虛擬現實技術案例
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虛擬現實技術案例范文第1篇
【關鍵詞】虛擬現實 3D max 實踐教學
一、虛擬現實技術背景
（一）虛擬現實技術發(fā)展背景
虛擬現實技術（Virtual Reality）是一種有效的模擬人在空間環(huán)境中行為感受的人機交互技術。客觀需求是虛擬實現技術發(fā)展的動力，因而，該技術是近年來發(fā)展最快的信息技術之一，多用于電影、游戲、建筑等行業(yè)。
虛擬技術發(fā)展大致可以分為3個階段：20世紀50年代至70年代是準備階段，80年代初至中期是從實驗室走進實際應用的階段，80年代末開始是飛速發(fā)展的階段。
90年代后，隨著Windows平臺的普及以及其他三維軟件開始向Windows平臺發(fā)展，虛擬現實技術面臨著重大的技術改革。從1993年開始，3D Studio（三維工作室）軟件所屬公司使用全新的操作系統（Windows NT）、全新的編程語言（Visual C++）、全新的結構（面向對象）編寫了3D Studio MAX。隨后的幾年里，3D Studio MAX先后升級到3.0、4.0、5.0版本，從4.0版本開始，由于所屬公司發(fā)生變化，3D Studio MAX的名稱也精簡為“3ds max”。
2011年，因Maya宣布停止更新，3ds max成為主要的虛擬現實軟件。
（二）虛擬現實技術教育狀況
虛擬現實技術進入各個行業(yè)是必然趨勢，2004年前，因為高校還沒有開始設置相關課程，因此最早的虛擬現實課程出現于培訓機構，如著名的北京水晶石等。
培訓機構的教師主要來源于行業(yè)的精英，缺乏教學經驗和手段，教學方法不系統，因此，教學過程是混亂的，教學效果比較差。
自從虛擬現實技術進入高校后，開始規(guī)范其課程性質、課程目的，有完整系統的課時安排、教學計劃、教學大綱、教案等資料，而且也出現了一些相關論文，總結了很多經驗。但是，虛擬現實技術成為一門課程仍屬于剛剛起步階段，教學上普遍存在許多問題，需要不斷研究探討。
（三）廣東白云學院虛擬現實實踐教學存在的問題
廣東白云學院以應用型人才作為培養(yǎng)目標，因此是最早開設虛擬現實技術課程的高校之一，而且該課程被定位為實踐課。
但是，在教學過程中，仍然存在以下問題：
1.學生動手操作能力差，課堂會操作，課后不會操作；
2.學生不會舉一反三，制作原理一樣，但因造型不同就不會制作；
3.無法在軟件中生存，中文版會使用，換成英文版就不會使用；
4.有極個別學生三維空間思維差，很難產生學習興趣；
5.學生自主學習能力不足。
要解決這些問題，教師的教學思想與教學方法是關鍵，新的教學方法必須建立在這樣的兩種思想上：學生是學習主體，教師是向導；檢驗真理的唯一標準是實踐。
二、習慣的培養(yǎng)比軟件功能的掌握重要
所有虛擬現實技術的教材都只介紹軟件功能與技術，從來沒有介紹虛擬現實過程中所需要掌握的好習慣，導致教學過程中忽視習慣的重要性。然而，往往這些好習慣就是一種經驗的表現，直接把習慣傳授給學生，比只要求學生掌握功能和技術更重要。
例如，在建模過程中，因為3D max軟件自身的特點，往往需要使用者發(fā)出取消建模激活狀態(tài)消息后，才算是整個建模過程的結束，即模型創(chuàng)建后，鼠標需要在顯示窗口中任意空白處單擊鼠標右鍵。這一小動作，成為教師的一種習慣，習慣就容易被忽略，如果教師把它忽略了，當然也無法培養(yǎng)學生養(yǎng)成取消創(chuàng)建狀態(tài)的習慣，因此導致很多學生在創(chuàng)建后，因無法移動修改模型而亂動鼠標，使得場景中創(chuàng)建了無數看不到的模型，增加場景負荷，導致后期渲染變慢的情況。
我國臺灣東海大學教授姚仁祿先生曾說過，學習的關鍵步驟是：好奇、知道、思考、練習，最后變成習慣。所以可見好習慣的培養(yǎng)是非常重要的，它也是學習最終的成果，既然教師已經有好的習慣，那么就必須重視并傳授給學生。
三、學生的探索比教師的演示重要
（一）學生練習占課時的3/4
檢驗真理的唯一標準是實踐，實踐中學習比理論的灌輸更重要。教師的演示是學生實踐的基礎，通過對1至2歲幼兒的教學實驗得出結論：人類的學習最根本的行為是模仿。IDEO公司設計總監(jiān)Paul Bennett在Ted的演講中曾說：因為人的潛意識中有模仿的基因，相信別人能做到的事情我也能做到。
