虚拟现实技术综述(精选8篇)
虚拟现实技术综述篇1
关键词：虚拟现实技术体育高校应用建议
1虚拟现实技术基本概述
虚拟现实技术主体借助了仿生学和自动化控制方面的学科内容，结合人机交互的技术背景，创建出一个极具体验特征的空间氛围。同时，该技术还利用了网络信息技术、传感技术、遥感技术及图形处理技术等方法形式，巧妙的模拟了不同的教学环境，能够让学生在场景中不断体验感知，从而加深了学生对体育教学的融入[1]。
2计算机虚拟现实技术的应用特征分析
2、1信息交互特征
该技术能将充分满足不同信息模型进行整合，通过双向的信息交互法则，有效的构建出一个教学所需的空间意境。在此过程中，教师可以借助指定的操作命令，创造出一个有效空间模型，能够系统的反映出不同的景观特征。同时，该技术联动了现实场景和虚拟场景，以对应的方法将两者的信息进行汇总，能够让学生在不同的场景中进行氛围转化，从而明确相应场景的中心价值。
2、2感知特征
虚拟现实技术（VR）技术使用了集成化的信息管理模式，将不同的场景以图像的形式进行呈现。同时，VR技术整合了不视角同的学科理论，借助如感应力学、电磁学方面的内容，将不同的动作形式以特异性的信息模型进行处理与判断，借助不同的信号模型进行方式呈现，引导学生在全息的空间环境中进行感知学习。
2、3沉浸体验特征
VR技术能够根据人们对不同场景的需求进行情境模拟，将肉体的感知与精神理念进行价值碰触，从而充分满足了学生对于情境的基本需求。该技术能够让情境更为逼真，通过构建出一个意想的空间形式，引导学生深入体验体育课程的魅力[2]。
3基于在高校体育教育中计算机虚拟现实技术应用建议
3、1确立教学框架
首先，教师应全面认知虚拟现实技术的内涵及应用优势，结合新时期的网络背景进行目标探索，从而有效掌握新时期的体育教学的内容。由此，需优化体育课程的设计。如对于篮球项目的教学框架的设计中，需对篮球的技法内容进行综合性设计和讲述，制定适合学生接受的框架内容。如对于“行进间上篮”内容设计中，则可以利用VR技术模拟出该技巧的特点，结合图片的内容呈现出正确的上篮方法和模式，并针对性的拓展错误的内容。同时可以模拟出该技巧的注意事项，利用虚拟现实技术的技术形式，凸显出踝关节、膝关节等关节部位的动作规范。此框架设计中需重点强调避免腿部肌肉拉伤的方法，不仅能够提高学生对篮球技巧的核心认知，还能让学生在空间中感同身受的了解主体框架的特殊价值，进而提高了学生的自我保护意识。其次，需针对投篮技巧及项目进行优化，制定对应的硬件设备于VR技术中，让学生借助该设备观看不同形式下的实践技巧和动作姿态。此时，教师需有效的输入相关代码程序，明确虚拟空间技术中各类图像的综合性价值，从而逐步提升学生的感知体验能力[3]。最后，教师需结合不同维度的模块属性进行整合，将体育教育的框架模型融入于主体数据库当中，借助数据库的分析、整合、诊断系统，有效的制定一个较为科学的体育教学体系。
3、2详细功能设计情况
在计算机虚拟现实技术的功能设计的优化过程，需构建有效的目标体验功能，结合不同场景的实际情况进行充分的模拟。如需将科学的呈现草地、水泥地、塑胶田径场地、篮球场地等方面的场地信息，将三维额度的信息融入于功能要求当中。在此过程中，需精准的分析出学生的体验情况，并结合如图1所示的流程进行功能制定。由此，需针对体育项目的技术要求和现实情况进行有效的对比，结合不同场景模式的方针设计进行实际优化，围绕该技术的优势进行项目制定，从而明确具体功能的设计要求。同时，需根据计算机背景下的要求模式进行制定，分解不同动作的基本要求，构架一个有效的沟通空间，从而有效提高体育教学的有效性。特别需要注意将训练要求与模拟训练进行整合，要求学生结合云网络的数据结构进行方法对比，从而提高模拟功能的有效性。对于体育场景的设计要求中，需根据学生的接受情况拓展有效的模拟训练环境。如在“运球”的教学中，则可以构建木质地板的场景，学生们通过跳跃、走位、传球等动作充分感知运动场地地板的软硬度，结合灵活的体验情境分析出相应的训练场地，这对于后期实际教学有积极的作用。同时，教师需结合多媒体形式进行体育教学，让学生通过多媒体设备感受实际场景的魅力价值，从而更快的认知体育场景的目标导向。特别需要借助该技术设计不同结构的三维数据模型，并融合对应的情境设计内容，设计出有效的赛事标准和赛事情况（NBA），让学生在VR技术中了解不同赛事的规则和赛场中项目训练目标和方法，潜移默化的加深了学生对不同体育项目的认知与了解。
虚拟现实技术综述篇2
1 x3d虚拟现实技术概述
虚拟现 实 (virtual reality)是20世 界 80年代初由vpl research公司创始人 jaron lanier提出的。已广泛应 用于科 学研 究和可 视化 、军事 模拟 、工程 应用、医学、商业、教育及娱乐等领域。x3d虚拟现实技术 是 目前虚 拟现实技 术 中最前 沿 的科技，2004年10月正式通过 iso／iec审议成为网络三维国际通用标准 iso／iec19775。x3d虚拟现实技术整合了 xml、javaseript、java、java3d和流技术等世界先进技术、具有更强大、更高效的三维计算 能力、渲染质量 和传输速度。它克服 了以往其它虚拟 现实语言存在兼容性及可扩展性差、对浏览器的依靠过强、编程能力弱等缺点，将其应用于农业信息领域，显示其巨大的发展潜力，前景十分广阔。
1、1 x3d虚拟现实技术的关键技术
(1)xml编码
x3d采用 xml编码 ，使其具 有通用性 、易于 页面集成 、和下一代 web融合等诸多优势、并引入了基于组件的结构、具有兼容性 、可扩展性 、轻量化 的内核等特征。xml编码为创建和 xml兼容的 vrml代码 ，提供了一组 xml通 用 实体 和元 素 类 型声 明 。vrml2oox规范草案包含一个完整的 dtd，它定义了x3d的 xml标记 和这些标记 功能实现之 间的联系。而 dom为程序和脚本动态的访问和更新 xml文档的内容 、结构样式提供 了和平台 、语言无关的接口。
(2)构件思想
x3d体系结构的设计是以构件技术为指导的，这里构件是指功能相关 的一个或多个节点类型的一个集合 ，一个构件扩展 内核在某一 特定领域的功能 。x3d首 先将 vrml的关键特性封装为一个 小型可扩展的 内核 。然后通过特性 集扩 展内核 ，实现复杂 的或是应用程序定义的功能。构件思想带来的好处主要有摘要：精巧的内核 、扩展能力 、减少 了对资源 的占用。
1、2 x3d虚拟现实技术的优势
x3d被定义为可交互操作、可扩 展 、跨平台的网络三维内容标准。x3d中添加了新的功能组件 ，推出java、xml通用平台下的开放原代码工具包，在 x3d中需要使用非凡 的功能时 ，可以调用由 java等编写的程序 ，由于java平 台无关性 ，这样可在不同的硬件和软件平台上实现浏览 ，拓宽了信息共享 范围。在组件优化的结构下 ，x3d扩展新的功能将更快捷。x3d的内容是模块化的和可重 复使用 的 ，根据可扩展 和模块化的结构 ，浏览器可以只需支持需要 的概貌 。x3d支持也提供了一种mpeg一4支持的方式。 x3d 是mpeg一43d渲染的基础。
