虛擬現(xiàn)實技術(shù)案例范文

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篇1

虛擬技術(shù)慨述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是將現(xiàn)實世界映射到虛擬世界的技術(shù)，隨著人類對客觀世界認(rèn)識的不斷加深和新技術(shù)的不斷產(chǎn)生，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的內(nèi)涵在不斷擴(kuò)展。目前，常用的又包括計算機(jī)圖形(cg：computergraphicj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)在內(nèi)的最新 發(fā)展 成果。事實上，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是以計算機(jī)技術(shù)為核心的一系列新技術(shù)的集成。

雖然人們對于什么是虛擬現(xiàn)實并無統(tǒng)一的認(rèn)識，但是諸多學(xué)者卻公認(rèn)虛擬現(xiàn)實具有浸沒感(immersion)、交互性(interactivity)和構(gòu)想性(imagination)的特點(diǎn)，簡稱為所謂浸沒感，又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度，理想的模擬環(huán)境能夠使用戶全身心地投入到由計算機(jī)所創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，如同在現(xiàn)實世界中的感覺～樣：交互性指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的 自然 程度(包括實時性)；而構(gòu)想性則強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的情境。wWW.133229.COm

由于虛擬現(xiàn)實具有的以上特點(diǎn)，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實世界中已知的客觀 規(guī)律 進(jìn)行模擬，因而在各種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，最常見的應(yīng)用莫過于各種場景逼真的游戲，玩家在虛擬的環(huán)境中可以過著現(xiàn)實生活中向往卻無法實現(xiàn)的生活，身心得到一種接近現(xiàn)實又超越現(xiàn)實的體驗。除了用于娛樂之外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在規(guī)劃、設(shè)計和人員培訓(xùn)方面也有著突出的表現(xiàn)，在民航安全管理中也有不少應(yīng)用。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在民航安全管理中的應(yīng)用

安全是民航運(yùn)輸業(yè)的生命線。虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于民航行業(yè)，從航空器設(shè)計、機(jī)場應(yīng)急救援演練、事故模擬再現(xiàn)、事故征候調(diào)查仿真、到各類行業(yè)運(yùn)行人員(飛行人員、機(jī)務(wù)維修人員及空中 交通 管制人員)的 教育 培訓(xùn)與訓(xùn)練，不僅在很大程度上提高技術(shù)水平，而且將節(jié)約資金、大大提高運(yùn)行安全水平。從國內(nèi)外 參考 文獻(xiàn) 看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在民航行業(yè)的應(yīng)用主要包括以下幾個方面：

(一)人員培訓(xùn)

空中交通管制人員、飛行人員和機(jī)務(wù)維修人員的培訓(xùn)中廣泛應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)。以我國某軟件股份有限公司開發(fā)的cdzs機(jī)場塔臺視景模擬機(jī)、drs航管雷達(dá)模擬機(jī)和dps程序管制模擬機(jī)為例，這些系統(tǒng)是為訓(xùn){練機(jī)場塔臺管制員而設(shè)計的大型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，能真實再現(xiàn)塔臺管制工作環(huán)境，以360。開闊的機(jī)場和近空視景，逼真的飛機(jī)滑行、起飛、降落，各種天氣如雨、雪、霧以及夜航等，通過預(yù)先設(shè)計出的各種繁忙和危險情況用以對塔臺管制員進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練，并可以對訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行評估，同時支持多種訓(xùn)練組合方式，是培訓(xùn)空中交通管制人員的主要手段和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用更加真實地模擬機(jī)場復(fù)雜、大流量的運(yùn)營環(huán)境提供高畫質(zhì)、高清晰度視景，具有很好的沉浸感，因而具有較好的訓(xùn)l練效果。

模擬機(jī)是各種虛擬現(xiàn)實技術(shù)的綜合應(yīng)用，在高性能計算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器的支持下，利用二維或者三維的顯示技術(shù)創(chuàng)造逼真的虛擬環(huán)境，使用各種傳感器感受用戶操縱動作或者身體方位作為輸入，計算出相應(yīng)的響應(yīng)并輸出反饋給用戶。使用模擬機(jī)可以將現(xiàn)實中較少發(fā)生的危險狀況模擬出來，使受訓(xùn)l者短期內(nèi)反復(fù)操作以至熟練掌握卻不面臨任何實際的危險，避免了訓(xùn)練事故，提高了訓(xùn)練水平，在飛行員、機(jī)務(wù)維修人員和管制員的訓(xùn)練中占有極其重要的地位。自2006年以來，隨著具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的飛行訓(xùn)練器的出現(xiàn)，攻克了原來由空客、波音壟斷的盲點(diǎn)和局面。

對于機(jī)務(wù)維修人員的培訓(xùn)，亦可應(yīng)用模擬機(jī)。如飛機(jī)試車是項高技術(shù)、高風(fēng)險的工作，用飛行模擬機(jī)替代飛機(jī)進(jìn)行試車培訓(xùn)，機(jī)務(wù)人員一方面可以熟悉試車的相關(guān)規(guī)程和工作步驟，另一方面也可以有效地降低飛機(jī)成本，更為重要的是規(guī)避了因誤操作帶來的一切風(fēng)險。

(二)計算機(jī)輔助設(shè)計

航空器設(shè)計耗資巨大而且時間漫長。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)變成三維模型，并可與實物一樣進(jìn)行裝配，使設(shè)計人員有如身臨其境觀察航空器及其部件的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及布局效果，甚至可以進(jìn)行計算機(jī)模擬的強(qiáng)度、剛度、振動、風(fēng)洞等試驗，及時發(fā)現(xiàn)問題并可以隨時修改設(shè)計，避免了生產(chǎn)試件所需的大量時間和資金浪費(fèi)，提高了安全性。

(三)安全管理

美國國家航空和宇宙航行局(nasa，nationalaviationspaceagency)啟動了航空安全計劃(asp：aviationsafetyprogram)，廣泛使用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)。該計劃通過對航空系統(tǒng)建模和監(jiān)控，向管理者提供實時詳盡的數(shù)據(jù)以支持決策，進(jìn)行事故預(yù)警，從而達(dá)到避免事故發(fā)生的效果，具體措施包括：通過虛擬現(xiàn)實的訓(xùn)i練設(shè)備，加強(qiáng)訓(xùn)練，避免人為因素造成的事故：通過探測惡劣天氣，并向飛行員提供及時、準(zhǔn)確的天氣信息，增強(qiáng)低能見度下的情境意識從而避免事故；向飛行員提供合成的視景，顯示地面地形及目標(biāo)、空中交通管制狀態(tài)、著陸進(jìn)近模式以及跑道表面狀況等信息，提高著陸安全性。

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，搭建數(shù)字化得的民航運(yùn)行系統(tǒng)

隨著我國民航行業(yè)的迅速發(fā)展，各種先進(jìn)技術(shù)陸續(xù)被引進(jìn)，上文提到的各種訓(xùn)練設(shè)備在我國都有應(yīng)用，也有了很好的效果，但是從應(yīng)用領(lǐng)域來看都是單項局部的應(yīng)用，未能體現(xiàn)民航運(yùn)行高度系統(tǒng)性的特點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國民航運(yùn)行安全管理方面的應(yīng)用還不充分，還有較大的擴(kuò)展空間。從民航運(yùn)行的系統(tǒng)性出發(fā)，本文提出利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)搭建數(shù)字化的民航運(yùn)行系統(tǒng)的觀點(diǎn)。

物質(zhì)世界的 發(fā)展 變化 規(guī)律 是可以被認(rèn)識的，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是將現(xiàn)實世界的物質(zhì)及其演變規(guī)律映射到數(shù)字空間，從而更加有利于人們認(rèn)識客觀世界。虛擬的“現(xiàn)實”空間有多大內(nèi)涵有多豐富，取決于人們對客觀世界的認(rèn)識程度。民航運(yùn)行系統(tǒng)是完全“人造”的系統(tǒng)，理論上說，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以制造出一個與實際完全相同的“數(shù)字化”的運(yùn)行系統(tǒng)，人們可以利用這個系統(tǒng)對民航運(yùn)行進(jìn)行更加深入的研究，解決民航運(yùn)行中存在的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，尤其是由于種種人為原因、組織失效造成的“系統(tǒng)性”問題。下面對當(dāng)前民航運(yùn)行安全管理中存在的幾個方面問題進(jìn)行探討，用以說明數(shù)字化民航運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用。

(一)機(jī)場設(shè)計安全問題

機(jī)場運(yùn)行安全在很大程度上受設(shè)計水平影響。由于目前我國在機(jī)場布局規(guī)劃和設(shè)計中主要還是靠經(jīng)驗和 參考 同等級別機(jī)場的布局規(guī)劃，許多機(jī)場都存在由于先天缺陷而造成的對運(yùn)行的困擾，甚至造成各類不安全事件的發(fā)生。例如跑道滑行道系統(tǒng)設(shè)計的不合理可能導(dǎo)致跑道侵入事件，停機(jī)坪滑行路線和停機(jī)位設(shè)計缺陷則可能導(dǎo)致車輛與航空器搶道、車輛刮蹭甚至航空器與航空器刮蹭的事件，而候機(jī)樓通道設(shè)計缺陷則可能造成樓內(nèi)控制區(qū)邊界上的薄弱點(diǎn)，形成空防安全的隱患與威脅。另一種情況是在更改設(shè)計時，由于缺乏 科學(xué) 的評估手段，對更改設(shè)計的影響估計不足，破壞了原有設(shè)計的完整性和系統(tǒng)性，從而引發(fā)運(yùn)行中的問題，這種情況更為常見。

機(jī)場運(yùn)行涉及眾多航空器、保障車輛和人員，要在圖紙上預(yù)見并避免未來運(yùn)行中的問題的確不是一件容易的事情。因此，雖然機(jī)場立項、設(shè)計、施工、竣工驗收到最后投入運(yùn)行，中間經(jīng)過多次專家評審，但是仍然難以避免有考慮不周而遺留下的問題。

如果采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在機(jī)場初始設(shè)計結(jié)束之后利用圖紙進(jìn)行建模，根據(jù)預(yù)期的吞吐量設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，配置相應(yīng)數(shù)量的運(yùn)行車輛和運(yùn)行人員，使機(jī)場在 計算 機(jī)中先行“運(yùn)行”起來，統(tǒng)計模擬運(yùn)行中的不安全事件，分析引發(fā)原因中的設(shè)計因素，修改設(shè)計以避免“木已成舟”后再發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷，實現(xiàn)機(jī)場的設(shè)計安全。

(二)航班延誤的評估與應(yīng)對

航班延誤是一個長期存在而又令人無可奈何的情況。造成航班延誤的原因很多，可能是航路上的天氣原因，也可能是流量控制原因，也可能是由于航空公司飛機(jī)調(diào)配造成的，還有一種可能是航空公司為了提高飛機(jī)利用率而安排了實際上難以準(zhǔn)確執(zhí)行的航班計劃，造成航班延誤。

航班延誤具有累加效應(yīng)和擴(kuò)散效應(yīng)，一個航段的延誤極可能導(dǎo)致該飛機(jī)執(zhí)行的后續(xù)航段繼續(xù)延誤，甚至由于打亂原有的時刻表占用跑道、滑行道和停機(jī)位而使正點(diǎn)到達(dá)的其他飛機(jī)無法落地或者出發(fā)航班無法正點(diǎn)起飛，造成更多的航班延誤和機(jī)場保障的混亂，航班密度大的繁忙機(jī)場受到的影響更大。準(zhǔn)確的預(yù)測航班延誤的后果，及時采取應(yīng)對措施，可以最大程度地降低航班延誤造成的影響。

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)計算航班延誤的后果，可以對延誤的后續(xù)影響和擴(kuò)散影響得到直觀的評估結(jié)果，航空公司可以根據(jù)評估結(jié)果靈活調(diào)整飛機(jī)派遣計劃，機(jī)場也可及時調(diào)整跑道、滑行道以及機(jī)位和登機(jī)口的分配，而民航主管機(jī)關(guān)也可根據(jù)評估結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)航空公司虛占航線的情況。

(三)機(jī)場容量評估和擴(kuò)容

機(jī)場容量同樣是一個系統(tǒng)性的問題。影響機(jī)場容量的因素很多，包括空域容量、跑道滑行道容量、機(jī)位數(shù)、貨運(yùn)能力和候機(jī)樓布局乃至地面 交通 限制等。一個機(jī)場的容量符合“木桶效應(yīng)”規(guī)律，即取決于航空器運(yùn)行流程、行李和貨物流程及旅客流程中的“瓶頸”環(huán)節(jié)，對機(jī)場容量進(jìn)行評估，或者要采取恰當(dāng)?shù)拇胧崿F(xiàn)機(jī)場擴(kuò)容，本質(zhì)上是要找到這個“瓶頸”。實際生產(chǎn)運(yùn)行中，由于以上眾多因素相互交織，相互影響，很難準(zhǔn)確找到影響機(jī)場容量的根本原因。

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以將這些因素統(tǒng)統(tǒng)視為變量，調(diào)整某一個變量數(shù)值，而保持其余變量不變并觀察容量的變化，依次類推得到機(jī)場容量對各個變量的經(jīng)驗公式，從而方便地找到不同運(yùn)行條件下的容量“瓶頸”，使得評估結(jié)果和擴(kuò)容措施有了科學(xué)的依據(jù)。

