关键词：虚拟现实；研究现况；发展趋势
中图分类号：f061.3 文献标识码：a 文章编号：1672-3198(2009)02-0279-02
1 虚拟现实
虚拟现实(virtual reality，简称vr)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”(artifi- cial reality)、“遥在”(telepresence)、“虚拟环境”(virtual environment)、“赛博空间”(cyberspace)等等。
2 国外虚拟现实技术研究现状
计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。
2.1 vr技术在美国的研究现状
美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。
上世纪80年代，美国宇航局(nasa)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”(vpe)的实验计划。现nasa已经建立了航空、卫星维护vr训练系统，空间站vr训练系统，并已经建立了可供全国使用的vr教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行vr研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在vr领域主要从事利用vrt建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于vr使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。
图形图像处理技术和传感器技术是以上vr项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。
2.2 vr技术在欧洲的研究现状
在欧洲，英国在vr开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国bristol公司发现，vr应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国arrl公司关于远地呈现的研究实验，主要包括vr重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。
欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了vr的研究与应用。
瑞典的dive分布式虚拟交互环境，是一个基于unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。
荷兰海牙tno研究所的物理电子实验室(tno- pel)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。
德国在vr的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。
2008年10月27-29日在法国举行的acm symposi- um on virtual reality software and technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。
2.3 vr技术在日本的研究现状
日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模vr知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。
在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为spmar nec公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理cad中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。
3 国内虚拟现实技术研究现状
在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用vr，建立虚拟环境!虚拟场景模型分布式vr系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。
北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行vr研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法。
清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了quicktime技术，实现大全景vr制；浙江大学cad＆cg国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。
4 虚拟现实技术的发展趋势
随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面应用的不断深入，在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面，对虚拟现实技术都提出来更高的需求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实相关技术研究遵循“低成本、高性能”原则取得了快速发展，表现出一些新的特点和发展趋势。主要表现在以下方面：
(1)动态环境建模技术。
虚拟环境的建立是vr技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。
(2)实时三维图形生成和显示技术。
三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，vr还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。
(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。
虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感，但在实际应用中，它们的效果并不好，并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式，会有效地提高虚拟现实的交互性效果。
(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。
网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象(实体)之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前，分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点，相继推出了相关标准，在国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要额网络平台和软硬件基础环境。
5 结语
关键词：虚拟现实；研究现况；发展趋势
中图分类号：F061.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3198(2009)02-0279-02
1 虚拟现实
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”(Artifi- cial Reality)、“遥在”(Telepresence)、“虚拟环境”(Virtual Environment)、“赛博空间”(Cyberspace)等等。
2 国外虚拟现实技术研究现状
计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。
2.1 VR技术在美国的研究现状
美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。
