虚拟现实技术综述范文

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第1篇

关键词：虚拟现实；技术；商业产品；研究

中图分类号： G434 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

虚拟现实技术是美国等发达国家在八十年代末期发展起来的一门新技术，到九十年代初期，人们才开始关注虚拟现实技术，虚拟现实技术早期主要运用于电视、游戏等娱乐项目中。目前正在向工业、商业、教育和医学行业等扩展应用，在当前属于一项非常活跃的研究领域。

1虚拟现实技术的特点

通常情况下，虚拟现实技术有以下三个特点[1-2]：①沉浸性：虚拟现实技术是结合人类的感官特点和心理特点通过计算机生成三维立体图像，体验着可以戴上具有显示器的头盔和能显示数据的手套等设备，通过这些交互设备亲身体验虚拟环境，将自己融入到虚拟环境中，体验一种身临其境的感觉。②交互性：即人机交换，体验者可以通过操作电脑键盘和鼠标进行交互，也能通过传感设备进行交互，如头盔显示器、数据手套。计算机能感应到体验者的手、眼、语言的运动，来调整系统屏幕上的声音和图像。在这里，体验者同样具有高度的自主性。③多感知性：因为计算机的虚拟现实系统中具有多种感官设备和反应装置，所以，体验者通过计算机在虚拟的环境中可以感受视觉、听觉、触觉等多种感知来达到一种身临其境的逼真效果。

2国内外对虚拟现实技术的研究现况

2.1美国主要在用户界面、感知、后台软件和硬件等四个方面进行虚拟现实技术的研究。美国宇航局有一项著名的创作就是对哈勃太空望远镜的仿真，还通过虚拟现实技术建立了训练系统和空间站VR维护。2010年墨西哥和海底发生了大地震，美国科学家们利用虚拟现实分析系统，时刻关注受灾地区的情况，同时预报该地是否有断层移动的现象。美国在建筑虚拟动画方面也做了深入研究，目前已经建立了不少虚拟建筑场景。

2.2在欧洲，英国在触觉设计和应用研究方面领先于其他很多国家。2011年4月，英国威廉王子大婚。英国一家公司通过虚拟现实技术模拟了大教堂和周围建筑群，使用户仿佛身临其境。

2.3日本对虚拟现实技术的研究处于领先地位，特别是对虚拟现实游戏的研究。日本东京大学科研院主要研究远程控制方面；东京大学广濑研究室主要研究虚拟现实的可视化问题；筑波大学开发了虚拟行走原型系统。

我国对虚拟现实技术的研究相对发达国家起步晚、有一定差距。不过近几年来，在我国一些科研机构和高校中，北京航空航天大学计算机系是我国最早研究VR的单位之一，该校在2000年8月成立了实验室专门研究虚拟现实技术；浙大CAD&CG国家重点实验室研发了虚拟建筑环境的漫画系统；哈尔滨工业大学对人类的表情做出了重点研究。目前，国内很多大学生都在研究虚拟现实实景漫游，并且有些研究成果已经被应用到城市建设和规划中。

3虚拟现实技术在产品设计中的应用

3.1产品外形的设定

产品设计人员可以通过虚拟现实技术模拟出来图像确定产品的外形，并且还能从各个角度观察产品，帮助设计人员改进产品中的不足之处，从而可以进一步优化产品。

3.2产品布局检测

一些结构复杂的产品需要合理、科学的布局，设计者可以通过虚拟现实技术很直观的看到整个产品的结构，设计人员可以参照计算机上的数据选择最科学、合理的产品布局方式。同时，虚拟现实技术对设计产品整个具象进行再现[3-4]，包括外形设计到内部结构都能呈现出来，通过人机交互的方式让设计人员更为直观的感受产品，方便找出设计不当的地方，从而进一步完善产品，这样一来，就能科学、高效的规划产品的布局。

3.3产品的宣传

宣传产品是销售产品的一个重要环节。虚拟现实技术能够帮人们将虚拟的事物“真实化”，为观众提供更多的感知能力，更为生动、直观的将产品展示给观众。虚拟现实技术极大的吸引了观众的眼球。