2 基于x3d的植物建模和可视化
基于 x3d的虚拟植物建模和可视化 。是一种基 于x3d虚 拟现实技术 ，植物形态结构几何描述的三维植物结构 模拟方 法 。该 方法 利用 仪器采 集植 物空 问数据，在计算机上三维建模语言编程调用空间数据来实现植物 三维模拟和再现 ，模拟植物在 三维空问中的生长发育过程 。虚拟植物能够精 确地反 映现实植物 的形态结构 ，以可视化的方式反映植物 的形态结构规律。
2、1 虚拟植物建模和可视化开发的基本原理
要建立虚拟植物，首先要建立基本 的三维植物结构模型。一个完整的虚拟植物实体对象一般包含叶 、茎 、花 、根等几个主要结构部分 以及一些相关 的辅助设施 ，这些基本模型的制作采用现有较成熟的三维设计软件 x3d—edit。虚拟植物除 了能实现植物的三维可视 化外 ，其 另一个重要的功 能就是 通过 script编程 、api编程或其它技术能实现虚拟植物专题信息的展示和反馈。甚至实现一定 的分析功能 、协助农业相关部门进行植物信息收集和反馈。这对植物的探究是极为有利的，为他们提供了极大的方便。因而可以将虚拟植物定义为以下形式 摘要：
虚拟植物=三维植物模型+专题信息展示功能+信息反馈功能+分析功能。实现步骤 如图 2。
2、2 基于x3d植物形态结构模型的建立和可视化
2、2、1 三维结构建模方法 利用 x3d创建虚拟植物，生成三维模型的方法大致如下 摘要：
(1)利用 x3d节点直接编写程序 。对于植物都具有根 、茎 、叶三个主要部 分 ，叶子这种 复杂 的造型可以采用挤压节点一extrusion来实现。具体语句结构可参考有关文献。但仅仅根据 x3d语法构造准确的三维空间模型是很困难的，对于复杂模型的构造和修改就 比较不方便。
(2)除了使用节点直接编程之外，还要考虑使用其它辅助建模软件创建模型。由于一些结构和外形的复杂性，直接用 x3d建模比较困难，可以利用第 三方的造型软件来建模、然后通过相应的接口导出x3d文件，最后编辑 x3d 源程序 的相关部分来实现。通常的做法是，利用 autocad建立复杂模型后，假如希望有更好的效果，可以输入到 3dmax 中赋予材质、色彩建立光照效果、合成，最后转成 x3d文件 ，插入到虚拟环境 中。
2、2、2 交互编程方式在建模过程中、x3d 中常用的编程方式主要有以下二种 摘要：
(1)用 x3d中的script节点编程。script节点可以帮助 x3d完成复杂的交互过程、它有以下4个功能摘要：可感应环境的变化及用户的操作摘要：从其它节点接收事件并进行一些处理；内部 的程序块可完成一些计算工作；通过发送事件使外界产生相应的变化。scrip节点可以像其它的x3d节点一样放置在场景中的任何地方，可以重命名，可以从它那里移走事件，也可以把事件传给它。这是最常用的编程方法，目前用的较多的描述性语言是 javascript和 vrmi_script。目前大多x3d浏览器都支持javascript编程、而支持vrmlseript编程的浏览器主要是 bs contact player。
(2)通过 x3d的外部编程接口api进行编程。这种编程方式答应虚拟场景和其它对象沟通，因而可以实现虚拟场景和其它对象的结合，达到令人满足的效果。
3 国内外 x3d在项目中的应用目前状况、存在的新问题
3、1 应用目前状况
x3d技术在国内外已用很多应用成果、如美国海军探究生院 fnps1进行曲——基于web的场景创作及可视化探究 和开发 的项 目 savage project、就是基于x3d技 术进行研发的，并取得了阶段性的成果、
latfice technology利用x3d的扩展 、lattice xv1parametric进行医疗方面的应用取得了令人欣喜的成果，还有一些已经投入应用的x3d 技术，如blaxxun3d[61和 shout3dl。他们并不是采用 plugins的 方式、而只需要 web浏览器支持 java，就可以在用户端自动下载安装。中国在x3d技术方面的发展要落后于西方国家。但是由于x3d有着神奇的效果、精简的代码和灵活的语法结构，探究x3d技术的人越来越多。
3、2 存在的新问题
对于基于 x3d的虚拟植物的探究可 以说现在仍处于初级阶段，存在着许多技术和实践中的新问题。
(1)模型的功能不够强大。多数模型在 植物体结构和功能的联系、植物和环境的相互关系、地上部分和地下部分 的整体联系以及生理生态和形态 结构的耦合等方面欠完善。假如将地上部分和地下部分整体联系起来，可能具有更大的探究意义。其次，植物种类繁多，植物生长机理复杂要想真实地虚拟植物的生长过程还较困难。网此除了对植物生长过程进行大量的观察 和测量外还必须探究虚拟植物模型和具体植物的生态生理模型有机结合的新问题 。
(2)缺乏多学科知识的融合。植物生长建模探究应该以综合各类信息技术为途径 ，扩展并强化它在农林业中的广泛应用。目前，虽然已经包括了综合应用遥感 (rs)技术、地理信息系统 (gis)、全球定位系统(gps)、网络技术 、传感技术、自动控制 、人工智能、多媒体等 ，但结合运用不够 ，没有为虚拟植物建模探究带来更 多新的思路和方法。
4 基于 x3d的虚拟植物探究前景展望
基于x3d的虚拟植物探究对人类社会的影响才刚刚 开始 。作为一种 新生事物 ，它的发展 前景 十分 广阔，有许多值得进一步探索的探究课题。
由于植物生长机理和生长过程十分复杂、需要探究如何建立能真实 反映植物生长机理的生理生态模型(如光合功能模型及呼吸功能模型等)以及植物生长环境模型如光照 、土壤 、水肥等模型)；在此基础上 ，为了能够真实有效地模拟农作物的生长过程。还需进一步探究形态发生模型 和生理生态模 型的有机结合。
以后 ，根系虚拟探究将 成为重 点。 目前植物根系的模拟是虚拟植物探究中最为薄弱的环节。由于根系是植物和外界环境进行物质和能量交换的重要媒介，要真实模拟水分、肥料等环境因素对植物生长发育的影响『引，加强根系的探究尤为必要。可以认为 ，根系的探究将成为虚拟植物未来 的重要探究方 向。
参考文献
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虚拟现实技术综述篇3
关键词：虚拟制造技术；现代机械工程设计；机械制造；机械产品；机械设计
文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02
作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计
随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。