上世纪80年代，美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局Ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”(VPE)的实验计划。现NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行VR研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在VR领域主要从事利用VRT建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于VR使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。
图形图像处理技术和传感器技术是以上VR项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。
2.2 VR技术在欧洲的研究现状
在欧洲，英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国Bristol公司发现，VR应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国ARRL公司关于远地呈现的研究实验，主要包括VR重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。
欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了VR的研究与应用。
瑞典的DIVE分布式虚拟交互环境，是一个基于Unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。
荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室(TNO- PEL)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。
德国在VR的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。
2008年10月27-29日在法国举行的ACM Symposi- um on Virtual Reality Software and Technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。
2.3 VR技术在日本的研究现状
日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。
在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SpmAR NEC公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理CAD中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、Y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。
3 国内虚拟现实技术研究现状
在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR，建立虚拟环境!虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。
北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及
实现方法。
清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR制；浙江大学CAD＆CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。
4 虚拟现实技术的发展趋势
随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面应用的不断深入，在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面，对虚拟现实技术都提出来更高的需求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实相关技术研究遵循“低成本、高性能”原则取得了快速发展，表现出一些新的特点和发展趋势。主要表现在以下方面：
(1)动态环境建模技术。
虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。
(2)实时三维图形生成和显示技术。
三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。
(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。
虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感，但在实际应用中，它们的效果并不好，并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式，会有效地提高虚拟现实的交互性效果。
(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。
网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象(实体)之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前，分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点，相继推出了相关标准，在国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要额网络平台和软硬件基础环境。
5 结语
关键词：虚拟现实；研究现况；发展趋势
中图分类号：F061.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3198(2009)02-0279-02
1 虚拟现实
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，又译为临境，灵境等。从应用上看它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。现在与虚拟现实有关的内容已经扩大到与之相关的许多方面，如“人工现实”(Artifi- cial Reality)、“遥在”(Telepresence)、“虚拟环境”(Virtual Environment)、“赛博空间”(Cyberspace)等等。
2 国外虚拟现实技术研究现状
计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，概括的国内外虚拟现实技术，它主要涉及到三个研究领域：通过计算图形方式建立实时的三维视觉效果；建立对虚拟世界的观察界面；使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。
2.1 VR技术在美国的研究现状
美国是虚拟现实技术研究的发源地，虚拟现实技术可以追溯到上世纪40年代。最初的研究应用主要集中在美国军方对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。然而，随着冷战后美国军费的削减，这些技术逐步转为民用，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。
上世纪80年代，美国宇航局(NASA)及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，美国宇航局Ames实验室致力于一个叫“虚拟行星探索”(VPE)的实验计划。现NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学的计算机系是进行VR研究最早最著名的大学。他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。施乐公司研究中心在VR领域主要从事利用VRT建立未来办公室的研究，并努力设计一项基于VR使得数据存取更容易的窗口系统。波音公司的波音777运输机采用全无纸化设计，利用所开发的虚拟现实系统将虚拟环境叠加于真实环境之上，把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，工人根据此模板控制待加工尺寸，从而简化加工过程。
