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数字虚拟人体上针刺手法学的VR再现

中国组织工程研究第20卷第44期2016–10–28出版

Chinese Journal of Tissue Engineering Research October 28, 2016 Vol.20, No.44

ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 6643 ·研究原

https://www.wendangku.net/doc/d69687523.html,

姜雨晨，男，1991年生，江苏省南通市人，汉族，硕士，主要从事三维数字人研究。

通讯作者：姜俊，副教授，上海中医药大学基础医学院，上海市200010

中图分类号:R318

文献标识码:A

文章编号:2095-4344 (2016)44-06643-06

稿件接受：2016-08-11

数字虚拟人体上针刺手法学的VR再现

姜雨晨1，姜俊2，王福波2，国海东2，邵水金2，严振国2，苗鹏3(1上海同济大学附属东方医院，上海市200092；2上海中医药大学基础医学院，上海市200010；3上海大学通信与信息工程学院，上海市200444)

引用本文：姜雨晨，姜俊，王福波，国海东，邵水金，严振国，苗鹏. 数字虚拟人体上针刺手法学的VR再现[J].中国组织工程研究，2016，20(44):6643-6648.

DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.44.015 ORCID: 0000-0002-9620-8505(姜俊)

文章快速阅读：

文题释义：

虚拟现实技术：指采用以计算机为核心的各种技术，生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的

虚拟环境。虚拟现实实际上是一种人机接口，为用户提供各种直观而又自然的实时交互手段。在医学方

面，虚拟现实为诊断疾病，治疗康复及医学教育与培训提供了一种全新的方法。

虚拟现实技术在研究内容上充实了针灸学：①从针灸教学的角度来说，为针灸教学提供一种动态的兼具

视觉与触觉感受的仿真手段；②从针刺得气机制研究的角度来说，在将来可借此平台探讨；③从为个性

化针刺治疗提供依据的角度来说，在将来可利用现代传感技术进行大样本、多人群的在体针刺手法力学

参数实时测定，可建立针刺时人体软组织生物力学数据库，为个性化针刺治疗提供依据；④从新型学科

产生的角度来说，将古老的针灸学、解剖学与现代生物力学、现代传感技术和计算机图形图像处理技术

相结合，必将产生一门更新型的学科—数字针灸学。

摘要

背景：将穴位解剖立体构筑形态融入针灸手法学教学，结合数字化虚拟针灸人计划的实施和应用，将能

极大地提高教学效果和学习兴趣。

目的：对融合了虚拟现实力反馈技术与组织形变技术的针灸虚拟人进行研究。

方法：运用虚拟现实技术，以计算机为核心生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围虚拟环境，

采集临床专家针灸手法，匹配能够体现针刺力度、位移和速度感的传感设备，基于虚拟人的图像分割建

立人体组织力学模型，搭建虚拟针刺力反馈系统，通过力反馈设备真实地传递给操作者。一方面，基于

VOXEL-MAN虚拟人体开发平台，完成了腧穴的针灸学三维浏览器再开发，给人以视觉感知；另一方面，

基于近代生物力学理论，运用图形与图像处理技术和力反馈技术进行建模，将针刺时穴位区组织各层结

构的受力过程以虚拟现实和力反馈的方式，给人以触觉感知。

结果与结论：完成了虚拟针刺力反馈系统人机互动操作平台，操作者既可从显示器中看到毫针进入人体

组织的动态过程，又可在力反馈仪控制末端感受到真实反作用力。通过操作力反馈仪控制虚拟环境中的

毫针，对虚拟人施行针刺。该系统达到了2个要求：所示与各个组织相互作用所产生的反馈力变化与用

仪器测得的真实针灸反馈力数据相近，毫针进入不同的组织，力感变化明显，有随层次递进的感觉；达

到逼真的体验。在整个训练过程中，图像显示平滑，虚拟针体反应灵敏，较好地满足了虚拟现实的要求。

关键词：

骨科植入物；数字化骨科；虚拟现实；数字人体；针刺；力反馈；国家自然科学基金

主题词：

针刺；反馈；组织工程

基金资助：

国家自然科学基金项目(81072957)

