【触摸技术　走进现实】vr 用双手触摸现实

　　传统的人机交互技术正面临着新型触控技术的强烈冲击。与传统的单一触摸技术不同，以iPhone中使用的多点触控为代表的新技术可以同时处理多个触摸，将彻底颠覆传统交互设备的输入输出界限，一个更加自由的交互世界正快速向我们走来。

使用窗口、图标、菜单和定位设备（WIMP: window, icon, menu, pointing device）的人机界面其名称也许缺乏新意，但其主导计算业界已经大约15年了。键盘、鼠标和显示屏幕仍在为用户提供出众的服务。

不过开发基于人体触摸和姿势的技术的人员表示，WIMP的主导地位可能快要走到尽头了，只要看看苹果公司推出才一年的iPhone即可明白这点。研究人士表示，从人机界面的角度来看，iPhone的屏幕结合了显示和输入两种功能―用多个手指通过多种直观的触摸和姿势就能进行操控，这简直就是革命性的创新。

iPhone并不是惟一把人机界面带到新水平的商用设备。微软的Surface计算机把输入和输出装置集成到了庞大的桌面设备上，它能识别触摸和姿势，甚至还能识别放在上面的物理实体。三菱电子研究实验室（MERL）研发的DiamondTouch Table是一种由触摸和姿势激活的显示屏，支持小范围群体协作。它甚至能识别谁在触摸。

这些设备为即将来临的更自然、更直观的人机交互时代指明了一条道路。马萨诸塞州塔夫茨大学的计算机学教授Robert Jacob表示，触摸仅仅是“后WIMP界面”研究这个新兴领域的一个组成部分，他把这些广泛结合的技术称为“基于现实的交互”（reality-based interaction）。

这些技术包括: 虚拟现实、上下文感知计算、知觉与情感计算以及实体交互（计算机能够直接识别物理实体）。他认为，基于现实的交互能发展起来，得益于四大“实际主题”: 朴素物理学、人体感知、环境感知和社会感知。

Jacob说: “所有这些界面的相似之处在于，它们更像是实际环境。”比方说，iPhone“使用了你马上知道该怎么做的姿势”，比如用两个手指触摸一个图像或者应用程序，然后把它拉开来即可实现放大，或者把它捏起来即可实现缩小（这些操作还应用到了iPod Touch和新款MacBook Air的触控板）。

他又说: “用户用不着致力于记住用户界面的布局; 而是只要致力于所要完成的任务。”iPhone能同时处理多个触摸，这与自动柜员机（ATM）等传统触摸应用主要采用的单一触摸技术相比是一大飞跃。

“创新的长鼻”效应

虽然大多数人在iPhone去年亮相之前还没有听说过多点触控技术（multitouch），但多伦多大学的Bill Buxton及其同事早在1984年就已经在试验计算机领域的多点触控技术。

如今已是微软公司研究人员的Buxton表示，触摸技术所走的道路可能会类似鼠标: 鼠标早在1965年就由Douglas Engelbart发明，直到大约三十年后推出了Windows 95，才出现爆炸性成长。Buxton称这长达几十年的起步期为“创新的长鼻”（long nose of innovation），这种现象极其常见。

如今，触摸技术可能类似鼠标在1983年前后的处境。Buxton说: “人们知道现在有了值得关注的不同技术。不过我认为我们还不知道这种不同技术会带来什么。就在一两年之前，输入设备与输出设备之间还存在重大区别。显示屏就是显示屏; 鼠标就是鼠标。”

而现在，屏幕可以是双向交流的工具这种想法即将流行开来。“所以，现在不但我的眼睛能看到像素，屏幕也能‘看’到我的手指。”

触摸无所不在

虽然IBM公司的先进触摸技术在市场上还没有得到太大的发展，但为未来指明了一条道路。IBM在其Everywhere Displays项目中，把投影仪装到普通房间的一个或多个角落，把“触摸屏”的图像投影到普通物体的表面上，比如桌面、墙面或者地面上。

摄像机捕捉到用户触摸表面各部位的图像后，把这些信息发送出去，以便计算机解读。触摸屏没有任何电子元件―确实一个计算部件都没有，所以它们易于移动及更新部件。

IBM研究公司的Claudio Pinhanez介绍，这种概念的一个版本已运用到德国的一家葡萄酒商店。麦德龙超市在莱茵贝格的“未来商店”安装了一个信息亭，顾客可用来获取商店贮藏的葡萄酒方面的信息。但这家店贮藏的酒太多了，顾客常常很难在架子上找到所需的某款酒。Pinhanez表示，他们最后购买的往往是附近特卖区的低价酒，对商店而言这类酒利润微薄。

而如今，信息亭设有“演示”按钮; 摁下这个按钮后，就会在所选物品前方的地面上投射强光。Pinhanez表示，强光区还不是如上所述的输入设备，但很可能会成为输入设备。

IBM还在为杂货店开发原型系统。比如说，这种系统能够在地面上照亮圆圈区域，问顾客“你希望为增加饮食中的纤维迈出第一步吗？”如果顾客用脚触摸“yes”，系统会把脚印投影到相应的产品上（比如说纤维含量高的麦片）。

Pinhanez说: “接下来，你可以让麦片盒本身具有交互功能。触摸以后，系统会把有关这盒麦片的信息投影到架子上方的面板上。”

被问及交互式麦片盒会不会是寻找起来很麻烦的办法时，Pinhanez说: “问题在于，有了投影和摄像技术，就能把任何日常物体变成触摸屏。”而人们常常探讨的替代方案（比如商店系统通过手持设备与顾客进行交互）之所以很难实现，就是由于相应设备缺乏标准。

四大核心要素

塔夫茨大学的Jacob开发了一套框架，结合了多点触控屏幕等不同技术和能从用户脸部读取表情的系统。他说，这种“基于现实的交互”基于以下四个概念:

●朴素物理学。人们都知道苹果从树上掉下来后总会落向地面，就算忘记了牛顿定律，也知道这点，这是一种常识。苹果公司的iPhone就顺应了用户的直觉: 它能够模拟重力（用户转动设备时，屏幕会从肖像模式变成风景模式）和惯性（如用户飞快翻阅联系表时，手指移开后，联系表仍会继续滚动，好像联系表有质量似的）。

●人体感知与技能。这是指独立于环境来协调人的双手、双脚和感官的功能。“新兴界面支持日益丰富的基于这种技能的输入技术，包括双手交互和人体全身交互。”Jacob如是说。

●环境感知与技能。人自然会根据周围环境的物体采取行动。新兴的人机交互方式如虚拟现实也是如此。比方说，“上下文感知”或者传感系统能够计算出用户的位置，并由此采取相应行动。

●社会感知与技能。人们认识到有别人在场之后，会用各种方式与对方进行互动。同样，像三菱的DiamondTouch Table这些新兴技术有助于通过触摸屏来促进协作: 触摸屏让用户与别人保持目光接触的同时，还可以与触摸屏进行交互。

Jacob说: “所有这些新的交互方式得益于建立在用户之前对非数字化日常世界的认识这一基础上。”

“粗手指”问题

一些研究人士表示，姿势识别是触摸技术发展到一定阶段的自然产物: 系统能识别手或者手指在屏幕上移动或者移近屏幕，而不需要真正触摸。

IBM的Pinhanez说: “我们的技术快要成功了，因为我们能识别触摸姿势。用户可以在不实际触动按钮的情况下移到按钮上方。”

阻挡问题指手指或者手挡住了用户视线，看不到自己的操作，从而导致犯错。现在有几家公司正在用一些新方法来解决这个问题。微软和MERL合作开发了名为LucidTouch的研究原型，这种“伪半透明”的双面移动设备让用户可以用手指在设备正面或者背面发出命令。

微软研究部门的Patrick Baudisch说: “我们正在着手解决的问题是有些人所说的‘粗手指问题’。”用户触摸设备的背面后，他会在屏幕上触摸对象的后面而不是前面看到手指的图像。LucidTouch能同时接收多达10个手指的输入。

Baudisch说，LucidTouch特别适用于这两种情况: 一是多点触控交互; 二是触摸屏非常小，可能只有手表面这么小。他不愿透露LucidTouch何时或者是否会成为产品，只表示研究人士会继续加以完善，同时寻找移动游戏、艺术和电子表格等应用。

Baudisch表示微软的原型已经能按手指姿势来进行操作，系统不但能识别手指的位置和移动，还能明白手指数量不同代表什么意思。比如，一个手指的移动被看成是相当于移动鼠标，一个手指的触摸被看成是点击鼠标，而两个手指的触摸及移动被看成是滚动鼠标。

Baudisch认为，各色各样的触摸技术现已逐渐成熟。他说: “触摸技术已存在很长时间，但传统上应用于小众市场。这项技术过去比较昂贵，还存在人机工程学问题。但现在可以说情况在好转。”

他说，移动设备的兴起是一个重要的催化剂，设备尺寸变得越来越小，而屏幕变得越来越大。他指出，当屏幕覆盖整个设备的表面后，传统按钮就没了地方。这就促使其他类型的交互方式（如语音）闪亮登场。