图形图像处理技术和传感器技术是以上VR项目的主要技术。就目前看，空间的动态性和时间的实时性是这项技术的最主要焦点。
2.2 VR技术在欧洲的研究现状
在欧洲，英国在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面。在欧洲来说是领先的。英国Bristol公司发现，VR应用的交点应集中在整体综合技术上，他们在软件和硬件的某些领域处于领先地位。英国ARRL公司关于远地呈现的研究实验，主要包括VR重构问题。他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。
欧洲其它一些较发达的国家如：荷兰、德国、瑞典等也积极进行了VR的研究与应用。
瑞典的DIVE分布式虚拟交互环境，是一个基于Unix的，不同节点上的多个进程可以在同一世界中工作的异质分布式系统。
荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室(TNO- PEL)开发的训练和模拟系统，通过改进人机界面来改善现有模拟系统，以使用户完全介入模拟环境。
德国在VR的应用方面取得了出乎意料的成果。在改造传统产业方面，一是用于产品设计、降低成本，避免新产品开发的风险；二是产品演示，吸引客户争取定单；三是用于培训，在新生产设备投入使用前用虚拟工厂来提高工人的操作水平。
2008年10月27-29日在法国举行的ACM Symposi- um on Virtual Reality Software and Technoogy大会，整体上促进了虚拟现实技术的深入发展。转贴于
2.3 VR技术在日本的研究现状
日本的虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面作出了很大的成就。
在东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SpmAR NEC公司开发了一种虚拟现实系统，用代用手来处理CAD中的三维形体模型。通过数据手套把对模型的处理与操作者的手联系起来；日本国际工业和商业部产品科学研究院开发了一种采用x、Y记录器的受力反馈装置；东京大学的高级科学研究中心的研究重点主要集中在远程控制方面，他们最近的研究项目是可以使用户控制远程摄像系统和一个模拟人手的随动机械人手臂的主从系统；东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。他们正在开发一种虚拟全息系统，用于克服当前显示和交互作用技术的局限性；日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。
3 国内虚拟现实技术研究现状
在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，虚拟现实技术已经得到了相当的重视，引起我国各界人士的兴趣和关注，研究与应用VR，建立虚拟环境!虚拟场景模型分布式VR系统的开发正朝着深度和广度发展。国家科委国防科工委部已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果。
北京航空航天大学计算机系也是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，其虚拟实现与可视化新技术研究室集成了分布式虚拟环境，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等，并在以下方面取得进展：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法。
清华大学国家光盘工程研究中心所作的“布达拉宫”，采用了QuickTime技术，实现大全景VR制；浙江大学CAD＆CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的特定人脸图像，解决了表情的合成和唇动合成技术问题，并正在研究人说话时手势和头势的动作、语音和语调的同步等。
4 虚拟现实技术的发展趋势
随着虚拟现实技术在城市规划、军事等方面应用的不断深入，在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面，对虚拟现实技术都提出来更高的需求。为了满足这些新的需求，近年来，虚拟现实相关技术研究遵循“低成本、高性能”原则取得了快速发展，表现出一些新的特点和发展趋势。主要表现在以下方面：
(1)动态环境建模技术。
虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。
(2)实时三维图形生成和显示技术。
三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是如何“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外，VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。
(3)适人化、智能化人机交互设备的研制。
虽然头盔和数据手套等设备能够增强沉浸感，但在实际应用中，它们的效果并不好，并未达到沉浸交互的目的。采用人类最为自然的视觉、听觉、触觉和自然语言等作为交互的方式，会有效地提高虚拟现实的交互性效果。
(4)大型网络分布式虚拟现实的研究与应用。
网络虚拟现实是指多个用户在一个基于网络的计算机集合中，利用新型的人机交互设备介入计算机产生多维的、适用于用户(即适人化)应用的、相关的虚拟情景环境。分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境计算的需求外，还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的自然需求。分布式虚拟现实系统必须支持系统中多个用户、信息对象(实体)之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，是可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中。目前，分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点，相继推出了相关标准，在国家“八六三”计划的支持下，由北京航空航天大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同开发了一个分布虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要额网络平台和软硬件基础环境。
5 结语
近年来，以谷歌眼镜和“圆窗裂痕”（Oculus Rift）头戴式显示器为
>> 国外反无人机技术发展现状 虚拟/增强现实行业发展现状及趋势 视网膜眼镜增强虚拟现实 谈增强现实和虚拟现实技术在课堂教学中的应用 虚拟现实技术发展趋向浅析 增强虚拟现实技术在儿童教育中的应用 虚拟现实技术发展面临的难题与展望 影响虚拟现实技术发展的若干因素分析 VR（虚拟现实）的发展现状、反思与未来 虚拟现实技术 2011年国外卫星技术发展 虚拟世界走进现实场景：增强现实技术在身边 虚拟现实技术的国内外研究现状与发展 国外借记卡发展现状 国外中医药发展现状 国外针灸发展现状与展望 国外空空导弹发展现状 对虚拟现实发展及现状的探析 虚拟现实技术在矿业领域应用现状综述 虚拟现实技术初探 常见问题解答 当前所在位置：中国 > 科技 > 国外增强/虚拟现实技术发展现状 国外增强/虚拟现实技术发展现状 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者： 黄亮 柳吉龄 闫培新")
申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 何谓增强现实技术？
近年来，以谷歌眼镜和“圆窗裂痕”（Oculus Rift）头戴式显示器为代表的穿戴式设备吸引了公众的广泛注意。尽管尚处于开发阶段，这些产品仍旧获得了众多用户的期待。目前，各国已开始积极探索穿戴式设备在现代军事领域的应用。例如，佩戴谷歌眼镜的特种部队能够分享目标建筑环境的360°全景合成视图;又如使用“圆窗裂痕”头戴式显示器可获得无人机传来的超视距影像，可实现对无人机的远程控制及发射武器。