虚拟人与力反馈仪三维坐标系

Jiang Yu-chen, Master, Dongfang Hospital, Tongji University, Shanghai 200092, China

Corresponding author: Jiang Jun, Associate professor, Basic Medical College, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 200010, China Virtual reality of acupuncture manipulation in digital virtual human

Jiang Yu-chen1, Jiang Jun2, Wang Fu-bo2, Guo Hai-dong2, Shao Shui-jin2, Yan Zhen-guo2, Miao Peng3 (1Dongfang Hospital, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2Basic Medical College, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 200010, China; 3College of Communication and Information Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China)

Abstract

BACKGROUND: The three-dimensional structure of acupoint anatomy was integrated into the teaching of acupuncture manipulation. Combined with the implementation and application of the acupuncture and moxibustion in digital virtual human, it can greatly improve the teaching effect and learning interest.

OBJECTIVE: To investigate the acupuncture virtual human with integration of virtual reality force feedback technology and tissue deformation.

METHODS: Using virtual reality technology, with computer as the core, we generated a specific range of virtual environment with realistic visual, auditory and tactile integration, collected clinical expert acupuncture technique, matched the sensing equipment that can reflect the intensity, displacement and speed sensing of acupuncture. Based on image segmentation of virtual human, we constructed human tissue mechanics model, built virtual acupuncture-force-feedback system, and faithfully transmitted to the operator by a force feedback device. On one hand, based on VOXEL-MAN virtual human development platform, we finished the three-dimensional browser redevelopment of the science of acupuncture and moxibustion of Shu acupoint, which provided visual perception for people. On the other hand, based on modern biomechanics theory, we established models by graphics and image processing technology and force feedback technology. The stress process of the structure of each layer in the acupuncture point area was given to people in a sense of touch by the manner of virtual reality and force feedback.

RESULTS AND CONCLUSION: With the man-machine interactive operation platform of virtual acupuncture force feedback system, operator could see the dynamic process of acupuncture needle into human body, and could feel the real counterforce in the control terminal of force feedback instrument. By operating acupuncture needle in virtual environment of force feedback instrument, acupuncture was performed in virtual human. The system meets the two requirements: the feedback changes produced by tissue interaction were similar to real acupuncture feedback force data measured by instrument. The acupuncture needle entered into different tissues, a sense of power changed significantly; there was progressive feeling with different layers, reaching a realistic experience. During the whole training, the image was smooth; virtual needle was responsive, which better meets the requirements of virtual reality.

Subject headings: Acupuncture; Feedback; Tissue Engineering

Funding: the National Natural Science Foundation of China, No. 81072957

Cite this article: Jiang YC, Jiang J, Wang FB, Guo HD, Shao SJ, Yan ZG, Miao P.Virtual reality of acupuncture manipulation in digital virtual human. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20(44):6643-6648.

0 引言Introduction

针灸手法学与穴位解剖学是解剖学与中医针灸学相结合的基础学科，体现出中西医结合、临床医疗与基础医学相结合的特点。由于学科交叉，该门课程的教与学均具有一定的难度。随着计算机技术的迅速发展，其辅助教育功能日渐显示其优越性。将穴位解剖立体构筑形态融入针灸手法学教学，结合数字化虚拟针灸人计划的实施和应用，将能极大地提高教学效果和学习兴趣，可使针灸手法学的教与学的过程发生根本性变化[1]。

1 材料和方法Materials and methods 1.1 设计针刺手法学与数字化虚拟针灸人三维立体表达实验。

1.2 时间及地点实验于2011年1月至2013年12月在上海中医药大学解剖教研室国家三级实验室完成。1.3 材料上海中医药大学解剖教研室对腧穴解剖结构的研究成果[2]；德国汉堡大学利用VHP数据集开发的VOXEL-MAN可视人体操作平台[3]。

1.4 方法针法是指在中医理论的指导下把针具(通常指毫针)按照一定的角度刺入患者体内，得气，又称“针感”，使针刺部位产生经气感应的手法。通常此时患者伴有酸麻胀痛感。运用捻转与提插等针刺手法来对人体

ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH6644

ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 6645

特定部位进行刺激，达到治疗疾病的目的。刺入点称为人体腧穴，简称穴位。

1.4.1 建立针刺人体软组织时的生物力学数据库见图1-4。

由针灸专家对50名志愿者(男女各25名)，进行双侧曲池穴、环跳穴、风池穴、中脘穴、肾俞穴共2×5×50次手法测试，直接获得腧穴针刺得气时的进针位移、速度、力度力反馈曲线不同数据。生成多样本针刺力学参数，利用德国汉堡大学基于可视化人体数据集开发的三维可视化VOXEL-MAN 操作平台，结合腧穴解剖结构，经计算机统计分析处理后得到相对标准参数，建立针刺人体软组织时的生物力学数据库。

具体参数为：针尖与皮肤的碰撞点到当前位置之间的距离，针刺得气时进针点的最大深度和最小深度，针体进入脂肪组织、肌组织的长度，针尖触接骨头的深度；进针和退针时的动摩擦力，进针和退针时的静摩擦力(针体和组织没有相对运动时的针尖作用力，肌肉的动摩擦力等)；皮肤的基础形变量，针尖所在组织的黏性

系数(皮肤的弹性系数和黏性系数，脂肪的黏性系数，骨组织的弹性系数等)；针尖的运动速度，针体和组织的相对运动速度(如针尖与脂肪组织的相对速度)，速度的临界值等。图3是针灸专家进针过程中，反馈力随进针距离变化的波形图。生成针刺临床手法力学数据库。 1.4.2 针刺手法虚拟视觉和虚拟触觉再现使用OPENGL 来实现虚拟针灸系统视觉上的模拟，对皮肤以及肌肉进行三维重建，并且完善其“骨骼”结构，使其在进针过程中完成视觉上的自然形变。虚拟针灸针的运动由力反馈设备的手柄进行控制，当虚拟针接触到虚拟皮肤和虚拟肌肉时，随着破皮以及组织内滑动等一系列运动过程，虚拟皮肤和肌肉发生形变，完成针刺虚拟的视觉再现。

通过在虚拟人体上的腧穴定位和组织分割，在演示图上可清楚地看到针刺过程中毫针经过的组织，肌肉分

USB 连

接通信

针刺手法治疗

志愿者

针灸专家

针刺力传感仪

软件系统

生物力学数据库

图1 材料方法流程框图 Figure 1 Flow chart of material and method

图2 针刺现场照片

Figure 2 Scene photographs of acupuncture manipulation

图3 针刺样本位移、速度、力度力反馈波形图

Figure 3 Force feedback waveform of the displacement, speed and strength

图注：

图中A 为针刺肾俞穴力学样本波形，B 为针刺中脘穴力学样本波形图。 A

图4 生成针刺临床手法力学数据库 Figure 4 Generation of mechanics database of clinical acupuncture manipulation

图5 小海穴的虚拟进针操作界面 Figure 5 Virtual needle operation interface of Xiaohai acupoint

图6 针刺尺神经的动画着色显示 Figure 6

Animation coloring display of ulnar nerve acupuncture

割、血管及神经建模的效果非常理想，通过着色可标注重要的组织结构(图5，6)。

针灸手法力反馈过程的触觉再现由力反馈设备Falcon完成。视觉虚拟环境内，当虚拟针接触并进入到皮肤或肌肉等组织时，计算机根据所建立的各个组织的

力学模型和各个穴位的数据参数，对反馈力大小进行实时计算，并且将反馈力信息通过USB接口传递给力反馈设备。力反馈设备通过实时设定操作者手握的操作杆上的反馈力，从而使操作者体验不同的针灸进针过程，从而完成针刺虚拟触觉再现。

依据腧穴区组织结构的力学物理特性，建立适合针刺过程的力学弹性模型，模拟施针过程力学和视觉变化的仿真，并通过力反馈接口把数据传递到力反馈仪从而让操作者感知。虚拟视觉再现模块和虚拟触觉再现模块之间通过有名管道进行数据通讯，实现视觉与触觉的同步，达到虚拟现实的沉浸感和逼真感[4]。