大屏幕也触摸

但不是触摸技术方面的所有进步都会应用于移动设备的小屏幕上。微软的Surface计算机使用的双向触摸屏就有30英寸，大得足以几个人围在一起、同时使用。这种计算机平放后，可显示360度的用户界面。

Surface内置的摄像头可以感知触摸和姿势等用户输入（手指在屏幕上移动），还能够捕捉识别放在上面的物体所需信息。这些信息发送到普通类型的Windows Vista PC进行处理，处理结果由数字光处理（DLP）投影仪返回给Surface。这是一种基于视觉的系统，不是像许多传统触摸设备那样采用电容或者电阻原理。

触摸的艺术

弗吉尼亚理工大学的音乐技术教授Ico Bukvic把触摸技术带到了无与伦比的境界，他使用法国公司JazzMutant的Lemur多点触控“操纵面”，快速创作及演奏音乐作品，这样用户就可以使用手和手指来“表演”用计算机创作的音乐。

Bukvic面对的是“交互式多媒体艺术”，它结合了动画、视频、录制及实时电子音乐及其他内容，让艺术家、听众和计算机能够在“共生圈”里面协同工作。用户只要用10个手指来控制众多参数: 视频亮度、虚拟摄像机位置、声音高低和幅度以及乐器组合等，就能够进行艺术表演，这好比钢琴演奏家在弹奏即兴创作的复杂乐曲。

Bukvic表示，这些参数可以保存到“可能结果库”里面，方便以后重新创作。他说: “这就像是虚拟表演，每个手指的弯曲影响到实际输出―音频和视频等。创作与表演合为一体。”

微软正与几个商业伙伴（包括喜达屋酒店及度假酒店集团）合作，共同推行Surface机，初步定于今年夏季交付。Surface计算部门的营销主管Mark Bolger声称，Surface最初会针对休闲、娱乐和零售等行业。他说，不妨设想这样的场景: 酒店客人借助Surface计算机中大堂里面的“虚拟接待员”，操纵地图、相片、餐厅菜单及剧院信息。

Bolger表示，Surface有四个关键特点，这些特点可能会出现在将来许多基于触摸技术的设备: 直接交互（不用键盘或者鼠标）、多点触控界面、多用户输入和对象识别器―比如说，侍应生把一瓶酒放到Surface上，它就会调出葡萄酒厂的。

至于何谓“多用户”，还存在一定的分歧。MERL负责业务发展的副总裁Adam Bogue称，MERL的DiamondTouch Table是市面上惟一真正多用户的触摸设备，原因是它是惟一能够识别同时触摸的多个用户。他说: “我们的整个目的就是支持小范围的群体协作。”

借助DiamondTouch，用户实际上成了系统的一部分。嵌入在该设备表面下方的多根天线把微弱的无线射频信号送到用户的指尖。Bogue解释: “如果你触摸面板，实际上就是把自己与信号进行了电容耦合，形成了通过你身体以及椅子的电路。每把椅子都连接到独立的接收器信道。”

MERL在2001年推出了第一款DiamondTouch设备，此后把100多台设备卖给了大学实验室和少数几家期望把该设备集成到自身系统中的公司。这家组织现正在开发应用―最初的应用出现在地理信息系统（GIS）和CAD领域; 还在销售一套软硬件，让其他公司可以用来自行开发应用。

Bogue表示，MERL在1月底宣布把DiamondTouch部门分离出来，组成名为Circle Twelve Inc的独立公司。

当然，研究人士和发明家们在设想开发尺寸更大的触摸屏，包括整面交互墙。在YouTube上搜索一下“multitouch wall”（多点触控墙），就会看到许多这种诱人的设备已到了原型阶段，出现在许多技术展会及其他公共场所。甚至只要花10万美元，就能在Neiman Marcus百货公司买到这样一款设备: 由多点触控技术创新者Jeff Han及其公司Perceptive Pixel Inc开发的 Interactive Media Wall。

但专家们预测，好戏才刚刚开始上演。

触摸之外

卡内基•梅隆大学的电气计算机工程和机器人学教授Pradeep Khosla表示，触摸技术会急速发展，这主要归功于外在因素。他说: “人类面对面交谈时，可以做出眼部姿势、脸部姿势和手部姿势，对方能一一解读其要传达的意思。我认为，这正是发展方向。所有这些方面都有发展空间，多种方式的姿势将是未来。”

微软的Buxton也预计不同的交互技术会趋向融合。他说: “过去有这样的看法，少就是多―尽量减少得到的功能，以便降低复杂性。而另一种观点是，多实际上就是少―更多的所需功能集成起来，复杂性随之消失。”

Buxton预测，在将来的办公室，桌面计算机可能会与现在的几乎一样。“但你完全可以用鼠标或者姿势，把计算机上的内容投射到墙壁或者白板上，然后站着通过触摸和姿势来操作。你还可以把内容拖到手机上，这样手里就有了这个平面。手机、墙壁和桌面，它们适合处理不同的任务。”

那么这会终结WIMP界面吗？塔夫茨大学的Jacob称用户不会马上扔掉手里的键盘和鼠标。他说: “它们其实特别好用。WIMP几乎完全取代了命令行界面的位置。WIMP界面是很出色的技术创新，人们根本不能没有它，我并不认为它走到了穷途末路。”

Buxton同意上述观点。他说: “WIMP是有着20多年历史的标准界面; 所有应用都是围绕它来开发的。难就难在，不把孩子连同洗澡水一起倒掉，即我们如何获得这些新方法的优点，同时保留现有技术的精华部分。”

智能产品的人机交互由最开始的“屏内”计算机交互,发展为“屏外”交互。与传统电子类产品不同的是,无屏智能产品所设置的传感器、信息采集等集成模块让产品具有了一定的感知能力,并通过软硬件结合,在强大的CPU功能、AI算法、云端大数据平台的技术支持下,产品功能的“自动执行”“信息反馈”变成一种自然而然的“输出”。

为了追求无屏智能产品良好的用户体验,基于用户多感官的交互设计在当前得到了空前的重视,也是加速图形用户界面（GUI)向自然用户界面（NUI）“人—机—场景”融合的方向发展的动力源。GUI时代是以实体界面当中的操控按键的按压、旋转、激活状态及信息导航为研究对象,以提升产品的人机工效为目的。2007年,i Phone创造的智能移动终端“手指多触点交互”操控方式为智能化产品“人机”自然交互奠定了基石。交互的界面形式也从有形的、物化的界面发展为无形的、没有边界的形式,人机交互形式也从“接触式”发展出“非接触式”。

“无屏智能产品”模拟了人通过感官获取信息、自动执行决策的过程,并结合交互体验设计的情感化,塑造了此类科技产品的“智慧感”,并以非接触的、动态的交互关系全方位地激发人的多感官综合体验——“存在感、遥在感、共在感”。人则通过“交互动效”来感知无屏智能产品功能执行的“时速”和效用,并开始以“智能性”“智慧感”来描述无屏智能产品非接触式交互设计的综合体验。

内容来源：王毅,李赛喧,杨舒无屏智能产品交互设计的“舒畅感”体验研究[J]装饰 2022,(04):142-144

　　随着现代高新科学技术的不断发展，数字化技术在世界各国的军事领域中得到了广泛应用，使军事训练的内容、方式、体制以及时空范畴发生了根本性的变革。以计算机为主体的数字化模拟技术已经在作战指挥、军事训练、战法研究等方面取得了革命性的成果，在此基础上产生的轻武器射击模拟训练系统以其特有的科学性、经济性、真实性和安全性等诸多优势，引起世界各国军警的高度重视，被视为信息时代提高军警日常训练的自动化程度和射击训练技巧的有效途径。

优点与不足并存

射击模拟训练是一种物理模拟技术的应用，主要是通过建立各种模型来模拟各类作战行动及其效果，例如：模拟实车、实弹或实战环境，培养单兵、单车或小范围作战编组的作战技能，使他们在真正走向实兵实弹演习前就已具备相当的“战斗力”，甚至可以通过模拟训练熟悉尚未装备的武器系统，为未来战争作好准备。

六大优点

训练费用大大减少　利用计算机模拟仿真来实施对不同人员的训练，可改善射击训练条件，大大提高射击训练效果，更主要的是可以减少对武器装备的损耗以及弹药的消耗，节省大量的训练费用。1993年，美陆军利用模拟训练的方式进行了“露易斯安娜演习”，为制定下一代武器及人员编制计划提供了有效的论证数据，仅此一项就节约经费20亿美元，成效之大可见一斑。

训练时间和空间大大缩减　模拟训练比实际训练更容易组织，缩减了组织程序，可以大量缩短训练时间。此外，实际训练中的大空间占有现象在模拟训练中也不复存在，尤其是射击训练，不再受射程等问题的限制，还可以扩展各种武器系统的应用范围。