篇2

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；科普游戲；Unity；沉浸；動機(jī)維持

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1673-8454（2017）10-0092-05

一、引言

我國人口基數(shù)龐大，科普意識薄弱，體現(xiàn)在ξ⑿排笥訝Φ壬縝中傳播謠言的輕信，網(wǎng)絡(luò)的快速轉(zhuǎn)發(fā)率對社會造成了極大的隱患，科普教育亟待加強(qiáng)。作為信息時代的年輕用戶，更需要普及科學(xué)意識。然而，目前對于科普教育的傳播仍然停留于平面載體，如社區(qū)公告亭張貼、宣傳單分發(fā)等，缺乏立體化的現(xiàn)場感染力，實際效果不理想。眾所周知，游戲是一種深受全年齡段用戶喜愛的媒體，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)則讓游戲沉浸體驗再獲提升，應(yīng)用其媒體視聽優(yōu)勢有望加強(qiáng)科普教育的教學(xué)效果。

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）概念上世紀(jì)80年代由美國的Jaron Lanier所提出，指的是由計算機(jī)構(gòu)建的對真實世界或現(xiàn)象的模擬。隨著Oculus Rift等消費(fèi)級虛擬現(xiàn)實設(shè)備的推出，虛擬現(xiàn)實重新成為市場的關(guān)注熱點(diǎn)，F(xiàn)acebook、三星、SONY等大型科技公司大力研發(fā)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用，尤其是虛擬現(xiàn)實游戲，2016年由此被稱為“虛擬現(xiàn)實元年”。目前，虛擬現(xiàn)實已經(jīng)被應(yīng)用于教育、培訓(xùn)、文化等領(lǐng)域，如教育平臺Unimersiv設(shè)計了羅馬競技場、乘坐宇宙飛船探索太陽系等虛擬現(xiàn)實案例，通過沉浸感教學(xué)將最枯燥的課題變得生動，獲得良好反響[1]。根據(jù)Digi-Capital預(yù)測，虛擬現(xiàn)實軟硬件市場規(guī)模將達(dá)到1500億美元，未來5年將實現(xiàn)超高速增長，虛擬現(xiàn)實依托移動互聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)勢呈現(xiàn)巨大發(fā)展?jié)摿2]。基于上述背景，本研究以野外求生作為科普教育內(nèi)容題材，提出采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建一款支持包括Web在內(nèi)主流平臺的科普游戲案例，闡述虛擬現(xiàn)實與教育游戲載體結(jié)合的方法，以此作為互聯(lián)網(wǎng)+時代科普教育宣傳新范式。

二、理論基礎(chǔ)

本研究的游戲案例基礎(chǔ)理論為Mihalyi Csikszentmihalyi的心流理論（Flow Theory，有時也稱沉浸理論），心流（Flow）是一種在活動中因意識投入情境而進(jìn)入到忽視其它知覺的愉悅狀態(tài)。研究表明，心流的產(chǎn)生，可通過調(diào)整游戲情境中的挑戰(zhàn)與能力以影響用戶心理狀態(tài)偏離焦慮與厭倦?yún)^(qū)，靠近心流區(qū)所激發(fā)[3]。

有別于常規(guī)媒體設(shè)計，虛擬現(xiàn)實游戲中的挑戰(zhàn)與能力，主要是經(jīng)由虛擬現(xiàn)實3i特征（沉浸：Immersion，構(gòu)想：Imagination，交互： Interaction）調(diào)整實現(xiàn)。當(dāng)今虛擬現(xiàn)實的優(yōu)勢在于沉浸（Immersion），可幫助用戶快速構(gòu)建對虛擬環(huán)境的認(rèn)知，是獲取心流的必要前提。基于虛擬現(xiàn)實的科普游戲首當(dāng)需要考慮虛擬環(huán)境的真實程度，三維建模正是還原對象特征的優(yōu)先選擇，可有效連接用戶行動與知覺，這也是目前絕大多數(shù)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的首選呈現(xiàn)方式。構(gòu)想（Imagination）體現(xiàn)設(shè)計者的創(chuàng)造思想，交代游戲的世界觀，在科普游戲中表現(xiàn)為當(dāng)前知識內(nèi)容的性質(zhì)、意義、因果、參照等客觀事實。沉浸與構(gòu)想的設(shè)計，加速了用戶對于科普游戲案例的熟悉過程，有利于沉浸階段中的目標(biāo)設(shè)立。交互（Interaction）反映游戲的人機(jī)交互理念，是沉浸持續(xù)發(fā)生的重要階段。在科普游戲設(shè)計中，利用游戲的天然優(yōu)勢――快速反饋保持用戶注意力的集中，并通過設(shè)計趣味性的游戲任務(wù)保持用戶參與動機(jī)的持續(xù)，同時在任務(wù)中設(shè)置與能力相平衡的挑戰(zhàn)以促進(jìn)行動與意識的融合，引導(dǎo)用戶進(jìn)入沉浸從而激發(fā)心流[4]。

三、游戲設(shè)計流程概述

基于虛擬現(xiàn)實的科普游戲的設(shè)計流程如圖1所示，分為設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用三個階段。設(shè)計階段包含概念創(chuàng)意、游戲背景設(shè)定、游戲劇情設(shè)計、游戲任務(wù)設(shè)計、游戲關(guān)卡設(shè)計等，這部分工作由整個游戲團(tuán)隊共同參與討論，并由游戲策劃人員將游戲設(shè)計思想編寫為游戲腳本，方便游戲團(tuán)隊了解游戲的各個組成部分與游戲的分解，并制訂開發(fā)計劃，其重點(diǎn)關(guān)注游戲內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容融合。開發(fā)階段包含游戲三維建模、游戲程序開發(fā)等工作，由專門的美術(shù)人員、建模人員、音頻設(shè)計人員、編程人員等負(fù)責(zé)，致力于整個游戲程序的開發(fā)實現(xiàn)。應(yīng)用階段包含游戲測試與推廣應(yīng)用，分別由測試群體與市場管理人員負(fù)責(zé)，在游戲測試中通過判斷是否發(fā)生沉浸學(xué)習(xí)決定游戲修改或，目的在于保證游戲項目的質(zhì)量以及順利推廣。

四、游戲腳本設(shè)計

游戲腳本（也稱游戲設(shè)計文檔），主要用于指導(dǎo)游戲項目的持續(xù)性、游戲主題的連貫性以及游戲開發(fā)的順利進(jìn)行[5]。本研究的科普游戲案例腳本設(shè)計包含下列步驟：首先，討論決定概念原型，確定游戲的背景設(shè)定，保證科普游戲時空背景與現(xiàn)實的一致。其次，設(shè)計游戲劇情，創(chuàng)設(shè)出野外求生的形象情境，增強(qiáng)用戶的代入感。再次，設(shè)計游戲任務(wù)，將遇險自救的知識內(nèi)容分解到各個任務(wù)，并與劇情主線走向融合。最后，設(shè)計游戲關(guān)卡，將自救技能的虛擬現(xiàn)實操作與游戲難度系數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)并趨向平衡，利用互動設(shè)計理念優(yōu)化關(guān)卡的人性化操作，以做到對大部分用戶的友好適應(yīng)。

1.概念原型

本游戲案例的概念原型是，利用Unity引擎開發(fā)一款野外自救題材的科普游戲，強(qiáng)調(diào)三維場景的真實展示，在虛擬情境的交互練習(xí)過程中助其達(dá)到沉浸學(xué)習(xí)。鑒于目前頭盔沉浸式等虛擬現(xiàn)實類型對點(diǎn)擊、選擇等精確交互的不友好，且體感操控、增強(qiáng)現(xiàn)實式虛擬現(xiàn)實則對設(shè)備或場地要求較高，較高的成本不利于推廣，與科學(xué)普及面向廣大普通用戶的原則相悖；而桌面仿真式只需要普通的個人電腦、較小的物理空間就能夠滿足運(yùn)行條件，基于上述原因，本案例在游戲模式上主要采用桌面仿真式虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。

2.背景設(shè)定

游戲背景設(shè)定主要用于描述游戲世界觀，本案例將其定位于現(xiàn)代時空下的戶外場景事件，主要交代故事的由來、用戶可以在游戲中具備何種程度的能力、世界是怎樣一種物理運(yùn)行規(guī)則等背景，以此匹配用戶對于現(xiàn)代社會野外自救行為的認(rèn)知習(xí)慣。

3.劇情設(shè)計

本游戲案例的劇情設(shè)定為主角與伙伴在叢林走失，依靠自救技能在叢林內(nèi)冒險尋找伙伴的故事。敘事采用影視媒體常用的三幕式結(jié)構(gòu)，易于用戶理解劇情。第一幕（Act1）講述游戲主角與伙伴走失，從而深入?yún)擦謱ふ一锇椋_定了游戲的人物關(guān)系、所處形勢以及面臨的主要問題，所占內(nèi)容比例較少[6]。這一幕主要在于吸引用戶的注意力，盡快將其引入游戲情境。第二幕（Act2）講述主角穿越叢林的密林區(qū)、水域區(qū)以及村莊，在每個場景地圖內(nèi)完成自救冒險的故事，確立主角所面臨的主要問題以及與困難做斗爭的事件關(guān)系。這一幕作為游戲劇情的展開，占據(jù)游戲大部分的內(nèi)容比例，給予用戶自由，允許其控制自己的虛擬現(xiàn)實游戲體驗[7]。第三幕（Act3）v述主角歷經(jīng)艱險，成功找到伙伴，為游戲故事劃上結(jié)局。這一幕對用戶在游戲過程中的表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，通過游戲成就的反饋結(jié)束整個游戲。其地位相當(dāng)于電影的，雖然篇幅內(nèi)容不多，但是對于用戶的沉浸體驗非常重要，可以有效增強(qiáng)或持續(xù)激發(fā)心流。三幕式設(shè)定由于在影視媒體中應(yīng)用較廣，用戶對其接受度較高，可較好理解游戲情節(jié)，便于教學(xué)內(nèi)容的融入。

4.任務(wù)設(shè)計

與商業(yè)游戲有所不同，科普游戲的任務(wù)設(shè)計除了創(chuàng)設(shè)游戲趣味性，還需要兼顧游戲項目的科學(xué)性。因此，必須考量游戲性與教育性的融合問題，即游戲任務(wù)與科普知識如何有機(jī)結(jié)合。

在游戲性與教育性融合樣式處理上，本案例的游戲任務(wù)應(yīng)用了“1主線任務(wù)+3子任務(wù)”的直線型任務(wù)結(jié)構(gòu)，與三幕式劇情結(jié)構(gòu)呼應(yīng)，利于對游戲不熟悉的用戶理解教學(xué)內(nèi)容的闡釋流程；并采用游戲設(shè)計中的模糊策略，將科普知識與游戲任務(wù)設(shè)計為一種“互為彼此”的交融狀態(tài)，緩解教學(xué)內(nèi)容融入游戲內(nèi)容的突兀感。游戲任務(wù)在前提上仍然遵循于游戲背景與劇情設(shè)定，確保用戶順利按照任務(wù)主線進(jìn)行冒險，而知識內(nèi)容則通過尋找游戲地圖的物理特征與野外自救知識的性質(zhì)特征的聯(lián)結(jié)點(diǎn)將其融入到對應(yīng)任務(wù)，實現(xiàn)樣式如圖2所示[8]，可以看到樹林、水域、村莊等場景內(nèi)的任務(wù)均與相關(guān)知識進(jìn)行聯(lián)結(jié)。例如，樹林中枝葉密集的物理特性決定其易致人迷路，而如何應(yīng)對迷路的科普知識包含了指南針的使用、對陌生樹林內(nèi)毒蛇的防患知識，通過兩者的關(guān)聯(lián)點(diǎn)將指南針與防蛇知識融入到樹林地圖的迷路任務(wù)。采用模糊策劃的好處是，可助科普與游戲主線吻合，避免產(chǎn)生知識點(diǎn)游離于游戲之外的情況，既保證了良好、完整的游戲體驗，又確保科學(xué)普及的正確性。

5.關(guān)卡設(shè)計

關(guān)卡作為游戲可玩性體現(xiàn)的環(huán)境，擁有分界線，入口與出口，以及一定的目標(biāo)、開頭與結(jié)局等特征，一般包含地形、目標(biāo)（任務(wù)）、情節(jié)、對手與NPC（非玩家角色）、物品道具等要素[5]。關(guān)卡在本案例中是用以劃分知識單元的重要依據(jù)，便于用戶了解自身的學(xué)習(xí)進(jìn)度。本游戲案例的關(guān)卡設(shè)計（Stage）較為明確，以區(qū)域地圖為單位，劃分為叢林、水域、村莊三個關(guān)卡。每個關(guān)卡的目標(biāo)導(dǎo)向均明確當(dāng)前任務(wù)目標(biāo)，關(guān)卡內(nèi)的每件道具都與自救技能的練習(xí)存在關(guān)聯(lián)，始終考慮游戲的科普宗旨，如叢林關(guān)卡中的指南針道具就是為了鍛煉尋路技能而設(shè)置。此外，關(guān)卡中的地形、道具、挑戰(zhàn)、難題等資源都是逐漸呈現(xiàn)給用戶，以保持進(jìn)入下一個關(guān)卡的樂趣。

五、游戲平衡設(shè)計

在本游戲案例中，游戲平衡的類型屬于玩家用戶/游戲性平衡（Player/Gameplay Balance），為了有效觸發(fā)心流，其重點(diǎn)在于調(diào)整游戲挑戰(zhàn)難度與用戶能力的相適應(yīng)，以此提升用戶在游戲過程中的愉悅感，保持用戶的學(xué)習(xí)動力。具體的平衡技巧有以下幾種[7]：