既然教師演示和學生實踐都重要，那么在課程中，如何合理安排兩者所占用的時間比例呢？根據學生是學習主體，教師是向導的教學思想，應該是學生實踐所占用的時間比例更高。通過對虛擬現實實踐教學教師演示部分的視頻拍攝，得出每一堂課教師演示所需要的平均時間為40分鐘，如果每堂課是4個課時，那么教師演示只占用1/4的時間，即學生練習實踐應占課堂的3/4課時。
根據教師的演示時間把握情況，可反映教師的教學水平，相同的知識量下，如果教師演示時間能更短，講解更清晰，那么教師的教學水平就會更高一些。
（二）在學生探索中引導出潛力
每個學生都有自己獨特的理解方法與學習方法，教師應該了解每個學生的特點，根據每個學生的學習方法來進行指導。可汗學院創(chuàng)始人薩爾曼?可汗在Ted的演講中所說：一個學得慢的學生不代表他不聰明，只能說明他理解事物的過程需要花更多的時間，但是萬一他理解了，會比那些理解得快的學生走得更遠，因為他的思考更深入。薩爾曼?可汗還曾經說過，為什么很多學生沒有學好？因為課程安排是不等人的，它不會等你完全理解了才接著講下一部分，哪怕這部分內容你只掌握了95%，那么仍然有5%沒掌握，每個知識點有5%沒掌握的話，那么累積下來，事情就變得嚴重了。
因此，在實踐中讓學生完全理解是至關重要的。對于虛擬現實實踐課而言，男學生的空間思維能力普遍比女學生強，所以，學生在實踐過程中，照顧“差生”是關鍵，教師的耐心必須在此刻體現。教師應該重點引導空間思維能力較差的學生，反復給他們進行演示，說明原理，必須讓他們完全理解后才能進行下一部分新的課程內容。
四、課程內容設計是關鍵
（一）授之以漁，教會學生生存
課程內容設計的指導思想是教會學生生存，現在市面上已經有成熟的中文版3D max，但是很多企業(yè)仍然使用英文版的3D max。而且兩個版本誰更好呢？根據好萊塢特效總監(jiān)嚴帆所說：中文版3D max在制作過程中很容易崩潰，英文版更穩(wěn)定。而且在修改物體時，例如，3D max英文版彎曲命令是Band，直接按鍵盤的B鍵就可以快速找到，而中文版因為已經被翻譯成“彎曲”，失去了這樣快捷方便的功能，所以英文版更好。
但是學生更多使用中文版，換成英文版時就不會使用，所以課程內容的設計中，雖然以中文版為主，但是基于授之以漁的教學思想，必須多做兩個版本的對比運用，以便提高學生的生存能力。
另外，開發(fā)學生舉一反三的思維也是學習軟件的關鍵，很多學生認為不同軟件的學習就是不同的知識，事實上并非如此，很多計算機科學，原理都是一樣的，教師必須教會學生掌握這些原理和舉一反三的能力，以便于在軟件中生存。例如，3Dmax里面的編輯樣條線功能，對于點的屬性設定有3種：一是貝茲角點Bezier Corner，二是貝茲點Bezier，三是角點Corner。事實上，無論是Photoshop還是CorelDraw ，對于點的設定，都是這3種，因為計算機科學中就是把點設置成這3種。所以如果學生能用好3Dmax的編輯樣條線，等同于會使用Photoshop的鋼筆工具和CorelDraw的繪圖工具。
（二）每堂課內容必須涵蓋全流程
什么是虛擬現實的全流程呢？建模、UV、貼圖、燈光、動作、渲染5項就是虛擬現實的全流程。所有的教材，里面的案例都是把它們獨立、講解，而且案例之間沒有任何關系，因此，就算學生學會了教材里所有的知識點，也無法把5項結合起來完成一部電影、一個建筑漫游動畫，甚至連一個靜態(tài)的效果圖都做不出來。
事實上，流程之間有非常緊密的關系，學生學習的關鍵是掌握它們的關系而并非單獨的知識點。例如UV分布是受到模型布線制約，如果分好UV的模型需要改動布線，那么UV很可能需要重新分布；再例如，一個模型設置了動作，因為在運動時出現過大扭曲，出現模型破面情況，那么模型的布線就必須增加或調整合理，模型布線的調整，又會影響UV的分布，而且貼圖的繪制需要根據UV的分布，如果UV重新分布了，那么貼圖也必須重畫……所以每個步驟都是息息相關，如果案例設計都是分開的，建模就是建模，不管UV貼圖和動作，而動作又是單獨的案例，不管模型和UV貼圖，那么就無法把它們之間的關系體現，學生就會出現好像學了，但是又做不出來的現象。
所以每堂課，每個案例，只是難易度從開始的簡單到復雜而已，但都必須設計成內容涵蓋全流程。
（三）教學步驟應合理解構