战斗场面更具真实感　由于与虚拟现实技术有关的眼球跟踪技术、高分辨率图像生成与显示技术、快速成像技术、高度真实感的声音处测技术、通过接触产生的人体肌肉反馈技术以及高速计算机技术的不断发展，虚拟的立体空间更加逼真、完善，使参训人员越来越近似于置身于真实的战场环境。例如，在训练中完全可以实现真人影像对抗射击，既实现了战术与技术应用的真实性，又消除了实际武器系统对参训人员可能造成的伤亡。

交互能力大大增强　仿真系统的交互是指通过计算机传输系统将通信手段与射击仿真技术相结合，形成一个在时间和空间上相互耦合的虚拟实战环境，使地域上分散在不同地点的新武器系统、作战单位或个人，能够同时在一个综合仿真环境下进行模拟作战，并互相交流射击感受，可更好地提高参训人员的射击水平和临战应变能力。

训练安全性大大提高　在模拟训练中的参训人员可能会“战败”、“受伤流血”，甚至“死亡”，但绝不是真正的流血和死亡，而是对战场环境的一种模拟。正像一位军事训练专家说的那样：今天“死”在模拟战场上，为的是明天在真正的战场上好好地活着。

对环境的污染和破坏得以避免　环境保护已愈来愈受到世界各国的重视，而每次真枪实弹的演习对环境的污染和破坏都非常严重，这在模拟训练中则是完全可以避免的。

三点不足

随着时代的进步，科学技术的迅猛发展，仿真技术越来越完善，模拟效果也越来越逼真。但尽管如此，模拟训练仍不能作为唯一的训练方式，因为有许多事物目前还难以或根本无法模拟。例如人的灵感，敌方指挥官随机的作战思想等；同时，模拟系统产生的视觉运动信号和人的感觉之间存在差异，新手还易引起“头痛、恶心、呕吐、眩晕”等病症；另外，目前模拟训练技术只能对直瞄武器系统的战场效果复制，尚不能完全复制间瞄火力以及手榴弹、榴弹发射器等武器的战场效果。因此，实况训练仍然是射击训练的基础。

两种模拟训练方式比照

射击仿真训练主要有以下两种方式。

二维影像模拟仿真训练

信息战时代，数字化战场上的士兵必须具有快速反应、收集地形信息、适应各种作战环境的作战技能，而激光模拟仿真系统为数字化士兵提供了这个条件。激光射击模拟仿真系统是一种利用激光具有亮度高、方向性好、颜色单纯的特性，再辅以电子设备的模拟装备。从表面上看，它类似于电子游戏，并且由于其与真实情况十分相近，因而可以使士兵完全沉浸其中，机动灵活地去处理战场上出现的各种情况。通过训练，可以大大提高士兵的作战技巧。

如国产的MX系列影像模拟射击训练系统是一套基于微计算机技术，综合运用激光、图像识别、数据处理等技术的灵活机动的多媒体模拟训练系统，可训练学员在无伤亡的情况下熟练使用小口径武器。学员们在该系统的多种仿真环境下进行反复训练后，可提高自身反应速度、提高射击准确率，并且训练正确的使用武器的方法。

该系列系统中的MX－3、MX－4和MX－5型是专为公安机关警察及武装部队进行射击训练开发的新一代专业智能模拟演练系统。其具有激光射击模拟训练和实弹射击双重训练功能，其中激光射击模拟训练的目的是使受训者获得接近实弹射击的训练效果，而实弹射击训练的目的是使得受训者在突发事件的环境下体验实弹射击的胆魄。其激光射击模拟可以逼真地模拟实弹射击的弹着点及声效，而且还能将“弹道”显示、中靶环数和成绩统计自动生成档案，永久保存，需要时还可随时调出查询、打印，从曲线图查看分析训练成绩、弹着点分布图等等。该系统还可以使用多种靶型，包括真人模拟靶，都可以对命中情况进行识别，彻底摆脱了“投影式”或“屏显式”射击模拟系统环境仿真度不高、投资大的问题，使训练更接近真实。经测试证明：即使是从没有打过枪的人，经过在该系统上训练一段时间后，射击水平也会大大提高，而同样的效果如果完全用实弹来练习，所耗费的人力物力难以想象。

MX训练系统主要由以下几个分系统(子系统)构成：总控台；计算机处理、数据存储及成绩统计子系统；图形／图像子系统；图像识别子系统；仿真音响子系统；激光模拟武器以及激光／实弹射击屏。

当进行激光模拟射击时，由总控台主计算机将射击训练科目的影像和声音信号传送给图形(图像)子系统和仿真音响子系统，投放到激光射击屏上，此时参训人员可以根据画面自行判断是否射击，如需射击，即可扣动扳机。激光模拟武器发射出激光，在激光射击屏上呈现光斑。此时图像识别子系统(摄像投影一体机)采集光斑，由图像识别软件进行解算、计算出光斑的坐标，再将此数据传输给主计算机，判别弹着点是否在有效区域，从而判断是否击中目标，如果击中，计算机会发出指令，被击中的人员影像或标靶会做出相应的被击中的动作和声响，训练成绩可在屏幕上实时显示，也可由打印机打印出来。

利用系统实弹射击时，射击屏采用中空密闭的双层软橡胶屏，弹头进入后，产生压力波，屏幕上方的超声波定位采集器 接收压力波，根据声波传到探头的时间差，计算弹头在空间位置的坐标，并将数据传回总控台主计算机，进而判别是否有效。

MX－5型反恐训练模拟系统是根据新时期训练要求，从实战出发而开发的新型模拟训练系统，该系统在MX－3和MX－4的基础上新增了许多扩展功能及互动训练功能，用户可以自行编辑科目、制定考核标准、可以自己拍摄、编辑实景训练科目。实弹弹着点识别采用红外热成像器件，灵敏、准确、直观、可靠。

三维虚拟现实模拟训练

虚拟现实技术亦称虚拟环境技术、灵境技术，也有人称其为电像技术。虚拟现实技术就是综合当今计算机、图像生成、立体影像技术及音响、显示、信息合成、传感器、软件工程技术及心理学、生理学等多领域的最新成就，实现虚拟实在感观的技术。其技术核心就是“沉浸、交互、想像”，也就是说，虚拟现实能使人身临其境(沉浸)，能和人充分互动(交互)，可通过引导给人想像的空间(想像)。利用虚拟现实技术进行训练，训练者不是被动地去观察计算机图表或与实际景物有一定差距的图像，而是在一个虚拟的、但又十分逼真的三维世界中，在视觉、听觉、触觉等人类全部感觉的作用下，犹如身临其境般地全身心投入到真实的训练中。

虚拟现实模拟系统是一个由人和机器组成的闭合系统，其中人是虚拟环境的用户，即虚拟环境的接受者与作用者，用自身的视觉、听觉、触觉与行为动作去作用于虚拟环境及其中的虚拟对象。机器部分主要是生成与交换虚拟环境景象的超高速处理设备，以及人与计算机输入输出信息的接口设备，又称交互设备，包括头盔显示器、数据手套和数据服、现实引擎几大部分。受训人员穿戴上数据手套、数据服和头盔显示器，手持武器造型的操作装备，开启主机，面前呈现出枪林弹雨的两军交战的3D场景，时而是辽阔地带的远程狙击，时而是狭路相逢的街头厮杀。自己幻化为其中一员，在密布全身的传感器的作用下，可以做出各种动作，如据枪、瞄准、射击，可以完全真实地向“战场”上的敌人射击，也可利用有利地形来遮蔽自己，宛如身临其境。

例如EST2000射击模拟训练系统是国内代理的美国ECC公司的产品之一，可以用来训练轻武器射击技术、班组战术以及高级单兵技术。利用该产品只需通过分析枪械反馈的传感信息，教练员就可以比实弹射击更容易诊断出射击者存在的问题。EST2000系统有30个以上高保真的友方和敌方的目标，14种截然不同的3D地形，同时可以模仿不同的气候条件和特殊效果，如下雨、刮风、下雪、闪光、爆炸等。其包含多个子系统，这些子系统既可单独运作，又可通过网络联在一起进行小单位战术训练。操作系统开放性的设计，可以使用户根据要求升级自己的系统；场景的编辑及射击与否的自动设置能力，使用户可以根据自身需求灵活地开发训练场景。

未来发展趋势

随着计算机和现代通信技术的飞速发展以及在训练上的广泛应用，模拟训练系统呈现出由单人、单武器的模拟训练向多人网络仿真训练的方向发展的趋势。

目前，我军仿真技术在这方面已取得了显著成果，自行研制的气候环境模拟仿真实验技术已步入世界先进行列，但与美国等发达国家相比仍存在一些差距，所以仍需加大研究力度，以适应未来射击模拟训练的需要。

编辑　郑双雁

VR（VirtualReality，虚拟现实）是一堆点和线所组成的，虽然是一堆线和点所组成的，如果有声音的配合，这才叫虚拟现实。在网络上，虚拟现实的声音可做到环绕的效果，让声音来表达物体的方位，所以虚拟现实在网络方面的应用相当广泛,例如,教育方面,可以模拟物体的运动，星球的运行和飞机的模拟飞行；建筑方面，可以让买方知道房子建好时的实际的样子，不会买了房子之后才拼命后悔；而在娱乐方面更是有更好的效果，特别是现在的游戏。