1虚拟机械制造技术
以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。
2虚拟制造技术的关键
虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：
2、1虚拟技术中的建模技术
虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。
2、2虚拟制造技术中的仿真技术
仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。
2、3虚拟制造中的虚拟现实技术
虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。
3机械虚拟样机技术介绍
虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计
中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。
4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
4、1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
4、2为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
4、3强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
5结语
虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。
参考文献
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虚拟现实技术综述篇4
【关键词】虚拟现实技术；高职教育；数控教学；应用
我国高职院校中，数控加工技术教育伴随着机械制造业的发展而越来越重要。传统的数控操作培训在机床上实际操作，这种实际上机的训练方法有很多弊端：如受机床数量和实习场地的限制、使用和维护的费用较大、师资投入不足、操作失误导致机器和人员的损伤等等。以上问题促使我们必须寻求一种新型的教学方式：虚拟现实技术。
1、虚拟现实技术简介
虚拟现实技术是由高速计算机系统创建的一种令人感到身临其境，可与环境交互体验的虚拟世界。它综合了计算机图形学、图像处理和模式识别、智能技术、传感技术、信号处理技术、网络技术等多门科学，将计算机获得的数字化信息变为人能感受到的具有各种表现形式的多维信息。虚拟现实环境是由图像、图形识别与生成系统，声音、触感的识别与生成系统，网络通信系统，人工智能系统和传感器系统等不同功能、不同层次的系统所构成的集成系统。以轴的结构为例，其中轴的轴向和周向定位方式多种多样，我们可以在软件中把相关的定位零件都制作出来，例如轴、轴肩、轴环、弹性挡圈、轴端挡板、键、花键等，然后在软件中进行定位，并且可以进行装配检查，让学生看到错误的结，这样形象而且具体。
虚拟数控系统的功能：（1）虚拟数控机床与真实机床有完全相同的界面风格，能模仿真实机床的任何功能，不会因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失。（2）形象的图形和标准数据接口。用户既能在真实的环境中运行虚拟机床，又能观察它的各种运行参数，并能与其他CAD/CAM软件接口。（3）刀具库。应包括一台数控机床所需的刀具，能模拟任何一种数控机床的换刀形式。（4）仿真平台。操作者可以在虚拟的环境中进行机床运动和切削过程等，从中获得相关的加工数据。
2、高职院校在数控教学中的虚拟现实技术
2、1在数控教学的设备、仪器、产品展示中应用虚拟现实技术
学生在传统课题中，只能通过书本和图片学习数控实物的图片和图形，不够立体的平面展示限制了学生的空间想象思维。如在现场实际观察设备，组织起来费时费力。而虚拟现实技术的应用较好的弥补了上述不足，通过虚拟现实，我们可以设计一个模拟实物的三维物体，将各种教学产品和工具实物进行虚化，把它们以立体的形态放在虚拟教室中。师生进入虚拟空间后，可形象的学习和观察这些设备的外观及内部构造，教师可以在学生形象思维充分展开时精心点拨，师生互动，答疑解惑，从而增强数控技术教学的效果。虚拟现实技术不但突破了空间的制约，而且还能将数十年乃至百年才能观察的过程，在多时间内集中系统的展示给学生。构造一个穿越时间和空间的开放的学习环境。
2、2在实验和教学中应用虚拟现实技术达到仿真效果
众所周知，机械行业教学离不开实验操作，而不是所有学校都用财力和空间具备全部实验和培训的设备。利用虚拟现实技术，建立虚拟实验室可以解决上述难题。在虚拟实验室中，学生可以仿真操作虚拟的仪器，进行各种虚拟的数控系统的练习。迷你实验不是真的消耗机器设备，可多人反复操作。同时能避免学生因操作不熟练或失误造成事故。虚拟仿真技术还可以应用在制作软件上，在计算机上模拟训练或实验，节省实验空间和成本。
2、3数控加工教学系统中应用虚拟现实技术实现仿真效果
计算机仿真加工系统，是模拟实际数控机床加工条件和状态的系统，它借助计算机功能，通过实验者控制计算机的操作，研究数控加工的全程。它的作用是可以模拟真实零件加工的全过程，提供完全仿真的操作面板，学生可以充分熟练各个调试、执行等环节，同时系统能检验各种数控设置的准确性。既解决了机床设备不足和时间的问题，又可避免可能造成的磨损和事故。
2、4虚拟仿真教学与实际成产加工相统一
加工仿真教学系统既能单机系统独立运行，又能实现在线运行。独立运行即机床模型方式，其培训设施只需一台计算机，数控机床的模拟操作在显示屏显示的仿真面板上进行，而零件切削过程由机床模型通过三维动画演示。在线运行即机床工作方式，在这种方式下，教学系统将与实际机床连接，由硬件实现零件切削过程，这时除了操作者是用仿真面板操作外，其它则与实际机床的真实情况一样。由于数控加工仿真教学系统具有完善的图形和标准数据接口，用户既能在真实的环境中运行虚拟机床，又能观察它的各种运行参数。
2、5虚拟现实技术使数控教学的考核和培训网络化
通过远程教育培训，师生双方可以打破地域限制互动。虚拟技术教学可在互联网上进行，包括教师布置作业和考试、观察实验、系统自动评析试卷等全部环节都可实现无纸化，具有高效、简单、节约等诸多优点。
2、6虚拟现实技术使数控教学方法优化