4虚拟现实技术与上海世博会

2010年5月到10月，第41界世博会在我国上海举行。虚拟现实技术在这次世博会上得到多方面的应用，主要体现在世博馆规划设计、馆内虚拟展示和网上世博会三个方面。

1.世博会虚拟规划设计

针对世博会场地和场馆的规划，设计者利用虚拟现实设计大大提高了场地规划的科学性的效率。设计中，世博局引入CityMaker系统对用地范围的实际建筑进行三维建模，将得到的现状图片、AutoCAD图纸等数据资料进行叠加。对于改造方案，也利用虚拟现实技术比较选出最为合理的设计方案。

2.世博场馆内虚拟展示

上海世博会全面采用了虚拟展示系统。例如沙特360度环幕的珍宝剧院，在播放深海奇景、星级穿越等情景时，让观众身临其境、心潮澎湃，虚拟现场为观众带来了非常强烈的视觉体验。世博会石油馆也利用虚拟现实技术，石油馆的影院中播放的4D电影《石油梦想》，为观众展示了石油演变的整个过程，结合4D影片的效果和情节，设计放映厅的座椅可以前倾后仰，为观众带来动感体验，同时还能听到风声、闻到石油的气味等，使观众对影片印象深刻。

3.网上世博会

网上世博会是实体世博会的扩展和补充。网上世博会是中视典数字科技有限公司的VRP-museum系统和水晶石公司的N-city系统等共同制作完成。网上世博会通过交互的方式为场外人员介绍了世博会的大量背景，包括游线预览、场馆介绍等。

虚拟现实技术成为各个领域发展的突破手段，通过它向人们展示未来生活的片段。虚拟现实技术不仅在商业展示中给人们带来惊奇的体验，在其他建筑设计、数字化酒店、大型工程漫游和医学研究等各方面都有广泛应用。由此可见，科学技术的应用对我们生活的影响越来越大。

结束语：

作为一项新兴技术，虚拟现实技术带给人们大量的视觉体验，拉近了观者与展示产品的距离，有效节约了设计成本，其应用前景十分广阔，但仍有许多问题有待研究，只有真正找到这些问题的技术实现途径时，信息处理系统和人之间的隔阂才能完全被克服。

参考文献：

[1]赵沁平.虚拟现实中的科学技术问题[J].中国计算机学会通讯.2013，（1）：12-14.

第2篇

关键词：GPIB总线虚拟仪器；GPIB技术；工作原理；案例设计

中图分类号：TP39 文献标识码：A

1. GPIB技术及GPIB总线虚拟仪器概述

总而言之，GPIB技术是IEEE488标准虚拟仪器较为早期的一个发展阶段。随着它的出现，促使着电子CAN总线控制器测量独立的单台手工操作逐步向大规模自动测试系统的方向发展。目前典型的GPIB系统它是由一台PC机、一个GPIB接口卡和若干台GPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。

就目前来说，我国的GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以方便地把多台仪器组合起来，形成一个自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令实际上很简单，这主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。

而GPIB总线的虚拟仪器系统说白了就是以GPIB总线仪器与计算机为硬件平台组成的虚拟仪器测试系统，GHB卡将可编程仪器与计算机联系起来，通过计算机的控制去执行各项任务操作。它的硬件配置包括PC机，PCI-GPIB接口模块 EP-H6280，频谱仪：AV4032，数字多用表：34401A，微波功率计：ML2430A和任意波形发生器：33250A等等。它的测试要求是要有频谱仪，33250A，微波功率计和微波信号源等。其测试框构图如下图1所示。

图1测试框构图

2.GPIB总线虚拟仪器工作原理

单就GPIB总线虚拟仪器的工作原理来说，该系统在软件的大力控制下不仅实现了以往单台虚拟仪器的测控功能，更重要的是它实现了测控系统的整个组态功能。在实际工作运行中，根据测控对象的实际需要可以进行组态选择合适的自动测控系统功能。但是需要特别说明的是，在实际中应该对不同物理量应选配相应的传感器。我们知道，系统的控者它是由PXI-8156零槽控制器和PC机担任，PXI-8156通过内置PXI总线与PXI-L6071E Multifunction I/O相连，实施对象的模拟量或数字量采集。而实际中PXI-8156通过密封机箱内置的AT-GPIB/TNT接口连接VXI仪器的GPIB VXI/O转换口，使其间接控制VXI-4101A的多用表、计数器和I/O以及6071E等等仪器，组成高速集成虚拟仪器测控系统环境，能够对接入对象实施远程测控。PXI控制器与PC机以及与远程用户均通过Internet连接，能够实现对任意组态系统的远程操作。

