虛擬現(xiàn)實技術綜述范文

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第1篇

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實；技術；商業(yè)產(chǎn)品；研究

中圖分類號： G434 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

虛擬現(xiàn)實技術是美國等發(fā)達國家在八十年代末期發(fā)展起來的一門新技術，到九十年代初期，人們才開始關注虛擬現(xiàn)實技術，虛擬現(xiàn)實技術早期主要運用于電視、游戲等娛樂項目中。目前正在向工業(yè)、商業(yè)、教育和醫(yī)學行業(yè)等擴展應用，在當前屬于一項非常活躍的研究領域。

1虛擬現(xiàn)實技術的特點

通常情況下，虛擬現(xiàn)實技術有以下三個特點[1-2]：①沉浸性：虛擬現(xiàn)實技術是結合人類的感官特點和心理特點通過計算機生成三維立體圖像，體驗著可以戴上具有顯示器的頭盔和能顯示數(shù)據(jù)的手套等設備，通過這些交互設備親身體驗虛擬環(huán)境，將自己融入到虛擬環(huán)境中，體驗一種身臨其境的感覺。②交互性：即人機交換，體驗者可以通過操作電腦鍵盤和鼠標進行交互，也能通過傳感設備進行交互，如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套。計算機能感應到體驗者的手、眼、語言的運動，來調整系統(tǒng)屏幕上的聲音和圖像。在這里，體驗者同樣具有高度的自主性。③多感知性：因為計算機的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中具有多種感官設備和反應裝置，所以，體驗者通過計算機在虛擬的環(huán)境中可以感受視覺、聽覺、觸覺等多種感知來達到一種身臨其境的逼真效果。

2國內外對虛擬現(xiàn)實技術的研究現(xiàn)況

2.1美國主要在用戶界面、感知、后臺軟件和硬件等四個方面進行虛擬現(xiàn)實技術的研究。美國宇航局有一項著名的創(chuàng)作就是對哈勃太空望遠鏡的仿真，還通過虛擬現(xiàn)實技術建立了訓練系統(tǒng)和空間站VR維護。2010年墨西哥和海底發(fā)生了大地震，美國科學家們利用虛擬現(xiàn)實分析系統(tǒng)，時刻關注受災地區(qū)的情況，同時預報該地是否有斷層移動的現(xiàn)象。美國在建筑虛擬動畫方面也做了深入研究，目前已經(jīng)建立了不少虛擬建筑場景。

2.2在歐洲，英國在觸覺設計和應用研究方面領先于其他很多國家。2011年4月，英國威廉王子大婚。英國一家公司通過虛擬現(xiàn)實技術模擬了大教堂和周圍建筑群，使用戶仿佛身臨其境。

2.3日本對虛擬現(xiàn)實技術的研究處于領先地位，特別是對虛擬現(xiàn)實游戲的研究。日本東京大學科研院主要研究遠程控制方面；東京大學廣瀨研究室主要研究虛擬現(xiàn)實的可視化問題；筑波大學開發(fā)了虛擬行走原型系統(tǒng)。

我國對虛擬現(xiàn)實技術的研究相對發(fā)達國家起步晚、有一定差距。不過近幾年來，在我國一些科研機構和高校中，北京航空航天大學計算機系是我國最早研究VR的單位之一，該校在2000年8月成立了實驗室專門研究虛擬現(xiàn)實技術；浙大CAD&CG國家重點實驗室研發(fā)了虛擬建筑環(huán)境的漫畫系統(tǒng)；哈爾濱工業(yè)大學對人類的表情做出了重點研究。目前，國內很多大學生都在研究虛擬現(xiàn)實實景漫游，并且有些研究成果已經(jīng)被應用到城市建設和規(guī)劃中。

3虛擬現(xiàn)實技術在產(chǎn)品設計中的應用

3.1產(chǎn)品外形的設定

產(chǎn)品設計人員可以通過虛擬現(xiàn)實技術模擬出來圖像確定產(chǎn)品的外形，并且還能從各個角度觀察產(chǎn)品，幫助設計人員改進產(chǎn)品中的不足之處，從而可以進一步優(yōu)化產(chǎn)品。