1.保持設(shè)計動機(jī)一致性

確保游戲的核心玩法，使之保持科普游戲的純粹性，令游戲特征得到良好控制。若因為過度強(qiáng)調(diào)趣味性而加入太多不相關(guān)的游戲特征，容易分散用戶的注意力，且影響到科普宣傳目的，如在游戲《植物大戰(zhàn)僵尸》中，設(shè)計動機(jī)就是對抗僵尸、防衛(wèi)家園，始終貫徹如一，最終獲得市場肯定。在本案例中，設(shè)計動機(jī)始終是以科普為導(dǎo)向，野外自救為內(nèi)容題材，追求虛擬現(xiàn)實帶來的沉浸體驗，特征集小而精煉，游戲任務(wù)等各項內(nèi)容均為保持游戲設(shè)計動機(jī)的一致性所服務(wù)。

2.概率統(tǒng)計

游戲中發(fā)生的不平衡現(xiàn)象存在個體性、偶然性，因此需要通過測試人員對游戲程序進(jìn)行測試分析，確定數(shù)據(jù)是否存在群體性異常，進(jìn)而使用數(shù)學(xué)工具改善原有游戲數(shù)值或公式，使之與多數(shù)用戶的能力水平匹配。例如，在本案例的渡河任務(wù)中，若100名測試人員內(nèi)有60名均長時間無法完成任務(wù)且表現(xiàn)出沮喪情緒，則說明游戲難度可能偏高，需聯(lián)系游戲數(shù)值策劃、游戲程序員等討論、修改。

3.動態(tài)難度調(diào)整

游戲動態(tài)難度調(diào)整指的是依靠游戲系統(tǒng)對用戶的各種行為進(jìn)行監(jiān)聽，如用戶的操作方式、行為方式、判斷能力等信息，以此作為用戶的度量標(biāo)準(zhǔn)判斷用戶的能力水平，進(jìn)而調(diào)整游戲的難度，如游戲《暗黑破壞神III》就根據(jù)用戶的角色等級自動調(diào)整游戲難度。在本案例中，這一措施的關(guān)鍵是，需確定環(huán)境障礙或威脅的數(shù)量、用戶的任務(wù)持續(xù)時間、任務(wù)完成度、操作有效率等參數(shù)，以這些參數(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建游戲變量并形成度量標(biāo)準(zhǔn)，配合后臺監(jiān)控系統(tǒng)即可作出及時的自動難度調(diào)整。

4.改善用戶選擇

游戲中存在多種類型的選擇，越靠近上層的選擇對游戲的影響越大。用戶最想要的是在游戲中獲勝，游戲設(shè)計者必須為其定制有意義的選擇，即對勝負(fù)產(chǎn)生直接或間接影響的選擇，如在游戲《掃雷》中，用戶每一次目標(biāo)區(qū)的選擇都可能對生死結(jié)果產(chǎn)生決定性影響，其決策等級較高。在本案例中，對于科普知識傳達(dá)及游戲任務(wù)結(jié)果具有直接或間接影響的用戶選擇會得以保留，以保證游戲的趣味性、戲劇性。其它空洞的、無根據(jù)的、無關(guān)緊要的選擇都必須摒棄，避免用戶的無意義思考影響沉浸學(xué)習(xí)。

六、游戲交互機(jī)制

心流理論顯示，清晰的目標(biāo)、及時的反饋等維度都屬于影響心流產(chǎn)生的條件，而這些正是游戲交互機(jī)制中的關(guān)鍵因素。Werner Wirth等研究者認(rèn)為，沉浸的發(fā)生需要經(jīng)由用戶在頭腦中形成游戲展示給他們的世界印象，繼而以游戲世界作為自己“在”哪里的參考點(diǎn)，最終獲得空間臨場感（Presence）[9]。因此，良好交互機(jī)制的設(shè)定也是維持沉浸的重要條件，可減少用戶對游戲的熟悉時間，有利于快速激發(fā)心流。結(jié)合上述理論，本游戲案例設(shè)定如下游戲交互機(jī)制：

1.清晰的目標(biāo)

清晰的目標(biāo)，要求游戲明確表達(dá)用戶參與游戲任務(wù)的原因以及要完成的目標(biāo)要求。通過目標(biāo)設(shè)定，用戶可以有效定位自己在游戲中的角色使命，更好的獲取游戲中的參考點(diǎn)，有助沉浸產(chǎn)生。在本游戲案例中，所設(shè)定的目標(biāo)為主角在叢林中尋找失散伙伴，用戶以此在尋找過程中探索未知的地圖，并清晰表述于游戲的開場動畫內(nèi)，為沉浸體驗奠定基礎(chǔ)。

2.及時的反饋

及時的反饋，指的是游戲必須就用戶參與的游戲行為給予實時或者幾近實時的清晰、準(zhǔn)確的反饋[10]。反饋是電子游戲區(qū)別于其它多媒體軟件的最大特點(diǎn)之一，其傳達(dá)速度極快甚至密集，內(nèi)容涵蓋環(huán)境狀態(tài)、人物狀態(tài)、能力狀態(tài)、物品狀態(tài)、NPC（非玩家角色）狀態(tài)、任務(wù)狀態(tài)等在內(nèi)的游戲常見狀態(tài)。在本游戲案例中，以渡河任務(wù)為例，用戶可以實時觀察游戲HUD（抬頭顯視設(shè)備）界面所反饋的渡河里程、人物方向、浮力狀態(tài)等信息，正確評估自己的能力，掌握任務(wù)的完成進(jìn)度，激勵用戶取得游戲的勝利。

3.信息的關(guān)聯(lián)展示

Werner Wirth等認(rèn)為空間臨場感的發(fā)生，是經(jīng)由各種線索形成對虛擬空間感知的定位，從而進(jìn)行判斷，進(jìn)入沉浸狀態(tài)的心理模型。這個前提是用戶在游戲世界中遇到的（線索）信息應(yīng)該是有所關(guān)聯(lián)的，如在本案例中會遇到樹叢下的毒蛇，這種遭遇并不會產(chǎn)生突兀感，用戶只會覺得毒蛇增加了森林的危險性，制造了冒險的沖突感，游戲環(huán)境在用戶心中會產(chǎn)生更加立體的印象；但如果樹叢下露出的是“迪斯尼米老鼠”，整個游戲的嚴(yán)肅氛圍就會被打破，導(dǎo)致用戶思維可能跳出野外自救的范疇，構(gòu)建出其它世界觀背景，從而影響到科普游戲的目標(biāo)與動機(jī)。因此，信息的展示設(shè)置需要顧及到游戲?qū)ο箝g的關(guān)聯(lián)，對視覺、因果、行為完整性以及物品對象間的互動作用進(jìn)行協(xié)調(diào)，促進(jìn)臨場的沉浸。

4.操作方法的簡化

Alan Cooper等設(shè)計專家認(rèn)為，面對一個陌生的系統(tǒng)，每個人在一段時間內(nèi)都是以新手形式存在；隨后遷移到中間用戶，成為大部分用戶的代表，且最為穩(wěn)定；最后僅有少數(shù)中間用戶會轉(zhuǎn)變?yōu)閷＜襕11]。

基于虛擬現(xiàn)實的科普游戲案例，也遵循這種用戶曲線規(guī)律，鑒于科普案例的持續(xù)使用時間通常小于商業(yè)游戲，可以預(yù)計用戶層次會停留在新手與中間用戶為主。因此，在游戲進(jìn)程的初期，通過簡化操作方法，讓新手快速進(jìn)入熟悉階段，并助其無痛苦的成為中間用戶，具體措施有同時支持鼠標(biāo)左鍵單擊行走與鍵盤（WASD鍵）控制四向行走，支持滾輪縮放視角、右鍵選擇視角、任務(wù)自動尋址等為用戶普遍認(rèn)可的三維游戲操作。在游戲進(jìn)程的中后期，為穩(wěn)定的中間用戶優(yōu)化操作體驗，具體措施有設(shè)置易被發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)航與功能交互區(qū)，提供側(cè)邊、半透明、自動移除等形式的工具提示條，永久支持調(diào)用的操作幫助界面等。通過上述操作方法的簡化，可保證大部分用戶對于游戲案例不存在使用障礙，有效增加新手成長為中間用戶的信心。

七、游戲程序開發(fā)

游戲程序的開發(fā)實現(xiàn)主要包含兩部分，首先采用3dsMax進(jìn)行三維建模，再使用Unity引擎開發(fā)與游戲程序。期間所用到的媒體素材則由專門多媒體軟件設(shè)計實現(xiàn)，如圖片采用Photoshop設(shè)計，音頻采用Audition設(shè)計。

1.3dsMax三維建模

本案例中的游戲角色、物品道具、植被建筑等對象均采用3dsMax進(jìn)行建模。物品道具與簡單的建筑主要采用內(nèi)置模型建模，使用基本幾何形體和擴(kuò)展幾何形體快速實現(xiàn)。相對復(fù)雜的植被建筑采用復(fù)合對象建模，對基本模型對象進(jìn)行合并與修改，采用變形、連接、地形、散布等方法構(gòu)建。對于最為復(fù)雜的人物、動物等模型，采用網(wǎng)格建模法對其設(shè)計，主要從頂點(diǎn)、邊和面進(jìn)行精細(xì)化編輯；其中部分復(fù)雜的布線（如臉部），借助Photoshop繪制二維參考圖導(dǎo)入3dsMax作為底圖，實現(xiàn)三維布線繪制。最后，使用UV貼圖方法進(jìn)行貼圖，VRay插件進(jìn)行渲染，完成模型的設(shè)計工作。

2.Unity游戲開發(fā)

Unity引擎是Unity科技公司開發(fā)的支持三維虛擬現(xiàn)實、三維游戲等互動內(nèi)容的綜合性開發(fā)工具，兼容Windows、Mac、iOS、Android、WebGL等21種主流平臺，開發(fā)周期短，對虛擬現(xiàn)實支持良好，極為適合作為開發(fā)科普游戲案例的首選平臺。

本案例的Unity開發(fā)流程如圖3所示，包含場景繪制、參數(shù)設(shè)置、C#編程、美化渲染等工作。

首先，導(dǎo)入模型、音頻、UI（User Interface）等素材文件，做好分類管理。其次，創(chuàng)建Terrain對象，繪制地形，設(shè)置材質(zhì)紋理，并將植被、建筑等模型插入到場景，通過調(diào)整⑹完善地圖外觀。接著，按照角色、NPC、物品道具等門類，插入到場景中對應(yīng)位置，以及添加碰撞體，為角色各類動作設(shè)置動畫。然后，為全局事件、動作事件等編寫C#腳本，綁定到場景中的指定對象，具體包含角色的視角控制、角色的移動、角色與任務(wù)對象的碰撞交互、UI組件的數(shù)據(jù)顯示、游戲成就記錄保存等，實現(xiàn)游戲案例中的各種交互功能。其中，應(yīng)用Unity自帶的Nav Mesh Agent組件，對地圖對象進(jìn)行烘焙與設(shè)置行走區(qū)，為角色與NPC等對象在碰撞半徑范圍的自動響應(yīng)觸發(fā)，以及實現(xiàn)標(biāo)記節(jié)點(diǎn)的自動追蹤等智能功能提供支持，提升游戲的人工智能。此外，值得一提的是對于人稱視覺的統(tǒng)一化設(shè)計以及交互操作的簡化，可為引入Google VR SDK預(yù)留接口，若頭盔顯示器條件足夠成熟，只需要將主攝像機(jī)添加Google VR SDK的StereoController組件即可創(chuàng)設(shè)立體視覺。最后，為場景添加粒子特效、天空盒，渲染美化視覺，為支持Windows、Mac OS、Web等主流平臺的應(yīng)用程序，可直接本地運(yùn)行或依托Unity Web Player在瀏覽器中解析運(yùn)行，保證程序的強(qiáng)大兼容性。最終效果如圖4所示。

八、結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實與沉浸的交集歷來是用戶關(guān)注的焦點(diǎn)，在2016年更是掀起市場熱潮，本研究即基于此背景，采用Unity引擎開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實的游戲案例，將其應(yīng)用于科普教育領(lǐng)域，豐富原有的科普教育資源，提升教學(xué)效果。優(yōu)秀的游戲設(shè)計，可以更好地發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢，有助用戶達(dá)到沉浸、激發(fā)心流。

展望未來，科普游戲的創(chuàng)新方向也許是與虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實的混合應(yīng)用，如將本案例中的迷路任務(wù)進(jìn)行增強(qiáng)現(xiàn)實設(shè)計，可用手機(jī)攝像頭掃描印有指南針的照片，屏幕立刻呈現(xiàn)三維指南針模型的虛擬現(xiàn)實交互操作，在身臨其境的基礎(chǔ)上更易克服眩暈這一典型問題，突破教育游戲的技術(shù)普及型問題，這值得教育游戲設(shè)計者去實踐研究。

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篇3

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；Quest3d；3D技術(shù)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）14-0087-05

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)仿真系統(tǒng)技術(shù)，伴隨新技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為新型技術(shù)引起人們的高度關(guān)注，虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建出的虛擬環(huán)境，使用戶產(chǎn)生視、聽、觸、嗅等真實的感受，其強(qiáng)大的功能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，對中小學(xué)教育信息化的發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響，其在教育應(yīng)用中亦起到了很大的作用，校園是這項未來技術(shù)的著陸點(diǎn)，在教育領(lǐng)域中，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為支撐的3D 打印技術(shù)正逐漸步入人們的視野。特別是中小學(xué)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域。3D 打印技術(shù)在學(xué)校社團(tuán)活動中嶄露頭角，但3D 打印在虛擬現(xiàn)實中的應(yīng)用還是一個嶄新的領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用過程中有許多技術(shù)問題值得我們深究。