3.基于LABVIEW的GPIB虚拟仪器案例设计

根据笔者的实际工作和工作经验，结合理论和实际，本文设计一种基于LABVIEW的GPIB虚拟仪器。

3.1设计案例所需组件

3.1.1 GPIB总线虚拟仪器所需要的软件。用LABVIEW开发基于GPIB总线的虚拟仪器的软件包括：LABVIEW开发平台、GPIB接口卡驱动程序和仪器的LABVIEW驱动程序。在这里需要加以说明的是如果有仪器的LABVIEW驱动程序，创建虚拟仪器就更方便了。仪器的LABVIEW驱动程序负责仪器通信和控制的具体过程，系统里包含仪器编程细节。

3.1.2 GPIB总线虚拟仪器所需要的硬件。GPIB接口是由8位数字并行通讯接口而组成，其数据传输速度为1mbyte/s。GPIB设备分为三部分，这三部分分别是听者、说者和控制器。在实际工作中，说者负责发出消息、数据或命令，听者负责接收消息、数据或命令，而控制器负责管理总线上的消息，并指定通讯连接和发送GPIB命令到指定的设备上。在目前使用时，有些GPIB设备在不同的时候它可以扮演不同角色，有时充当说者，有时充当听者，有时又可以作为控制器。

使用过的人都知道，GPIB接口它有一个特点，就是可以通过一个接口将多个GPIB设备连接在一起，同时完成多种不同物理量的测量。除此之外，GPIB的基地址一共有31个，在工作中我们为了获得较高的数据传输速度，连接设备一般都会超过15个，对于普通的测量这就已经足够了。

而开发基于GPIB总线的虚拟仪器，一般需要有计算机、GPIB接口卡、GPIB连接电缆和带有GPIB接口的测试仪器。测试仪器的类型及数量取决于实际的测试要求，仪器本身还要有与之配套的传感器。GPIB接口卡主要用于将仪器与计算机相连，各GPIB接口之间用GPIB连接电缆连接。

3.2 实验软件编程

当下，一个完整的Labview程序由三部分组成，即前面板、代码窗口及程序图标和接口板。其中前面板主要实现程序的输入输出功能，由控制件元素和显示件元素组成；代码窗口则是用来编辑图形代码以实现对控件行为和属性的控制；图标和接口板则是用来实现子程序的调用。其中该程序最为基本的部分就是锁相放大器收发信息VI的程序代码，程序的其它部分都是建立在这两个VI的基础上的，通过编程把适当的GPIB命令通过两个VI发送给仪器或者接收仪器返回的信息。

而虚拟仪器实验程序框包括两大模块，分别为仪器设置模块和数据处理模块，仪器设置模块主要负责仪器测量时各种参数的设定，同时也具有显示测量当前值的功能；数据处理模块主要负责测量数据的实时显示、测量数据以文本文件形式存储到指定的文件中。

3.3 得出结论和总结

根据理论和实际，文章设计了一种基于GPIB总线的虚拟仪器的软硬件及软件编程。在设计开发过程中，采用了模块化设计，通过编程把适当的GPIB命令通过两个VI发送给仪器或者接收仪器返回信息。从这个案例实践中我们可以看出，GPIB总线的虚拟仪器在使用中比较方便。

参考文献

[1]缪为国.可组态的虚拟仪器系统的研究与设计[D].南京林业大学.2007.

[2]王可宁.电力远程监测管理系统及虚拟仪器在其中的应用[D].湖南大学.2002.