虚拟现实技术通过虚拟现实、多媒体、网络等技术的综合应用，可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟和虚物实化，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。虚拟现实系统可以进行实物虚化，虚拟各种人物，创建虚拟课堂，在虚拟的课堂气氛中，学生可以与虚拟的教师、学生一起交流讨论，开展启发式教学。运用虚拟现实技术，还可以使学生通过在虚拟场景的身临其境和自主控制的人机交互，由视、听、触、觉获取外界的反应，通过学生自我组织，制定并执行学习计划，进行自我评价，开展适应式学习。还可通过小组或团队的形式，组织学生进行学习，成员间共享成果，开展协作式教学。
2、7虚拟现实技术营造开放性的网上探索
学习运用虚拟现实技术，突破传统教科书的限制，使每一位学习者都可以根据自己的学习特点，在自己方便的时间从互联网上自由地选择适合的学习资源，按照适合于自己的方式和速度进行学习，这种探索性的学习，有利于激发学生的创造性思维，使学习者在具体隋境中通过主动的探索获得知识，从而提高学习者的动力。
3、虚拟现实技术在教学中还存在着不足
（1）虚拟现实技术的仿真效果还待改进。虚拟现实在物理、行为模型等方面不逼真，听觉和触觉的仿真设计较少，真实性不足。虚拟技术相关的设备使用不方便，有时难以达到系统要求。（2）虚拟技术成本较高，相关设备价格较贵，要想大面积推广，只有将其改进和降低成本。（3）虚拟教学不能完全替代真实操作。生产不同于虚拟训练和实验，真正动手操作机器设备是我们的教学目的，也只有真正的操作才能让学生理解机床，合格就业。综上，虚拟现实技术水平的提高离不开计算机技术的发展，相信在全体科技工作者和教育工作者的共同努力下，虚拟现实技术在数控教学中的应用和前景越来越广阔。
【参考文献】
虚拟现实技术综述篇5
随着电子技术的快速发展，早期的数字电子技术实验教学不再适应时代的发展，EDA技术逐渐在数字电子实验中被引用。本文通过对EDA技术含义、框架的阐述，分析其在数字电子技术实验中运用的意义，并为EDA技术在数字电子技术实验中的具体运用提供策略指导。
【关键词】EDA技术；数字电子技术实验；运用
数字电子技术是各类院校中电子信息专业开设的一门必修课，具有很强的理论性和实践性。高校数字电子技术实验的教学环境和形势发生了深刻的变化，传统的数字电子技术实验教学在很多方面跟不上现代教育形势的发展，是现代化教育和人才培养的阻力。本文对EDA技术在数字电子技术实验中的运用进行具体分析。
1EDA技术含义
EDA技术又叫电子设计自动化技术，是在电子电路技术和CAD技术结合的基础上发展起来的一门新兴的技术，主要借助计算机软件进行实验教学。具体可以从以下几个方面描述：EDA技术是以大规模可编程器件作为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要方式，以计算机、大规模的可编程器件开发软件及实验系统为设计工具，通过有关软件的开发，自动实现用软件的方式设计电子硬件系统的一门技术。
2EDA技术的实验构架
现阶段国内开发出的虚拟实验台能够实现数字电子技术实验，EDA技术赋予了虚拟实验丰富的内容，能够实现在操作中的电子模拟实验。
2、1虚拟数字电子技术实验构架
虚拟数字电子技术实验平台包含两部分：①实验仿真功能模块，这种模块属于以EDA为基础的学习平台；②虚拟实验平台，这种实验平台主要是对实验平台信息的管理和功能评估。
2、2虚拟数字电子技术各模块构建
虚拟数字电子技术实验平台仿真功能包括以下四部分：项目信息采集、基础教育、虚拟实验开展以及实验结果后期处理。虚拟数字电子技术的基础学习包括四个元素：软件编程语言学习、EDA工具、实验仪器使用说明以及理论知识储备。通过在局域网对完整数字实验设计案例的下载，能够获得详细的设计思路、系统的重要技术，从而提升技术水平。管理模块主要包络实验项目审批、实验内容、实验信息汇总管理和实验项目进度跟踪四个部分。
3EDA技术设计流程
EDA技术设计流程主要体现在以下几个方面：①设计输入。由于电子和电路设计是不同源文件构成的，因此，电子、电路的设计文件可以生成图像，也可以生成文本。②设计综合。在EDA技术综合设计中，其应用的是软件和硬件结合的方式，能够利用综合器、通过将软件转化为硬件的形式，实现源文化的统一。③设计适配。EDA技术主要采用的是FPGA布局的方法进行适配设计，这种设计能够将文件进行统一，之后按照目标实现逻辑的映射，对底层的硬件进行配置。在适配之后实现对时序的仿真，从而便于各类文件的下载。④仿真设计。仿真设计是在对编程软件下载之后，利用EDA软件分析对适配结果进行分析，之后将分析的结果形成仿真。⑤编程下载。编程下载主要是将模拟和仿真确定的实验思路利用适配方法，将下载的文件运用电缆线连接到器件上，从而实现对硬件的调制，及时更改错误编程。
4EDA技术的实践教学案例
EDA技术实验分为验证型、设计型和创新型三种，基于EDA技术的数字电子技术实验教学的思路明确，能够避免大量不必要的重复工作，本文以具体的实验教学案例分析EDA技术的优越性。
4、1全加器验证型实验
全加器验证型实验主要采取的原理图编辑输入方式，实验目的在于了解QuartusⅡ软件，了解EDA技术实现的流程，最终成功对电路功能的实现进行检验。主要实验步骤为：原理图编辑输入、编译、功能仿真、时序仿真、引脚配置以及编程下载。
4、2数字电子时钟的设计型实验
数字电子时钟的设计型实验的电路设计形式多样，存在多个设计方案，比如可以采取原理图编辑输入法进行设计、也可以运用74HC161、74HC163等芯片进行设计，还可以通过VHDL或VerilogHDL编写相应的代码进行设计，在设计中需要注意的是对扳极测试中参数的改写，要着重让学生感受E-DA技术实验的自由，从而实现电子设计自动化和智能化。
5总结
EDA技术在数字电子技术中的应用效果较为明显，将其应用到数字电子技术教学中能够让学生感受到模拟实验，加强学生对实验过程的了解，从而更深刻的理解电路原理，提升学习的积极性。
参考文献
[1]王彩凤，胡波，李卫兵，杜玉杰、EDA技术在数字电子技术实验中的应用[J]、实验科学与技术，2011，01：4~6+110、
[2]周小仨、EDA技术在数字电子技术实验中的应用[J]、电子制作，2014，15：27~28、
虚拟现实技术综述篇6
关键词:虚拟现实;教学实践;三个基本;点面结合
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)主要采用以计算机技术为核心的现代高技术生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境(Virtual Environment,简称VE),用户借助必要的设备(如特制的服装、头盔、手套和鞋),以自然的方式与虚拟环境中的实体对象进行交互作用、相互影响,从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和构想(Imagination)特性。交互特性强调参与者通过专用设备以人类自然方式与VE中的对象进行相互操作;沉浸特性要求计算机所创建的虚拟环境能使参与者产生置身其中的体验;构想特性是指虚拟环境能够启发参与者发现新问题并辅助产生创新思维。