本文就虛擬現(xiàn)實交互實現(xiàn)平臺Quest3d進(jìn)行了研究和探討，提出了基于Quest3d虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計框架，對在學(xué)習(xí)中遇到的Quest3d技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了探討，并對平時實踐研究中收集到的資源進(jìn)行了分析和總結(jié)，提出了一些自己的想法，以期為增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的真實體驗、主動學(xué)習(xí)及創(chuàng)客教育在教學(xué)中的有效開展和實施起到一定的推動作用。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR），也稱為靈境技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)[1]。它的主要特征有沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination）[2]。

在虛擬現(xiàn)實中，使用者不僅能夠感受到在實體世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破地點(diǎn)、空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法經(jīng)歷的交互體驗[3]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，它最開始用于軍事和航空航天領(lǐng)域，近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)大步走進(jìn)教育培訓(xùn)、文化娛樂、交通模擬、工業(yè)設(shè)計、建筑設(shè)計、空間展示設(shè)計、城市規(guī)劃以及新媒體設(shè)計等領(lǐng)域，并逐漸改變著我們的生活[4]。

2.虛擬現(xiàn)實互動開發(fā)平臺

在交互媒體中，國內(nèi)外有多種實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實開發(fā)系統(tǒng)的平臺，國外的主要有：瑞典Cycore公司研發(fā)的Cult3D，主要支持線上瀏覽和操作交互設(shè)置的三維模型[5]；美國Multi Gen-Paradigm公司研發(fā)的Multigen VEGA，在實時視覺模擬和數(shù)據(jù)分析方面效果顯著[6]；法國研發(fā)的Virtools是虛擬現(xiàn)實平臺中應(yīng)用較多的一款引擎，Virtools 制作的沉浸感的虛擬環(huán)境非常逼真，廣泛應(yīng)用于實時3D環(huán)境虛擬實境編輯、計算機(jī)游戲開發(fā)、教育訓(xùn)練等各個領(lǐng)域[7]；Unity3D是由Unity Technologies開發(fā)的一款支持三維視頻游戲、實時三維動畫等多種類型互動的多平臺虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具[8]。

另外國內(nèi)比較有代表性的是深圳希技數(shù)碼科技自主開發(fā)的HD（House Designer）平臺，主要用于室內(nèi)三維空間展示，還有北京中視典數(shù)字科技公司開發(fā)的VR-Platform三維互動仿真平臺[9]。

3.Quest3d 平臺介紹

本文主要介紹荷蘭Act-3D B.V.公司開發(fā)的Quest3d虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺。筆者對Unity3d和Quest3d兩款虛擬現(xiàn)實制作平臺進(jìn)行了比較分析：Unity3d應(yīng)用領(lǐng)域和功能更加強(qiáng)大，但是需要開發(fā)者具有深厚的編譯程序和編寫底層代碼的能力；而Quest3d使用者可以用系統(tǒng)中自帶的多種元件模塊為基礎(chǔ)，通過Channel元件組塊“搭積木”的方式，直接鼠標(biāo)拖過來就可以了，如圖1所示，不需要像Unity3d一樣要編寫上千行的復(fù)雜代碼，高效完成了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)，降低了門檻，更易上手和學(xué)習(xí)使用。

二、基于 Quest3d虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)平臺構(gòu)建的優(yōu)勢及不足

1.Quest3d軟件的優(yōu)勢

（1）易用性。在Quest3d里，所有的編輯器都是視覺化、圖形化的，真正所見即所得。它封裝了很多可視化的模塊，編程界面可視化程度高，用戶不需要花費(fèi)時間去編譯程序和復(fù)雜的底層代碼及運(yùn)算圖形，大部分程序操作可以采用“搭積木”的方法實現(xiàn)。

（2）高效便捷。正由于Quest3d軟件通過函數(shù)的封裝、采用元件模塊去實現(xiàn)函數(shù)功能的可視化，所以使用者只需要將所需的功能模塊通過鼠標(biāo)拖拽的方式就可以搭建虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提高了工作效率，高效地實現(xiàn)虛擬系統(tǒng)的開發(fā)。

（3）Quest3d價格相對低廉，適用性廣。

（4）Quest3d中內(nèi)建有許多的物體，如：具有逼真的人物、植物、光照、陰影、山林、火及煙的特效，還有真實的水波紋效果，可以輕易地加入Quest3d場景中。

（5）Quest3d比較適合做小的場景，效果和美工方面較好。

2.Quest3d軟件的不足

（1）和其它相關(guān)軟件配合不太流暢，和其它三維軟件兼容性不是太好。

（2）Quest3d支持平臺沒有Unity3d軟件廣，插件、格式限制較嚴(yán)格，且不適合做大的場景。

（3）Quest3d可利用的資源較少，在網(wǎng)上可查找到的Quest3d方面的籍、視頻教程、論壇相較于其它三維軟件少。

（4）Quest3d對模型的數(shù)據(jù)量有很多的限制，碰撞捕捉也不是很精確。

三、基于Quest3d虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計

基于Quest3d虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計主要包括前期準(zhǔn)備階段、3D建模階段、交互設(shè)置階段、階段。如圖2所示。

前期準(zhǔn)備階段：先要對虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，即最終要實現(xiàn)的目的和效果，教學(xué)設(shè)計包括學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇、學(xué)習(xí)內(nèi)容分析、教學(xué)目標(biāo)分析、學(xué)習(xí)對象分析，根據(jù)教學(xué)設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行素材收集，確定各環(huán)節(jié)具體顯示效果。

3D建模階段：先要進(jìn)行三維模型的建模，如比較常用的3dsMax、Maya，在Photoshop中修正的紋理貼圖等賦予3D模型，設(shè)置正確UV，在3dsMax中布置燈光、烘焙貼圖后進(jìn)行場景的集成。

交互設(shè)置階段：場景集成后，通過PandaDirectXMaxExporter_x86_6.2012.72.0.插件將三維模型轉(zhuǎn)換成Quest3D所支持的.X 格式，順利導(dǎo)入Quest3D編輯器中，然后通過元件模塊即Channel開發(fā)實現(xiàn)場景的漫游、人機(jī)交互、特效編輯，完成系統(tǒng)的各項功能。

階段：平臺搭建完成后，經(jīng)過不斷的測試和優(yōu)化，生成QuestViewer能夠播放的*.Q3D文件或成可獨(dú)立執(zhí)行的 *.exe 文件。

四、基于Quest3d平臺核心技術(shù)的實踐應(yīng)用

1.外部三維模型的導(dǎo)入

因為Quest3d平臺本身對建模的限制，故在Quest3d平臺中的模型搭建基本上都是從外部建模軟件導(dǎo)入，而要將外部的三維模型（如3dmax、maya中所做的模型）順利導(dǎo)入到Quest3d中，在實踐操作中，首先要解決一個技術(shù)問題，即插件的問題，從網(wǎng)上下載的插件PandaDirectXMaxExporter_x86_6.2012.72.0，在3dsMax的插件當(dāng)中加載一下，加載完成之后在3dsMax導(dǎo)出對話框中就會有Quest3d所支持的.X格式文件選項，解決了插件問題，就能將自己在三維軟件中所做的模型保存成Quest3d所支持的格式，順利導(dǎo)入到Quest3d中。不過在實踐的過程中，所下載的插件PandaDirectXMaxExporter_x86_6.2012.72.0.只是針對3dMax平臺的插件，而且它僅支持3dMax2012及之前的版本，而對于2012之后的3dMax版本則不支持，故在實踐操作應(yīng)用中，對不同的平臺和建模軟件加載的插件版本要求不一。

2.“.x”和“.cgr”格式導(dǎo)入貼圖區(qū)別

在使用過程中，可以將3dmax中所做出的三維模型分別保存成.x和.cgr格式導(dǎo)入到Quest3d中。

首先，對于.x格式，如何將3dMax中經(jīng)過復(fù)雜貼圖和3d烘焙后的三維模型導(dǎo)入到Quest3d中是實踐中的一個技術(shù)難點(diǎn)，在虛擬現(xiàn)實平臺制作的過程中，筆者曾經(jīng)嘗試兩種方法導(dǎo)入物體，一種是在3dMax中導(dǎo)入一個最原始的未加任何貼圖和渲染的模型，則能順利導(dǎo)入，另一種導(dǎo)入經(jīng)過渲染的三維模型，則能將模型導(dǎo)入，但之前的渲染和貼圖則消失，解決辦法就是要將3dMax中所做的三維模型存放到同一個文件夾下，再導(dǎo)入到Quest3d中進(jìn)行勾選。所以.x格式導(dǎo)入到Quest3d中要一直指定貼圖的路徑，這時候Quest3d會自動掃描文件夾，尋找場景中所用的貼圖。

其次，用同樣的兩種方法將保存成.cgr格式的三維模型導(dǎo)入到Quest3d中，則3dMax中所做的三維模型和貼圖即使沒有存放到同一個文件夾下，也能導(dǎo)入到Quest3d中，這是和.x格式導(dǎo)入Quest3d不一樣的地方。

3.貼圖烘焙問題

因為筆者在3dsMax中學(xué)過渲染烘焙，所以在Quest3d中也想實踐下如何烘焙，于是在學(xué)習(xí)制作過程中對二者的烘焙進(jìn)行了一些嘗試和比較，一種是直接在Quest3d中運(yùn)用其自身程序?qū)ξ矬w進(jìn)行貼圖烘焙。另外一種是在3dsMax中通過“Render to tecture”命令進(jìn)行貼圖烘焙，完成后導(dǎo)入Quest3d中，實現(xiàn)貼圖烘焙。結(jié)果通過Quest3d直接進(jìn)行貼圖烘焙效果不佳，其自身燈光系統(tǒng)不完善導(dǎo)致光影關(guān)系較弱，得不到最佳效果，而通過在3dsMax中烘焙后再導(dǎo)入Quest3d中則完美地解決了這一問題。

所以實踐操作中，針對烘焙這個難題，筆者認(rèn)為，一方面，Quest3d貼圖烘焙一定要在3dsMax中最大程度完成，減少Q(mào)uest3d中后期的修改；另外一方面，在3D中烘焙，由于計算量大，可能會因為軟件性能的瓶頸而導(dǎo)致出錯和死機(jī)，因此，應(yīng)該盡量減少烘焙時候的面數(shù)或者進(jìn)行分段烘焙。另外，受限于Quest3d軟件自身，單純依靠貼圖烘焙技術(shù)并不能完全模擬所有特效，需在Quest3d中加載其他模塊進(jìn)行特效的模擬。

4.光照陰影

在Quest3d中光照和陰影也是實踐操作中一大難點(diǎn)，模型上有了陰影才有更強(qiáng)的立體感，然而在Quest3d中制作實時的陰影是相當(dāng)耗費(fèi)資源的，而模型一旦很大，陰影就會計算錯誤，這是一個困難點(diǎn)，比如在利用光照和陰影來做房子的光照映射時，如圖3所示，當(dāng)做到將“Width”和“Height”都設(shè)置為1024時，結(jié)果并不能顯示物體的陰影，所以這個設(shè)置的數(shù)據(jù)是不對的，當(dāng)設(shè)置這個“Width”為1024“Height”為512時，則物體陰影顯示出來，但物體顯示的陰影卻是不規(guī)則的，方向各不相同，如何將這些陰影都按照光線的方向規(guī)則的顯示是一個難題，所以實時陰影的顯示需要后續(xù)進(jìn)一步的研究和深入探討。

5.聲音導(dǎo)入

聲音是一個虛擬現(xiàn)實場景中不可或缺的元素，真實的聲音可以烘托場景氛圍，使用戶獲得身臨其境般的聽覺、視覺體驗。Quest3d軟件中有多個元件可以支持聲音的播放、調(diào)節(jié)等操作，目前Quest3d軟件中可以支持wav、MP3、MIDI格式的外部音文件。

在Quest3d中進(jìn)行聲音的導(dǎo)入主要有兩點(diǎn)：①在Quest3d4.2.2版本中小汽車聲音不能導(dǎo)入，卻在Quest3d4.3.2中導(dǎo)入了小汽車的聲音，這個不是軟件版本的問題，應(yīng)該是小汽車的聲音文件的問題，因為在網(wǎng)上下載的MP3格式的音樂經(jīng)過格式工廠進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成.wav格式的音樂，再導(dǎo)入到Quest3d中，無論是Quest3d4.2.2版本還是Quest3d4.3.2版本的都能夠正常進(jìn)行播放。②在虛擬現(xiàn)實場景中“關(guān)于音頻時間長短的問題”，虛擬現(xiàn)實場景中插入聲音文件之后如何設(shè)置音頻時間，使用Sound File Channel將聲音文件導(dǎo)入到系統(tǒng)中去，根據(jù)相機(jī)和聲源的相對位置自動調(diào)整聲音的音量、左右聲道和頻率效果，即可以實現(xiàn)修改音頻時間長短的問題。

五、基于Quest3d軟件虛擬現(xiàn)實技術(shù)的資源建設(shè)及思考

1.Quest3d平臺資源庫

（1）期刊文獻(xiàn)資源

在中國知網(wǎng)CNKI數(shù)據(jù)庫中，通過查閱眾多文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實方向研究所用到的虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)方法最多的是Multigen Vega和VRML，專門研究這兩個方法的期刊論文和博士碩士論文也最多。而對于“Quest3d”方面的文，大多是如何用Quest3d來做一個虛擬漫游場景，或者是“基于Quest3d的某方面的設(shè)計和實現(xiàn)”。