3.2產(chǎn)品布局檢測

一些結構復雜的產(chǎn)品需要合理、科學的布局，設計者可以通過虛擬現(xiàn)實技術很直觀的看到整個產(chǎn)品的結構，設計人員可以參照計算機上的數(shù)據(jù)選擇最科學、合理的產(chǎn)品布局方式。同時，虛擬現(xiàn)實技術對設計產(chǎn)品整個具象進行再現(xiàn)[3-4]，包括外形設計到內部結構都能呈現(xiàn)出來，通過人機交互的方式讓設計人員更為直觀的感受產(chǎn)品，方便找出設計不當?shù)牡胤剑瑥亩M一步完善產(chǎn)品，這樣一來，就能科學、高效的規(guī)劃產(chǎn)品的布局。

3.3產(chǎn)品的宣傳

宣傳產(chǎn)品是銷售產(chǎn)品的一個重要環(huán)節(jié)。虛擬現(xiàn)實技術能夠幫人們將虛擬的事物“真實化”，為觀眾提供更多的感知能力，更為生動、直觀的將產(chǎn)品展示給觀眾。虛擬現(xiàn)實技術極大的吸引了觀眾的眼球。

4虛擬現(xiàn)實技術與上海世博會

2010年5月到10月，第41界世博會在我國上海舉行。虛擬現(xiàn)實技術在這次世博會上得到多方面的應用，主要體現(xiàn)在世博館規(guī)劃設計、館內虛擬展示和網(wǎng)上世博會三個方面。

1.世博會虛擬規(guī)劃設計

針對世博會場地和場館的規(guī)劃，設計者利用虛擬現(xiàn)實設計大大提高了場地規(guī)劃的科學性的效率。設計中，世博局引入CityMaker系統(tǒng)對用地范圍的實際建筑進行三維建模，將得到的現(xiàn)狀圖片、AutoCAD圖紙等數(shù)據(jù)資料進行疊加。對于改造方案，也利用虛擬現(xiàn)實技術比較選出最為合理的設計方案。

2.世博場館內虛擬展示

上海世博會全面采用了虛擬展示系統(tǒng)。例如沙特360度環(huán)幕的珍寶劇院，在播放深海奇景、星級穿越等情景時，讓觀眾身臨其境、心潮澎湃，虛擬現(xiàn)場為觀眾帶來了非常強烈的視覺體驗。世博會石油館也利用虛擬現(xiàn)實技術，石油館的影院中播放的4D電影《石油夢想》，為觀眾展示了石油演變的整個過程，結合4D影片的效果和情節(jié)，設計放映廳的座椅可以前傾后仰，為觀眾帶來動感體驗，同時還能聽到風聲、聞到石油的氣味等，使觀眾對影片印象深刻。

3.網(wǎng)上世博會

網(wǎng)上世博會是實體世博會的擴展和補充。網(wǎng)上世博會是中視典數(shù)字科技有限公司的VRP-museum系統(tǒng)和水晶石公司的N-city系統(tǒng)等共同制作完成。網(wǎng)上世博會通過交互的方式為場外人員介紹了世博會的大量背景，包括游線預覽、場館介紹等。

虛擬現(xiàn)實技術成為各個領域發(fā)展的突破手段，通過它向人們展示未來生活的片段。虛擬現(xiàn)實技術不僅在商業(yè)展示中給人們帶來驚奇的體驗，在其他建筑設計、數(shù)字化酒店、大型工程漫游和醫(yī)學研究等各方面都有廣泛應用。由此可見，科學技術的應用對我們生活的影響越來越大。

結束語：

作為一項新興技術，虛擬現(xiàn)實技術帶給人們大量的視覺體驗，拉近了觀者與展示產(chǎn)品的距離，有效節(jié)約了設計成本，其應用前景十分廣闊，但仍有許多問題有待研究，只有真正找到這些問題的技術實現(xiàn)途徑時，信息處理系統(tǒng)和人之間的隔閡才能完全被克服。

參考文獻：

[1]趙沁平.虛擬現(xiàn)實中的科學技術問題[J].中國計算機學會通訊.2013，（1）：12-14.