穿戴这类设备使人员具有“超人”能力，即能获取和处理大量信息，甚至是获得未见未知的历史事件和信息的能力。获得这种能力的技术，我们称其为增强现实技术。
那么，何谓增强现实技术？增强现实（AR：Augmented Reality）技术是一种将计算机生成的感知信息与物理现实世界进行叠加的技术，以增加现实环境的元素信息，包括声音、视频、图像和GPS数据等。
增强现实技术与介导现实（Mediated Reality）技术相关，后者主要基于计算机技术对现实景象进行修改（甚至可能是减弱，并非只有增强），前者则主要在于增强对现实的感知能力。增强现实技术中对于现实世界的增强通常是与环境相关的实时信息，例如电视播放体育赛事时的实时比分。基于先进的增强现实技术（如计算机图像和目标识别），用户周围的环境信息变得具有交互性和数字可操作性。与环境和物体相关的虚拟化信息能够叠加在真实世界之上。 增强/虚拟现实技术设备正在军事领域中得到应用 增强现实技术设备的军事应用探索
“我已经用谷歌眼镜把视频录制好了！”这句话揭示了谷歌眼镜的本质功能。
对于使用早期限量发售的探索者版谷歌眼镜的尝鲜者来说，这不仅仅是一部具有500万像素的声控视频设备，还是一台摄像机。这款智能眼镜实质上是一台内置有处理器、存储、蓝牙和小型显示屏的微型计算机，用户可以使用它浏览邮件、文本信息以及来电信息，并通过眼镜架腿上的触摸板做出回应，还能够将语音输入转换为文本信息。谷歌眼镜的用户可以从显示屏上获得投影信息，甚至可以通过谷歌（Google）网站将输入语句翻译成外语。
美国BMI公司是位于俄亥俄州哥伦布市的一家私人非盈利性的研发公司，公司基于谷歌眼镜展示了一种“战术级增强现实应用”（TARA：Tactical AR Application）。TARA应用基于视频识别技术，为携带化学生物放射性检测装备的应急人员提供对潜在有害物质的评估。BMI公司的戴伦・沃尔夫解释说：“该应用能够给予应急人员不同颜色的指示信息，从而显示当前检测设备对被测试剂是否有效。”谷歌眼镜的显示屏能够列出对危险品、爆炸物和大规模杀伤性武器的处置备忘录。
在执法行动中，谷歌眼镜采集的视频影像能够被面部识别软件处理，再结合相关数据库信息分辨出嫌疑人。
“战术级增强现实应用”可以与“圆窗裂痕”虚拟现实头戴设备一起作为沉浸式训练环境的一部分。基于内置的头部传感器和一对手持传感器，受训人员可以与危险品、爆炸物和大规模杀伤性武器训练场景中的虚拟目标进行交互。 在美国空军研究实验室，一名少尉正在演示谷歌眼镜的用途
美国空军研究实验室（AFRL）已经在探索将谷歌眼镜用于空降救援和联合战术控制的前景，该计划被命名为“蝙蝠侠 II”。正是由于谷歌眼镜具有质量轻、造价低和内置大量传感器的优势，美国空军研究实验室考虑用它来替代现有平台。基于谷歌眼镜，战术控制人员可以通过对目标的注视来为攻击机指示目标。同时，美国空军研究实验室正在研究使用谷歌眼镜协助空降救援人员实现基于远程传感器的伤员生命体征监测和医疗信息传输，该应用将有助于确定哪些伤病人员急需救治。
BAE系统公司开发了一款类似谷歌眼镜的头戴式显示设备（HMD），该设备采用单目显示方式，用于单兵的版本称为Q-WARRIOR。其能够提升单兵的态势感知能力，同时还能够通过叠加的数据和视频为单兵提供情报信息。该设备的主要特点是：具有增强型的夜间成像和规划路径能力，能够识别敌方兵力、追踪人员和设备，支持小组协同行动。BAE系统公司的该项技术将首先应用于包括侦察与反恐在内的特殊军事行动中。BAE系统公司的士兵系统项目主管保罗・怀特认为此装备的最大需求也恰恰来源于最早采用态势感知技术时所提出的优势和需求。
美国海军研究局也与眼镜生产厂商Vuzix公司和头戴式显示设备（HUD）制造商Six15科技公司合作，研制类似于谷歌眼镜且可与标准军用护目镜集成的设备。美国海军正计划将这款头戴式增强现实显示设备用于军事训练。受训士兵可以通过该设备在其视野内增加虚拟角色、目标和各种特效等。
美国陆军作战实验室基于智能手机开发了手持式“态势感知工具”，以便士兵能够获得地面机器人和空中无人机传输的视频信息。基于无线网连接战术机器人或者小型无人机控制系统，分队指挥官态势感知工具可将视频实时传输给班排指挥员，使他们部分取代传统的无线电方式来发送请求和接收指令。
谷歌公司以及其他一些研究机构正在致力于研究仿生“智能透镜”――通过微电子元件与透镜关联。菲尼尔透镜可以将影像聚焦到用户的视网膜上，影像由发光二极管生成，整个系统由射频天线和集成电路传输的能量进行供电。 头盔显示器的最新发展
2014年早些时候，Oculus公司了新一代开发者工具包DK2。DK2使用有机发光二极管（OLED）显示器来解决运动图像模糊和颤抖的问题，每只眼睛对应的显示屏都具有960×1080的高分辨率。DK2还使用外置摄像机来支持六个自由度的头部运动跟踪。 Vuzix公司与Six15科技公司合作研发的头盔式增强现实显示装备用于军事训练，受训士兵可以通过该设备在其视野内增加虚拟角色、目标和各种特效等，可极大提高训练水平，节约训练成本
随后，Oculus公司在同年9月份了一款质量更轻的样机――“月牙湾”（Crescent Bay），该产品配置了一个能够实现全方位头部运动跟踪的摄像头，使头部运动不受约束。同时，“月牙湾”整合了耳麦，大大提升了用户的沉浸感。
但是，曾就职于Quantum 3D公司的亨克・塞米内克（Hank Semenec）发现Oculus公司采用的光学器件存在大量边缘失真现象。仔细观察Oculus的光学器件，就会发现存在的透光度问题以及与彩色光谱相关的边缘失真现象，使得为受训人员显示的相关信息很快就变得无法识别。这款头盔显示器未来还需要改进。
索尼公司也进行了头盔显示器的研发，命名为“墨菲斯”计划（Project Morpheus），与PlayStation 4 一起使用。“墨菲斯”配备了一块5英寸显示屏，具有90°视角和1920×1080的高分辨率，内置惯性传感器，佩戴者只要转动头部，PlayStation的摄像头就能够准确捕获用户的头部朝向。
三星（Samsung）与Oculus公司合作完成Gear VR系统，该系统使用Galaxy Note 4智能手机作为显示器――手机安装在Gear VR的前面，作为Gear VR的显示器，能够与Gear VR的眼镜完全吻合。
谷歌公司了一款用于游戏的头盔显示器，名为Google Cardboard。该系统使用玩家自己的智能手机。更为有特色的是谷歌的“探戈”（Tango）项目，它不可思议地将3D空间感知和视觉技术应用于手机中。其核心是一块由Movidius公司生产的Myriad 1 视觉处理器，芯片仅需要几百毫瓦的电量，具有超万亿次处理能力。谷歌“探戈”手机还集成了体感虚拟传感器，能够对手机周围的环境进行扫描。 虚拟现实技术面向训练的应用
SGIL公司的VisTA系统可用于多种虚拟环境下的训练，集成了单人/多人、战术突击、决策判定和态势感知训练。
显然，以训练服务为目标的虚拟现实技术对军事训练尤其有效，使士兵能够提高对战场态势的感知能力以及面对危险环境时如何应对与处置的能力。基于虚拟现实的仿真技术能够使士兵在没有伤亡风险的前提下实现上述军事训练的目标。通过对特定场景的重现（例如与敌人战斗的场景），使受训人员拥有身临其境的体验，而且不存在真实环境中的任何风险。与传统训练方法相比，更加安全经济。
虚拟现实训练需要借助于头戴式显示器（HMD）完成，头戴式显示器内置运动追踪和数据处理系统，使用者能够与虚拟环境进行交互。 空中控制员正在使用Oculus公司的增强现实设备。沉浸式的头部装置可有效为人员提供相关训练
训练中，士兵和其他相关人员配备虚拟现实眼镜，该眼镜能够产生虚拟3D影像，而且在全体参与人员之间共享。但是，需要强调的是虚拟现实只能作为辅助设备使用，并不能完全替代真实训练。
虚拟现实战斗仿真利用虚拟化环境，对新兵进行必备技能和技术的训练。新兵配备虚拟现实眼镜或者具有追踪系统的头戴式显示器，在这样一种3D虚拟化环境中进行科目训练。
虚拟现实还可用来治疗创伤后精神失调（PRSD）。对于遭受战场创伤和心理创伤的伤员，医护人员可以采用虚拟现实技术在一个安全的环境下学习如何治疗和处置这些病症，使伤员能够面对那些具有刺激性的环境和条件，使他们逐步调整和适应这些外来的精神刺激。该方法在缓解伤病员伤痛以及适应新环境方面明显有效。 虚拟现实游戏和战斗训练
虚拟现实的应用形式和应用场景多种多样，例如游戏和大规模虚拟化环境。虚拟现实游戏近年来逐渐流行起来，新兵也被要求基于这些游戏来学习提升战斗技巧和技术。而且，新兵入伍前也经常在闲暇时间玩类似的视频游戏，因此对于这些游戏的操作和使用非常熟悉。这些游戏还可以用来作为新兵入门培训的一部分，帮助他们熟悉和适应军队生活。考虑到如今的年轻人能够很快掌握这些游戏和技术并被其吸引，虚拟现实训练也因此被用来作为新兵招募的噱头，并计划在士兵的整个军旅生涯中进行推广。