雖然案例涉及全流程，但是不代表教師上課時，沒有任何計劃，直接把案例從頭到尾演示一遍然后就讓學生練習。不深入研究案例，把它解構成很多的小點，學生是無法消化的，特別是前期的基礎案例更需要細解，所以合理解構案例也是關鍵的一環(huán)。
講解基礎案例時，學生剛接觸虛擬現實，沒有任何基礎，解構案例會比較容易，基本是步步為營的思想，教師做一步，學生跟一步。例如建一個盒子Box的模型，第一步，拉伸出一個盒子；第二步，輸入盒子長寬高數據；第三步，鼠標右鍵點擊視窗空白處取消創(chuàng)建狀態(tài)（好習慣之一）。教師每做一步學生就跟一步。
講解中期案例時，學生已經有了基礎，解構案例可以第二、三步為一個點，重點講解原理和好習慣，教會學生如何舉一反三。而講解后期案例時，主要以學生自主學習為主，教師可以不用演示，把相關案例結果展示給學生，與學生進行討論并研究如何模擬出該效果，然后學生動手制作，教師作為技術支持與引導。
結語
實踐教學一直是教學中最有效的教學方法，從做中學才符合人類學習的習慣。虛擬現實作為新的知識，有著這個時代不可或缺的地位，是學生必須掌握的基本技能之一。但是目前相關的教學體系只是剛剛起步，只能從其他學科中得到參考，選擇適合自身需求的知識點，因此，對于虛擬現實技術實踐教學方法還必須不斷探討和研究。為了讓學生畢業(yè)后能更好地適應飛速發(fā)展的社會，在教學生知識的同時，提高學生自主學習能力和思考探索能力是至關重要的。如何提高教學質量，需要探索的問題有很多，有待我們教師團隊在教學工作中不斷努力，力求培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的人才。
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虛擬現實技術案例范文第2篇
關鍵詞：虛擬現實；創(chuàng)新；圖形圖像制作專業(yè)教學
中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：2095-4115（2014）03-229-1虛擬現實技術作為圖形圖像領域的一種新型虛擬交互媒體，目前在國內已經引起了人們的極大關注。國內許多高校及研究所開始了對虛擬現實技術的應用研究。作為IT領域創(chuàng)意產業(yè)的圖形圖像制作專業(yè)，應該將虛擬現實這項前沿技術的學習和應用納入到教學中。
一、 虛擬現實技術創(chuàng)新圖形圖像制作專業(yè)教學的現狀
目前，眾多開設了圖形圖像制作專業(yè)的高職院校就該專業(yè)的教學體系及教學模式等進行了一些探索。但就如何根據圖形圖像制作專業(yè)的特點開展有針對性的項目實踐教學研究，還存在著一些不足。
首先，因專業(yè)定位不明確，造成圖形圖像制作專業(yè)教學的針對性不強。圖形圖像制作專業(yè)應該是一個技術與藝術相結合的專業(yè)，偏注于技或藝都將有違本專業(yè)人才的培養(yǎng)目標。如“三維動畫基礎”課程的教與學中，普遍的教學狀況是：學生將大量的時間用于對設計軟件的追風逐流中，忽視了軟件只是一個工具，更重要的是運用這些工具去表現自己的設計意圖。
其次是教學中的項目案例與社會脫節(jié)。目前，高職院校的教學模式大多已經使用工學結合一體化教學模式，但在使用案例教學、項目教學時，所選案例不夠經典，或者題材與表現手段太過陳舊，與當前行業(yè)實際應用不匹配。
再次，學生職業(yè)能力形成的重要手段就是實訓，而實訓設施的數量和質量直接影響到工學結合技能訓練的效果。建好實訓室后又因設備的更新換代、耗材、管理等問題，面向學生開放的實訓時間也有限，從而大大地制約了工學結合模式的教學效果。
以上的諸多問題表明，圖形圖像制作專業(yè)的教學改革勢在必行。
二、 虛擬現實技術創(chuàng)新圖形圖像制作專業(yè)教學的改進方法
首先，在教學內容上打破傳統的課程教學序列，通過項目教學整合相關課程。圖形圖像制作專業(yè)課程可以將專業(yè)基礎課程如素描、色彩、攝影等課程整合到“虛擬三維校園”的資料收集子項目中；將圖形圖像處理軟件的學習整合到資料的整理與優(yōu)化子項目中；將三維動畫基礎課程的講解直接納入到三維校園模型的創(chuàng)建子項目中，以此解決表現技術問題；將圖形創(chuàng)意、VI設計、印刷工藝等課程整合到虛擬三維校園導視系統的設計與制作項目中，著重解決創(chuàng)意與藝術地表現等問題；將網頁設計與制作、多媒體技術等課程整合到虛擬三維校園的網絡任務中等。在各個子項目教學中，打破以前傳統的基礎課、專業(yè)基礎課、專業(yè)課三段式教學模式，根據項目要求直接或并行地按所需學習的相關專業(yè)知識和技能。