1.4.3 实时地控制针刺力反馈仪力反馈仪将获得的控制终端坐标数据传递给VOXEL-MAN，操作者可以实时地控制虚拟空间的针体运动。但力反馈仪的空间坐标轴与虚拟人的三维坐标存有差异，必须将力反馈仪的原始坐标数据经过一系列的坐标变化，变换完成后力反馈仪的三维坐标空间与虚拟空间中以相应穴位点为原点的坐标系相对应(图7，8)。

假设力反馈仪获得的原始坐标为(x1，y1，z1)，那么将原始坐标首先转换为与虚拟人空间相同轴向的坐标：

对力反馈仪的坐标进行尺度变换：

其中s x，s y，s z根据针灸针在虚拟空间中的活动范围大小而定。

虚拟人还需要根据穴位点的位置进行旋转，相应的坐标轴也发生了旋转，又因为虚拟人可以360°旋转，故计算坐标旋转角度时需要对3个轴分别进行运算：

力反馈仪坐标系中的点(x0，y0，z0)人坐标系中的穴位P点坐标(x p，y p，z p)相对应，经过以上变换后的坐标为(x’p，y’p，z’p)，旋转后的坐标系进行以下平移：

2 结果Results

将硬件设备力反馈仪通过USB线与PC机的USB接口相连接，从而与软件完成信息交换。虚拟针灸针完成虚拟进针过程时，虚拟皮肤和肌肉随着进针过程发生相应的形变，并且PC机通过重建的力学模型和组织系数计算相应的反馈力，通过USB接口将信息传递给力反馈设备，力反馈设备通过对设备手柄上反馈力的控制，使得操作者对进针的触感进行全过程体验。软件和硬件相结合，从而完成视觉和触觉两方面的针灸全过程仿真，成功建立了人机互动操作平台。

将虚拟现实技术与传统针灸医学相结合，分析并重建皮肤和肌肉的三维模型和力学反馈模型，并与虚拟人VOX-MAN上的穴位信息相结合，在windows环境下实现从视觉以及触觉两个方面对针灸手法全过程进行模

图7 虚拟人三维坐标系

Figure 7 Three-dimensional coordinate system of virtual human

图8 力反馈仪三维坐标系

Figure 8 Three-dimensional coordinate system of force feedback instrument

0100

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0010

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2 3

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拟，操作者既可以从显示器中看到毫针进人人体组织的动态过程，又可以在力反馈仪控制末端将感受到真实的反作用力。通过操作力反馈仪，控制虚拟环境中的毫针，对虚拟人施行针刺。随着毫针进入人体组织，操作者在力反馈仪控制末端将感受到真实的反作用力。整个系统从打开力反馈开关开始，操作者可以练习和熟练对某一特定穴位的针刺手法。在这一过程中，如果毫针偏离了腧穴区的一段特定距离，或施力太过等一系列违反针刺规则的行为发生，力反馈过程将停止，一个训练过程宣告结束。下面组图是以风池、中脘穴针刺训练场景为例的演示场景(图9)。图中，皮肤的破皮进针点，皮肤、皮下组织、肌肉、骨的进针过程。该系统达到了2个要求：所示与各个组织相作用所产生的反馈力变化与用仪器测得的真实针灸反馈力数据相近，毫针进入不同的组织，力感变化明显，有随层次递进的感觉；达到逼真的体验。在整个训练的过程中，图像显示平滑，虚拟针体反应灵敏，较好地满足了虚拟现实的要求，操作者从人机互动操作平台中真实体验针灸专家进针手法全过程。

3 讨论Discussion

虚拟现实技术指采用以计算机为核心的各种技术，生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的虚拟环境[5]。虚拟现实实际上是一种人机接口，为用户提供各种直观而又自然的实时交互手段。在医学方面，虚拟现实为诊断疾病，治疗康复及医学教育与培训提供了一种全新的方法。