用户在虚拟现实环境中具有沉浸感，会认为自己完全处于这个虚拟世界中，并成为其中一部分。用户还能够通过多种方式与环境交互，换句话说，良好的虚拟现实体验使用户更加集中于在虚拟环境中的存在感，而对周围的真实存在浑然不知。 增强/ 虚拟现实图景，计算机生成的虚拟世界展现在训练者眼前，使受训者更加沉浸于虚拟环境中的存在感
如果模拟所有场景，虚拟现实环境需要大量信息和数据。在所有传感器模拟要素中，大多数虚拟环境技术和应用都优先考虑视觉和听觉组件的影响，但是越来越多的科学家和工程师也在考虑通过触摸系统将用户的触觉集成进来。
为了获得良好的沉浸感，虚拟世界中出现的物体大小应该和真实环境中保持一致，并能够无缝地进行视角转换。如果在一个虚拟环境中的房子中央仅有一个基台，那么用户应能够从任何角度观察基台，并且视图可以随着用户所处位置和视角的变化而变化。真正的沉浸感能够使用户忘记所处的真实环境，为了实现这一目标，研发人员需要找到对用户来说最为自然的信息输入方式。
虚拟现实的交互性还包括对虚拟环境的更改。好的虚拟环境（VE）能根据用户的行为动作产生正确的响应，如果虚拟环境的变化出乎意料，就会破坏用户的现场感。
虚拟现实技术对军事领域的支持由来已久，训练包括从车辆模拟到班组作战的所有项目。总之，相对其他训练方式，虚拟现实系统更安全，而且从长期来看也更经济。事实证明，经过充分的虚拟现实训练的士兵也会很出色。 未来挑战与关注点 在虚拟环境中支持自由转换的虚拟现实系统取得成果，具有代表性的产品有Virtuix公司的OMNI（上）， RUAG公
司的Company Leader Station（中）以及MSE公司的Weibull（下）
虚拟现实领域的最大挑战在于：如何开发出更加优秀的行为动作跟踪系统，如何探索出虚拟现实中用户交互的更加自然的方式，以及如何缩短构造虚拟现实的耗时。
当前创建虚拟现实需要很长时间。许多系统依赖的硬件设施对用户及其选择造成了限制和束缚。缺少精心设计的硬件设备，将会影响用户的平衡感和距离感，甚至使用户患上3D眩晕症（cyber-sickness），出现包括恶心和迷失方向感等症状。一些心理学家关注沉溺于虚拟现实对用户心理产生的影响，他们认为虚拟现实系统会导致用户感觉迟钝，或沉迷网络成瘾。
如今使用最新技术的图形显卡具有很强的处理能力。这也使得即使使用便携计算机也可以使用虚拟现实技术，满足许多军事领域的虚拟化和仿真需求。但是用户对虚拟现实的浸入式等级的需求也各不相同，需根据用户需求灵活分级设定。
关键词：虚拟现实技术；应用；现状；发展趋势
中图分类号：TP391.9 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2017）009-0-01
计算机行业的高速发展促使了虚拟现实技术的不断成长。虚拟现实技术作为当前时期较为先进的实现数字化人机交互感受的技术，以其特有的沉浸性、交互性和构想性给予使用者一种身临其境的信息交流方式。
一、虚拟现实技术简介
虚拟现实（virtual reality，简称VR），主要是借助计算机仿真及传感器技术形成一个三维环境，利用传感器和眼球追踪技术及各类算法实现人机交互，它通过试、听、触等感知行为使用户享受沉浸式体验。该技术将计算机图形学、传感技术、仿真及人工智能、多媒体技术以及数字图像处理技术等多项技术融为一体，可以对人的操作及活动作出相对准确、及时的反应，使人们可以参与到虚拟世界中，去深度体验与虚拟世界的互动。
二、“虚拟现实+”的行业应用
虚拟现实技术作为下一代计算平台，商业化空间巨大。它不单单是一个独立的产业，更是能与传统产业相融合并产生社会变革的巨大动力。随着虚拟现实应用场景层出不穷，虚拟现实有望颠覆众多行业，形成“虚拟现实+各行各业”的趋势。
1.“虚拟现实+“游戏
通过虚拟现实技术呈现出来的游戏场景是360度并且三维立体的，并且在声学、触觉和嗅觉上实现一体化带入，使用户有更强的临场感。近年来游戏行业增速逐步放缓，尤其是偏向端游重度娱乐的游戏有逐步淡出市场的趋势，VR虚拟现实的出现，为端游、页游的发展带来新的契机。
2.“虚拟现实+”教育
VR教育突破了传统教育的限制，能够使知识更加形象。教育行业利用信息体验化来推进体验式教学，提高学生的学习效率和积极性，同时以个体差异化教育体验的方式达到了因材施教的目的。另外，VR打破了时空限制，能够更加公平合理地分配教育资源。
3.“虚拟现实+”医学
虚拟现实技术在医学方面的应用有着十分重要的现实意义。我们可以在虚拟环境中，借助于跟踪球、HMD、感觉手套等对人体的内部结构有更清晰的认识。外科医生在动手术前，也可以通过虚拟现实技术的帮助，在显示器上进行模拟手术，在寻求最佳手术方案的同时降低了实际手术的风险。
此外，虚拟现实技术还在军事航天、房地产开发、数字地球、工业仿真、文物保护、应急演练等方面均有所应用。
三、虚拟现实技术的发展现状
虚拟现实技术的概念最早是由美国人提出的，后来美国宇航局利用液晶显示电视和其它设备，开始研制低成本的虚拟现实系统，对虚拟现实技术的硬件发展有一定的推动作用。现在虚拟现实技术虽然获得较大发展，但仍处于初级阶段。
我国虚拟现实技术研究起步较晚，但令人欣慰的是，一批国际人才带着全球最前沿的技术回到国内，推动虚拟现实产业在中国的发展。他们利用自身的优势，再借助国家政策支持，整合并导入了全球优质产业链资源，使中国在虚拟现实产业做出了人骄傲的成绩。我们的产品和技术开始追赶全球的国际巨头，产业发展规模位居世界前列。同时，多元领域的商业模式探索、充满活力的生态系统，让中国率先创建了产业化道路。
VR技术在面临重大发展机遇的同时，也面临着极为严峻的挑战，主要有以下三个方面：
1.行业标准缺失。当前VR创业十分流行，各家VR产品之间没有共同的行业标准，导致产业链协同的边际成本很高，制约着VR产业生态的发展。
2.硬件有待提升。VR技术的硬件设备普遍存在使用不便、效果不佳的情况，难以达到虚拟现实系统的要求。
3.优质内容短缺。随着VR产业的蓬勃发展，简单制作的VR视频已经无法满足使用者的需求。
四、虚拟现实技术的发展趋势
随着各项技术的不断成熟，VR产业正在或即将进入一个大好的发展时期。在未来几年里，在秉着“低成本，高性能”的原则下，VR产业发展预计将呈现以下趋势：一是VR内容制作市场需求大、门槛低，将成为业内新的发力点；二是随着VR硬件设备产量稳步攀升，线下体验、广告宣传和网络传播将助推VR产业加速落地；三是PC端VR是短期主流，随着手机的普及，移动VR 的应用前景好于PC端；四是各国互联网和电商巨头正进行大规模布局，预计马上就可以迎来VR产业的规模化发展。
参考文献：
[1]王莉，杨明辉.虚拟现实时代：智能革命如何改变商业和生活.
[关键词]虚拟现实技术；煤矿开采；巷道
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0362-01
伴随着我国国民经济的飞速发展，各个行业都在迅猛的向前发展，作为最基础的能源之一，煤炭在我国的工业生产中占据了非常重要的地位。为了有效提高煤矿开采效率并保证安全生产，必须引进高水平的创新型技术。近年来，虚拟现实技术由于其能够对真实世界进行模拟仿真的特点，在煤矿开采中得到了广泛的应用。
一、虚拟现实技术概述
（一）基本概念
虚拟现实技术被简称为VR，通过计算机利用数学方法对现实世界进行仿真模拟。用户可以通过寻你世界，将现实世界中无法沟通多种信息联系到一起进行模拟，体验无法在现实生活中实现的情景，进而可以间接地了解该类状况的出现原因以及发展变化趋势，从而为用户提供合理的解决方案。
（二）主要特点
虚拟现实技术共有三个主要的特点，由于该技术以计算机为基础，所以基本特点也与计算机有关。下面分别介绍：虚拟特点。虚拟现实技术虽然涉及到现实，但其本质上仍然是虚拟的，并不能在现实生活中实现，是通过想象模拟出的情景。因此，该技术可以避免现实场景中对工作人员造成的危险，同时节约成本。人机交互特点，因为计算机进行虚拟现实模拟时也要根据真实场景的参数进行模拟，所以，操作人员需要在计算机上输入数据信息，保证实时性，并及时给予工作人员辅助决策意见。智能特点，虚拟场景设计完毕以后，并不是一成不变的，要结合实际需求设计一些针对性的变量，进而实现虚拟世界和现实世界的同步变化，实现智能化的虚拟世界。
（三）展现状
国内外对于虚拟现实技术的研究已经取得了一定的成果，然而，我国研究虚拟现实技术的时间并不长，与一些发达国家对比，仍然存在着很大的差距。但是近年来，对于虚拟现实技术的重视正在逐步加强，特别是煤矿开采领域中，更是有着极为广阔的发展前景。目前，我国的众多相关专家学者已经投入到了煤矿虚拟技术的研发中，同时正在培训新时期需要的高素质旷工。