第3篇

关键词：虚拟现实；特点；虚拟实验室；综合布线

中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：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、虚拟现实的概念

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射"到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。虚拟现实技术具有以下三个基本特征：

1.沉浸感(Immersion)―又称浸没感或临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。

2.交互性(Interactivity)―虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标对虚拟环境中的对象进行考察或操作，虚拟世界中的对象也能够实时的做出相应的反映。

3.构想性(Imagination)―虚拟现实不仅仅是一种媒体或用户的高速接口，而且还是针对某一特定领域、解决某些问题的应用，为了解决这些问题，不仅需要了解应用的需求，了解技术的能力，而且还需要有丰富的想象力。

二、虚拟实验室的概念

虚拟实验室(Virtual Laboratory)概念，是由美国的William Wolf教授1989年提出的，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。美国国家研究委员会的定义为：虚拟实验室是一个无墙的中心。研究人员能在其中从事科学研究和工程设计，不必顾及地理位置的限制，实现同行间、同事间的互动；共享仪器、设备、数据、计算资源以及数字图书馆的信息。虚拟实验室的特点

1.透明性：分布式虚拟实验室的所有数据库、硬软件集成于一个系统，使用标准的统一命令来实现功能服务。这种透明的结构决定了分布式虚拟实验室的透明特征。

2.资源共享性。

3.智能化：虚拟仪器技术与认知模拟方法的结合赋予虚拟实验室智能化的特性。

4.互操作性：虚拟实验一旦开放，即具有互动性，远程用户同样可以操作中心实验环境，同时用户之间也可以交流相关信息。互动性需要有一系列软硬件的支持，它们都是虚拟实验的组成部分。

5.客户定制性：允许用户定制自己的使用方式，允许用户通过设置限制来保护数据。

三、综合布线虚拟实验室的设计

（一）虚拟实验室体系结构的设计。整个系统采用C／S体系结构，以TCP／IP作为网络通信协议，构建了一个虚拟实验室系统。利用MAYA搭建场景，模拟现实环境，制作工具栏中的虚拟器件。利用C++语言设计前端的实验操作平台，主题框架界面采用SDI 单文档结构视图。实验者可选择虚实验场景，并在场景中对虚拟器件进行动态地拖拽、旋转、属性编辑等动作，随时随地进行综合布线的相关实验。它营造了一个逼真的实验环境和强大的交互功能，使实验可以取得真实的结果，并以电子实验报告的形式提交。

（二）虚拟实验室场景的设计。该实验室系统模拟现实中一幢正在建筑的6层楼房的场景，每层楼走廊左右各有3个房间，共6个房间。在走廊的尽头有个小储藏室，作为楼层配线设备（FD）工作室。一楼的一个房间作为建筑物配线设备(BD)工作室。该场景按照比例还原现实规模，使实验者有身临其境的感觉。

综合布线的器件将已工具栏的形式出现在系统中，包括线槽，线管，网线、电脑、电视、电话模块及面板，管卡，集线器，配线架。使用者可以点击工具栏中的器件在场景中施工。

（三）虚拟实验室功能的设计。在现实综合布线实验中，实验效果情况只能利用AUTOCAD软件制作平面图，无法看到真实线路的走向，信息点的摆放，耗材的使用，布线是否规范等情况。而常规的实验设备不能体现真实建筑物的特点，导致学生在布线中目的性不是很明确。

虚拟实验室模拟了现实场景，只要有布线要求，不论是文字说明的还是平面设计图，实验者都可以模拟布线。线路的走向，信息点的摆放一目了然，系统还封装了多个公式，有关布线器件的使用数量在实验最终的报告里都以电子表格的形式显示。最关键的是学生知道自己在做什么，知道线路为什么这么布，在以后工作中，就不会出现没学过这个知识的想法。系统还封装了多个综合布线工程施工中的规范，实验者在操作中，如果不符合规范，系统也会提示。

四、结束语

由于虚拟现实技术处于起步阶段，虚拟现实技术尚未能普及。随着虚拟现实技术的不断发展和完善，虚拟现实技术作为一个新型的媒体，以其自身强大的教学优势和潜力，将会在教学中得到广泛的应用。

参考文献：

[1]褚志涛.虚拟现实技术略论[J].南京广播电视大学学报,2007,4

[2]王树君.虚拟现实技术及其应用现状研究[J].黑龙江科技信息,2008,26