二十世纪六十年代初,“图灵奖”获得者,被称为计算机图形学之父的美国科学家Ivan Sutherland发表“终极显示”论文提出虚拟现实概念,自此,虚拟现实技术历经一系列里程碑式的理论、方法与技术研究工作,并取得了重大工程应用成果。今天虚拟现实技术的应用领域已经非常广泛,主要包括三大应用方向,即训练演练、规划设计与预测、观赏娱乐等。例如在虚拟战场环境中进行作战指挥模拟,宇宙飞船、飞机、舰船模拟驾驶训练,飞机、导弹、轮船等复杂系统的虚拟设计与制造,城市环境规划及其建筑物的展示,手术培训与导航,游戏动漫与影视制作等。由于虚拟现实技术涉及的学科综合性、交叉性强,是可以拉动多学科发展,不断产生新思想、新技术,具有广泛和重大应用前景的科学技术领域,国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)把虚拟现实技术确定为信息领域优先支持的三大前沿技术之一。
2课程的特点
北京航空航天大学计算机学院从1994年开始从事虚拟现实技术领域的研究,取得许多创新成果,在相关学科领域产生了较大影响,逐步形成了北航计算机学院一个新的优势学科方向。作为计算机应用本科生的专业限选课程,“虚拟现实技术”课程教学已经讲授了5年。本课程的教学目的是通过对有关虚拟现实技术国内外研究热点问题、典型研究工作的介绍,使学生了解当前虚拟现实技术的发展趋势;通过对虚拟现实基本原理、基本算法、开发方法、主流系统的介绍,使学生掌握虚拟现实主要技术、开发环境与平台;以虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究工作为主要实践教学支撑,培养学生的创新能力,满足国民经济和国防部门对虚拟现实领域专门人才的需求。虚拟现实课程具有以下特点:
2、1学科交叉性、综合性强
国家中长期科学和技术发展规划纲要指出:“虚拟现实技术重点研究心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学和多媒体技术等多学科融合的技术,研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。”虚拟现实技术主要从计算机科学与技术、控制科学与技术、机械工程科学与先进制造技术等学科中孕育并实现跨越,逐步发展成熟,涉及心理学、认知科学、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等,学科交叉性、综合性强,如图1所示。
2、2数理基础要求高
虚拟现实课程的许多理论、方法和技术涉及大量的数学公式和物理定律,例如在基于图形的虚拟现实技术中所涉及的计算机图形学,基于图像的虚拟现实技术中所涉及的图像处理和信号处理技术,在建模技术中涉及的动力学、运动学等,都需要学生具备深厚的数理基础。
2、3创新思维丰富
虚拟现实被众多学者认为是科学研究与工程实践中理论和实验方法之外的第三种方法,可以虚拟和仿真人类难以到达的宏观或微观环境,进行研究和体验;在虚拟环境下进行逼真的规划、设计、训练演练,作出评价和决策,其与生俱来的构想特性能够启发参与者发现新问题并产生创新思维。虚拟现实技术由于多学科交叉性,在不同学科交叉融合中源源不断地产生新思想、新方法。
2、4工程应用突出
虚拟现实技术既有坚实的理论基础和方法,也有大量的典型算法,同时又是一门应用牵引强,各种开发平台和应用工具丰富,人机交互设备多,软硬件结合与系统集成占相当比重的课程。
2、5课程内容多课时紧
本课程是本科生计算机应用方向的限选课程,在本科四年级上学期开设,其间正值学生考研复习准备阶段,课时总计36学时,课内教学18学时、课外实践18学时,授课时间十分紧张。
3教学内容安排
我们经过多年的教学实践,在不断与学生教与学交互的活动中,结合自身学科研究特色,总结、完善主要教学内容,形成了如下的教学大纲:
第一章:概论(2h)
问题的提出、名词术语、虚拟现实特征、里程碑工作和研究现状、国内外典型应用实例。
第二章:虚拟现实硬件与系统(2h)
虚拟现实输入设备、虚拟现实输出设备、高端图形工作站、图形处理单元(Graphic Processing Unit简称GPU)、典型沉浸式交互系统的构建实例。
第三章:基于图形的虚拟现实建模与开发技术(6h)
视觉感知相关基本概念、场景表示与数据库结构设计、CREATOR建模软件与合成自然环实例、场景图组织与基本绘制流程、OpenGVS与WTK开发软件、虚拟场景漫游应用程序开发实例。
第四章:基于图像的虚拟现实建模与绘制技术(2h)
IBMR技术与全光函数、全景图像与柱面全景图像实例、同心拼图方法。
第五章:人工生命-人工鱼实例(2h)
人工鱼的总体方案、人工鱼的生物力学分析、感知与行为建模、几何建模与外观属性、虚拟海洋环境建模、运动系统、逼真性与效率权衡。
第六章:虚拟人技术(2h)
人体抽象模型与国际标准、逼真运动获取与表示、运动约束与重用、虚拟人技术应用实例。
第七章:分布式虚拟现实技术(2h)
DIS技术与IEEE1278、HLA技术与IEEE1516、分布交互仿真程序开发与应用实例。
教学实践与课外教学安排:(18h)
课外研读学习OpenGL、构建虚拟现实漫游程序;参观虚拟现实技术与系统国家重点实验室,观看演示、操作实验室研究设备,了解当前主要研究方向和趋势。
4教学实践与思考
针对虚拟现实课程的上述特点,我们在课程的教学活动中形成了“突出三个基本,注重融会贯通;点面结合,各有侧重;结合实例,促进创新思维”的教学思路。
4、1突出三个基本,注重融会贯通
在教学中突出三个基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的讲授。虚拟现实课程的诸多内容来自不同的研究和应用领域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同归。对于这部分内容在教学活动中应有意识进行联系,分析讲解,努力让学生融会贯通。以细节层次概念(LOD)为例,细节层次概念是图形建模中的基本概念,是指用一组复杂程度(常常以多边形数来衡量)各不相同的实体细节层次模型来描述对象,在运行时根据一些主客观标准在这些LOD模型间进行切换,实时改变场景的复杂度,从而能够绘制效率与效果的平衡,该方法需要解决模型间切换时产生的视景跳跃问题。在GPU的基本贴图处理(MIP MAPPING )、复杂光照模型实时绘制等研究工作中也引入和应用了同样的原理,因此在讲解细节层次概念时进行举一反三,加深学生对这一满足逼真性和绘制实时性普适基本方法的理解,进一步可以引伸出连续细节层次方法以及与视点相关的递进传输技术如何满足基于网络的虚拟现实应用问题。这样教学思路始终贯彻在七维全光函数降维、八叉树的数据组织方法等诸多教学内容中,以达到融会贯通的目的。