VR主要有三方面的含义：第一虚拟现实是借助于计算机生成逼真的实体，“实体”是对于人的感觉(视、听、触、嗅)而言的；第二用户可以通过人的自然技能与这个环境交互，自然技能是指人的头部转动、眼动、手势等其他人体的动作；第三虚拟现实往往要借助于一些三维设备和传感设备来完成交互操作。近年来，VR已逐渐从实验室的研究项目走向实际应用。目前在军事、航天、建筑设计、旅游、医疗和文化娱乐及教育方面得到不少应用。在国内，有关VR的项目已经列入计划，VR的研究和应用正在全面展开。虚拟现实（VirtualReality），简称VR或称灵境技术，实际上是一种可创建和体验虚拟世界（VirtualWorld）的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成，可以是现实世界的再现，亦可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界,并通过头盔显示器（HMD）、数据手套等辅助传感设备，提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感。VR技术是计算机技术、计算机图形学、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、传感与测量技术、软件工程、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术集成之结晶。其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供有力的支撑。它同时具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）和构想性（imagination），使人们能沉浸其中，超越其上，出入自然，形成具有交互效能多维化的信息环境。沉浸性是指用户对虚拟世界中的真实感，此种真实感将使用户难以觉察、分辨出其自身正处于一个由计算机生成的虚拟环境中；交互性是指用户对虚拟世界中的物体的可操作性；构想性是指用户在虚拟世界的多维信息空间中，依靠自身的感知和认知能力可全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求对问题的完美解决。研究和开发VR技术的根本目的旨在扩展人类的认知与感知能力，建立和谐的人机环境。

虚拟现实在城市规划中的应用

城市规划图城市规划图

　　城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一，虚拟现实技术可以广泛的应用在城市规划的各个方面，并带来切实且可观的利益： 展现规划方案虚拟现实系统的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理，有利于设计与管理人员对各种规划设计方案进行辅助设计与方案评审。规避设计风险。虚拟现实所建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的“再现”。用户在三维场景中任意漫游，人机交互，这样很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，大大提高了项目的评估质量。加快设计速度运用虚拟现实系统，我们可以很轻松随意的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，只要修改系统中的参数即可。从而大大加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，也节省了大量的资金，提供合作平台。虚拟现实技术能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图。有效的合作是保证城市规划最终成功的前提，虚拟现实技术为这种合作提供了理想的桥梁，这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。加强宣传效果对于公众关心的大型规划项目，在项目方案设计过程中，虚拟现实系统可以将现有的方案导出为视频文件用来制作多媒体资料予以一定程度的公示，让公众真正的参与到项目中来。当项目方案最终确定后，也可以通过视频输出制作多媒体宣传片，进一步提高项目的宣传展示效果。

虚拟现实在医学中应用

　　VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具（如手术刀、注射器、手术钳等），虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。但该系统有待进一步改进，如需提高环境的真实感，增加网络功能，使其能同时培训多个使用者，或可在外地专家的指导下工作等。另外，在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生恬状况，乃至新型药物的研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。　在医学院校，学生可在虚拟实验室中，进行“尸体”解剖和各种手术练习。用这项技术，由于不受标本、场地等的限制，所以培训费用大大降低。一些用于医学培训、实习和研究的虚拟现实系统，仿真程度非常高，其优越性和效果是不可估量和不可比拟的。例如，导管插入动脉的模拟器，可以使学生反复实践导管插入动脉时的操作；眼睛手术模拟器，根据人眼的前眼结构创造出三维立体图像，并带有实时的触觉反馈，学生利用它可以观察模拟移去晶状体的全过程，并观察到眼睛前部结构的血管、虹膜和巩膜组织及角膜的透明度等。还有麻醉虚拟现实系统、口腔手术模拟器等。　外科医生在真正动手术之前，通过虚拟现实技术的帮助，能在显示器上重复地模拟手术，移动人体内的器官，寻找最佳手术方案并提高熟练度。另外，在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生活状况，乃至新药研制等方面，虚拟现实技术都能发挥十分重要的作用。

虚拟现实在娱乐、艺术与教育方面的应用

　　丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高，故近些年来VR在该方面发展最为迅猛。如Chicago（芝加哥）开放了世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统，其主题是关于3025年的一场未来战争；英国开发的称为“Virtuality”的VR游戏系统，配有HMD，大大增强了真实感；1992年的一台称为“Legeal Qust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了自学习功能，大大增强了趣味性及难度，使该系统获该年度VR产品奖。另外在家庭娱乐方面VR也显示出了很好的前景。　作为传输显示信息的媒体，VR在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术（如油画、雕刻等）转化为动态的，可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。另外，VR提高了艺术表现能力，如一个虚拟的音乐家可以演奏各种各样的乐器，手足不便的人或远在外地的人可以在他生活的居室中去虚拟的音乐厅欣赏音乐会等等。　对艺术的潜在应用价值同样适用于教育，如在解释一些复杂的系统抽象的概念如量子物理等方面，VR是非常有力的工具，Lofin等人在1993年建立了一个“虚拟的物理实验室”，用于解释某些物理概念，如位置与速度，力量与位移等。

虚拟现实在军事与航天工业的应用

模拟天宫一号模拟天宫一号

　　模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为VR提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统，以提供坦克协同训1练，该系统可联结200多台模拟器。另外利用VR技术，可模拟零重力环境，以代替现在非标准的水下训练宇航员的方法。

虚拟现实在室内设计中的应用

　　虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。它以视觉形式反映了设计者的思想，比如装修房屋之前，你首先要做的事是对房屋的结构、外形做细致的构思，为了使之定量化，你还需设计许多图纸，当然这些图纸只能内行人读懂，虚拟现实可以把这种构思变成看得见的虚拟物体和环境，使以往只能借助传统的设计模式提升到数字化的即看即所得的完美境界，大大提高了设计和规划的质量与效率。运用虚拟现实技术，设计者可以完全按照自己的构思去构建装饰“虚拟”的房间，并可以任意变换自己在房间中的位置，去观察设计的效果，直到满意为止。既节约了时间，又节省了做模型的费用。

虚拟现实在房产开发中的应用

虚拟现实在教育中的应用

　　虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。　它主要具体应用在以下几个方面：　1科技研究　当前许多高校都在积极研究虚拟现实技术及其应用，并相继建起了虚拟现实与系统仿真的研究室，将科研成果迅速转化实用技术，如北京航天航空大学在分布式飞行模拟方面的应用；浙江大学在建筑方面进行虚拟规划、虚拟设计的应用；哈尔滨工业大学在人机交互方面的应用；清华大学对临场感的研究等都颇具特色。有的研究室甚至已经具备独立承接大型虚拟现实项目的实力。 虚拟学习环境虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动的灌输，有本质的差别。 虚拟实验利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室等等，拥有传统实验室难以比拟的优势：　1、节省成本通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制。许多实验都无法进行。而利用虚拟现实系统，学生足不出户便可以做各种实验，获得与真实实验一样的体会。在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。　2、规避风险真实实验或操作往往会带来各种危险，利用虚拟现实技术进行虚拟实验，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的实验。例如：虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。　3、打破空间、时间的限制利用虚拟现实技术，可以彻底打破时间与空间的限制。大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可以进入这些物体的内部进行观察。一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。　2虚拟实训基地：　利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。同时，虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。包括军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、果树栽培技、电器维修技能等各种职业技能的训练，由于虚拟的训练系统无任何危险，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。例如：在虚拟的飞机驾驶训练系统中，学员可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。　3虚拟仿真校园：　教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。虚拟校园也是虚拟现实技术在教育培训中最早的具体应用，它由浅至深有三个应用层面，分别适应学校不同程度的需求：简单的虚拟我们的校园环境供游客浏览 基于教学、教务、校园生活，功能相对完整的三维可视化虚拟校园 以学员为中心，加入一系列人性化的功能，以虚拟现实技术作为远程教育基础平台 虚拟远程教育虚拟现实可为高校扩大招生后设置的分校和远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，通过交互式远程教学的课程目录和网站，由局域网工具作校园网站的链接，可对各个终端提供开放性的、远距离的持续教育，还可为社会提供新技术和高等职业培训的机会，创造更大的经济效益与社会效益。随着虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，我们相信，虚拟现实技术以其自身强大的教学优势和潜力，将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐，最终在教育培训领域广泛应用并发挥其重要作用。