（2）書籍

通過閱讀一些“虛擬現(xiàn)實”方面的書籍，從圖書館和網(wǎng)上進(jìn)行搜集，主要閱讀了《虛擬現(xiàn)實案例教程：基于Quest3D/VR-Platform/Virtools項目》（隨書有光盤），以及《中國高校動畫專業(yè)系列教材――Quest3D虛擬現(xiàn)實設(shè)計》和復(fù)印的講義《Quest3D教程指南》。同時，在當(dāng)當(dāng)網(wǎng)、亞馬遜中查找，發(fā)現(xiàn)目前我國現(xiàn)在出版的“Quest3d”方面的書籍還是較少的，主要是這三本：《虛擬現(xiàn)實案例教程：基于Quest3D/VR-Platform/Virtools項目》（隨書有光盤）、《Quest3D從入門到精通》（隨書有光盤），以及《中國高校動畫專業(yè)系列教材――Quest3D虛擬現(xiàn)實設(shè)計》。關(guān)于“虛擬現(xiàn)實”方面的書籍雖然很多，但關(guān)于Quest3d在虛擬現(xiàn)實中應(yīng)用的書籍較少，有的書籍中或多或少提及Quest3d，但關(guān)于Quest3d的介紹，很多書籍只是把它作為虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)平臺的一個引擎，或一筆帶過，或只是重點(diǎn)介紹了一下軟件的概況，并沒有全面介紹，而有針對性的通過一些案例的示范來對Quest3d進(jìn)行講解的更是少之又少。

（3）網(wǎng)絡(luò)視頻、論壇資源

搜集到的網(wǎng)上的視頻，免費(fèi)的有“Quest3d官方八集視頻教程”、“Quest3d手把手教學(xué)”“Quest3d基礎(chǔ)教程”，這些免費(fèi)教程在百度和一些論壇里面都可以下載，但都只是簡單的小案例的實現(xiàn)，而且視頻中的素材貼圖都無法獲取，只是一些基礎(chǔ)。

而收費(fèi)的教程比較有權(quán)威和全面的是parrot錄制的視頻教程，有：parrot主講 《Quest3d系列教程》10小時視頻教程、《Quest3d系列》10小時教程（不是書籍）、parrot主講《玄武招商》7.5小時教程（不是書籍）、 parrot主講《Quest3d大揭秘系列教程之boat Visualization》。這些收費(fèi)的視頻教程一方面內(nèi)容很全，比如在parrot主講 《Quest3d系列教程》10小時視頻教程中，它的內(nèi)容就包括基礎(chǔ)界面、模型貼圖、漫游控制、邏輯程序、邏輯強(qiáng)化練習(xí)、界面定制、燈光陰影、動畫控制、動畫技巧練習(xí)、粒子系統(tǒng)、角色動畫、For 循環(huán)與數(shù)組、內(nèi)置 Shader、種植系統(tǒng)、有限狀態(tài)機(jī)、尋徑、實時反射、全局特效、聲音控制、動態(tài)加載等很多方面的知識，包括“Quest3d軟件中撤銷（undo）的問題”都有解決答案。但是另一方面這樣的視頻課程又是很昂貴的。所以現(xiàn)在整體而言，Quest3d方面的視頻資源還是很匱乏的。

Quest3d的論壇資源在網(wǎng)上則比較多樣化，論壇比較活躍和資源較多的網(wǎng)站有很多，比如Quest3d論壇-建筑可視化虛擬現(xiàn)實、Quest3d資訊作品教程-SketchUp中國論壇、Quest3d官方論壇等等。

2.基于Quest3d軟件資源建設(shè)的思考

（1）學(xué)習(xí)形式多樣化

僅僅學(xué)習(xí)Quest3d軟件是不夠的，Quest3d作為后期的組裝加工固然重要，但是素材的收集、二維貼圖制作、三維建模這些前期的準(zhǔn)備是極其重要的，特別是3dsMax尤其重要，由于Quest3d自身不具備三維建模的能力，在Quest3d中復(fù)雜的三維模型都需要從外部導(dǎo)入，因此3dsMax這樣的三維軟件在虛擬現(xiàn)實設(shè)計過程中就發(fā)揮著很重要的作用，如果這些不會，就沒有可以組裝的原料，所以，如果要完成一個漫游類虛擬現(xiàn)實項目的設(shè)計與制作，則要學(xué)懂Photoshop和3dmax，沒有這樣的基礎(chǔ)，Quest3d場景制作是不可能的。

（2）外部資源優(yōu)化

首先，Quest3d現(xiàn)有資源應(yīng)加強(qiáng)和外部一些軟件的契合，比如在講到3dmax或Maya中三維模型導(dǎo)入到Quest3d中，有些書籍中并沒有講清楚“插件從哪可以下載到”、“插件對于各種版本的要求是怎樣的”，“.x和.cgr不同的保存格式導(dǎo)入到Quest3d中效果實現(xiàn)哪個更好”，只是很籠統(tǒng)的讓讀者自己可以在“F1幫助”中下載（這只是針對正版軟件），但是具體操作過程卻并沒有那么簡單，需要自己好好琢磨。

其次，現(xiàn)有參考書籍中如果能夠講到貫穿于整本書中到底用的是什么版本的MAX和Quest3d，使用者用起來更加高效，因為不同的版本可能對插件和一些參數(shù)的設(shè)置會有不同的要求，有時即使按照這些書上的案例照著做，也沒有實現(xiàn)最終的效果，有沒有是版本的問題？而對于很新版本的比如Quest3d5.0有什么功能和進(jìn)步之處，書籍中也鮮有提及，如果在講解的同時能夠結(jié)合最新的軟件版本和功能進(jìn)行比對，應(yīng)該會更方便學(xué)習(xí)和使用。

（3）分享交流

在資源建設(shè)中所推薦的論壇中與學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流和分享，還是很受益的。論壇中的資源很多都是最新的，通過回答別人的疑問，或者提出問題，大家可以共同進(jìn)步。所以筆者認(rèn)為要想學(xué)到更多的Quest3d知識，就應(yīng)該多多上論壇，和大家一起分享交流。

六、總結(jié)和展望

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是教育信息化發(fā)展的一個趨勢，通過對教學(xué)場景在虛擬現(xiàn)實中的三維構(gòu)建，營造逼真的學(xué)習(xí)情境，可以更好地發(fā)揮教育信息化的作用，目前在中小學(xué)社團(tuán)活動中，3D打印很受學(xué)生歡迎，3D 打印技術(shù)本質(zhì)上就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的延伸，它將學(xué)生奇特的想法變成現(xiàn)實，3D打印技術(shù)以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為依托，在教學(xué)中的應(yīng)用提高了學(xué)生的動手能力，促進(jìn)了學(xué)生思維能力的進(jìn)一步發(fā)展，相信在未來的幾年，虛擬現(xiàn)實技術(shù)必將大面積走進(jìn)中小學(xué)課堂，必將對現(xiàn)有教學(xué)產(chǎn)生深刻的影響和變革。

參考文獻(xiàn)：

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篇4

最近，我爬了珠穆朗瑪峰，在顫顫巍巍地過一條晃晃悠悠的危橋時，我盡量克制自己，不去看腳下冰凍的大峽谷。

然后，我又觀看了18歲的海倫娜接受系列治療的過程，心理學(xué)家嘗試了采用其中一個系列治療她的電梯恐懼癥。

最后，我看到一群孩子參觀了達(dá)利奇美術(shù)館，而整個過程他們都沒有離開過國王學(xué)院醫(yī)院，因為他們是那里的長期患者。

說到這里你應(yīng)該已經(jīng)猜到了，這些都是使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的案例，很可能成為2016年的一大技術(shù)潮流。

鑒于像臉譜網(wǎng)、索尼和HTC這類公司的巨額投資，如果虛擬現(xiàn)實技術(shù)最終沒有在今年走向百姓家中，人們未免會很失望。

比如說，我能有登上珠峰的體驗，就得益于HTC？Vive？虛擬現(xiàn)實的頭戴式視圖器以及一家冰島公司Solfar？工作室開發(fā)的一個虛擬現(xiàn)實游戲。？

在大多數(shù)看來，HTC？Vive提供的虛擬現(xiàn)實體驗是很好的。像珠峰這類游戲為玩家提供了身臨其境的絕佳體驗。

現(xiàn)在，HTC？在接下來的幾個月中可能會與索尼的虛擬現(xiàn)實游戲機(jī)和臉譜網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實頭戴頭戴式視圖器合作，一同走向市場。

剛接觸虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人可能會有“哇，好棒啊”的驚嘆，但是想要將這種一時的新奇游戲變?yōu)殚L年累月的娛樂項目并非易事。

但是就像大家發(fā)現(xiàn)Kinect技術(shù)在游戲以外的應(yīng)用價值一樣，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也可能為生活的各個領(lǐng)域帶來突破性進(jìn)展。

顯然，兩位來自倫敦的心理學(xué)家――阿什利?康威醫(yī)生和凡妮莎?魯斯帕麗醫(yī)生也這樣認(rèn)為。他們已經(jīng)開發(fā)了一套系統(tǒng)，通過Oculus的Rift頭戴式視圖器來治療患有各種恐懼癥的人。

他們公司的虛擬暴露療法旨在通過讓患者在虛擬世界中與恐懼的東西直接接觸來進(jìn)行治療。

我們拍攝了海倫娜，由于她一直都很害怕坐電梯，我們就將她指引到越來越小的空間里。

每當(dāng)她進(jìn)入電梯，魯斯帕麗醫(yī)生就會觀察她的焦慮程度，過了一段時間之后，焦慮程度就下降了。

“盡管這不是真實的世界，但是身體的體驗卻是身臨其境的。”康韋醫(yī)生解釋道。

“你也會有正常的生理反應(yīng)。這項技術(shù)真的非常有利于將人們從不能在現(xiàn)實世界做某件事過渡到可以在現(xiàn)實世界做某件事。”

心理學(xué)家們希望使用這一系統(tǒng)來治療從飛行恐懼癥到陌生環(huán)境恐懼癥等各種恐懼癥，因為這種有一半接觸恐懼環(huán)境的方法很可能奏效。

海倫娜接受治療之后，我們又勸她乘坐吵鬧的老式電梯。

她告訴我虛擬現(xiàn)實真的對她產(chǎn)生了很大影響，僅僅幾周之前，她還會在電梯和樓梯之間選擇爬樓梯。

許多公司和公共機(jī)構(gòu)也許很快就會采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來與消費(fèi)者互動。

房地產(chǎn)經(jīng)銷商將可以讓顧客在虛擬世界中體驗中意的房屋、廚房，設(shè)計者可以讓消費(fèi)者更好地體驗產(chǎn)品的設(shè)計理念。

對于谷歌Cardboard虛擬現(xiàn)實頭戴式視圖器，你只需要連接在手機(jī)上就可以使用，這種價格更低廉、操作更簡單的系統(tǒng)也許為大多數(shù)人第一次虛擬現(xiàn)實體驗提供機(jī)會。

已有眾多機(jī)構(gòu)正在嘗試用谷歌的頭戴式視圖器來實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實，達(dá)利奇美術(shù)館就是其中的一員。

它可以實現(xiàn)簡單的美術(shù)館虛擬之旅，并且讓附近的國王學(xué)院醫(yī)院的一些年輕病人進(jìn)行了嘗試。他們的反應(yīng)非常讓人高興。

“你會感覺就在那里，可以看到里面的畫作，真的很棒，”露西說。

“當(dāng)然，你可以判斷出周圍的一切不是真實的，”瑪雅補(bǔ)充道，“但是對于小孩子來說，他們可能認(rèn)為這是世界上最令人吃驚的事情了。”

但是愛德華指出：“虛擬世界并不像真實世界一樣好，它不像一個真實的博物館。”

篇5

增強(qiáng)現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)過程研究內(nèi)容

1虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（virtual reality，簡稱VR）是由美國VPL公司創(chuàng)始人加隆.拉尼爾在二十世紀(jì)八十年代提出的，它指的是綜合利用計算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)，其中計算機(jī)生成的、可交互的三維環(huán)境被稱為虛擬環(huán)境（Virtual Environment，簡稱VE）。虛擬現(xiàn)實的三個基本特征是沉浸（Immersion）、交互（Interaction）和構(gòu)想（Imagination）。與其它的計算機(jī)系統(tǒng)相比，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能提供實時交互性操作、三維視覺空間和多通道的人機(jī)界面；目前虛擬現(xiàn)實主要限于視覺和聽覺，但觸覺和嗅覺方面的研究也取得了很大的進(jìn)展。

2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的具體形式之——增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)按照系統(tǒng)功能和實現(xiàn)方式的不同，又可以分成以下四種具體類型：沉浸式虛擬現(xiàn)實、桌面虛擬現(xiàn)實、分布式虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實。

增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱 AR）技術(shù)，是在二十世紀(jì)九十年代由波音公司的考德爾及其同事在設(shè)計一個輔助布線系統(tǒng)時提出的，它是一種實時地計算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進(jìn)行互動。隨著隨身移動電子設(shè)備運(yùn)算能力的不斷提升，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的用途將會越來越廣。

目前人們對于增強(qiáng)現(xiàn)實有兩種通用的定義。一是北卡羅來納大學(xué)的Ronald Azuma于1997年提出的，他認(rèn)為增強(qiáng)現(xiàn)實包括三個方面的內(nèi)容：Combines real and virtual（將虛擬物與現(xiàn)實結(jié)合）；Interactive in real time（即時互動）；Registered in 3-D（三維）。

另一種定義是1994年保羅·米爾格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）提出的現(xiàn)實-虛擬連續(xù)統(tǒng)（Milgram's Reality-Virtuality Continuum）。他們將真實環(huán)境和虛擬環(huán)境分別作為連續(xù)統(tǒng)的兩端，位于它們中間的被稱為“混合實境（Mixed Reality）”。其中靠近真實環(huán)境的是增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality），靠近虛擬環(huán)境的則是擴(kuò)增虛境（Augmented Virtuality）。