二、煤矿开采中的虚拟现实技术应用
（一）三维自动制图
大多数煤矿的地质条件都是极为复杂的，而工作地点往往处于地面的百米以下位置，具体的工作对象更是颇为复杂。复杂的煤层彼此交织到一块，为工作人员带来了极大的麻烦。为了能够准确快速的获得第一手资料，并设计合理的开采工序流程，必须开发出三维模拟软件。煤矿虚拟现实技术可以模拟实际矿区的三维坐标，进而有效确定具体某一点的位置，这为实际操作提供了极大的方便。
（二）生产模拟仿真
有了三维模拟软件以后，并可以对整个生产过程进行模拟，并整合出具体的开采技术方案，将井下所有的涉及到的设备、工作面状况、巷道、工人全部考虑在内。通过鼠标和键盘控制虚拟出的工人进行工作，从一开始进入到井下，直到坐罐笼、到达井下的车场，并模拟出中央水泵房以及变电所，虚拟出的工人可以在井下进行漫游，查看各种仿真设备运行状况，也可以进行实地模拟采矿，上下山运输，查看工作面。特别是对工作面的采煤模拟，用户可以根据具体的实际采煤要求操纵虚拟旷工采煤，采煤期间还能对采煤机的工作状态进行模拟，采煤机的每个工作环节都能逼真的展示出来。另外，对于开采巷道中的支护过程也可以进行仿真模拟，操作用户可以通过操作液压的支架完成整个支护过程，同时，各个环节还有语音提示。采用煤矿生产的模拟仿真能够为技术人员和管理人员提供一定的直到，方便工人进行实地生产。
（三）信息安全管理
煤矿虚拟现实系统构建出整个矿井生产场景以后，管理人员能够借由该场景构建出整体的立体概念，方便管理。其中，管理功能包括下列内容：第一，对各项生产数据进行技术统计，主要包含了计划、设计、生产、材料、库存、支护、巷道等多项数据，同时还要计算出具体的巷道失修率，这些内容都可以通过鼠标点击完成；第二，对储量进行管理，矿井中的复杂煤层中具体包含了多少储量，可以精确计算，具体包括煤柱区以及储量区；第三，动态管理，煤矿生产中涉及到多个动态系统系统，包括通风、运输、供电、排水、避灾等多个系统。例如风量数据，就可以描述新风、乏风以及掘进风等等；第四，综合管理平台，虚拟现实技术中还利用了网络技术，所以，可以建立起综合性的管理平台，完成所有数据的综合共享。具体的管理内容有地质测量、钻孔、煤层概况、巷道状况、设备状况、事故隐患、储量、装车口等等。例如需要对事故隐患进行管理时，就要将可能出现危险的高危险区标记出来，以便在实际工作中进行处理。
（四）灾害事故模拟
采用虚拟现实技术可以对一个真正存在的矿井灾害进行模拟，帮助操作人员和管理人员更加直观的了解发生矿井灾害时，其诱发因素以及造成的结果，进而找出合理的防灾测量以及救灾对策。例如当发生以外火灾时，可以采用虚拟模拟系统对火势的蔓延进行模拟，并对自动灭火系统和风门进行模拟，同时模拟具体的抢救过程。
我国近年来煤矿重大事故频频发生，想要调查清楚具体的原因，并对多起事件进行综合分析，总结经验，防止类似事故再次出现，虚拟现实技术也有着重要的作用。因为事故的调查分析工作比较艰难，科学技术性很强，想要得出比较准确的结论，必须搜集到所有相关资料，并对事故现场进行实地取证，还原当时的具体场景。利用虚拟现实技术，可以准确还原当时的场景，并绘制出复原图，更加直观方便，真实感非常强。
结语
近年来，虚拟现实技术在医疗、军事、航天等领域中起到了令人瞩目的效果，但是煤矿领域中，虚拟现实技术的实际应用仍然需要进一步研究探索，有效解决煤矿开采中出现的各类问题。
参考文献
[1] 王琳.虚拟现实技术在煤矿开采中的应用研究[J].煤炭技术，2013（12）.
[2] 李玉琳，毕贤顺，张俊文.虚拟现实技术在煤矿中的应用[J].煤炭技术，2006（01）.
>> 浅析虚拟现实技术的沉浸性 浅析虚拟现实建模的实现 浅析虚拟现实技术在体育新闻中的应用 虚拟现实技术与新闻行业的关联性研究 虚拟现实技术在新闻报道中的创新性应用 虚拟现实动画在影视新闻中的应用现状及发展趋势 虚拟现实技术发展趋向浅析 虚拟现实的黎明 虚拟现实的恐慌 虚拟现实的救赎 身边的虚拟现实 浅析虚拟现实技术在媒体中的运用 对虚拟现实发展及现状的探析 浅谈虚拟现实的发展与展望 虚拟现实技术的发展及其应用 虚拟现实技术的应用与发展 困境中前行：虚拟现实新闻发展探索与反思 虚拟现实技术在新闻直播节目中的应用研究 虚拟现实技术背景下沉浸式新闻的应用 虚拟现实技术在新闻报道中的应用分析 常见问题解答 当前所在位置：l.
③资料来源：；杜江，杜伟庭.“VR+新闻”：虚拟现实报道的尝试，[J]青年记者，2016.
参考文献
[1]杜江，杜伟庭.VR+新闻：虚拟现实报道的尝试[J].青年记者，2016.
[2]董丹丹，生奇志.《纽约时报》尝试虚拟现实（VR）移动传播模式[J].记者摇篮，2016.
[3]邓建国.时空征服和感知重组[J].新闻记者，2016（5）：45-52.
[4]汪鑫.\析虚拟现实新闻的前景与困境[J].西部广播电视，2016（7）.
[5]袁素文.虚拟现实：传统文本报道的叙事延伸[J].现代视听，2015.
[6]朱颖，陈靖.浅议虚拟现实新闻的应用实践及发展趋势[J].东南传播，2016（6）.
[7]李晓芳.虚拟现实技术背景下沉浸式新闻的应用[J].声屏世界，2016（7）.
[8]李文君.虚拟现实技术给新闻媒体业带来的尝试与思考[J].新闻研究导刊，2016，7（9）.
关键词： 虚拟现实； Unity3D； Kinect体感交互； 虚实融合； VRML
中图分类号：TP391.09 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）10-05-03
Application research of virtual reality technology in teaching of chemical experiments
Zhu Yahui1， Yan Yaxing2
（1. Mathematics and Computer Science， Xihua University， Chengdu， Sichuan 610039， China；
2. Chongqing Key Laboratory of Computational Intelligence， Chongqing University of Posts and Telecommunications）
Abstract： The application of virtual experiment spreads widely. The related technologies supporting it become hotspot in the research. The future development trends of the virtual chemistry experiments and virtual reality technology are analyzed in this paper. The theoretical foundations of U-nity3D techniques， the enhancing reality technology and the Kinect somatosensory interactive technology are discussed. Application and development trend of virtual chemistry experiments are introduced. Take the virtual technology fusion method as orientation， simulating real-time environment， the virtual experiments become simplistic， intuitive. Application prospects of virtual reality convergence technology in the field of virtual experiment technology have been proved. The virtual fusion technology is conducive to promoting the development of intelligent virtual chemistry experiments， which is a new starting point for reform of virtual experiments.