虚拟现实在虚拟演播室中的应用

　　随着计算机网络和三维图形软件等先进信息技术的发展，电视节目制作方式发生了很大的变化。视觉和听觉效果以及人类的思维都可以靠虚拟现实技术来实现。它升华了人类的逻辑思维。虚拟演播室则是虚拟现实技术与人类思维相结合在电视节目制作中的具体体现。虚拟演播系统的主要优点是它能够更有效地表达新闻信息，增强信息的感染力和交互性。传统的演播室对节目制作的限制较多。虚拟演播系统制作的布景是合乎比例的立体设计，当摄像机移动时，虚拟的布景与前景画面都会出现相应的变化，从而增加了节目的真实感。用虚拟场景在很多方面成本效益显著。如它具有及时更换场景的能力，在演播室布景制作中节约经费。不必移动和保留景物，因此可减轻对雇员的需求压力。对于单集片，虚拟制作不会显出很大的经济效益，但在使用背景和摄像机位置不变的系列节目中它可以节约大量的资金。另外，虚拟演播室具有制作优势。当考虑节目格局时，制作人员的选择余地大，他们不必过于受场景限制。对于同一节目可以不用同一演播室，因为背景可以存入磁盘。它可以充分发挥创作人员的艺术创造力与想象力，利用现有的多种三维动画软件，创作出高质量的背景。

虚拟现实在水文地质研究中的应用

　　虚拟现实技术是利用计算机生成的虚拟环境逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面的新技术。利用虚拟现实技术沉浸感、与计算机的交互功能和实时表现功能，建立相关的地质、水文地质模型和专业模型，进而实现对含水层结构、地下水流、地下水质和环境地质问题（例如地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化、盐渍化、沼泽化及区域降落漏斗扩展趋势）的虚拟表达。具体实现步骤包括建立虚拟现实数据库、三维地质模型、地下水水流模型、专业模型和实时预测模型。

虚拟现实在维修中的应用

　　虚拟维修是虚拟技术近年来的一个重要研究方向，目的是通过采用计算机仿真和虚拟现实技术在计算机上真实展现装备的维修过程，增强装备寿命周期各阶段关于维修的各种决策能力，包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等。　虚拟维修是虚拟现实技术在设备维修中的应用, 在现代化煤矿、核电站等安全性要求高的场所, 或在设备快速抢修之前, 进行维修预演和仿真。突破了设备维修在空间和时间上的限制, 可以实现逼真的设备拆装、故障维修等操作, 提取生产设备的已有资料、状态数据, 检验设备性能。虚拟维修技术还可以通过仿真操作过程, 统计维修作业的时间、维修工种的配置、维修工具的选择、设备部件拆卸的顺序、维修作业所需的空间、预计维修费用。

虚拟现实在培训实训方面的应用

　　在一些重大安全行业，例如石油、天然气、轨道交通、航空航天等领域，正式上岗前的培训工作变得异常重要，但传统的培训方式显然不适合高危行业的培训需求。虚拟现实技术的引入使得虚拟培训成为现实。

例如，丰田汽车就与曼恒数字联手打造了丰田汽车虚拟培训中心，结合动作捕捉高端交互设备及3D立体显示技术，为培训者提供一个和真实环境完全一致的虚拟环境。培训者可以在这个具有真实沉浸感与交互性的虚拟环境中，通过人机交互设备和场景里所有物件进行交互，体验实时的物理反馈，进行多种实验操作。　通过虚拟培训，不但可以加速学员对产品知识的掌握，直观学习，提高从业人员的实际操作能力，还大大降低了公司的教学、培训成本，改善培训环境。最主要的是，虚拟培训颠覆了原有枯燥死板的教学培训模式，探索出了一条低成本、高效率的培训之路。

虚拟现实在船舶制造方面的应用

　　通过虚拟现实技术不仅能提前发现和解决实船建造中的问题，还为管理提供了充分的信息，从而真正实现船

体建造、舾装、涂装一体化和设计、制造、管理一体化。在船舶设计领域，虚拟设计涵盖了建造、维护、设备使用、客户需求等传统设计方法无法实现的领域，真正做到产品的全寿期服务。因此，通过对面向船舶整个生命周期的船舶虚拟设计系统的开发，可大大提高船舶设计的质量，减少船舶建造费用，缩短船舶建造周期。

虚拟现实在汽车仿真方面的应用

　　汽车虚拟开发工程即在汽车开发的整个过程中，全面采用计算机辅助技术，在轿车开发的造型、设计、计算、试验直至制模、冲压、焊接、总装等各个环节中的计算机模拟技术联为一体的综合技术，使汽车的开发、制

造都置于计算机技术所构造的严格的数据环境中，虚拟现实技术的应用，大大缩短了设计周期，提高了市场反应能力。

虚拟现实在应急推演中的应用

　　防患于未然，是各行各业尤其是具有一定危险性行业（消防、电力、石油、矿产等）的关注重点，如何确保在事故来临之时做到最小的损失，定期的执行应急推演是传统并有效地一种防患方式，但其弊端也相当明显，投入成本高，每一次推演都要投入大量的人力、物力，大量的投入使得其不可能进行频繁性的执行，虚拟现实的产生为应急演练提供了一种全新的开展模式，将事故现场模拟到虚拟场景中去，在这里人为的制造各种事故情况，组织参演人员做出正确响应。这样的推演大大降低了投入成本，提高了推演实训时间，从而保证了人们面对事故灾难时的应对技能，并且可以打破空间的限制方便的组织各地人员进行推演，这样的案例已有应用，必将是今后应急推演的一个趋势。　虚拟演练有着如下优势：

仿真性　虚拟演练环境是以现实培演练环境为基础进行搭建的，操作规则同样立足于现实中实际的操作规范，理想的虚拟环境甚至可以达到使受训者难辨真假的程度。　开放性　虚拟演练打破了演练空间上的限制，受训者可以在任意的地理环境中进行集中演练，身处何地的人员，只要通过相关网络通信设备即可进入相同的虚拟演练场所进行实时的集中化演练。　针对性　与现实中的真实演练相比，虚拟演练的一大优势就是可以方便的模拟任何培训科目，借助虚拟现实技术，受训者可以将自身置于各种复杂、突发环境中去，从而进行针对性训练，提高自身的应变能力与相关处理技能。　自主性　借助自身的虚拟演练系统，各单位可以根据自身实际需求在任何时间、任何地点组织相关培训指导，受训者等相关人员进行演练，并快速取得演练结果，进行演练评估和改进。受训人员亦可以自发的进行多次重复演练，使受训人员始终处于培训的主导地位，掌握受训主动权，大大增加演练时间和演练效果。　安全性　作为电力培训中重中之重的安全性，虚拟的演练环境远比现实中安全，培训与受训人员可以大胆的在虚拟环境中尝试各种演练方案，即使创下“大祸”，也不会造成“恶果”，而是将这一切放入演练评定中去，作为最后演练考核的参考。这样，在确保受训人员人身安全万无一失的情况下，受训人员可以卸去事故隐患的包袱，尽可能极端的进行演练，从而大幅的提高自身的技能水平，确保在今后实际操作中的人身与事故安全。　将虚拟现实技术应用于电力相关培训中去，有着无可比拟的优势，打造虚拟的演练平台，无庸质疑的将是电力培训的一个趋势。

虚拟现实在文物古迹中的应用

　　利用虚拟现实技术，结合网络技术，可以将文物的展示、保护提高到一个崭新的阶段。首先表现在将文物实体通过影像数据采集手段，建立起实物三维或模型数据库，保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源，实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。 其次利用这些技术来提高文物修复的精度和预先判断、选取将要采用的保护手段，同时可以缩短修复工期。 通过计算机网络来整合统一大范围内的文物资源，并且通过网络在大范围内来利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示文物，从而使文物脱离地域限制，实现资源共享，真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。使用虚拟现实技术可以推动文博行业更快地进入信息时代，实现文物展示和保护的现代化。

虚拟现实在游戏中的应用

　　三维游戏既是虚拟现实技术重要的应用方向之一，也为虚拟现实技术的快速发展起了巨大的需求牵引作用。 尽管存在众多的技术难题，虚拟现实技术在竞争激烈的游戏市场中还是得到了越来越多的重视和应用。可以说，电脑游戏自产生以来，一直都在朝着虚拟现实的方向发展，虚拟现实技术发展的最终目标已经成为三维游戏工作者的崇高追求。从最初的文字MUD游戏，到二维游戏、三维游戏，再到网络三维游戏，游戏在保持其实时性和交互性的同时，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加强。我们相信，随着三维技术的快速发展和软硬件技术的不断进步，在不远的将来，真正意义上的虚拟现实游戏必将为人类娱乐、教育和经济发展做出新的更大的贡献。

