàn)設(shè)計與現(xiàn)實的差距、誤差甚至是錯誤，避免了一些由于沒有前期經(jīng)驗而導(dǎo)致的錯誤的出現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用前景是很廣闊的。它可用于教學(xué)仿真，也可應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，也可應(yīng)用于機(jī)械加工等領(lǐng)域。利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、設(shè)計協(xié)作系統(tǒng)、實境式電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬社區(qū)全新的應(yīng)用系統(tǒng)。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)。虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality），又稱靈境、擬實，是近20年發(fā)展起來的一門新技術(shù)。它采用計算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)，營造一個逼真的具有視、聽、觸等多種感知的人工虛擬環(huán)境，使置身于該環(huán)境中的人通過各種多媒體傳感交互設(shè)備與這一虛擬的環(huán)境進(jìn)行實時交互作用，它集成了計算機(jī)圖形技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，并隨著這些信息技術(shù)的突破而迅速發(fā)展起來。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、科學(xué)計算可視化、教育與培訓(xùn)、設(shè)計與規(guī)劃、虛擬測試、虛擬游覽、購物、交互式娛樂、工程技術(shù)、科技探索等多方面領(lǐng)域。[1]

（二）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的類型。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)根據(jù)用戶參與形式的不同一般分為4種模式：桌面式、沉浸式、增強(qiáng)式和分布式。桌面式使用普通顯示器或立體顯示器作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口；沉浸式可以利用頭盔式顯示器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和其他設(shè)備，使得參與者獲得置身真實情景的感覺；增強(qiáng)式是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起，使用戶既可以看到真實世界，又可以看到疊加在真實世界的虛擬對象；分布式是將異地不同用戶聯(lián)結(jié)起來，對同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，共同體驗虛擬經(jīng)歷。

二、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)上的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)上能實現(xiàn)課程的數(shù)字化學(xué)習(xí)， 可將課程學(xué)習(xí)內(nèi)容作為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)資源， 并將其他的相關(guān)資源一并提供給學(xué)習(xí)者， 實現(xiàn)資源共享；能按照超文本、超鏈接的方式組織管理學(xué)科知識和各種教學(xué)信息， 有利于學(xué)習(xí)者主動發(fā)現(xiàn)、主動探索知識， 發(fā)展聯(lián)想思維和建立新舊知識之間的聯(lián)系； 能提供界面友好、形象直觀的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境， 不受時空和距離的限制， 可讓各地的師生共處于一個虛擬空間中， 有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和進(jìn)行協(xié)商會話， 實現(xiàn)合作學(xué)習(xí)；能提供圖文聲像并茂的多種感官綜合刺激， 提供生動活潑的直觀形象思維材料， 使學(xué)生從思維、情感和行為三個方面參與教學(xué)活動， 有利于學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)和大量知識的獲取與保持；可以彌補(bǔ)實驗教學(xué)條件的不足。

（二）在工業(yè)設(shè)計仿真方面的應(yīng)用。產(chǎn)品是人類設(shè)計思想付之于實施的產(chǎn)物，產(chǎn)品設(shè)計所著重考慮的是產(chǎn)品的造型、結(jié)構(gòu)和功能等方面， 目的是生產(chǎn)制造出符合人們需要的實用、經(jīng)濟(jì)、美觀的物品。將VR 技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計， 是目前VR在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用的主要方式。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)， 美國波音公司無圖紙化設(shè)計波音77 獲得成功， 是近年來引起科技界矚目的一件里程碑式的應(yīng)用。如果把VR 技術(shù)與不同的產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域結(jié)合， 隨之會誕生許多新穎的概念： 如虛擬產(chǎn)品設(shè)計、虛擬環(huán)境設(shè)計、虛擬建筑設(shè)計、虛擬園林設(shè)計、虛擬裝飾設(shè)計、虛擬人機(jī)工程學(xué)設(shè)計等等。

虛擬產(chǎn)品設(shè)計（VPD ） 就是借助于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)， 是將產(chǎn)品開發(fā)全過程數(shù)字化， 用集成的功能強(qiáng)大的VR 工具， 模擬整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，在計算機(jī)的虛擬空間中進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計、分析、優(yōu)化、加工、裝配、測試、工藝、質(zhì)量控制、人機(jī)工程學(xué)驗證等過程。這種從設(shè)計到分析再到設(shè)計的循環(huán)， 反復(fù)多次直到滿足設(shè)計要求， 全部是在虛擬空間中完成的。