3增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)過程

雖然增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)不需要顯示完整的場景，但由于需要通過分析大量的定位數(shù)據(jù)和場景信息來保證由計算機(jī)生成的虛擬物體可以精確地定位在真實場景中，增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)中一般都包含以下幾個基本步驟：獲得真實場景的信息；對真實場景和攝影機(jī)的位置信息進(jìn)行分析；生成虛擬的景物；合并視頻或直接顯示，即圖形系統(tǒng)首先根據(jù)攝影機(jī)的位置信息和真實場景中的定位標(biāo)記來計算虛擬物體坐標(biāo)到攝影機(jī)視平面的仿射變換，然后按照仿射變換矩陣在視平面上繪制虛擬物體，最后通過頭戴式可視設(shè)備（Head Mount Display）直接顯示或與真實場景的視頻合并后，一起顯示在顯示器上。成像設(shè)備、跟蹤與定位技術(shù)和交互技術(shù)是實現(xiàn)一個基本的增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)的支撐技術(shù)。

4增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的具體研究內(nèi)容

由于人們對增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的需求不斷增長，研究人員對基于視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行了很多研究，這些研究內(nèi)容包括——增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)中虛擬物體與真實場景融合技術(shù)的研究包括：3D虛擬物體注冊技術(shù)、攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)、攝像機(jī)的跟蹤技術(shù)和基于視頻的實景空間的建模技術(shù)，融合技術(shù)的研究主要包括：虛擬對象和真實場景的配準(zhǔn)以及虛擬物體與真實場景之間的動態(tài)一致性、虛實物體之間的幾何一致性和光照一致性——使得增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。

5增強(qiáng)現(xiàn)實的應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被逐步應(yīng)用到了很多行業(yè)當(dāng)中，逐漸進(jìn)入到我們的生活當(dāng)中，典型的案例包括：

醫(yī)療方面——北卡羅萊納大學(xué)的AR輔助B超檢查和胸部活組織切片；倫敦Guy’s醫(yī)院MAGI項目協(xié)助醫(yī)生從耳道中取出神經(jīng)瘤；卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的“魔眼”工程；布朗大學(xué)的外科手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)。

教育方面——?dú)W洲計算機(jī)工業(yè)研究中心的機(jī)械模型注解。

工業(yè)方面——SONY公司TransVision增強(qiáng)現(xiàn)實樣機(jī)系統(tǒng)。

商業(yè)方面——微軟推增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)——新應(yīng)用-記事帖；日本新宿高島屋百貨公司內(nèi)的數(shù)字化妝鏡。

文化方面——希臘、土耳其的歷史古跡數(shù)字重建；“數(shù)字敦煌”工程。

6總結(jié)

增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）技術(shù)是近年來的研究熱點(diǎn)，它是將計算機(jī)生成的虛擬物體或其它信息疊加到真實場景中，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的“增強(qiáng)”，它是虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR）的一個重要分支。增強(qiáng)現(xiàn)實綜合了計算機(jī)圖形、光電成像、融合顯示、多傳感器、圖像處理、計算機(jī)視覺等多門學(xué)科。

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篇6

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；工學(xué)結(jié)合教學(xué)；應(yīng)用

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5727（2012）07-0174-02

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)。它利用計算機(jī)技術(shù)生成一個逼真的具有視覺、聽覺、觸覺等多感知的三維虛擬環(huán)境。用戶通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境進(jìn)行互動，可身臨其境地與之進(jìn)行交互、仿真和信息交流。它是通過多媒體計算機(jī)模擬仿真技術(shù)同儀器設(shè)備性能相結(jié)合在電腦屏幕上創(chuàng)造出模擬的儀器性能、實驗條件和實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實驗項目，從而達(dá)到真實或接近真實實驗的效果，有時所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果。

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工學(xué)結(jié)合教學(xué)特點(diǎn)

真實性 工學(xué)結(jié)合教學(xué)的主要目的是在真實環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力，實現(xiàn)與企業(yè)的“零距離”對接。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)能提供一種虛擬的沉浸式交互環(huán)境，主要通過立體聽覺、三維觸覺或力感以及具有高度沉浸感的視覺環(huán)境實現(xiàn)。其中，立體聽覺一般通過三維環(huán)繞立體聲系統(tǒng)來實現(xiàn)，三維觸覺和力感可以通過高精度的計算機(jī)觸覺或力反饋設(shè)備來實現(xiàn)，而高度沉浸的視覺環(huán)境通常會通過大屏幕立體投影顯示系統(tǒng)來實現(xiàn)。通過沉浸感，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中有一種身臨其境的真實感，從而使學(xué)生在虛擬環(huán)境訓(xùn)練如同在真實環(huán)境訓(xùn)練一樣。

實時性 借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建的虛擬實訓(xùn)環(huán)境，不受原料、廠房、工作環(huán)境等資源的限制，可以隨時使用，同時借助于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，學(xué)生在寢室或家里也能進(jìn)入虛擬實訓(xùn)場所進(jìn)行訓(xùn)練。同時，在訓(xùn)練過程中能實時反映訓(xùn)練效果。這樣，學(xué)生可充分發(fā)揮主動性和創(chuàng)新精神。學(xué)生有多種機(jī)會在不同的情境下應(yīng)用他們所學(xué)的知識，能夠根據(jù)自身行動的反饋信息來形成對客觀事物的認(rèn)識和解決實際問題的方案。

安全性 與現(xiàn)實實驗相輔相成，完成現(xiàn)實實驗不能完成的任務(wù)。對于一些高危險性實驗、涉及高精密儀器的實驗或?qū)嶒瀳龅睾蛯嶒灢牧先狈Φ惹闆r下，學(xué)生很難在真實實驗室里自由執(zhí)行開放性實驗計劃。應(yīng)用虛擬實驗室進(jìn)行虛擬實驗可完成這類任務(wù)并達(dá)到預(yù)期目的。在計算機(jī)上對虛擬實驗達(dá)到熟練后再進(jìn)入實驗室進(jìn)行真實操作就會輕車熟路，大大增加現(xiàn)實實驗的操作熟練度和速度。因此，虛擬和現(xiàn)實實驗相結(jié)合會起到事半功倍的作用。而且可以讓學(xué)生接觸和掌握更多、更新、更好的儀器。可見，虛擬實驗室能夠彌補(bǔ)現(xiàn)實實驗室的不足，發(fā)揮現(xiàn)實實驗室的作用。

在教學(xué)過程中構(gòu)建虛擬實訓(xùn)環(huán)境

結(jié)合虛擬現(xiàn)實的工學(xué)結(jié)合教學(xué)主要分三個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。

創(chuàng)建虛擬環(huán)境 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要有桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。其中，沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是最能模擬真實環(huán)境的系統(tǒng)，其主要構(gòu)成如圖1所示。在沉浸式虛擬現(xiàn)實硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，配以專門開發(fā)的虛擬軟件就能生成逼真的三維工作環(huán)境。

工作情景項目設(shè)計 在工學(xué)結(jié)合中，工作情景項目的設(shè)計至關(guān)重要，關(guān)系著學(xué)生能力的提升。要將項目與虛擬工作環(huán)境結(jié)合起來。另外，在設(shè)計項目的時候要考慮好成績的評定方法。

教學(xué)實施 基于虛擬現(xiàn)實環(huán)境的教學(xué)對教師的要求較高，需要教師能較好地理解教學(xué)內(nèi)容，把握教學(xué)過程。教師應(yīng)能啟發(fā)、引導(dǎo)并組織學(xué)生在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中學(xué)習(xí)和自我探索。教學(xué)基本流程如圖2所示。

在工學(xué)結(jié)合教學(xué)中應(yīng)用虛擬

現(xiàn)實技術(shù)需要注意的問題

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立的虛擬實訓(xùn)基地需與實體實訓(xùn)基地結(jié)合起來 虛擬實訓(xùn)基地雖然能給學(xué)生創(chuàng)建身臨其境的工作環(huán)境，但是不能從根本上完全代替實體實訓(xùn)基地達(dá)到培養(yǎng)和提高學(xué)生實踐能力的功能。因此，教學(xué)必須與實體實訓(xùn)基地結(jié)合起來，相互促進(jìn)、共同作用，以增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力。

將虛擬實訓(xùn)基地應(yīng)用于工學(xué)結(jié)合教學(xué)中必須先提高教師的能力 （1）要求教師具有豐富的生活經(jīng)驗，掌握較多科普和生活常識，在空間、時間和材料安排方面有判斷力，能創(chuàng)造良好的物質(zhì)環(huán)境和學(xué)習(xí)氛圍。（2）尊重學(xué)生，不將個人觀點(diǎn)強(qiáng)加給學(xué)生，耐心且具有良好的傾聽技能，具有提升學(xué)生自信心的能力。（3）能靈活變換活動程序或方法，善于采納合理化建議，能隨時、及時地幫助學(xué)生從問題或“沖突”的具體情境中解脫出來，不墨守成規(guī)。

實施案例

我校原《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程進(jìn)行工學(xué)結(jié)合課程改革后調(diào)整為《典型機(jī)構(gòu)及產(chǎn)品設(shè)計》。該課程是服裝機(jī)械及其自動化等機(jī)電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，處于至關(guān)重要的地位。課程在實施過程中需要大量機(jī)構(gòu)模型和產(chǎn)品模型，需要投入大量資金來支撐。而應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能減少投入，又能增加對學(xué)生的訓(xùn)練。

在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的時候，首先針對課程需要構(gòu)建虛擬實驗室——機(jī)構(gòu)創(chuàng)新平臺。該平臺在沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)里面實施，使學(xué)生在逼真的三維模擬環(huán)境中進(jìn)行機(jī)構(gòu)及產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練。平臺結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根據(jù)所創(chuàng)建的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新平臺，《典型機(jī)構(gòu)及產(chǎn)品設(shè)計》課程設(shè)置了三個學(xué)習(xí)情境，分別為縫紉機(jī)典型機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計、圓柱齒輪減速器設(shè)計和塔式起重機(jī)力學(xué)模型分析與設(shè)計。在這三個學(xué)習(xí)情境的實施過程中，學(xué)生都需借助機(jī)構(gòu)創(chuàng)新平臺，在創(chuàng)新平臺里面進(jìn)行機(jī)構(gòu)的搭建。

工學(xué)結(jié)合教學(xué)模式更利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，然而該模式所需的大量實訓(xùn)資源是其“瓶頸”。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有耗資少、配置靈活、交互能力強(qiáng)、仿真程度高等優(yōu)點(diǎn)，對促進(jìn)工學(xué)結(jié)合教學(xué)模式改革具有重要作用。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛躍發(fā)展，虛擬實訓(xùn)基地將成為高職院校專業(yè)實訓(xùn)場所的主要形式。

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篇7

關(guān)鍵詞:石油勘探技術(shù)；虛擬技術(shù)；勘探

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钜约肮I(yè)生產(chǎn)已經(jīng)離不開石油這一傳統(tǒng)能源。但是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快了對能源

的需求，必須通過對新的石油儲備油田進(jìn)行勘探來解決能源的短缺。我國地大物博石油能源儲備較為豐富，但是由于傳統(tǒng)勘探技術(shù)限制了石油的勘探與開發(fā)，使得我國一直處在能源短缺的邊緣。新的勘探技術(shù)的出現(xiàn)徹底解決了一現(xiàn)狀。虛擬勘探技術(shù)的應(yīng)用為我國石油勘探帶來新的發(fā)展契機(jī)，其將是解決我國能源短缺的又一重要方法。

1.虛擬勘探技術(shù)簡述

虛擬技術(shù)在石油勘探中的應(yīng)用主要是通過虛擬顯示技術(shù)將理想的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對石油儲層進(jìn)行建模分析、對鉆井軌跡進(jìn)行設(shè)計等。其主要是通過可視化軟件、以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)將石油勘探形成數(shù)字化、一體化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、協(xié)同化的石油開發(fā)平臺。減少傳統(tǒng)石油勘探的弊端、加快對隱藏性石油儲備資源的勘探與開發(fā)，解決世界能源短缺的局面。其是計算機(jī)信息化技術(shù)在石油勘探領(lǐng)域應(yīng)用的最佳案例。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在石油勘探領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可視化實現(xiàn)

在地震解釋、建造三維油藏模型與模擬循環(huán)和復(fù)雜井眼設(shè)計等常規(guī)工作中，虛擬現(xiàn)實（vr）技術(shù)的使用不僅能夠提高工作效率，同時也加強(qiáng)了工作質(zhì)量。大型可視化虛擬現(xiàn)實技術(shù)采用大屏幕可視化環(huán)境和計算機(jī)輔助可視化環(huán)境等兩種vr可視化系統(tǒng)，將石油勘探中理論數(shù)據(jù)通過圖形與建模、三維動態(tài)模擬圖形等形式表現(xiàn)出來。其圖像采用三個投影儀和一個平面、柱面或球面大屏幕顯示，屏幕的形狀和大小決定著浸入的程度，屏幕越大覆蓋用戶的視野越大，浸入的程度越高；用戶接口采用標(biāo)準(zhǔn)工作站系統(tǒng)，用戶可以用常規(guī)手段運(yùn)行程序；些簡單系統(tǒng)可以運(yùn)行不做修改的原工作站程序，另一些復(fù)雜的系統(tǒng)需要運(yùn)行特殊的運(yùn)行軟件。并且采用全封閉的顯示方式實現(xiàn)了全浸入的效果，并使用體視顯示方法，加深了現(xiàn)實效果的模擬性；采用頭盔指示方式和手持傳感器使用戶與虛擬目標(biāo)密切接觸；可以更好地觀察和了解三維數(shù)據(jù)體和模型，且具有多人共享虛擬可視化目標(biāo)的能力，因而能夠提高多學(xué)科工作組的工作效率，有利于快速、準(zhǔn)確地制定勘探?jīng)Q策。