Key words： virtual reality； Unity3D； Kinect somatosensory interaction； actual situation fusion； VRML
0 引言
近年来，随着虚拟实验逐渐引入校园，其实现/开发技术不断得到更新和完善，这给虚拟实验教学的应用带来了巨大的便利。虚拟现实技术以它的开放性、仿真性、经济性、可重复使用性、共享性等优点在更多的领域得到应用，对其研究的目的在于利用所有可能的信息技术进行虚拟现实技术的开发，提高虚拟的自然性和高效性[1]。目前人与计算机交互的方式只局限于鼠标和键盘，由于这种技术的单一性阻碍了虚拟现实技术的进一步发展，虚拟实验中输入输出效率之间差距变得越来越大。随着计算机科学技术的快速发展，更高层次的虚拟现实技术理念对虚拟实验提出了更多要求，越来越多的科研人员开始对新的虚拟现实技术的多通道界面展开研究，目前的研究内容主要集中在虚拟现实技术、增强现实技术、体感交互技术相结合的研究。
虚拟现实技术的出现为促进虚拟实验的发展具有重要意义，虚拟现实技术作为新一代的虚拟实验开发技术，可以依靠实时模拟使用者的动作、化学器材和药品的识别以及化学反应变化识别来实现虚拟输入功能。这一特性很好地填补了现有人机交互技术的缺陷，并且促使虚拟现实技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点，而体感交互技术也必将成为未来虚拟现实技术中发展的趋势。
同传统计算机技术相比而言，虚拟现实技术可以实现和多种技术相结合来控制终端，特别是未来的体感交互技术，用这种最自然的方式与终端进行交互的特点，贴近了虚拟实验对自然性的需求，虚拟现实技术对虚拟实验理念的实现起到了重要的推动作用。因此虚拟现实技术在虚拟实验领域中的应用对其今后的发展具有很大的必要性。目前虚拟现实技术存在着各种研究上的难点，如：没有完全对实验环境真实虚拟化，不能避免外界环境的干扰；还不能很好解决实验结果中存在的偏差和不能把握好实验操作的精准度；还不能提供较好的相互协作的学习方式，操作实验模式单一，多人操作实验时技术难度比较大等。
1 概述
对虚拟现实技术在虚拟实验领域的研究目前主要体现在基于三维虚拟实验平台、VRML中粒子系统化学实验、Flash3D技术游戏场景模拟等方面，其应用于增强现实技术化学反应特效制作及体感技术人机实验自然交互等很多领域[2]。
1.1 虚拟化学实验研究现状分析
近年来，虚拟现实技术已成为计算机科学与其他技术科学领域中研究和开发的热点。随着此技术的发展，虚拟实验在教育教学中发挥了重大作用，它具有知识综合性、教学创新性、实验应用性的特点[3]，提高了学生分析解决问题的能力。
目前，利用虚拟现实技术开发的虚拟实验呈上升趋势，采用虚拟融合技术开发的虚拟实验逐渐增多。由于体感交互技术近三年来逐渐兴起，采用Kinect体感交互技术进行虚拟实验的研究极少。技术融合为虚拟现实技术在虚拟实验提供了高级的集成性和交互型，给人以愈发逼真的场景体验，特别在化学实验中得到了十分重要的应用。虚实融合与体感交互对虚拟实验的有效支持将成为目前及未来研究的热点。
1.1.1 虚拟化学实验的特点[4]
虚拟现实技术越来越多地与增强现实技术、Unity3D技术、Kinect体感交互技术融合，对虚拟实验环境进行构建，实际应用中为实验教学开启了一种全新的教学模式，使虚拟实验具有了独特的特点。
⑴ 仿真性：虚拟化学实验是对真实实验环境的模拟，学生通过进行实验操作、技能训练和知识探究来学习真实世界的知识。
⑵ 强交互性：用体感交互技术与实验的交互会是完美的结合。
⑶ 开放性：是利用虚拟现实技术，实验内容打破了空间的局限，使学习者可以自由进入虚拟实验系统学习，交流和研究。
⑷ 节约成本，便于及时更新实验设备。
⑸ 多感知性。
⑹ 投入性：虚拟实验是真正的身临其境做实验。
⑺ 自主性。
1.1.2 虚拟化学实验的类型[5]
近年来，由于Unity3D三维引擎技术、Flash3D、VRML+Java、Kinect体感交互技术逐渐发展成熟，不断创造出具有特色的虚拟化学实验系统，随着虚拟现实技术的进步和发展可将虚拟化学实验分为三大类：
⑴ 基于平面简单动画仿真的虚拟化学实验平台；
⑵ 基于三维视觉效果的虚拟化学实验平台；
⑶ 基于三维交互设备的虚拟化学实验平台。
目前随着虚拟现实技术的融合与创新，直接影响着使用者对化学实验教学的喜爱程度。根据使用者参与虚拟实验形式的不同和沉浸程度的不同，把虚拟实验分为以下几种类型：
⑴ 桌面式虚拟化学实验；
⑵ 增强式虚拟化学实验；
⑶ 沉浸式虚拟化学实验。
1.2 虚拟现实技术发展现状分析
虚拟现实技术与仿真技术的发展密不可分，从早期的60年代虚拟现实思想萌芽阶段开始，到80年代虚拟实验概念理论的形成，再到今天虚拟现实理论的完善和全面应用，都在不断提升仿真技术的水平。目前在虚拟现实技术领域的基础研究主要集中在感知、虚拟融合技术和体感交互技术；实时三维图形图像生成技术、多功能的交互技术，高分辨率的动态环境建模技术；实时、现实三维动画技术和场景情感识别技术；立体显示和传感技术；快速、高精度三维跟踪技术以及系统集成技术等。
虚拟现实技术的发展提供了一种研究和思考的工具，仿真现实世界，化学实验教学中实现了“从计算机为主体”到“人为主体”的转变，实现了“适计算机化的单维信息空间”到“适人化的多维信息空间”的转变，从而产生了许多解决问题的新方法，其研究主要涉及到三个领域：
⑴ 通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果；
⑵ 建立对虚拟世界的观察界面；
⑶ 使用虚拟现实技术加强如虚拟实验领域的应用。
目前，虚拟现实技术的研究内容大体趋于其本身的研究和其应用的研究两大类。主要应用在现实世界的仿真研究、人类认知的研究以及可视化的研究。当前国际上，虚拟现实技术大多研究虚拟人机交互界面、虚拟现实系统的构造技术，着重于研究虚拟现实的应用。而需求自然方式的直接交互，要求更高的连续性，多维性，融合体感交互技术和增强实现技术将会提高三维对象交互的效率。