（三）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用。目前，在這一領(lǐng)域，美國處于國際研究的前沿，許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都在從事虛擬制造的研究工作。美國Boeing飛機(jī)公司設(shè)計的一架VS—X虛擬飛機(jī)，它可用頭盔式顯示器和數(shù)據(jù)手套來進(jìn)行模具技術(shù)

2004.No.5 5 7觀察與控制，當(dāng)手指指向飛機(jī)時就可以看到跑道上的飛機(jī)起飛；手指向下，飛機(jī)便停下來。通過其它手勢，還可以進(jìn)入座艙，起動發(fā)動機(jī)，進(jìn)行飛行試驗或者打開應(yīng)急門。這種虛擬飛機(jī)可以讓設(shè)計人員身臨其境地觀察飛機(jī)設(shè)計的結(jié)果，并對其外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用性能進(jìn)行考察。Michigan大學(xué)的VR實驗室采用沉浸式虛擬現(xiàn)實對一艘PD337 海軍運(yùn)輸船的生產(chǎn)過程進(jìn)行了模擬。船的雙層底模型是用AutoCad 生成，然后轉(zhuǎn)換成虛擬原型。利用沉浸式虛擬現(xiàn)實可以步入實物大小的船體模型中觀察其特性，發(fā)現(xiàn)在開始的CAD/CAM 模型中存在很多問題。比如： 有些間隔無法進(jìn)行焊接，以及很多的剛性衍架放到船的另一側(cè)去了。研究的第二階段是船的裝配。通過模擬一個真實的造船廠的標(biāo)準(zhǔn)裝配過程研究了裝配的不同階段的焊接操作和起吊機(jī)的運(yùn)動以及其他的步驟。

三、虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢與展望

（一）虛擬現(xiàn)實發(fā)展趨勢。虛擬現(xiàn)實將應(yīng)用于更多的領(lǐng)域之中，深入到人們生活的各部分，細(xì)化各項工作的可實現(xiàn)程度，盡最大的努力將可能發(fā)生的錯誤減小到最低，甚至是沒有錯，我們在真正實施某項工作之前會將其可實施性做一個虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)，將各種可能發(fā)生的情況加入其中，通過數(shù)據(jù)反饋得到結(jié)果，幫助我們判定此方案的可實施性。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)也在幫助我們學(xué)習(xí)，學(xué)校的孩子能夠通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)重新看到白堊紀(jì)的恐龍，看到物種的演化和發(fā)展，幫助孩子們更真實的感受到學(xué)習(xí)帶來的快樂。同樣，老師在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的幫助下，用更生動的形式講述那些無法只用文字就能表述的清楚地課題。這種交互的反饋信息，能積極地將人們的學(xué)習(xí)動力提升。

在成人的學(xué)習(xí)中，很多無法通過實際操作的實驗，虛擬現(xiàn)實技術(shù)幫助我們實現(xiàn)了，基于一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的實驗結(jié)果，幫助我們理解其中的各個操作過程。

（二）虛擬現(xiàn)實的展望。在符號化的虛擬世界里，實踐主體、實踐客體、實踐中介都較以往固定的對實踐三要素的認(rèn)識所不同；虛擬現(xiàn)實技術(shù)深刻的改變了人類主客體相互作用的方式。人類的實踐方式?jīng)Q定了人類的思維方式，虛擬實踐在虛擬世界里建構(gòu)了新的思維方式。因為本文是從廣義的角度來理解虛擬現(xiàn)實技術(shù)的，即虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的聯(lián)姻，互聯(lián)網(wǎng)代表了資源共享的含義，這種結(jié)合使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)從“精英技術(shù)”轉(zhuǎn)交為“平民技術(shù)”，也使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)在社會上逐漸普及。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳浩磊，鄒汀軍等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的最新發(fā)展與展望[J].中國科技論文在線，2011，1，Vol.6，No.1：1-5.

[2] 曾怡.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].時代教育，No.9：182.