2.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在石油勘探領(lǐng)域應(yīng)用所具有的特點(diǎn)分析

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為服務(wù)于油氣勘探開發(fā)的有效技術(shù)手段正廣泛應(yīng)用于國際石油工業(yè)界。其突出優(yōu)勢在于是一種全沉浸式大場景、多數(shù)據(jù)類型一體化的顯示環(huán)境,是一個多學(xué)科協(xié)同式的、全新的工作方式和工作流程。其發(fā)展趨勢為:系統(tǒng)平臺規(guī)模正向“小型化”和“大型化”兩個方向發(fā)展,分布式虛擬現(xiàn)實(dvr)系統(tǒng)正伴隨網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展逐漸被采納,通過對地表露頭的地質(zhì)信息采集而形成與真實地層相同顯示效果的立體地質(zhì)圖像,其觸覺、味覺和聽覺等多維感知信號正逐步被加入。

2.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在隱蔽性石油儲層勘探的應(yīng)用分析

巖土物理研究作為隱蔽性石油儲備勘探的主要研究方向，虛擬現(xiàn)實技術(shù)對其研究有著重要的推動作用。隨著油氣勘探開發(fā)面臨的地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的地震采集、處理、解釋技術(shù)已經(jīng)不能滿足實際應(yīng)用的需要，特別是對地震數(shù)據(jù)的分析已經(jīng)從單純的構(gòu)造解釋發(fā)展到預(yù)測巖性、孔隙度、飽和度等儲層參數(shù)，并要求為開采監(jiān)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。針對此種情況，虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過綜合應(yīng)用高精度三維地震、多分量地震、井中地震以及時延地震等技術(shù)的綜合，從構(gòu)造、巖性、物性以及流體性質(zhì)等方面，對油藏進(jìn)行全方位預(yù)測和解釋，得到一個三維立體的油藏模型，并對油氣的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測，從而使制定的開發(fā)方案更為合理，開采效率也相應(yīng)提高。通過結(jié)合巖石物性測試分析成果，針對地震資料解釋和反演中從已知井資料的認(rèn)識向未知區(qū)域橫向預(yù)測具有一定盲目性的不足，提出一種與常規(guī)地震儲層預(yù)測不同的方法技術(shù)。該方法技術(shù)綜合巖心物性參數(shù)和巖石物理模擬，以正演結(jié)果指導(dǎo)油氣層地震響應(yīng)特征研究，進(jìn)行儲層預(yù)測，即以實際測井和巖心物性參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行虛擬井分析，通過合成地震記錄，分析巖石物性變化引起的地震響應(yīng)變化，建立更符合實際地質(zhì)特征的儲層地質(zhì)模型，優(yōu)選地震屬性，用自組織映射對地震屬性進(jìn)行分類，最后用實際地震資料進(jìn)行儲層預(yù)測來驗證其確定性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)對巖土物理研究的作用將地址勘探基礎(chǔ)理論與模型試驗技術(shù)等綜合，加快了我國石化探區(qū)油氣地質(zhì)勘探，同時也對我國由于油氣開采后的地質(zhì)恢復(fù)起到了一定的參考作用。

3.我國石油勘探的發(fā)展——全國性石油地質(zhì)虛擬實驗室的建立

我國已經(jīng)在2003年12月建立我國首個石油勘探多學(xué)科協(xié)同決策—虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)實驗室，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是集成了計算機(jī)圖形學(xué)、高性能計算技術(shù)、人體工程學(xué)、系統(tǒng)論、信息論等眾多前沿學(xué)科的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實中心的建設(shè)是一項復(fù)雜程度極高的系統(tǒng)工程，它把計算機(jī)系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、交互系統(tǒng)、投影系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等有機(jī)地融合在一起，為解決勘探開發(fā)難題、提高決策效率和決策的科學(xué)性創(chuàng)造了一個和諧的、高精度的多學(xué)科協(xié)同工作環(huán)境。

虛擬實驗室的建立需要投入較多的資金，因此對于建立后的實驗室的利用是投入的回報的最終體現(xiàn)。因此加開投入后的實驗室利用是目前我國虛擬技術(shù)應(yīng)用的管關(guān)鍵。要圍繞這個系統(tǒng)開展一系列的深入的研究工作，同時也要對這一系統(tǒng)進(jìn)行不斷的開發(fā)和完善。加快我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)投入與應(yīng)用，是我國目前石油勘探領(lǐng)域工作的重點(diǎn)。其中應(yīng)用是重中之重，只有將已經(jīng)投入使用的設(shè)備充分發(fā)揮才能充分體現(xiàn)新技術(shù)投入的回報，才能加快各企業(yè)對于新技術(shù)應(yīng)用的積極性。

結(jié)論

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，為我國的石油勘探帶來的新的機(jī)會。但是，石油勘探企業(yè)也必須認(rèn)識到，技術(shù)的應(yīng)用需要人才的應(yīng)用才能將新技術(shù)的優(yōu)勢發(fā)揮出來。因此，在我國已經(jīng)建立的虛擬實驗室基礎(chǔ)上加快人才引進(jìn)與培養(yǎng)，加快投入系統(tǒng)的利用，為我國現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)能源供應(yīng)提供更多穩(wěn)定的油田是目前我國石油勘探企業(yè)的重要任務(wù)。

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篇8

關(guān)鍵詞：數(shù)字校園 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0033-01

隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜場景的虛擬漫游已成為可能。數(shù)字校園是基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、計算機(jī)圖形學(xué)等高新技術(shù)，將校園地理空間信息和其屬性信息相結(jié)合，構(gòu)建一個逼真、具有視覺、聽覺、觸覺的虛擬校園景觀，用戶可以利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問這個全新的校園景觀，通過終端計算機(jī)在虛擬校園中漫游，而且可以進(jìn)行查詢、分析、評價等操作，使用戶足不出戶也可以有身臨其境的感覺。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念和特性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR）是一種由計算機(jī)全部或部分生成多種感覺環(huán)境，給參與者提供各種感官信息，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺，以便更好地體驗、接受和認(rèn)識客觀事物的技術(shù)，它可分為沉浸式和非沉浸式兩種。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的場景建模的研究

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)“虛擬場景” 中，三維場景建模是一項很重要的工作，場景建模實際上就是對實體對象按“虛擬場景”的呈現(xiàn)、可視化、漫游等要求，對其對等實體大量相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、組織和存儲供其使用的過程。主要通過場景總平面圖、 地形圖、樓建筑圖紙及功能區(qū)域的航拍圖、衛(wèi)星遙感圖來獲得數(shù)字化地圖數(shù)據(jù)。場景總平面圖通常以AutoCAD格式存儲，在處理中盡量簡化多余的層面只保留對建模有用的層、面、體處理過的數(shù)據(jù)；紋理對于增加虛擬場景的真實感有至關(guān)重要的作用， 紋理數(shù)據(jù)是指來自實地拍攝的數(shù)碼照片和用于地表物體的紋理及簡單映射幾何模型的紋理數(shù)據(jù)庫等。

基于實景的虛擬現(xiàn)實場景的生成過程具體包括實景獲取，用第三方軟件建模，場景材質(zhì)設(shè)置和真實感貼圖，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)初始化，模型對象化導(dǎo)入與實時呈現(xiàn)等5個方面。

首先要對室外實景進(jìn)行建模，對于室外模型，要反映現(xiàn)實中的上海工程技術(shù)大學(xué)，所以對其進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。首先精確地采集了上海工程技術(shù)大學(xué)的建筑數(shù)據(jù)，從學(xué)校相關(guān)部門找其相關(guān)的平面結(jié)構(gòu)圖。然后對實景進(jìn)行數(shù)碼拍照，拍照要從不同的角度，力求反映物體的各個細(xì)節(jié)。

為了提高整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率，可以采用多層次細(xì)節(jié)模型（Level Of Detail LOD） 機(jī)制。通過采用這種機(jī)制，為每個物體手工建立繁、簡不同的模型，在遠(yuǎn)距離觀察時就用相對簡單的模型，而當(dāng)近距離觀察時則使用相對復(fù)雜的模型，這樣做可以有效地達(dá)到系統(tǒng)的逼真性和速度之間的均衡。

3 虛擬現(xiàn)實建模中的圖像貼圖

程序貼圖雖然具有能導(dǎo)致計算機(jī)生成人工化的痕跡的缺點(diǎn)，但同時這類貼圖卻又具有占用內(nèi)存較少的優(yōu)點(diǎn)，因而它在Maya的內(nèi)部被大量使用，并通過一種數(shù)學(xué)機(jī)制進(jìn)行運(yùn)算。程序貼圖可分二維程序紋理和三維程序紋理兩大類，但使用二維程序紋理，就必須要創(chuàng)建UV坐標(biāo)，或者也可進(jìn)行投影貼圖，而使用三維程序紋理的話，則因為貼圖過程是根據(jù)貼圖在三維空間的位置自動進(jìn)行計算的，所以不需要創(chuàng)建UV坐標(biāo)。

圖像貼圖分為顏色貼圖和凹凸貼圖，具有外觀逼真，但占用內(nèi)存較多的特點(diǎn)，特別是當(dāng)涉及圖片數(shù)量過多時，整個過程則變得極為繁瑣、麻煩，而且特別容易出錯，在筆者做的校園中，就涉及到數(shù)量相當(dāng)多的路燈、數(shù)木、草坪等等。

4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展趨勢

虛擬環(huán)境的建立是VR技術(shù)的核心內(nèi)容，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

三維圖形的生成技術(shù)已比較成熟，而關(guān)鍵是如何“實時生成”，在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下，如何提高刷新頻率將是今后重要的研究內(nèi)容。此外，VR還依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的虛擬設(shè)備還不能滿足系統(tǒng)的需要，有必要開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)人能夠自由地與虛擬世界中的對象進(jìn)行交互，猶如身臨其境，結(jié)合各種感應(yīng)設(shè)備進(jìn)行全新感官的體驗設(shè)計應(yīng)是虛擬現(xiàn)實未來研究的重要方向。

5 結(jié)語

本文通過對虛擬環(huán)境下場景制作技法的研究，詳細(xì)說明了虛擬場景的構(gòu)造過程，實現(xiàn)了現(xiàn)實場景的虛擬漫游。

通過上海工程技術(shù)大學(xué)實景制作來闡述虛擬現(xiàn)實場景的生成過程及其相關(guān)注意事項，例如通過合理建模減小復(fù)雜度，通過真實感貼圖來增強(qiáng)逼真度，通過模型導(dǎo)入的對象化來實現(xiàn)對虛擬物體的控制，最終在逼真性、實時性和可控性方面都達(dá)到了較好的效果。

參考文獻(xiàn)

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[4] Isabelle V，Olivier W.，Angeline S.，et a1.High sensitivity to multisensory conflicts inagoraphobia exhibited by virtual reality[J].European Psychiatry，2006：501-508.

篇9

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實 旅游 虛擬旅游

虛擬現(xiàn)實( Virtual Reality, VR) 是一種由計算機(jī)和電子技術(shù)創(chuàng)造的新世界, 是一個看似真實的模擬環(huán)境, 通過多種傳感設(shè)備, 用戶可根據(jù)自身的感覺, 使用人的自然技能對虛擬世界中的物體進(jìn)行考察或操作,參與其中的事件; 同時提供視、聽、摸等直觀而又自然的實時感知, 并使參與者“ 沉浸”于模擬環(huán)境中。模擬環(huán)境, 可以是某一特定現(xiàn)實世界的真實實現(xiàn), 也可以是完全虛擬構(gòu)想的世界。

一、問題的提出

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在近年來在各行業(yè)運(yùn)用廣泛，如在城市規(guī)劃、室內(nèi)設(shè)計、文物保護(hù)、交通、房地產(chǎn)、游戲、軍事、家電、地理、教育、工業(yè)、視頻等方面都得到了很好的應(yīng)用，依托于虛擬現(xiàn)實技術(shù)和信息技術(shù)發(fā)展起來的虛擬旅游，是旅游業(yè)的一次科技革命，目前主要應(yīng)用于旅游景區(qū)、飯店及會展的營銷。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)與高度發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)相結(jié)合，將會最大限度的接近旅游者與旅游目的地之間的距離，進(jìn)而推動旅游業(yè)的快速發(fā)展。

二、結(jié)合國內(nèi)虛擬旅游現(xiàn)狀進(jìn)行分析

當(dāng)前虛擬現(xiàn)實技術(shù)與旅游業(yè)的結(jié)合主要在于其旅游目的地的宣傳營銷，形式上目前則有兩種：一是利用計算機(jī)圖形技術(shù)，對真實環(huán)境進(jìn)行抽象從而建立三維立體交互世界的虛擬旅游，實時漫游過程中可以根據(jù)觀者的位置、光照等信息由計算機(jī)自動繪制相應(yīng)的視景。二是采用基于實景圖像的虛擬信息空間，利用照相機(jī)采集的離散圖像或攝像機(jī)采集的連續(xù)視頻作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像處理生成全景圖像，并對其進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)，建立起具有空間操縱能力的虛擬環(huán)境。例如，北京故宮利用采集到的文物和古建筑的圖像以及視頻等作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成全景圖像，建立的數(shù)字故宮的虛擬漫游系統(tǒng)。