其次，在教學方法上，運用虛擬現實技術實現互動體驗式教學。體驗式教學，即是在項目教學過程中，學生先體驗相似項目的虛擬作品，使教學富有趣味性，形成感性認識；然后學生嘗試制作出來該作品，初步形成基本表現能力；再反復體驗自己或同學制作出來的虛擬作品以尋求不足并予以完善，最后將虛擬作品在常規(guī)實訓室里按傳統的實訓方式制作出來，完成對設計作品的最終檢驗。
最后，在圖形圖像制作專業(yè)的課程教學中，眾多的設計項目都可以制作成虛擬作品，教師在講解時學生即可進行自主體驗，以增強學生的感性認識。學生還可根據老師的提示，歸納相關的專業(yè)知識，有利于學生自我學習能力的提高。
三、 虛擬現實技術創(chuàng)新圖形圖像制作專業(yè)教學的意義
首先，虛擬現實技術是圖形圖像領域的最新成果，并將隨著IT的發(fā)展而涉足各行業(yè)各領域。課程整合充分體現了以實踐為主、理論夠用為度的職業(yè)教育特色。從項目教學模式、教學內容和教學手段，都體現出一個新字。
其次，在項目教學內容上，虛擬現實技術及其應用一直貫穿于整個教學體系；在教學方法上運用虛擬現實技術的沉浸感和體驗式教與學，將虛擬技術的運用、虛擬作品體驗或虛擬實訓設備的操作，與常規(guī)實訓室的具體實訓相結合，更有助于促成學生職業(yè)能力的形成。學生在設計作品的表現手段上，也運用虛擬現實技術。如作品的最終結果都以互動式的虛擬現實作品形式進行呈現。
最后，學生的學習方式為體驗式學習、互助式學習。學生的學習不再是枯燥單調的接受。老師的教授也不再是機械的你問我答的表面互動式教學，而是體驗式的學習，在玩中受教。學生最初由互動作品體驗而產生興趣，由模仿制作而獲得表現技能，再反復互動體驗而強化技能，最后實際制作出成品以檢驗其技能。
四、 總結
將傳統的圖形圖像制作教學與虛擬現實技術的結合運用勢必使該專業(yè)的教學內容與教學手段得到前瞻性的進步。而學生從虛擬現實技術的操作中得到了與實踐相符合的體驗，使他們的實踐能力也得到了進一步提高。因此圖形圖像制作專業(yè)教學與虛擬現實技術的結合能夠為培養(yǎng)適合社會需要的圖形圖像制作專業(yè)的高級應用型人才提供重要的保障。
參考文獻：
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虛擬現實技術案例范文第3篇
一、虛擬現實概念的由來
虛擬現實技術(VirtualRealityTechnique,簡稱VR)是1989年由美國的蘭尼爾(J. Lanier）最早提出的，國內也有人譯為“靈境”或“幻真”，國外與虛擬現實同類的術語還有虛擬環(huán)境、人工現實及電腦空間等。蘭尼爾將虛擬現實定義為：用計算機技術生成一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發(fā)，利用自然的技能和某些設備對這一虛擬世界客體進行瀏覽和交互考察。這個定義注重的是逼真的感覺（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等）、自然的交互（運動、姿勢、語言、身體跟蹤等）、個人的視點（用戶的眼、耳、身所感受到的信息）和迅速的響應（感受到的信息跟隨視點的變化和用戶的輸入即時更新），用戶在其中所體驗到的是一種浸入式的、多重感官刺激的經驗。
建立有效的虛擬環(huán)境，主要集中在兩個方面：一是用虛擬環(huán)境精確表示物體的狀態(tài)模型，二是用環(huán)境的可視化表示及渲染出的景象。之所以將重點放在計算機視覺方面，是由于人們獲取三維信息主要依靠視覺，而不是聽覺或觸覺。構成虛擬現實的基本條件有三要素：
1.沉浸感（Immersion）：必須存在一個由計算機生成的虛擬場景，這個虛擬場景能令用戶暫時脫離現實世界，產生一種現場感。
2.互動性（Interaction）：用戶必須能與這個虛擬場景進行互動，產生一種參與感。
3.想象力（Imagination）：這種互動可以是感官上的，也可以是心理上的。這里的現場感和參與感是以用戶的主觀心理為衡量標準的。