第2篇

關鍵詞：GPIB總線虛擬儀器；GPIB技術；工作原理；案例設計

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A

1. GPIB技術及GPIB總線虛擬儀器概述

總而言之，GPIB技術是IEEE488標準虛擬儀器較為早期的一個發(fā)展階段。隨著它的出現(xiàn)，促使著電子CAN總線控制器測量獨立的單臺手工操作逐步向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)的方向發(fā)展。目前典型的GPIB系統(tǒng)它是由一臺PC機、一個GPIB接口卡和若干臺GPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。

就目前來說，我國的GPIB技術可用計算機實現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以方便地把多臺儀器組合起來，形成一個自動測量系統(tǒng)。GPIB測量系統(tǒng)的結構和命令實際上很簡單，這主要應用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。

而GPIB總線的虛擬儀器系統(tǒng)說白了就是以GPIB總線儀器與計算機為硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)，GHB卡將可編程儀器與計算機聯(lián)系起來，通過計算機的控制去執(zhí)行各項任務操作。它的硬件配置包括PC機，PCI-GPIB接口模塊 EP-H6280，頻譜儀：AV4032，數(shù)字多用表：34401A，微波功率計：ML2430A和任意波形發(fā)生器：33250A等等。它的測試要求是要有頻譜儀，33250A，微波功率計和微波信號源等。其測試框構圖如下圖1所示。

圖1測試框構圖

2.GPIB總線虛擬儀器工作原理

單就GPIB總線虛擬儀器的工作原理來說，該系統(tǒng)在軟件的大力控制下不僅實現(xiàn)了以往單臺虛擬儀器的測控功能，更重要的是它實現(xiàn)了測控系統(tǒng)的整個組態(tài)功能。在實際工作運行中，根據(jù)測控對象的實際需要可以進行組態(tài)選擇合適的自動測控系統(tǒng)功能。但是需要特別說明的是，在實際中應該對不同物理量應選配相應的傳感器。我們知道，系統(tǒng)的控者它是由PXI-8156零槽控制器和PC機擔任，PXI-8156通過內置PXI總線與PXI-L6071E Multifunction I/O相連，實施對象的模擬量或數(shù)字量采集。而實際中PXI-8156通過密封機箱內置的AT-GPIB/TNT接口連接VXI儀器的GPIB VXI/O轉換口，使其間接控制VXI-4101A的多用表、計數(shù)器和I/O以及6071E等等儀器，組成高速集成虛擬儀器測控系統(tǒng)環(huán)境，能夠對接入對象實施遠程測控。PXI控制器與PC機以及與遠程用戶均通過Internet連接，能夠實現(xiàn)對任意組態(tài)系統(tǒng)的遠程操作。

3.基于LABVIEW的GPIB虛擬儀器案例設計

根據(jù)筆者的實際工作和工作經(jīng)驗，結合理論和實際，本文設計一種基于LABVIEW的GPIB虛擬儀器。

3.1設計案例所需組件

3.1.1 GPIB總線虛擬儀器所需要的軟件。用LABVIEW開發(fā)基于GPIB總線的虛擬儀器的軟件包括：LABVIEW開發(fā)平臺、GPIB接口卡驅動程序和儀器的LABVIEW驅動程序。在這里需要加以說明的是如果有儀器的LABVIEW驅動程序，創(chuàng)建虛擬儀器就更方便了。儀器的LABVIEW驅動程序負責儀器通信和控制的具體過程，系統(tǒng)里包含儀器編程細節(jié)。

3.1.2 GPIB總線虛擬儀器所需要的硬件。GPIB接口是由8位數(shù)字并行通訊接口而組成，其數(shù)據(jù)傳輸速度為1mbyte/s。GPIB設備分為三部分，這三部分分別是聽者、說者和控制器。在實際工作中，說者負責發(fā)出消息、數(shù)據(jù)或命令，聽者負責接收消息、數(shù)據(jù)或命令，而控制器負責管理總線上的消息，并指定通訊連接和發(fā)送GPIB命令到指定的設備上。在目前使用時，有些GPIB設備在不同的時候它可以扮演不同角色，有時充當說者，有時充當聽者，有時又可以作為控制器。