1.全景圖虛擬現(xiàn)實技術(shù)案例分析

本文通過google、baidu兩個比較權(quán)威的搜索引擎進(jìn)行搜索，選取國內(nèi)比較常見的虛擬旅游網(wǎng)站360度虛擬實景旅游網(wǎng)(臺灣繁體)、中國全景、風(fēng)暴全景對當(dāng)前我國旅游對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用。對虛擬技術(shù)在旅游方面的應(yīng)用進(jìn)行分析。

表1 在旅游中利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的網(wǎng)站對比分析

通過表1，我們可以看到以下幾點(diǎn)：

（1）以360度虛擬旅游網(wǎng)為代表的臺灣網(wǎng)站更注重全方位旅游信息的提供，而大陸虛擬旅游網(wǎng)則多停留在嘩眾取寵的形式上面，網(wǎng)站服務(wù)不夠細(xì)化。臺灣虛擬旅游網(wǎng)站比較注重旅游信息的提供，除了提供景點(diǎn)360度全景圖之外，其提供的信息還涉及到旅游地概況、各級行政地圖及GPS坐標(biāo)、旅游地交通、景點(diǎn)的住宿、餐飲。而大陸虛擬旅游網(wǎng)站所提供的旅游信息則相對較少，其在功能上卻呈多樣化，如中國全景網(wǎng)站除了總的行政地圖及景點(diǎn)全景圖之外，還提供有俯瞰式三維虛擬瀏覽地圖，這在一定程度上與google earth的功能相似。而風(fēng)暴全景網(wǎng)則提供除景點(diǎn)全景圖、俯瞰式三維虛擬瀏覽地圖之外的遙感技術(shù)、實時監(jiān)控視頻，讓游客在千里之外就可以看到景點(diǎn)實時圖像，過了一把魔鏡癮。但大陸網(wǎng)站所提供的信息則明顯不如360度虛擬旅游網(wǎng)，關(guān)于目的地詳細(xì)的出行信息都不全面，風(fēng)暴全景甚至沒有對網(wǎng)站內(nèi)全景景點(diǎn)進(jìn)行分類，這給網(wǎng)站用戶的信息檢索帶了很大的不便。

（2）以360度虛擬旅游網(wǎng)為代表的臺灣網(wǎng)站提供中英雙語的信息服務(wù)，而大陸兩個虛擬旅游網(wǎng)站都僅提供漢語一種語言的提供，這說明了網(wǎng)站創(chuàng)建的理念上的差異，即360度虛擬旅游網(wǎng)面向全世界的旅游者，有更為廣泛的宣傳效果，而大陸兩網(wǎng)站則顯得有些視野狹窄，僅僅注意到了國內(nèi)的旅游者。其實這種情況的發(fā)生也是與我國現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展及旅游業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀所決定的。

（3）以360度虛擬旅游網(wǎng)為代表的臺灣虛擬旅游網(wǎng)站由于提供信息及景點(diǎn)按地區(qū)分類的全面性，使得旅游者通過這一個網(wǎng)站就可以獲知足夠的出游信息，并且通過全面詳細(xì)的全景圖提供，更能使網(wǎng)站用戶產(chǎn)生一種“沉浸”感，更加具有一種神游大地的感覺。而大陸網(wǎng)站則由于某些細(xì)節(jié)信息的缺失，讓人不能很好的沉浸其中，從而影響到用戶的使用體驗。

（4）通過以上對比，我們可以發(fā)現(xiàn)，不論是大陸還是臺灣虛擬旅游網(wǎng)站，廣告在頁面中都占據(jù)大量的面積，這就說明了網(wǎng)站經(jīng)營來源的單一性，網(wǎng)站中存在廣告無可厚非，但過量的廣告則會提供過量的信息，讓網(wǎng)站用戶無可適從，最終影響到用戶獲取有用信息。同時，大量的雜亂無章的廣告對頁面的美觀也產(chǎn)生了很大的影響，影響用戶的使用網(wǎng)站的心情，進(jìn)而影響到點(diǎn)擊率，最終仍將會導(dǎo)致廣告收入的減少，因此控制一定量的頁面廣告變得十分的重要。

2.三維立體虛擬現(xiàn)實世界

雖然目的國內(nèi)外網(wǎng)站應(yīng)用較多的是全景圖的形式，但這種形式的虛擬旅游仍處于較為初級的階段，并不能達(dá)到很好的互動效果，更不論通過多種傳感設(shè)備, 用戶可根據(jù)自身的感覺, 使用人的自然技能對虛擬世界中的物體進(jìn)行考察或操作,參與其中的事件; 同時提供視、聽、摸等直觀而又自然的實時感知。在現(xiàn)階段，要想廣泛的實現(xiàn)這種實時感知的虛擬旅游還有很長的路要走，這取決于未來服務(wù)器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸速度及信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

目前三維建模及三維動畫技術(shù)制作的虛擬旅游由于開發(fā)成本的高昂，利潤回收的不明顯，開發(fā)的難度較大，且具有明顯的外部性，一般由政府出資，企業(yè)進(jìn)行開發(fā)，因此這種形式的虛擬旅游未能在虛擬旅游中形成一種趨勢。

三、結(jié)論與對策

通過以上分析，我們可以發(fā)現(xiàn)真正意義上的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在旅游中的廣泛應(yīng)用在近期內(nèi)還是不可能的，在很長的一段時間內(nèi)，虛擬旅游還將會信賴比較傳統(tǒng)的低層次的技術(shù)手段，比如全景圖，不甚清晰的衛(wèi)星俯瞰圖等。但是不論是在內(nèi)容上，還是在形式上，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬旅游都正在發(fā)生著飛速的變化。而未來網(wǎng)絡(luò)共享的虛擬旅游發(fā)展的趨勢也將會體現(xiàn)在如下幾個方面：在內(nèi)容上，將會提供更為豐富的信息，以便旅游者出游提供全方位參考；在信息分類上，更加的有條理，利于信息的查找與檢索；在表現(xiàn)形式上，虛擬旅游會隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展從形式上采取更先進(jìn)的技術(shù)；在普及程度上，虛擬旅游會從少數(shù)人的關(guān)注中走出來，進(jìn)而成為人們旅游決策的最佳工具或者成為不便出行的人們的一種替代產(chǎn)品；在網(wǎng)站制作方面，應(yīng)更加的人性化，廣告的設(shè)計應(yīng)在不影響用戶獲取有用信息的基礎(chǔ)之上，應(yīng)更好的融入頁面的整體設(shè)計中去，體現(xiàn)出一種整體的美感；在普及范圍上，應(yīng)盡早的改變觀念，面向國際化，提供雙語甚至多語的信息服務(wù)，才能最大限度的做到最佳的宣傳效果。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

在國內(nèi)，AR技術(shù)大多以項目方式運(yùn)用的，目前還沒有屬于國人的軟件平臺。2013年上半年，中視典數(shù)字科技有限公司（以下簡稱中視典）將推出首款自主AR軟件平臺，其強(qiáng)大的功能以及普通老百姓都能用得起的價格，這能將成為中國AR行業(yè)的下一個引爆點(diǎn)嗎？期待一款開放的中國AR軟件

記者：多年來，AR行業(yè)都是應(yīng)用國外的技術(shù)，因為壟斷和較高的研發(fā)成本，使得AR的制作和使用價位很高。中國的AR行業(yè)如果不想被牽著鼻子走，該如何操作和努力？

囊元：目前，雖然在國外AR比較流行，然而國內(nèi)熟悉AR的人并不多，在國內(nèi)要普及這個概念還要一段時間。在中國AR市場上，目前以國外技術(shù)為主，存在成本比較高、使用受到限制、技術(shù)支持不及時、語言障礙等問題。

中國AR行業(yè)的崛起需要中國人自己的努力，中視典作為中國圖形圖像技術(shù)的專家，有責(zé)任帶領(lǐng)中國企業(yè)走出尷尬境地，走向世界的大舞臺。2013年上半年，中視典將推出首款自主研發(fā)的AR軟件，這款軟件既符合中國人的思維習(xí)慣，使用價格也能為人們所接受，同時將會填補(bǔ)中國AR軟件平臺的空白，而且是根據(jù)中國市場的需求量身定制了很多功能，技術(shù)上完全可以和國外公司媲美，這款軟件的出現(xiàn)，將會大大提升中國AR的國際競爭力。針對中國人的使用習(xí)慣進(jìn)行開發(fā)，全部以圖形化的界面，友好的操作模式，無需編程適合美工。比如，對于一家廣告?zhèn)髅焦荆绻鲆粓鯝R活動，有了這款軟件，做好策劃和美工就可以了，完全不需要程序員的參與。

記者：這是中國AR行業(yè)研發(fā)的第一款A(yù)R軟件嗎？

袁元：是的，這是中國第一款A(yù)R軟件。說起這款A(yù)R軟件，就不得不提中視典的下一代開放虛擬現(xiàn)實平臺OpenVRP。眾所周知，中視典自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬現(xiàn)實平臺VRP是國內(nèi)市場占領(lǐng)率最高的國產(chǎn)虛擬現(xiàn)實軟件，到2011年，中視典的正版VRP用戶已經(jīng)突破10萬。使用VRP做出的成功案例也非常多，例如，早在2002年，就推出了國內(nèi)第一個數(shù)字地球原型系統(tǒng)；2006年，VRP被列入高中實驗教材；2008年，第29屆奧運(yùn)會全景數(shù)字仿真、安防、交通流量模擬；2010年，上海世博會虛擬展館；工業(yè)上重型機(jī)械的仿真案例更是數(shù)不勝數(shù)：……這些都說明了VRP是—款非常成功的國產(chǎn)虛擬現(xiàn)實軟件。作為中國VR行業(yè)的領(lǐng)航者，中視典將會把自己的軟件技術(shù)分享給社會，將會把VRP的接口開放出來，甚至部分源代碼也會逐漸開放，大家可以免費(fèi)試用，我們稱之為OpenVRP，開放的虛擬現(xiàn)實平臺。中視典的AR軟件平臺，將以O(shè)penVRP作為基礎(chǔ)，大大降低成本，中視典AR軟件平臺的用戶也是受益者。

記者：OpenVRP是一個開放的平臺，大家如果免費(fèi)使用，你們怎么賺錢呢？

袁元：OpenVRP就類似于著名的圖形渲染引擎OpenGL，中視典并沒有打算通過OpenVRP掙錢，與之相反，中視典將會為這個開放的虛擬現(xiàn)實平臺投入大量資金。現(xiàn)在國內(nèi)的虛擬現(xiàn)實行業(yè)企業(yè)大家各自為戰(zhàn)，甚至很多企業(yè)還需要花很大成本去采購國外的虛擬現(xiàn)實軟件，大家需要一個開放的平臺，在這個平臺上大家可以形成合力提升中國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)在世界舞臺中的競爭力，這是一個對整個社會有益的事情，值得去做。我們希望更多的軟件工程師、圖形圖像專家、學(xué)校師生、公司等能夠加入到這個平臺，大家可以一起來開發(fā)，可以提出改進(jìn)意見，提出新的功能需求等等。建立好了這個平臺，就構(gòu)建了一個和諧的生態(tài)系統(tǒng)，規(guī)范了行業(yè)，發(fā)展就會更好。

突破瓶頸需要時間和努力

記者：目前，了解^R的人并不多，中國媒體關(guān)注AR也不多，那你認(rèn)為AR在國內(nèi)的發(fā)展遇到了怎樣的困難和瓶頸呢？

袁元：AR在中國剛剛起步，它是一個新鮮玩意，其前途被廣泛看好，說到瓶頸，首先面臨的困難是對AR概念的普及，就是讓大家了解什么是AR。目前國內(nèi)很多人都不知道AR的概念，我們要花很長的時間去給客戶解釋，相對來說，北上廣深的人可能更容易接受這個新事物，而且使用AR技術(shù)的成本也很高，所以要真正普及還需要一段時間，推廣AR需要政府、企業(yè)、學(xué)校以及整個社會的—起努力。

第二個困難，就是AR人才的匱乏。AR企業(yè)需要三種人才——創(chuàng)意策劃人員、圖形圖像開發(fā)專家和美工創(chuàng)作人員，因為AR是一個綜合性表現(xiàn)，缺少任何一種人才，或者人才素質(zhì)不達(dá)標(biāo)，最后呈現(xiàn)給用戶的AR案例都是不完美的。特別是圖形圖像開發(fā)的軟件工程師要趕上國外水平，需要一段時間。中視典作為中國的圖形圖像專家，有很多世界級頂尖的圖形圖像專家，比如中視典首席科學(xué)家陳彥云博士就有多篇論文被全世界的圖形圖像頂級會議SlGGRAPH接受發(fā)表并在大會上做報告，中視典一直在和高校以及研究所合作，建立聯(lián)合實驗室，努力培養(yǎng)國內(nèi)優(yōu)秀的圖形圖像開發(fā)工程師。

記者：要突破瓶頸，作為中國國內(nèi)起步較早、研發(fā)實力強(qiáng)的AR公司，你們會有什么樣的對策呢？

袁元：突破這些瓶頸需要時間，更需要AR行業(yè)進(jìn)行長期的努力。面臨這些困難，中視典積極應(yīng)對。首先，我們會加大對AR的宣傳力度，利用各個平臺宣傳AR；同時，我們會組織一些高水品的會議、沙龍，創(chuàng)造交流和展示的平臺，讓更多的人有渠道了解中國的AR。進(jìn)入校園也是推廣和宣傳的計劃之一，中視典將會在高校里面做免費(fèi)的講座，以此來普及AR的認(rèn)知和技術(shù)，將來大學(xué)生走出社會就有可能會用到這個技術(shù)。中視典也一直在努力尋找和培養(yǎng)中國的AR人才，給他們提供優(yōu)厚的待遇和廣闊的發(fā)展舞臺。