虚拟现实在Web3d/产品/静物展示中的应用

　　Web3D主要有四类运用方向：商业、教育、娱乐、和虚拟社区。对企业和电子商务 三维的表现形式，能够全方位的展现一个物体，具有二维平面图象不可比拟的优势。企业将他们的产品发布成网上三维的形式，能够展现出产品外形的方方面面，加上互动操作，演示产品的功能和使用操作，充分利用互联网高速迅捷的传播优势来推广公司的产品。对于网上电子商务，将销售产品展示做成在线三维的形式，顾客通过对之进行观察和操作能够对产品有更加全面的认识了解，决定购买的几率必将大幅增加，为销售者带来更多的利润。　对教育业现今的教学方式，不再是单纯的依靠书本、教师授课的形式。计算机辅助教学(CAI)的引入，弥补了传统教学所不能达到的许多方面。在表现一些空间立体化的知识，如原子、分子的结构、分子的结合过程、机械的运动时，三维的展现形式必然使学习过程形象话，学生更容易接受和掌握。许多实际经验告诉我们，做比听和说更能接受更多的信息。使用具有交互功能的3D课件，学生可以在实际的动手操作中得到更深的体会。　对计算机远程教育系统而言，引入Web3D内容必将达到很好的在线教育效果。 对娱乐游戏业娱乐游戏业永远是一个不衰的市场。现今，互连网上已不是单一静止的世界，动态HTML、flash动画、流式音视频，使整个互连网呈现生机盎然。动感的页面较之静态页面更能吸引更多的浏览者。三维的引入，必将造成新一轮的视觉冲击，使网页的访问量提升。娱乐站点可以在页面上建立三维虚拟主持这样的角色来吸引浏览者。游戏公司除了在光盘上发布3D游戏外，现在可以在网络环境中运行在线三维游戏。利用互连网络的优势，受众和覆盖面得到迅速扩张。　对虚拟现实展示与虚拟社区使用Web3D实现网络上的VR展示，只须构建一个三维场景，人以第一视角在其中穿行。场景和控制者之间能产生交互，加之高质量的生成画面使人产生身临其境的感觉。对于象虚拟展厅、建筑房地产虚拟漫游展示，提供了解决方案。如果是建立一个多用户而且可以互相传递信息的环境，也就形成了所谓的虚拟社区。

虚拟现实在道路桥梁中的应用

　　城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一，虚拟现实技术可以广泛的应用在城市规划的各个方面，并带来切实且可观的利益。 虚拟现实技术在道路桥梁应用现状在高速公路与桥梁建设中虚拟现实技术也得到了应用。由于道路桥梁需要同时处理大量的三维模型与纹理数据，导致这种形势需要很高的计算机性能作为后台支持，但随着近些年来计算机软硬件技术的提高，一些原有的技术瓶颈得到了解决，使虚拟现实的应用达到了前所未有的发展 。　在我国，许多学院和机构也一直在从事这方面的研究与应用。三维虚拟现实平台软件，可广泛的应用于桥梁道路设计等行业。该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得，他的出现将给正在发展的VR产业提示入新的活力。 虚拟现实技术在道路桥梁方面的应用虚拟现实技术在高速公路和桥梁建设方面有着非常广阔的应用前景，可由后台置入稳定的数据库信息，便于受众对各项技术指标进行实时的查询，周边再辅以多种媒体信息，如工程背景介绍,标段概况,技术数据,截面等,电子地图,声音、图像、动画，并与核心的虚拟技术产生交互，从而实现演示场景中的导航、定位与背景信息介绍等诸多实用、便捷的功能。

虚拟现实在地理中的应用

　　应用虚拟现实技术，将三维地面模型、正射影像和城市街道、建筑物及市政设施的三维立体模型融合在一起，再现城市建筑及街区景观，用户在显示屏上可以很直观地看到生动逼真的城市街道景观，可以进行诸如查询、量测、漫游、飞行浏览等一系列操作，满足数字城市技术由二维GIS向三维虚拟现实的可视化发展需要，为城建规划、社区服务、物业管理、消防安全、旅游交通等提供可视化空间地理信息服务。　电子地图技术是集地理信息系统技术、数字制图技术、多媒体技术和虚拟现实技术等多项现代技术为一体的综合技术。电子地图是一种以可视化的数字地图为背景，用文本、照片、图表、声音、动画、视频等多媒体为表现手段展示城市、企业、旅游景点等区域综合面貌的现代信息产品，它可以存贮于计算机外存，以只读光盘、网络等形式传播，以桌面计算机或触摸屏计算机等形式提供大众使用。由于电子地图产品结合了数字制图技术的可视化功能、数据查询与分析功能以及多媒体技术和虚拟现实技术的信息表现手段，加上现代电子传播技术的作用，它一出现就赢得了社会的广泛兴趣!

虚拟现实是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形式。通常用户戴一个头盔（用来显示立体图象的头式显示器），手持传感手套，仿佛置身于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。与传统计算机相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性，交互性，想象性。虚拟现实技术潜在的应用范围很广，诸如国防、建筑设计、工业设计、培训、医学领域。例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型，而外科医生还可以在三维虚拟的病人身上试行一种新的外科手术。

虚拟现实技术通过20多年的研究探索，于80年代末走出实验室，开始进入实用化阶段。目前，世界上少数发达国家在经济、艺术乃至军事等领域，已开始广泛应用这种高新技术，并取得了显著的综合效益。据外刊报道，美国陆军1994年的“路易斯安娜94”作战演习，就是利用虚拟现实技术进行的。这次演习不但试验论证了美国陆军制定的条令、战术和部队编成，使之更加符合21世纪的作战要求，还节约演习经费近20亿美元。

那么，什么是虚拟现实技术呢？简单地说，就是人们利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，通过自然技能使用传感设备与之相互作用的新技术。它与传统的模拟技术完全不同，是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置。把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。操作者通过传感器装置与虚拟环境交互作用，可获得视觉、听觉、触觉等多种感知，并按照自己的意愿去改变“不随心”的虚拟环境。比如，计算机虚拟的环境是一座楼房，内有各种设备、物品，操作者会如同身临其境一样，可以通过各种传感装置在屋内行走查看、开门关门、搬动物品；对房屋设计上的不满意之处，还可随意改动。显然，利用这种虚拟现实技术进行建筑、机械、兵器等设计修改，实施技术操作训练和军事演习活动要容易得多，也便宜得多。

虚拟现实技术一经应用，就向人们展示了诱人的前景，因而受到各国军界的青睐。从90年代初起，美国率先将虚拟现实技术用于军事领域，主要用于以下四个方面：一是虚拟战场环境。即通过相应的三维战场环境图形图像库，包括作战背景、战地场景、各种武器装备和作战人员等，为使用者创造一种险象环生、几近真实的立体战场环境。以增强其临场感觉，提高训练质量。二是进行单兵模拟训练。让士兵穿上数据服，戴上头盔显示器和数据手套，通过操作传感装置选择不同的战场背景，输入不同的处置方案，体味不同的作战效果，进而像参加实战一样，锻炼和提高技术水平、快速反应能力和心理承受力。如美空军用虚拟现实技术研制的飞行训练模拟器，能产生视觉控制，能处理三维实时交互图形，且有图形以外的声音和触感，不但能以正常方式操纵和控制飞行器，还能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况，如气球的威胁、导弹的发射轨迹等。三是实施诸军兵种联合演习，建立一个“虚拟战场”，使参战双方同处其中，根据虚拟环境中的各种情况及其变化，“调兵遣将”、“斗智斗勇”，实施“真实的”对抗演习。四是进行指挥员训练。利用虚拟现实技术，根据侦察情报资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察敌我兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。美国海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”就能逼真地摸拟与真的舰艇作战指挥中心几乎完全相似的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，使受训军官沉浸于“真实的”战场之上。

当然，虚拟现实还是一门年轻的科学技术，尚存在不少有待解决的问题。例如，在计算机生成的虚拟环境中，操作者每次转动头部，计算机必须更新三维图像，由于更新的数据太大，以致计算机还无法完成实时运算。这就造成了系统滞后。再如，美空军的虚拟现实模拟器产生的视觉运动信号与人的感觉之间也存在差异，容易引起头痛、眩晕等。

但不管怎样，虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域，它会随着时间的推移日臻完善，在军事领域的应用将会越来越广泛，发挥的作用也将会越来越大。

正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。

它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。

就像**《黑客帝国》里描述的那样，未来的我们竟可以生活在一个由电脑控制的虚拟世界里。在这个世界里，我们同样拥有各种感觉，同样拥有亲戚朋友，同样拥有工作，同样拥有现实世界的一切“真实”。只是，这一切都是虚拟的。

人类有许多梦想，一些梦想已经变为现实，而有一些梦想也许永远都不可能实现。然而，有一种技术却能使一切梦想全部实现，这就是虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）。

虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科，对该技术的研究始于20世纪60年代。直到90年代初，虚拟现实技术才开始作为一门较完整的体系而受到人们极大的关注。

基本概念

概括地说，虚拟现实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，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

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，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。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。

从本质上来说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的操作。根据虚拟现实技术所应用的对象不同，其作用可表现为不同的形式，例如将某种概念设计或构思可视化和可操作化，实现逼真的遥控现场效果，达到任意复杂环境下的廉价模拟训练目的等。该技术的主要特征有以下几方面：

多感知性（Multi-Sensory）——所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

浸没感（Immersion）——又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。

交互性（Interactivity）——指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

构想性（Imagination）——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。

这里，虚拟环境处理器是VR系统的心脏，完成虚拟世界的产生和处理功能。输入设备给VR系统提供来自用户的输入，并允许用户在虚拟环境中改变自己的位置、视线方向和视野，也允许改变虚拟环境中虚拟物体的位置和方向。而输出设备是由VR系统把虚拟环境综合产生的各种感官信息输出给用户，使用户产生一种身临其境的逼真感。其主要的研究内容包括以下几个方面：