使用過的人都知道，GPIB接口它有一個特點，就是可以通過一個接口將多個GPIB設備連接在一起，同時完成多種不同物理量的測量。除此之外，GPIB的基地址一共有31個，在工作中我們?yōu)榱双@得較高的數(shù)據(jù)傳輸速度，連接設備一般都會超過15個，對于普通的測量這就已經(jīng)足夠了。

而開發(fā)基于GPIB總線的虛擬儀器，一般需要有計算機、GPIB接口卡、GPIB連接電纜和帶有GPIB接口的測試儀器。測試儀器的類型及數(shù)量取決于實際的測試要求，儀器本身還要有與之配套的傳感器。GPIB接口卡主要用于將儀器與計算機相連，各GPIB接口之間用GPIB連接電纜連接。

3.2 實驗軟件編程

當下，一個完整的Labview程序由三部分組成，即前面板、代碼窗口及程序圖標和接口板。其中前面板主要實現(xiàn)程序的輸入輸出功能，由控制件元素和顯示件元素組成；代碼窗口則是用來編輯圖形代碼以實現(xiàn)對控件行為和屬性的控制；圖標和接口板則是用來實現(xiàn)子程序的調用。其中該程序最為基本的部分就是鎖相放大器收發(fā)信息VI的程序代碼，程序的其它部分都是建立在這兩個VI的基礎上的，通過編程把適當?shù)腉PIB命令通過兩個VI發(fā)送給儀器或者接收儀器返回的信息。

而虛擬儀器實驗程序框包括兩大模塊，分別為儀器設置模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，儀器設置模塊主要負責儀器測量時各種參數(shù)的設定，同時也具有顯示測量當前值的功能；數(shù)據(jù)處理模塊主要負責測量數(shù)據(jù)的實時顯示、測量數(shù)據(jù)以文本文件形式存儲到指定的文件中。

3.3 得出結論和總結

根據(jù)理論和實際，文章設計了一種基于GPIB總線的虛擬儀器的軟硬件及軟件編程。在設計開發(fā)過程中，采用了模塊化設計，通過編程把適當?shù)腉PIB命令通過兩個VI發(fā)送給儀器或者接收儀器返回信息。從這個案例實踐中我們可以看出，GPIB總線的虛擬儀器在使用中比較方便。

參考文獻

[1]繆為國.可組態(tài)的虛擬儀器系統(tǒng)的研究與設計[D].南京林業(yè)大學.2007.

[2]王可寧.電力遠程監(jiān)測管理系統(tǒng)及虛擬儀器在其中的應用[D].湖南大學.2002.

第3篇

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實；特點；虛擬實驗室；綜合布線

中圖分類號：TP391.9文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 15-0000-01

Virtual Reality Technology Application in Vocational Courses of Integrated Wiring

Sun Qian,Huang Shuiping

(Zhejiang University of Technology,Hangzhou310014,China)

Abstract:This year,as China's emphasis on vocational education,more students studying in vocational schools,training conditions led to a serious shortage of schools,mainly in the lack of hardware facilities,teaching time,space is limited and other issues.This paper discusses the use of virtual reality technology,virtual laboratory to build vocational training system to solve the problem.

Keywords:Virtual reality;Characteristics;Virtual laboratory;Cabling

一、虛擬現(xiàn)實的概念

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)，是人們通過計算機對復雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種全新方式，虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，而“虛擬”是指用計算機生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實是指用計算機生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射"到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。虛擬現(xiàn)實技術具有以下三個基本特征：

1.沉浸感(Immersion)―又稱浸沒感或臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。

2.交互性(Interactivity)―虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作，虛擬世界中的對象也能夠實時的做出相應的反映。

3.構想性(Imagination)―虛擬現(xiàn)實不僅僅是一種媒體或用戶的高速接口，而且還是針對某一特定領域、解決某些問題的應用，為了解決這些問題，不僅需要了解應用的需求，了解技術的能力，而且還需要有豐富的想象力。

二、虛擬實驗室的概念

虛擬實驗室(Virtual Laboratory)概念，是由美國的William Wolf教授1989年提出的，用來描述一個計算機網(wǎng)絡化的虛擬實驗室環(huán)境。美國國家研究委員會的定義為：虛擬實驗室是一個無墻的中心。研究人員能在其中從事科學研究和工程設計，不必顧及地理位置的限制，實現(xiàn)同行間、同事間的互動；共享儀器、設備、數(shù)據(jù)、計算資源以及數(shù)字圖書館的信息。虛擬實驗室的特點