二、虛擬現實技術在武警部隊作戰(zhàn)、訓練中應用的可行性
(一)硬件設備。虛擬現實技術應用最基本的硬件要求是電腦，其他設備主要是終端顯示和人機交互設備，比如數據頭盔、立體顯示器、觸摸屏、投影儀、環(huán)幕，數據手套、數據衣、操縱桿、手柄及音響設備等，隨著武警部隊信息化建設的逐步發(fā)展，部隊各級的辦公電腦配置逐步提高，多媒體教室、網絡學習室、小型機房已普遍建成，三個中心設備先進完善，有線網擴容已基本完成。從相關硬件、網絡設備上來看，在現有的基礎上增加滿足開發(fā)虛擬現實技術的圖形工作站及一般的終端顯示和人機交互設備，即可達到建立虛擬現實系統，利用虛擬現實技術的要求。而終端顯示設備和人機交互設備不是開發(fā)過程中必需設備，可在武警部隊虛擬現實系統開發(fā)后根據實際需要來配備。
(二)任務環(huán)境特點
目前，三維建模電腦軟件已相當成熟，有著強大的建模和動畫制作功能，能把小到一間屋、一座樓房，大到一座城市的各種物體和人物的復雜模型建立出來。而武警部隊的執(zhí)勤目標環(huán)境相對明確、具體、固定，需建模型量不算太大，即使是重大臨時性勤務也都適合用建模軟件進行建模導出后，利用實時仿真軟件來進行虛擬。而且，根據任務方案的不同和環(huán)境的發(fā)展變化，虛擬現實系統內的場地可以根據需要實時地進行修改，如改變建筑物高度、建筑物外立面的材質、顏色等，只要修改系統中的參數即可，而不需要像傳統三維動畫那樣，每做一次修改都需要對場景進行一次渲染。虛擬現實系統可以很快捷、方便地隨著方案的變化而作出調整．從而大大提高了方案設計和修正的效率和質量，一旦建成可以長期應用。
(三)人才和技術人才儲備。虛擬現實系統在武警部隊的開發(fā)和引入，人才是關鍵。一是需要有懂軍事、懂訓練、懂電腦應用、全面掌握部隊任務情況、特點、規(guī)律的軍事人才，進行軍事方面的指導、方案設計、典型案例分析與提供；二是需要會運用虛擬現實系統軟件、編程軟件、網絡硬件設備的信息化技術人才進行系統開發(fā)。多年來，武警部隊各級領導特別重視信息化人才建設，通過部隊成長、院校教育、地方培訓、招收地方大學畢業(yè)生等人才建設手段和育人、留人機制，使得具有信息素養(yǎng)的指揮、技術人才隊伍建設日益增強，為武警部隊現代化建設提供了人才支撐。
二、虛擬現實技術在武警部隊作戰(zhàn)訓練中的應用
虛擬現實技術案例范文第4篇
【關鍵詞】虛擬現實技術 高校教育 應用 局限性
一、虛擬現實技術的發(fā)展
虛擬現實技術（Virtual Reality）主要借助計算機技術及其硬件設備，實現一種使用者可以通過多種感官感覺到的虛擬場景或物體，簡稱VR或靈境技術。
虛擬現實研究的歷史可以追溯到上個世紀50年代，有學者在這方面展開探討。1965年，Sutherland在《Ultimate Display》一文中正式提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設備以及聲音提示的虛擬現實系統的基本思想；90年代是虛擬現實技術的大發(fā)展階段，虛擬現實的內涵隨著技術設備發(fā)展而不斷深入，基于圖形渲染、基于圖像渲染建模技術和基于互聯網的分布式虛擬現實技術得到長足發(fā)展；應用范圍也隨著研究的深入而不斷擴展，從原來的軍事模擬和宇航訓練逐步擴展到工業(yè)制造、遠程醫(yī)療、互動娛樂、商業(yè)宣傳、教育等諸多領域。
二、虛擬現實系統的四個層次
虛擬現實技術的三個基本特征是“Immersion”（沉浸）、“Interaction”（交互）、“Imagination”（構想），其中交互性和沉浸性是虛擬現實的最重要的特征。當前 虛擬現實技術在各個領域都有應用，因為不同的需要，所以成形的虛擬現實系統也各不相同，但根據其虛擬特征傾向，可以劃分為四個層次：
1.桌面式虛擬現實系統，又稱為簡易虛擬現實系統。利用普通計算機便可以實現虛擬環(huán)境的輸出，在顯示上直接利用計算機屏幕或投影來讓參與者觀察，交互上直接用鍵盤或鼠標來與系統進行控制。這一類虛擬現實易受周圍真實環(huán)境的干擾，沉浸感較差，嚴格來說不能稱之為“虛擬現實系統”，但由于結構簡單，成本較低，所以比較普及，特別是在建筑和工業(yè)設計、游戲開發(fā)、教育培訓中應用廣泛。