研究的主要工作在于：对融合了虚拟现实力反馈技术与组织形变技术的针灸虚拟人进行研究，完成了腧穴相关组织(肌肉、血管、神经)的图像分割与图形建模，实现了腧穴在虚拟人体中的定位与表达；通过制作腧穴的针刺三维动画以实现穴位进针时的全方位立体观察，实现了虚拟进针视觉再现。通过解决Omega 力反馈仪与VOXEL-MAN系统的接口问题和创建有名管道Fifoserver，实现了虚拟视觉和力反馈进程间的信息传输[6]，同时基于虚拟人图像分割建立了人体组织力学模型，搭建了虚拟针刺力反馈系统，实现了虚拟进针的触觉再现。

研究对虚拟现实技术和针灸学、三维虚拟人之间的关系也有了更新的认识，为疾病的诊断、医技传承和治疗康复及医学教育与培训提供了一种新的方法。

虽然研究基于三维数字人模型，综合运用虚拟现实技术，构建完善、逼真的虚拟针刺力反馈仿真系统，达到了预期研究目标，但尚有以下不足须讨论：

3.1 虚拟进针中虚拟人体上腧穴定位不足性探讨由于穴位的定位有着全方位要求，所以对虚拟人数据集的要求也会是多体位的，对于定位和取穴，其体位有着不同的要求，如上肢穴位的曲池(LI11)穴的定位标准是在肘关节前外侧，肘横纹桡侧端与肱骨外上髁连线之中点，相应地取穴要求正坐屈肘成90°取之；环跳穴的定位标准是为：在股外侧部，侧卧屈股，在股骨大转子最高点与骶骨裂孔的连线上，当外1/3与中1/3的交点处，取穴要求侧卧屈股。但当采用VHP数据集获取断面数据时，却不能通过标准的解剖学姿势来定位；因为虚拟人上肢前臂呈旋前位，肘关节略屈曲，不是解剖学姿势，一定程度影响定位。同时由于不同穴位的定位对体位又有着不同的要求，例如环跳穴的定位标准是要求侧卧屈股的，而虚拟人却难以进行相应的体位变换或变形，所以在虚拟人体上对腧穴精确定位的可视化研究具有一定难度，受一些限制，穴位定位的准确性会受到一定影响。

3.2 虚拟进针中对不同人种和体型穴位进针深度的探讨通过对脚本文件的编辑和生成动画后的观察发现，按照中国规定的穴位进针深度所生成的动画中，针尖远远不能到达穴位要求的深度，这样不会起到很好的治疗作用。如肾俞穴，常用进针深度为一二寸，但在课题中进针深度达到2寸左右；环跳穴，常用进针深度为二三寸左右，在课题中进针深度达到3寸左右才能到达目标区。进针深度的标准是中国长期临床实践经验的结果。相对于西方人种而言，东方人种体型普遍比较矮小，相应地进针深度也较浅；如果把东方人进针深度的标准运用到西方人身上，从此项研究的观察来看，进针深度过浅，可能会对针刺疗效造成一定的影响，所以国外进针深度的标准不应该照搬中国。同时对于不同人种间的穴位定位、进针深度等方面研究还需进行，这对针灸的国内外传播有着深远影响。

图9 针刺训练场景图

Figure 9 Scene graph of acupuncture training

图注：图中A为风池穴针刺训练场景1，B为中脘穴针刺训练场景2。

A B

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3.3 血管和神经建模后的逼真性探讨血管和神经在VHP数据集上的信息，或者说血管和神经能否在横断面上清晰的显示，是决定血管和神经数学建模成功与否的关键。VOXEL-MAN虚拟人体在获取断面数据时，由于受技术条件以及操作等方面的限制，使血管和神经虽然在横断面上有痕迹可查，但并不是在每一个片层上都能清晰的显示。所以在利用管状图形编辑器进行数学建模时，针对血管和神经的走向是否与实际相符合，就需要依据解剖学知识进行对照，这样就造成人为的主观因素的参与，所以血管和神经在建模过程中会有一定程度的失真性。究其原因，可能有以下几个因素：血管和神经本身有各自的走向特点，而且血管和神经之间的关系从空间结构上来讲本身就比较复杂；布控型值点时，在血管和神经走向变动较大的片层可能布控过少，导致曲线的走向未能完全与实际相符；血管和神经的建模只能在分割窗口下进行，使整个建模过程可参照的组织结构过少。