4、2点面结合,各有侧重
虚拟现实课程涉及学科众多,内容十分丰富,有限的课时内做到面面俱到几乎不可能。我们的教学大纲基本覆盖虚拟现实的主要研究分支,重点是基于图形和基于图像的虚拟现实技术,由于增强现实在其他课程有重点讲授,不过多涉及。其次注重对当前国内外的研究重点、热点问题,以及当前的主流设备、开发工具与平台介绍。通过发挥授课教师的计算机科学与技术专业背景,结合实验室多年的研究工作进行知识点的深入讲解。例如在分布式虚拟现实技术教学中,实验室在该方向上开展了长达十年的研究工作,研究成果既体现了该内容的基本方法、国际标准,又体现了当前的最新研究成果。该内容的教学从早期的DIS入手,通过与HLA核心技术的对比,重点讲解分布式虚拟现实技术如何应用数据抽象与封装、与订购、基于值的信息过滤 (DDM)等核心技术解决大规模交互仿真问题,进一步引伸介绍目前该方向的研究进展,让同学了解当前研究热点问题。
4、3结合实例,促进创新思维
虚拟现实是一门多学科交叉的科学技术,不同学科理论与方法的互相借鉴、启迪、创新尤为明显。因此在讲授具体内容的同时,应介绍该研究工作和成果产生的背景,体现交叉创新、集成创新思路,启迪同学的创造性思维是本课程不断追求“授之与渔”的目标。在课程综述中重点介绍信息资源环境的智能化、普适化、协同化、沉浸化发展的各个不同历史时期代表性工作,以及仿真技术、先进制造技术等学科对虚拟现实的重要贡献,突出虚拟现实技术交叉融合的特性。将具体的课程知识点讲授融入到典型实例中,人工生命课程教学中以ACM优秀博士论文工作为基础,讲述了人工鱼的感知与行为建模、几何与外观属性建模、虚拟海洋环境建模等,目的在于突出建模内涵的宽泛性和在虚拟现实技术中的重要地位,通过详述人工鱼的生物力学分析、总体方案设计,行为与运动系统实现,归纳总结出多学科交叉、逼真性与效率的完美平衡是其创新所在。在讲授虚拟人技术时,首先提出逼真人体运动复杂性和实时性这一矛盾,引入机器人技术领域的逆向运动学以及信号与系统中的信号处理方法,重点介绍借鉴其他学科方法解决虚拟人运动重用和大规模人群等关键问题,强调借鉴启迪是创新的源泉。在诸如同心拼图、分布式虚拟环境中同样贯彻了结合实例,促进创新思维这一教学思路。
5结论与展望
“虚拟现实技术”涉及面宽、内容十分丰富,同时发展迅速,应用越来越广泛,如何讲授好该课程是一个需要不断探讨、研究总结的教学课题。笔者在多年的教学活动中,通过教与学的交流,不断总结形成了一些教学思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不断完善充实,主要包括两个方面内容:(1)如何做好虚拟现实技术课程与计算机图形学、多媒体技术、图像处理技术的衔接;(2)如何利用好虚拟现实技术与系统国家重点实验室的研究环境、软硬件资源以进一步加强虚拟现实课程的实践环节。我们将在今后继续研究探索,以解决这些重要问题。
参考文献:
[1] 赵沁平、 DVENET分布式虚拟现实应用系统运行平台与开发工具[M]、 北京:科学出版社,2004、
虚拟现实技术综述篇7
关键词：虚拟制造；先进制造模式；数字化模型
1 前言
制造业为了在竞争激烈的全球市场求得生存与发展，必须能够更好地满足市场所提出的T、Q、C、S要求，即要以最短的产品开发周期(Time)，最优质的产品质量（Quality），最低廉的制造成本（Cost）和最好的技术支持与售后服务（Service）来赢得市场与用户、面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性、
为了提高竞争能力，企业应当能够对市场需求的变化作出快速敏捷的反应，并及时地对自身的生产作出合理的调整与重新规划、计算机软硬件技术及网络技术的迅速发展为实现这一目标提供了强有力的支持、基于这些因素，90年代中有许多新概念、新观点应运而生，虚拟制造（VirtualManufacture)就是其中之一，它代表了一种全新的制造体系和模式、在虚拟制造中，产品开发是基于数字化的虚拟产品开发方式（VirtualProductDevelopment），以用户的需求为第一驱动，并将用户需求转化为最终产品的各种功能特征、VPD保证了产品开发的效率和质量，提高了企业的快速响应和市场开拓能力、
2 虚拟制造的定义及特点
对虚拟制造的研究还处于不断的深入、细化之中，国际上尚没有对其作出一个统一的公共定义、不同的研究人员从不同角度出发，给出了各具特点的描述，其中有代表性的包括以下几种：
Kimura的定义为：虚拟制造是指通过对制造知识进行系统化组织与分析，对整个制造过程建模，在计算机上进行设计评估和制造活动仿真、他强调通过用虚拟制造模型对制造全过程进行描述，在实际的物理制造之前就具有了对产品性能及其可制造性的预测能力、
LawrenceAssociates则认为，虚拟制造是一个集成的、综合的可运行制造环境，其目的是提高各个层次的决策与控制、
美国Wright空军实验室则对虚拟制造作出了如下定义：虚拟制造建立在计算机建模、分析和仿真技术的基础之上，它是对这些技术的综合应用、这种综合应用增强了各个层次的设计制造、生产决策与控制能力、
从这些定义可以看出，虚拟制造涉及到多个学科领域，是对这些领域知识的综合集成与应用、计算机仿真、建模和优化技术是虚拟制造的核心与关键技术、可以认为，虚拟制造是对制造过程中的各个环节，包括产品的设计、加工、装配，乃至企业的生产组织管理与调度进行统一建模，形成一个可运行的虚拟制造环境，以软件技术为支撑，借助于高性能的硬件，在计算机局域/广域网络上，生成数字化产品，实现产品设计、性能分析、工艺决策、制造装配和质量检验。它是数字化形式的广义制造系统，是对实际制造过程的动态模拟、所谓“虚拟”，是相对于实物产品的实际制造系统而言的，强调的是制造系统运行过程的计算机化、
由于计算机软硬件技术和网络技术的广泛应用，虚拟制造具有以下几个特点：
（1）无须制造实物样机就可以预测产品性能，节约制造成本，缩短产品开发周期、
（2）产品开发中可以及早发现问题，实现及时的反馈和更正、
（3）以软件模拟形式进行产品开发、
（4）企业管理模式基于Intranet或Internet，整个制造活动具有高度的并行性、
3 虚拟制造的种类
广义的制造过程不仅包括了产品的设计加工、装配，还包含了对企业生产活动的组织与控制、从这个观点出发，可以把虚拟制造划分为三类：以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造、
3、1 以设计为中心的虚拟制造
以设计为中心的虚拟制造强调以统一制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真与分析、优化，进行产品的结构性能、运动学、动力学、热力学方面的分析和可装配性分析，以获得对产品的设计评估与性能预测结果、