在未来虚拟现实技术研究追求遵循“低成本，高性能，多维技术融合”为主线，将会从动态环境建模技术方向、实时三维图形生成和现实技术方向、新型交互设备的研制方向、智能化的语言虚拟现实建模方向以及大型网络分布式虚拟现实的应用方向，这些将成为未来发展的趋势。
1.3 增强现实技术发展现状分析
增强现实是在虚拟现实技术的基础上发展起来的一种技术，它通过显示技术，计算机图形，体感技术，计算机多媒体技术将虚拟信息叠加到现实环境或者现实物体上，产生三维信息以增强人对真实世界的感知。增强现实具有实时结合、实时交互、三维标定的特性，依托于显示技术和三维跟踪标定技术来实现。目前，实现增强现实的主流方式：增强现实关键的技术、虚拟物体生成技术、显示技术和跟踪注册技术，实现虚拟和真实对象的配准、排列[6]。
增强现实技术迅速发展的过程中，形成了跟踪定位技术、Marker识别技术、图像识别技术、标定技术，以及界面可视化。增强现实技术逐渐提高虚实结合、实时交互、3D注册的技术水平，弥补了虚拟现实技术完全脱离现实而存在的缺陷。增强现实技术在计算空间、体感交互、感知人脑方面发挥着切实有用的应用，近年来增强现实的应用不断取得进展，在国内各大高校取得了一定进展，目前已经提出了基于视觉的增强现实跟踪注册方法、空间增强现实流水线和基于定位标记的视屏检测等研究，在虚拟化学实验教学中应用突出，但是还存在着技术上的不足，在未来增强现实技术在系统微型化和低能耗的研究方向上将成为趋势。
1.4 VRML技术发展现状分析
虚拟实验是仿真性、强交互型、开放性，便于及时更新实验设备等优点的结合体，我们确立采用虚拟现实建模语言VRML（Virtual Reality Modeling Language）构造三维虚拟实验场景，实现虚拟仪器的三维建模和访问。基于VRML的虚拟化学实验具有自由性、开放性、节约型，实验教学一体化、易于开设新型的实验项目和安全性等优点。
目前，对VRML技术描述三维虚拟场景和设备，优化虚拟实验系统网络结构，以VRML技术和目前广泛应用的Java相结合发展基于Web的虚拟化学实验的网络构架，此设计流程如图1。用3DS max图形化操作，建立了模型直观而便捷，可以结合体感设备，进行人机交互在Web端虚拟实验。采用VRML粒子系统插件在3DS max中建立好模型，可以利用VRML脚本编程接口或基于外部编程接口进行交互，通过传感器节点交互控制。这项技术在化学实验中得到完美的应用，场景模型和化学反应的模拟都是非常的生动逼真。
[建立实验室场景][仿真实验室仪器和药品][模拟反应现象][实现交互性][到Internet][主要是VRML建模，复杂
型可以借助3ds max等建
模软件][VRML中事件，路由，传感器，插补器，检测器等节点，粒子系统][Java程序，结合使用EAI和Script节点]
图1 VRML+Java技术开发虚拟化学实验室的流程图
VRML的出现是将来三维虚拟网络世界不可缺少的重要技术。VRML是一种三维场景的描述性的虚拟现实建模语言，创造了易于网络传输的交互式三维空间，它通过描述物体、网络传输、本地计算机生成。它利用节点构建虚拟实验仪器和场景。
1.5 体感交互技术发展现状分析
体感技术是利用肢体动作、手势、语音等现实生活中已有的知识和技能进行人机交互集多种技术于一体的体感设备，通过自然方式与终端交互[7]。它是随着虚拟现实、混合现实、增强现实等技术的发展，三维人机交互为重要的研究领域之后出现的。随着虚拟实验对教学和研究的支持力度不断加大，虚拟现实不断暴露出一些缺陷，如模拟实验环境的真实度不高，实验交互操作缺乏人性化等，造成虚拟实验难以达到高度沉浸和人性化实验交互的操作效果。在此背景下，虚拟融合环境下体感交虚拟实验凭借真实的实验环境与虚拟仪器相结合，采用体感交互操作方式使实验者直接用手与虚拟仪器接触交互，大大提高了虚拟实验的真实情景感和灵活的人机交互性[8]。
近年来，虚实融合与体感交互对虚拟实验有效支持。Kinect作为新一代的体感设备，抛弃传统的鼠标和键盘的操作方式，直接通过手势动作进行虚拟实验操作，可以有效地进行多人协作实验，很好地弥补了现有人机交互的缺陷，并且促使Kinect体感技术成为虚拟实验领域中的一个研究热点。Kinect设备体感技术在化学实验教学领域的研究和程虚拟实验将会成为未来研究的重要方向。
2 应用展望
在国内外虚拟现实技术不断同体感交互技术的融合环境下，虚拟实验得到了广泛的应用，特别在虚拟化学实验这一领域在不断深入研究，对国内外科学技术发展产生了非常重大的影响力。目前，随着Unity3D技术，体感技术结合日益紧密，逐渐形成了当今适时代计算技术发展的潮流，增强现实技术的出现为虚拟化学实验开辟了道路。虚拟实验的进步与发展，为学习者提供了一个自适应的获取知识和技能的实验学习环境。
我们相信虚拟现实技术必定会给化学实验教学领域带来崭新的面貌，随着时代的发展，尤其是在计算机技术和计算机图形学技术的进步，增强现实技术也会不断得到完善，体感技术融合的时代里，虚拟现实技术将会不断寻求能够促进化学实验教学质量更优化的新方法，来提升我们的学习能力，创造能力，推进我国教育事业的发展。
3 结束语
虚拟现实技术在化学实验教学中的应用日益广泛，让我们看到了虚拟现实技术的强大功能。通过研究技术融合使得虚拟化学实验简单化，直观化，贴近现实和仿真实时的实验环境，仿真效果更加优越化，在未来学习中给实验教学将会带来巨大的便利，涉及这个领域的技术潜力会更大，应用前景将会非常广阔，但是在情景真实化问题上所存在的很多理论难题和技术障碍还有待研究。
参考文献：
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[7] 廖宏建，杨玉宝.体感交互设计及其在三维虚拟实验中的应用[J].远
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