1.透明性：分布式虛擬實驗室的所有數(shù)據(jù)庫、硬軟件集成于一個系統(tǒng)，使用標準的統(tǒng)一命令來實現(xiàn)功能服務。這種透明的結構決定了分布式虛擬實驗室的透明特征。

2.資源共享性。

3.智能化：虛擬儀器技術與認知模擬方法的結合賦予虛擬實驗室智能化的特性。

4.互操作性：虛擬實驗一旦開放，即具有互動性，遠程用戶同樣可以操作中心實驗環(huán)境，同時用戶之間也可以交流相關信息。互動性需要有一系列軟硬件的支持，它們都是虛擬實驗的組成部分。

5.客戶定制性：允許用戶定制自己的使用方式，允許用戶通過設置限制來保護數(shù)據(jù)。

三、綜合布線虛擬實驗室的設計

（一）虛擬實驗室體系結構的設計。整個系統(tǒng)采用C／S體系結構，以TCP／IP作為網(wǎng)絡通信協(xié)議，構建了一個虛擬實驗室系統(tǒng)。利用MAYA搭建場景，模擬現(xiàn)實環(huán)境，制作工具欄中的虛擬器件。利用C++語言設計前端的實驗操作平臺，主題框架界面采用SDI 單文檔結構視圖。實驗者可選擇虛實驗場景，并在場景中對虛擬器件進行動態(tài)地拖拽、旋轉、屬性編輯等動作，隨時隨地進行綜合布線的相關實驗。它營造了一個逼真的實驗環(huán)境和強大的交互功能，使實驗可以取得真實的結果，并以電子實驗報告的形式提交。

（二）虛擬實驗室場景的設計。該實驗室系統(tǒng)模擬現(xiàn)實中一幢正在建筑的6層樓房的場景，每層樓走廊左右各有3個房間，共6個房間。在走廊的盡頭有個小儲藏室，作為樓層配線設備（FD）工作室。一樓的一個房間作為建筑物配線設備(BD)工作室。該場景按照比例還原現(xiàn)實規(guī)模，使實驗者有身臨其境的感覺。

綜合布線的器件將已工具欄的形式出現(xiàn)在系統(tǒng)中，包括線槽，線管，網(wǎng)線、電腦、電視、電話模塊及面板，管卡，集線器，配線架。使用者可以點擊工具欄中的器件在場景中施工。

（三）虛擬實驗室功能的設計。在現(xiàn)實綜合布線實驗中，實驗效果情況只能利用AUTOCAD軟件制作平面圖，無法看到真實線路的走向，信息點的擺放，耗材的使用，布線是否規(guī)范等情況。而常規(guī)的實驗設備不能體現(xiàn)真實建筑物的特點，導致學生在布線中目的性不是很明確。

虛擬實驗室模擬了現(xiàn)實場景，只要有布線要求，不論是文字說明的還是平面設計圖，實驗者都可以模擬布線。線路的走向，信息點的擺放一目了然，系統(tǒng)還封裝了多個公式，有關布線器件的使用數(shù)量在實驗最終的報告里都以電子表格的形式顯示。最關鍵的是學生知道自己在做什么，知道線路為什么這么布，在以后工作中，就不會出現(xiàn)沒學過這個知識的想法。系統(tǒng)還封裝了多個綜合布線工程施工中的規(guī)范，實驗者在操作中，如果不符合規(guī)范，系統(tǒng)也會提示。

四、結束語

由于虛擬現(xiàn)實技術處于起步階段，虛擬現(xiàn)實技術尚未能普及。隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展和完善，虛擬現(xiàn)實技術作為一個新型的媒體，以其自身強大的教學優(yōu)勢和潛力，將會在教學中得到廣泛的應用。

參考文獻：

[1]褚志濤.虛擬現(xiàn)實技術略論[J].南京廣播電視大學學報,2007,4

[2]王樹君.虛擬現(xiàn)實技術及其應用現(xiàn)狀研究[J].黑龍江科技信息,2008,26