3、2 以生产为中心的虚拟制造
以生产为中心的虚拟制造是在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的加工过程及其组合进行优化、它对产品的“可生产性”进行分析与评价，对制造资源和环境进行优化组合，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策、
3、3 以控制为中心的虚拟制造
以控制为中心的虚拟制造是将仿真技术引入控制模型，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制、以上三种虚拟制造分别侧重于制造过程的不同方面、但它们都以计算机建模、仿真技术为一个重要的实现手段，通过对制造过程进行统一建模，用仿真支持设计过程、模拟制造过程，进行成本估算和生产调度、
4 虚拟制造的应用
虚拟制造在工业发达国家，如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。在这一领域，美国处于国际研究的前沿、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司在新型汽车的开发中已经应用了虚拟制造技术，大大缩短了产品的时间。波音公司设计的777型大型客机是世界上首架以三维无纸化方式设计出的飞机、它的设计成功已经成为虚拟制造从理论研究转向实用化的一个里程碑、
在我国，清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等科研教学单位也已经开展了这一领域的研究工作、当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情，进行产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真，主要是研究如何生成可信度高的产品虚拟样机，在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性、在对产品性能具有高科技含量要求的行业中，如航空航天、军事、精密机床、微电子等领域，随着研究的不断深入和相关技术的发展，虚拟制造必将得到日益广泛的应用、
虚拟现实技术综述篇8
关键词：虚拟现实；沉浸；交互；想象；
VirtualReality；Immersion；Interaction；Imagination
1、虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术（VirtualRealityTechnology）是一项综合集成技术，它的出现是计算机图形学、人机交互技术、传感器技术、人机接口技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。它利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、嗅觉等各种感觉，使用户通过适当装置，自然地对虚拟现实世界进行体验和交互作用。简单地说，虚拟现实技术就是用计算机创造现实世界。
2、虚拟现实技术特征
1993年BurdeaG在Electro93国际会议上发表的“VirtualRealitySystemandApplication”一文中，提出了虚拟现实技术三个特征，即：沉浸感、交互性、想象性。
沉浸感是指用户可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中和使用户投入到计算机生成的虚拟场景中的能力，用户在虚拟场景中有“身历其境”之感。它所看到的、听到的、嗅到的、触摸到的，完全与真实环境中感受的一样。它是虚拟现实系统的核心。
交互性是指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。它是人机和谐的关键性因素。用户进入虚拟环境后，通过多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用，用户可以进行必要的操作，虚拟环境中做出的相应响应，亦与真实的一样，如拿起虚拟环境中的一个篮球，你可以感受到球的重量，扔在地上还可以弹跳。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运动的程度等，例如，当物体受到力的作用时，物体会沿着力的方向移动、翻到或者从桌面落到地面等。
想象性是指通过用户沉浸在“真实的”虚拟环境中，与虚拟环境进行了各种交互作用，从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而可以深化概念，萌发新意，产生认识上的飞跃。因此，虚拟现实不仅仅是一个用户与终端的接口，而且可以使用户沉浸于此环境中获取新的知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构思。这种构思结果输入到系统中去，系统会将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。如此反复，这是一个学习——创造——再学习——再创造的过程，因而可以说，虚拟现实是启发人的创造性思维的活动。
3、虚拟现实技术的分类
虚拟现实是从英文VirtualReality一词翻译过来的，Virtual就是虚假的意思，Reality就是真实的意思，合并起来就是虚拟现实，也就是说本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，让你感觉到就如真实的一样。
实际应用的虚拟现实系统可分为四类：
一、桌面虚拟现实系统，也称窗口中的虚拟现实。它可以通过桌上型机实现，所以成本较低，功能也最简单，主要用于CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、建筑设计、桌面游戏等领域。
二、沉浸虚拟现实系统，如各种用途的体验器，使人有身临其境的感觉，各种培训、演示以及高级游戏等用途均可用这种系统。
三、分布式虚拟现实系统，它在因特网环境下，充分利用分布于各地的资源，协同开发各种虚拟现实的利用。它通常是浸沉虚拟现实系统的发展，也就是把分布于不同地方的沉浸虚拟现实系统，通过因特网连接起来，共同实现某种用途。美国大型军用交互仿真系统NPSNet以及因特网上多人游戏MUD便是这类系统。
四、增强现实又称混合现实系统。它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统，既可减少构成复杂真实环境的开销（因为部分真实环境由虚拟环境取代），又可对实际物体进行操作（因为部分系统即系真实环境），真正达到了亦真亦幻的境界，是今后发展的方向。