动态环境建模——虚拟环境的建立是VR系统的核心内容，动态环境建模技术的目的就是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术，更多的情况则需采用非接触式的视觉技术，两者有机结合可以有效地提高数据获取的效率。

实时三维图形生成技术——三维图形的生成技术已经较为成熟，这里的关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒。

在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，如何提高刷新频率是该技术的主要内容。

立体显示和传感器技术——虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的设备远远不能满足需要，比如头盔式三维立体显示器有以下缺点：过重（15 kg至2kg）、分辨率低（图像质量差）、延迟大（刷新频率低）、行动不便（有线）、跟踪精度低、视场不够宽、眼睛容易疲劳等，因此有必要开发新的三维显示技术。同样，数据手套、数据衣服等都有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点。另外，力觉和触觉传感装置的研究也有待进一步深入，虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。

应用系统开发工具——虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想像力和创造性。选择适当的应用对象可以大幅度提高生产效率，减轻劳动强度，提高产品质量。为了达到这一目的，必须研究虚拟现实的开发工具，例如VR系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。

系统集成技术——由于VR系统中包括大量的感知信息和模型，因此系统集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别与合成技术等等。

关键技术

虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、语音输入输出技术等。下面对这些技术分别加以说明。

实时三维计算机图形技术

相比较而言，利用计算机模型产生图形图像并不是太难的事情。如果有足够准确的模型，又有足够的时间，我们就可以生成不同光照条件下各种物体的精确图像，但是这里的关键是实时。例如在飞行模拟系统中，图像的刷新相当重要，同时对图像质量的要求也很高，再加上非常复杂的虚拟环境，问题就变得相当困难。

广角（宽视野）的立体显示

人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。当然，距离信息也可以通过其他方法获得，例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。

在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

用户（头、眼）的跟踪：在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而用户也是如此。用户看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。

跟踪头部运动的虚拟现实头套：在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的，而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。另一个优点是，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。

在用户与计算机的交互中，键盘和鼠标是目前最常用的工具，但对于三维空间来说，它们都不太适合。在三维空间中因为有六个自由度，我们很难找出比较直观的办法把鼠标的平面运动映射成三维空间的任意运动。现在，已经有一些设备可以提供六个自由度，如3Space数字化仪和SpaceBall空间球等。另外一些性能比较优异的设备是数据手套和数据衣。

立体声

人能够很好地判定声源的方向。在水平方向上，我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，所以会有一种方向感。现实生活里，当头部转动时，听到的声音的方向就会改变。但目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。

触觉与力觉反馈

在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。

语音输入输出

在VR系统中，语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如，连续语音中词与词之间没有明显的停顿，同一词、同一字的发音受前后词、字的影响，不仅不同人说同一词会有所不同，就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。

使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当罗嗦。其次是正确性问题，计算机理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。

代表性设备

在VR系统中，有许多有趣的、功能不同的专用设备，下面选一些代表性的设备加以介绍。

BOOM可移动式显示器：它是一种半投入式视觉显示设备。使用时，用户可以把显示器方便地置于眼前，不用时可以很快移开。BOOM使用小型的阴极射线管，产生的像素数远远小于液晶显示屏，图像比较柔和，分辨率为1280×1024像素，彩色图像。

数据手套：数据手套是一种输入装置，它可以把人手的动作转化为计算机的输入信号。它由很轻的弹性材料构成。该弹性材料紧贴在手上，同时附着许多位置、方向传感器和光纤导线，以检测手的运动。光纤可以测量每个手指的弯曲和伸展，而通过光电转换，手指的动作信息可以被计算机识别。

TELETACT手套：它是一种用于触觉和力觉反馈的装置，利用小气袋向手提供触觉和力觉的刺激。这些小气袋能被迅速地加压和减压。当虚拟手接触一件虚拟物体时，存储在计算机里的该物体的力模式被调用，压缩机迅速对气袋充气或放气，使手部有一种非常精确的触觉。

数据衣是为了让VR系统识别全身运动而设计的输入装置。数据衣对人体大约50多个不同的关节进行测量，包括膝盖、手臂、躯干和脚。通过光电转换，身体的运动信息被计算机识别。通过BOOM显示器和数据手套与虚拟现实交互数据衣。

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虚拟现实的本质是人与计算机的通信技术，它几乎可以支持任何人类活动，适用于任何领域。

较早的虚拟现实产品是图形仿真器，其概念在60年代被提出，到80年代逐步兴起，90年代有产品问世。1992年世界上第一个虚拟现实开发工具问世，1993年众多虚拟现实应用系统出现，1996年NPS公司使用惯性传感器和全方位踏车将人的运动姿态集成到虚拟环境中。到1999年，虚拟现实技术应用更为广泛，涉足航天、军事、通信、医疗、教育、娱乐、图形、建筑和商业等各个领域。专家预测，随着计算机软、硬件技术的发展和价格的下降，预计本世纪虚拟现实技术会进入家庭。

VR技术在医疗领域也大有作为。该技术可用于解剖教学、复杂手术过程的规划，在手术过程中提供操作和信息上的辅助，预测手术结果等。另外，在远程医疗中，虚拟现实技术也很有潜力。例如在偏远的山区，通过远程医疗虚拟现实系统，患者不进城也能够接受名医的治疗。对于危急病人，还可以实施远程手术。医生对病人模型进行手术，他的动作通过卫星传送到远处的手术机器人。手术的实际图像通过机器人上的摄像机传回医生的头盔立体显示器，并将其和虚拟病人模型进行叠加，为医生提供有用的信息。美国斯坦福国际研究所已成功研制出远程手术医疗系统。

在航天领域，VR技术也非常重要。例如，失重是航天飞行中必须克服的困难，因为在失重情况下对物体的运动难以预测。为了在太空中进行精确的操作，需要对宇航员进行长时间的失重仿真训练。为了逼真地模拟太空中的情景，美国航天局NASA在“哈勃太空望远镜的修复和维护”计划中采用了VR仿真训练技术。

在训练中，宇航员坐在一个模拟的具有“载人操纵飞行器”功能并带有传感装置的椅子上。椅子上有用于在虚拟空间中作直线运动的位移控制器和用于绕宇航员重心调节宇航员朝向的旋转控制器。宇航员头戴立体头盔显示器，用于显示望远镜、航天飞机和太空的模型，并用数据手套作为和系统进行交互的手段。训练时宇航员在望远镜周围就可以进行操作，并且通过虚拟手接触操纵杆来抓住需要更换的“模块更换仪”。抓住模块更换仪后，宇航员就可以利用座椅的控制器在太空中飞行。

在对象可视化领域中，VR技术应用的例子是模拟风洞。模拟风洞可以让用户看到模拟的空气流场，使他感到就像真的站在风洞里一样。虚拟风洞的目的是让工程师分析多旋涡的复杂三维性和效果、空气循环区域、旋涡被破坏的乱流等。例如，可以将一个航天飞机的CAD模型数据调入模拟风洞进行性能分析。为了分析气流的模式，可以在空气流中注入轨迹追踪物，该追踪物将随气流飘移，并把运动轨迹显示给用户。追踪物可以通过数据手套投降到任意指定的位置，用户可以从任意视角观察其运动轨迹。

在军事领域中，VR技术应用的一个例子是“联网军事训练系统”。在该系统中，军队被布置在与实际车辆和指挥中心相同的位置，他们可以看到一个有山、树、云彩、硝烟、道路、建筑物以及由其他部队操纵的车辆的模拟战场。这些由实际人员操作的车辆可以相互射击，系统利用无线电通信和声音来加强真实感。系统的每个用户可以通过环境视点来观察别人的行动。炮火的显示极为真实，用户可以看到被攻击部队炸毁的情况。从直升机上看到的场景也非常逼真。这个模拟系统可用来训练坦克、直升机和进行军事演习，以及训练部队之间的协同作战能力。

当然，虚拟现实技术的应用远不止以上这些。随着计算机技术的进一步发展，虚拟现实与我们的生活将日益密切。

初识VRML

VRML(Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言)是一项和多媒体通讯（Multimedia Communication)、因特网（Internet）、虚拟现实（Virtual Reality，VR）等领域密切相关的新技术，其基本目标是建立因特网上的交互式三维多媒体。VRML于1998年1月被正式批准为国际标准（ISO/IEC 14772-1:1997,通常称为VRML97)，创立了标准化进程的ISO/IEC记录，它还是第一个用HTML发布的国际标准。

VRML是一种3D交换格式，它定义了当今3D应用中的绝大多数常见概念，诸如变换层级、光源、视点、几何、动画、雾、材质属性和纹理映射等等。VRML的基本目标是确保能够成为一种有效的3D文件交换格式。

VRML是HTML的3D模型。它把交互式三维能力带入了万维网，即VRML是一种可以发布3D网页的跨平台语言。事实上，三维提供了一种更自然的体验方式，例如游戏、工程和科学可视化、教育和建筑。诸如此类的典型项目仅靠基于网页的文本和图像是不够的，而需要增强交互性、动态效果连续感以及用户的参与探索，这正是VRML的目标。