2.沉浸式虛擬現實系統。這類系統主要利用各種高檔工作站、高性能圖形加速卡和交互設備，通過聲音設備、力與觸覺傳感器、頭盔式顯示器或立面投影器等，以排除外界干擾，將參與者與外界真實環(huán)境完全隔離，使其完全沉浸在虛擬世界中。這類系統比較復雜，價格昂貴，難以普及，一般用在航空和軍事訓練等高端領域。
3.分布式虛擬現實系統。一般是沉浸式虛擬現實系統的發(fā)展結果，利用網絡將幾個不同位置的虛擬現實系統連接起來，充分利用不同區(qū)域的各種資源，為某一共同目的協同創(chuàng)造一個虛擬環(huán)境，用于更復雜任務的研究。
4.增強式虛擬現實系統，也稱為混合虛擬現實系統。允許參與者看見現實環(huán)境中的物體，將真實環(huán)境和虛擬環(huán)境疊加融合在一起，形成對真實物體更多的解讀。該類型系統主要借助于位置跟蹤技術和穿透型頭戴式顯示器，將計算機產生的圖形和參與者實際的即時環(huán)境精確融合，以達到虛擬和現實有機結合的目的，這是今后的主要發(fā)展方向。
VR技術的應用范圍非常廣泛，在國外VR技術的教育應用非常普遍，涉及各個不同的用途和層次，而且也并非只有發(fā)達國家應用，發(fā)展中國家在教育中應用VR技術也日益增多。在美國，許多大學將虛擬現實技術引入到課程教學中，如美國休斯敦大學建立的“虛擬物理實驗室”可讓學生通過計算機模擬包括萬有引力定律在內的各種力學實驗，并且可以讓學生控制重力大小、方向等各種參數的變化；北卡羅萊納大學開發(fā)的“化學虛擬實驗系統”則可以讓學習者手動操控分子運動，使分子結構按照使用者的操作進行組合，并產生相應現象反饋，加深學習者對分子結構的理解。
三、虛擬現實系統在高校教育中的應用
在我國，有許多高校將虛擬現實技術與WEB技術結合起來，展開基于網絡的教育應用。如北京航空航天大學開發(fā)的虛擬北航和華中師范大學開發(fā)的數字校園，都可以使用戶通過WEB在計算機生成的虛擬校園中進行漫游和交互操作；而清華大學、山東大學、華南師范大學等學校則將虛擬現實技術與網絡課程結合起來，為課程教學提供仿真和模擬操作，加深學習者的感性認識和理解。
縱觀國內外虛擬現實與教育的結合實驗項目，我們可以總結出其大致的應用形式：其一是實驗仿真，利用虛擬現實技術打造實驗仿真平臺讓學習者“親身體驗”實驗操作或動手訓練，學習者不必真正面對危險的、昂貴的或不可能實地操作的實驗項目或環(huán)境，這種虛擬現實環(huán)境既可滿足大部分教學和訓練的要求，又可大大減少經費的投入。其二是虛擬現實課件（教學演示），教師直接將仿真平臺在課堂上進行教學演示，為課堂教學提供直觀生動的內容，加強學習者的感性認識。其三是空間仿真，通過虛擬現實技術還原某一物理空間，并且允許使用者對虛擬空間進行控制。例如數字化校園可以允許使用者按照自己的路線在虛擬校園中進行實時漫游，虛擬圖書館可以允許讀者隨意地翻閱書本。
四、目前虛擬現實在教育中應用的局限
在這些實驗案例中，不難發(fā)現，當前教育中應用的虛擬現實系統有以下幾個方面的局限：
一是大多為簡易型虛擬現實系統。建立在PC機和屏幕顯示的基礎之上，交互也大多限于鼠標和鍵盤操作，研發(fā)也僅限于軟件層面的開發(fā)，究其原因，一方面是因為教育應用中經費的限制以及使用者數量巨大，另一方面則是因為PC機的普及和計算性能越來越優(yōu)越，足以滿足當前階段使用者的需要。
二是大多為單人場景平臺。也就是在某一位使用者進入該虛擬環(huán)境時，周圍看不見協作者或伙伴，是孤獨的沉浸，只考慮了虛擬環(huán)境中的人機交互，卻極少顧及虛擬環(huán)境中的人際交互。
三是針對教學活動的虛擬現實系統更多地關注知識內容本身，對虛擬環(huán)境和虛擬教學手段較少關注。例如多數虛擬實驗系統中，只呈現實驗操作對象模型，對實驗室的環(huán)境少有顧及，系統的真實感大打折扣；且虛擬操作過程正確與否僅限于系統提示，少有外界互動溝通機制。
虛擬現實技術雖然研究已久，技術也相對成熟，但是，目前高校教育中，虛擬現實技術的應用并不普遍。要想把這種技術更好地和教育結合起來，其在教育中的應用形式和應用方法還有很多細節(jié)需要進行進一步的研究。
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[4]于靜洋，蔡坤.虛擬現實技術及其在高校教學中的應用[J].教育信息化，2006，（4）：74-75.