4、虚拟现实技术发展的瓶颈
虚拟现实技术的发展过程中遇到的问题很多，可以归结为3大难题：
4、1虚拟现实设备的“贵族化”。要构建一个高质量的虚拟现实系统，首先需要昂贵的外部设备，无论是高分辩率的头盔显示器HMD，还是立体投影显示器，无论是空间定位器，还是高精度的数据手套，都是价格不菲。其次，为完成复杂场景的实时渲染，还需要高性能的图形工作站以及相应的软件。在一些专用领域，但普通的信息系统用户可能会望而却步。
4、2繁琐的三维建模。基于图形的虚拟环境首先要解决的问题便是三维造型。当图形渲染技术在向实现真实感大踏步前进的时候，生成精确三维模型的过程还像二十几年前一样困难。在三维激光扫描技术上的进步提供了简化模型构造过程的一些承诺。然而，这些自动化模型获取方法也验证了真实世界的几何是极端复杂的。大部分的模型仍需要人工绘制，而且需要聘请高水平的专业人士，所以其费用是相当惊人的。比如在电影《坦克尼克号》中，为实现场景三维建模及各种特技处理所花的人工费用高达2500万美元，这笔钱足以制造一艘同样规模的真船。繁琐的三维建模也是制约虚拟现实技术发展的严重障碍。
4、3数据量大。虚拟现实技术要想得到很大的发展，需要与Internet结合，这恐怕已是不争的事实。目前虚拟现实技术应用的数据量仍然很大，在现有网络整体速度较慢的情况下，Internet用户必须等待较长时间，这往往令人难以忍受。我们应该在虚拟现实系统中考虑数据压缩问题，这个问题可能现在还未引起人们的重视，但是随着应用的深入，这是一个不可回避的问题。
5、虚拟现实技术的应用前景和优势
虚拟现实技术的应用极为广泛，Helsel与Doherty在1993年对全世界范围内已经进行的805项虚拟现实研究项目作了统计，结果表明：目前在娱乐、教育及艺术方面的应用占据主流，其次是军事与航空，医学，商业，另外在可视化计算、制造业等方面也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。
（1）医学虚拟现实技术应用大致上有两类。一是虚拟人体，也就是数字化人体，这样的人体模型医生更容易了解人体的构造和功能。另一是虚拟手术系统，可用于指导手术的进行。
Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具（如手术刀、注射器、手术钳等），虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。但该系统有待进一步改进，如需提高环境的真实感，增加网络功能，使其能同时培训多个使用者，或可在外地专家的指导下工作等。
（2）娱乐、艺术与教育丰富的感觉能力与3D显示环境使得虚拟现实技术成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对虚拟现实的真实感要求不是太高，故近些年来虚拟现实技术在该方面发展最为迅猛。如Chicago（芝加哥）开放了世界上第一台大型可供多人使用的虚拟现实娱乐系统，其主题是关于3025年的一场未来战争；英国开发的称为“Virtuality”的虚拟现实游戏系统，配有HMD，大大增强了真实感；1992年的一台称为“LegealQust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了自学习功能，大大增强了趣味性及难度，使该系统获该年度虚拟现实产品奖；
（3）军事与航天工业模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为虚拟现实技术提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统，以提供坦克协同训1练，该系统可联结200多台模拟器。利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先进的多快好省的研究战争、培训指挥员的方法。战争实验室在检验预定方案用于实战方面也能起巨大作用。1991年海湾战争开始前，美军便把海湾地区各种自然环境和伊拉克军队的各种数据输入计算机内，进行各种作战方案模拟后才定下初步作战方案。后来实际作战的发展和模拟实验结果相当一致。
（5）商业虚拟现实技术常被用于推销。例如建筑工程投标时，把设计的方案用虚拟现实技术表现出来，便可把业主带入未来的建筑物里参观，如门的高度、窗户朝向、采光多少、屋内装饰等，都可以感同身受。它同样可用于旅游景点以及功能众多、用途多样的商品推销。因为用虚拟现实技术展现这类商品的魅力，比单用文字或图片宣传更加有吸引力。
（6）科技开发虚拟现实技术可缩短开发周期，减少费用。例如克莱斯勒公司1998年初便利用虚拟现实技术，在设计某两种新型车上取得突破，首次使设计的新车直接从计算机屏幕投入生产线，也就是说完全省略了中间的试生产。由于利用了卓越的虚拟现实技术，使克莱斯勒避免了1500项设计差错，节约了8个月的开发时间和8000万美元费用。利用虚拟现实技术还可以进行汽车冲撞试验，不必使用真的汽车便可显示出不同条件下的冲撞后果。
在虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起，成为人类探索客观世界规律的三大手段。用它来设计新材料，可以预先了解改变成分对材料性能的影响。在材料还没有制造出来之前便知道用这种材料制造出来的零件在不同受力情况下是如何损坏的。
以上仅列出虚拟现实技术的部分应用前景，可以预见，在不久的将来，虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯，并将深入到人们的日常工作与生活。
6、总结
虚拟现实技术是本世纪发展的重要技术之一，作为一门科学和艺术将会不断走向成熟，在各行各业中将得到广泛应用，并发挥神奇的作用，二十一世纪将是虚拟现实技术的时代。
当然，虚拟现实技术还是一门年轻的科学技术，尚存在不少有待解决的问题。例如，在计算机生成的虚拟环境中，操作者每次转动头部，计算机必须更新三维图像，由于更新的数据太大，以致计算机还无法完成实时运算。这就造成了系统滞后。再如，美空军的虚拟现实模拟器产生的视觉运动信号与人的感觉之间也存在差异，容易引起头痛、眩晕等。
但不管怎样，虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域，它会随着时间的推移日臻完善，发挥的作用也将会越来越大。
7、参考文献
【1】李云华虚拟现实技术综述重型机械科技2004（4）
【2】张志鹏劳奇成虚拟现实技术的概况及应用精密制造与自动化2005（3）
【3】谢晶妮张茂军虚拟现实发展趋势展望计算机工程2002（7）
【4】郑彦平贺钧虚拟现实技术的应用现状及发展信息技术2005（12）