VRML提供的技术能够把三维、二维、文本和多媒体集成为统一的整体。当把这些媒体类型和脚本描述语言（scripting language）以及因特网的功能结合在一起时，就可能产生一种全新的交互式应用。VRML在支持经典二维桌面模型的同时，把它扩展到更广阔的时空背景中。

VRML是赛博空间（cyberspace）的基础。赛博空间的概念是由科幻作家William Gibson提出的。虽然VRML没有为真正的用户仿真定义必要的网络和数据库协议，但是应该看到VRML迅速发展的步伐。作为标准，它必须保持简单性和可实现性，并在此前提下鼓励前沿性的试验和扩展。

案例一：由交互决定论分析网络教学的交互

（一）网络教学的交互要素

结合班杜拉的三向交互决定论我们来看网络教学中的交互要素。B行为，在网络教学中就是指学习者通过网络环境进行学习的活动；P个体，即学习者，在这里还包括他的认知结构、个性特征、生理特点、心理结构、年龄特征等；E环境，指网络学习环境，包括计算机、学习界面、学习平台、学习资源库等。在网络教学交互中这三方是共同作用的，只存在一方其他两方不存在，或只存在两方的交互作用第三方不参与，都不能构成完整的、有效的网络教学交互形式。

（二）网络教学的交互形式

基于班杜拉的交互决定论，分别以个体、行为、环境为主体得出网络教学的交互形式。

1、行为与个体、环境的交互

行为（学习活动）一定要由个体产生，即个体发出学习行为。学习活动与个体是相互作用的。学习活动会影响个体的发展，习得的学习行为使个体的认知结构发生变化，使个体的世界观、人生观、价值观发生转变；个体对行为的影响作用在后面谈及。在学习行为与个体的交互作用过程中，环境因素始终是渗透其中的，三者处于三向交互的状态。易于操作的学习环境使个体的学习行为容易开展，同时使个体愉悦，激发出更大的学习热情，从而更好的学习；反之，一个难以使用的学习环境，不仅干扰学习行为的发生，同时还会使学习者对网络教学产生反感，厌学、甚至放弃，又何谈学习行为的成效呢？

2、个体与环境、行为的交互。

在网络教学中，学习者处于主体地位，一切活动都围绕学习者展开，然而学习者不是孤立的存在于网络教学中，它要与多方进行交互，这样网络教学才得以高效开展。下面从不同角度分析[2]：

（1）学习者与学习者间的交互。

学习者与学习者之间要进行交互，如对学习内容的研讨，情感交流等，都会使学习者自身提高参与网络教学的积极性，从而更好的开展网络学习。在学习者与学习者交互的过程中不可避免的要与行为、环境进行交互。如学习者间要通过EMAIL的形式联络，对收发EMAIL操作的熟练程度会影响交互效果，另外不同网站提供的EMAIL界面不同，环境因素（电子邮件操作界面）也会与学习者产生交互。收发EMAIL的操作熟练，所使用的邮件系统界面熟悉，势必使学习者间的交互开展的顺利；反之亦然。也许人们只是注意到学习者间的交互，对于环境行为与之的交互不易察觉，但这确确实实存在，起到很大的影响作用。

（2）学习者与指导教师的交互。

由于网络教学是准师生分离的，因而教师与学生很难做到面对面的在同一时间内进行交流，虽然现在视频会议系统等实时交互系统的使用可以弥补这些缺陷，但由于经济等因素一般的网络学习者不可能做地到，故一般的师生交流都是非实时的、异步的，即通过EMAIL、BBS、新闻组等形式进行交流。师生间可以进行学习交流，帮助学习者解决疑难，提高成绩；也可以进行情感交流，让学生有归属感，增强网络学习的信心等。在这个过程中，环境、行为两方仍对个体进行影响。

（3）学习者与学习行为之间的交互。

学习者已有的认知结构、个性特征、生理特点、心理结构、年龄特征等，会影响到学习行为的开展程度。在认知结构方面，学习者原有的认知结构会影响到新知识的习得。如没学过WINDOWS基本操作的学习者，直接影响到他学习WORD文字处理软件的容易度，即原有的知识结构无法同化和顺应新知识；学习者的生理特点也会影响到他的学习行为，如盲聋学习者无法正常的进行网络学习；还有学习者的年龄特征也会影响到网络学习，年纪小的学习者自治能力较弱，很难长期坚持网络学习，易半路放弃；等等这些因素都会对学习行为产生影响，最终影响网络学习效果。当然在这个过程中，环境因素始终参与其中，改变着学习者与学习行为交互效果的强弱。

（4）学习者与学习内容的交互

这主要是知识内化，即同化与顺应的过程。在这个过程中，学习者通过网络学习所学内容，网络上的学习资源浩淼如烟，学习者通过搜索引擎等工具找到自己所需的内容，进行学习。当学习者认知结构中知识无法同化新知识时，认知结构失衡，启用顺应机制，用新知识改变原有认知结构，形成新的认知结构，新的平衡出现。学习者与学习内容的交互是学习者掌握知识、形成技能的主要方式，学习行为和环境都要“通力合作”，促进这种交互的发生。

（5）学习者与环境的交互

在其他各种交互过程中，环境与它们的交互始终处于“幕后”状态。环境，指网络学习环境，包括计算机、学习界面、学习平台、学习资源库等，学习者要在学习环境中开展网络学习。因此，只要开展网络学习就必须与环境发生作用。

3、环境与个体、行为的交互

任何学习都要在一定的环境中开展，网络学习的环境更是尤为重要。由于科学技术的发展，智能仿真技术、虚拟现实技术日新月异，给网络教学带来了巨大生机。学生可以在网络上学习课堂教学中无法实践的知识，另外网络教学提供的学习内容形象生动，很容易吸引学生的眼球。但网络学习环境也要受个体及其行为的制约，即只有三者三向交互才能最大程度的促进网络教学。

（三）网络教学的交互模式

班杜拉的交互决定论充分考虑了个体、行为、环境三向的交互，但需强调的是这种交互的双边并不具有同等的程度，而且这种相对影响也会发生变化，故而网络教学的交互是处于一种动态机制下的。网络教学具有开放性，这种开放性体现在任何人、任何时间、任何地点、学习任何知识、持续学习任何时间长度，这种种的开放也同时影响着交互；网络教学具有知识的极大丰富性，进入网络扑面而来的信息令你应接不暇，在网络中你可以找到你想学习的任何知识，只有你想不到的，没有你看不到的；网络教学具有愉悦性，以往的课堂教学学生学习或多或少都存在被迫性，有些对课程内容不感兴趣的学生被迫成为陪读，压抑学生个性发展。而在网络教学中，学生可以选择感兴趣的内容进行学习，这种学习必然是身心愉悦的。鉴于网络教学的特点和班杜拉的交互决定论，笔者得出网络教学的交互模式——三向双边动态交互。1、模式结构图

2、具体分析

在左图中可以看到，大的虚线方框表示学习环境，学习者与学习行为的交互置于其中。由于学习环境涉及地内容很多，所以没列出，用整个虚线方框涵盖整个学习环境。大方框四周有四个双向箭头，一是表示学习环境与学习者、学习行为的交互；另外是说明这是一个动态的过程，学习环境可根据学习者和学习行为的特征作调整，以适应学习行为的开展。在这个结构图中，笔者对学习者的特征作了展开，因为这些特征都会影响学习行为，反过来学习行为也会促使学习者的特征变化。

三向双边动态交互模式以班杜拉三向交互决定论为理论基础，构建一个学习者、学习行为、学习环境三者处于其中的动态的交互模式。在此交互模式中，以学习者为中心，倡导学习者通过自主学习、发现学习、协作学习等形式，充分利用网络资源，掌握知识、形成技能。

三向双边动态交互模式具有全面性、动态性、完整性、融合性。全面性是指将网络交互中的种种因素都囊括其中；动态性指三者之间的相互影响会随事件的变化而变化；完整性是指将整个交互系统置于一个动态的区域之中，是一种动态的完整；融合性是指此模式将建构主义学习理论、情景化学习理论、传播学理论等融入其中。

三向双边动态交互模式的提出为网络教学中课程内容的设计提供了依据，课程内容的设计要以教学内容为蓝本，针对学习者特征，运用多种交互方式，将知识传递给学习者，并促使学习者内化所学内容。在设计过程中，运用三向双边动态交互模式将学习者、学习行为、学习环境纳入一个整体，考虑双边的影响，并时刻根据双边影响动态的调整交互过程，促使高效交互的开展，从而提高网络教学质量，促进学习者发展。

虚拟现实本来就是人机交互的，不能交互的那不是虚拟现实。用虚拟现实软件制作出来的三维漫游场景可以用键盘和鼠标操作控制场景就算是最基本的人机交互了，你是刚了解虚拟现实的吧，多去87870上面看看资讯和报道吧。