虛擬現實技術案例范文第5篇
現代的城市公共雕塑已經成為一種不可或缺的精神文明載體，體現著一個城市的文化內涵與品味。針對當今城市化迅速發(fā)展、市場需求量增大、傳統的制造體系逐漸不能滿足現代社會對效率、個性、多樣化等諸多因素需求的情況下，利用新的技術手段，進行標準化，系統化的設計制造成為本文闡述的重點，通過沈陽蒲河生態(tài)走廊區(qū)域公共雕塑設計制造的例子論證新技術在公共雕塑領域的可行性和優(yōu)越性。
關鍵詞：
3D打印 虛擬技術 公共雕塑 產品設計
在當今科技高速發(fā)展的進程中，3D打印和虛擬現實技術憑借著自身高效便捷的特點已經滲透到各行各業(yè)的各個領域中。其在制造業(yè)領域發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著城鎮(zhèn)化的加快發(fā)展，公共雕塑作為精神載體對其的需求量與日俱增。此時現有的技術手段顯得過于單一。文中通過對虛擬現實技術和3D打印的技術現狀的分析，并將新舊制造方式進行對比，旨在建立一個數字化智能雕塑系統體系，結合具體案例論證新技術在公共雕塑設計與制造的合理性和有效性。
1.研究背景分析
1，1景觀規(guī)劃對公共雕塑的需求
公共雕塑不僅是一個城市的標志，也是一個城市文化魅力的體現。它能夠讓人們產生領屬感和自豪感。隨著我國城市化的快速推進，舊城改造和新區(qū)建設涌現大量的公共開發(fā)空間。為了營造公共文化、增強空間人文氣息，公共雕塑的需求量不斷增加，這為公共雕塑的發(fā)展提供了廣闊的前景?，F階段我國公共雕塑“一步一景”的設計理念和小型雕塑的普及度與國外發(fā)達國家相比存在這明顯差距，傳統的雕塑制作工藝的方法逐漸不能滿足現代社會講求效率、個性、多樣化特征的市場需求。
1，2虛擬現實與3D打印技術現狀及其應用分析
虛擬現實技術通過模擬使用者的聽覺、觸覺、視覺等感受，讓使用者全方位無限制地去觀察計算機模擬出的虛擬空間，仿佛身臨其境。虛擬現實技術在產品設計開發(fā)的過程中，設計師可通過虛擬三維環(huán)境對產品的創(chuàng)意、工藝裝配、工藝優(yōu)化進行直觀化、數據化、系統化的評價和修改。與傳統的計算機輔助設計相比虛擬現實技術具有交互性、沉浸性、想象性的特點。進而有效地避免_了產品開發(fā)周期長、資源消耗大的缺陷，加快了設計進度，降低了研究成本。虛擬現實技術逐漸成為行業(yè)的主流并廣泛應用在汽車仿真實驗、展示設計、影視制作等方面。例如2013年谷歌了一款增強現實眼鏡GoogleGlass，通過對真實場景的虛擬互動和手勢控制，能讓你分分鐘創(chuàng)造自己的虛擬物體，然后3D打印出來如圖1所示：
3D打印技術采用粉末樹脂或金屬等可黏合材料通過電腦控制采用分層加工方式疊加成型，不僅可以打印微小的物品甚至可以顛覆傳統的建筑行業(yè)的制造方式。例如美國南加州大學研發(fā)的“輪廓工藝”。它可以在24小時內可以打印出2層樓高的房子?！拜喞に嚒逼鋵嵕褪且粋€超級打印機器人，如圖2所示，其外形像一臺懸停于建筑物之上的橋式起重機，兩邊是軌道，而中間的橫梁則是“打印頭”，橫梁可以上下、前后移動，進行X軸和Y軸的打印工作，然后一層一層地將整棟房子打印出來。與傳統房屋建造相比，“輪廓工藝”3D打印技術能夠節(jié)省20%-25%的資金和25%-30%的材料，也節(jié)省了40%-55%人力。
2.虛擬現實與3D打印技術在公共雕塑設計制造中的可行性探索
2，1傳統工藝與新技術制造對比分析
現有的公共雕塑制作流程先是由設計師對雕塑主題的理解構思平面圖，通過平面圖交代場景、地點、主體、面積，然后制作成小樣，接著按原比例制作放大模型，同時進行造型上的修改，然后根據所用材料選擇澆鑄、鍛造、焊接、雕刻等方法進行制作。這一過程要求設計者反復修改甚至重新制作，同時由于加工手段的因素，一些復雜的形態(tài)也不得不被放棄，造成了設計周期長、成本高、資源消耗大等問題。
虛擬現實技術與3D打印技術同時參與公共雕塑的設計與制造，是技術與藝術的結合。在藝術領域創(chuàng)造者通過虛擬交互手段實現與雕塑作品的互動完成設計、檢測、修復等一系列的工作，同時在技術領域利用三維打印技術能夠更精確更快捷地完成作品的制造，提高了設計者的工作效率，節(jié)約了設計成本，以深圳職業(yè)技術學院圖書館雕塑《思想者》為例，如表1所示，更加直觀的體現出新技術相比現有技術的優(yōu)越性。
2，2公共雕塑3D打印設備設計
2，21公共雕塑3D打印機設計定位
當前，國內外的3D打印機分為開放式和封閉式兩種結構類型。由于公共雕塑以景觀作品居多，且尺寸大小不一，根據行業(yè)的特性，此設計選擇開放式結構。其創(chuàng)新點在于結構的整體性強、拆卸便捷、擴展性大同時采用履帶式設計移動靈活，在復雜的地形條件下也能夠順利地完成工作。通過建立一個三軸交互運動坐標使打印平面每一個點都具有唯一確定的坐標值與其對應，采用整體造型設計避免零件凌亂布置，分別由機身部分、移動部分和工作部分組成。
2.22公共雕塑3D打印機機體結構設計及加工方式
公共雕塑3D打印機整體的設計結構由x組件、Y組件、z平臺組件與工作組件、電路控制部分聯接組成。x組件是由直線導軌、移動滑塊與工作組件組成。Y組件做整體升降運動，升降運動的精度由控制步進電機與傳輸帶交互完成。
z軸由移動履帶與伸縮直線導軌控制步進電機組成。公共雕塑3D打印機整機如圖3所示。
打印加工方式為：如表2所示從外部存儲設備或者從計算機直接提取得到3D模型，由微控制器（單片機）對模型進行分析建立支撐結構，然后輸出指令控制打印噴頭的溫度，使材料能夠迅速融化并通過驅動電機帶動噴頭進行x、Y、z軸的移動，噴頭在接收到指令后會調節(jié)噴出材料的多少，每打好一層控制器會讀取下一層參數再打印下一層，直到最后打印完成。
3.虛擬現實與3D打印技術在具體雕塑的制作與應用
3.1案例總體設計規(guī)劃
沈陽蒲河景觀帶是名副其實的“萬頃生態(tài)濕地”，同時也是七星文化、蒲河文化、滿族文化、現代文化的宜居風情帶。該案例設計選址在蒲河景觀帶中游，如圖4所示。為使雕塑與環(huán)境氣氛相協調，此設計以“藤”作為元素，外觀融入了七星文化元素，更能體現區(qū)域發(fā)展的激情與活力。該雕塑采用新的技術手段，來詮釋新技術在公共雕塑設計制作中的可行性與優(yōu)越性。
3，2虛擬現實與3D打印技術下雕塑制作流程
3，21基礎雕塑模型的構建
新技術下雕塑的制作成型不依賴于手工制作，但不代表沒有作品的呈現方式。設計中可以采用軟件代替?zhèn)鹘y雕塑中手工制作的方式，將作品轉化成立體模型。此設計采用犀牛軟件來實現模型的構建，在犀牛軟件中將作品創(chuàng)建成型。如圖5所示。這里創(chuàng)建的模型替代傳統雕塑中手工制造的初模階段，僅僅表現出雕塑的立體形態(tài)，具備觀看的效果。此階段沒有確定材質和最終尺寸，這一切都需要利用虛擬現實技術通過與環(huán)境的交互體驗最終確定雕塑的信息參數。
在確定雕塑的基本形態(tài)之后，犀牛軟件將以作品模型導出obj格式文件，該格式便于在接下來的虛擬眼鏡操作中使用。
3.22虛擬現實預覽測試
虛擬交互預覽操作借助谷歌meta眼鏡，其核心是增強現實技術。簡而言之就是把現實世界放到屏幕上的虛擬展示，讓現實的信息更豐富，易于觀察。通過語音、觸控、自動三種模式控制顯示信息取代傳統鼠標、鍵盤、顯示器的操作，讓場景更加真實、有說服力。本公共雕塑虛擬測試步驟：
1首先把基本的模型信息傳輸到META設備中，運行操作界面后根據蒲河生態(tài)走廊的自然環(huán)境色與雕塑的表面肌理，選擇與其符合的材質與色彩參數。本雕塑材質選取為：SLA材料，色彩參數為C1 M89 Y17 K99；
2通過手指的滑動，轉動到所需要的位置，完成對雕塑各個角度的觀察。更加直觀地優(yōu)化作品的細節(jié)。如圖6所示；
3利用手指的撐開與收攏完成任意的縮放，直至得到一個合適的作品尺寸，本雕塑的打印范圍：5700，5700，700ram。
3.233D打印實物成型
此環(huán)節(jié)中我們借助上章節(jié)所設計的公共雕塑3D打印設備快速成型，經過虛擬現實預測后，將調整后的3D數字模型保存為STL文件格式，利用前臺控制軟件PROE對3D模型進行分層處理，分層完成后PROE軟件可以導出被3D打印機識別的CODE控制文件。將CODE文件輸入到3D打印機中，打印機Arduino主板里的固化軟件開始讀取控制文件，在確認設備狀態(tài)正常后，開始控制分層打印。
最終的打印雕塑實物如圖7所示，最終打印參數：材料為SLA，設置了2層實心層、2圈輪廓、23%填充綠色。打印速度為每分鐘2-4層，成型體積為5700，5700，5700mm，打印精度為10，27，34mm。