虚拟现实技术在研究内容上充实了针灸学。①从针灸教学的角度来说，为针灸教学提供一种动态的兼具视觉与触觉感受的仿真手段，为学习者提供了一个“三维虚拟场景”的逼真学习情景，让学生积极投入到场景之中，充分发挥其主动性。采用现代传感技术，在将来可对针灸医生行之有效的经验手法各项参数进行采集，找出他们进针和行针时的共性和特性，导入到数字虚拟人中，让后学者在已有的虚拟人体模型上深入临摹，让他们体验多种针刺补泻手法的客观针感效果，有利于快速掌握针刺的各种手法，为提高临床疗效打下基础；②从针刺得气机制研究的角度来说，在将来可借此平台探讨：不同进针机械刺激模式(提插、捻转)同皮下组织与肌层变形(包括缠绕刺针的牵拉作用)的关系，同穴位周围微小血管与神经的关系，以及同组织浅层客观针感与深层客观针感间的关系，进而为研究针感形成的生物学基础开辟一条新路；③从为个性化针刺治疗提供依据的角度来说，在将来可利用现代传感技术进行大样本、多人群(从性别、职业、年龄、胖瘦、体质、地域等因素考虑)的在体针刺手法力学参数的实时测定，可建立针刺时人体软组织生物力学数据库，为个性化针刺治疗提供依据；④从新型学科产生的角度来说，将古老的针灸学、解剖学与现代生物力学、现代传感技术和计算机图形图像处理技术相结合，必将产生一门更新型的学科——数字针灸学。

作者贡献：姜雨晨、姜俊进行实验设计，实验实施为王福波、国海东、邵水金，实验评估为严振国、苗鹏，资料收集为姜雨晨、王福波、国海东，成文为姜雨晨，审校为姜俊。

利益冲突：所有作者共同认可文章无相关利益冲突。

伦理问题：未涉及与伦理冲突内容。

文章查重：文章出版前已经过CNKI反剽窃文献检测系统进行3次查重。

文章外审：文章经国内小同行外审专家双盲外审，符合本刊发稿宗旨。

作者声明：通讯作者对于研究和撰写的论文中出现的不端行为承担责任。论文中涉及的原始图片、数据(包括计算机数据库)记录及样本已按照有关规定保存、分享和销毁，可接受核查。

文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。

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虚拟现实技术考试题答案

虚拟现实技术试题（一） 1、虚拟现实是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。 2、虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画是不一样的。 3、虚拟现实技术应该具备的三个特征:Immersion(沉浸) Interaction(交互) Imagination(想象) 4、一个典型的虚拟现实系统的组成主要由头盔显示设备\多传感器组\力反馈装置 5、从虚拟现实技术的相关概念可以看出，虚拟现实技术在人机交互方面有了很大的改进。常被称之为“基于自然的人机界面”计算机综合技术，是一个发展前景非常广阔的新技术。 6、根据虚拟现实对“沉浸性”程度和交互程度的不同，可把虚拟现实系统划分为四种典型类型沉浸式\桌面式\增强式\分布式。 7、有关虚拟现实的输入设备主要分为两类。三维位置跟踪器 8、在虚拟现实系统的输入设部分，基于自然交互设备主要有力反馈设备\数据手套\三维鼠标. 9、三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键设备之一，一般要跟踪参与对象的宽度、高度、深度、俯仰角(pitch)、转动角(yaw)和偏转角（roll）,我们称为6自由度（6DOF）。 10、空间位置跟踪技术有多种，常见的跟踪系统有机械跟踪器\电磁跟踪器\超声波跟踪器\惯性跟踪器\光学跟踪器。 11、所谓力反馈，是运用先进的技术手段将虚拟物体的空间无能运动转变成物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。该项技术最早应用于尖端医学和军事领域。 12、立体显示技术是虚拟现实系统的一种极为重要的支撑技术。要实现立体的显示。现已有多种方法与手段进行实现。主要有互补色\偏振光\时分式\光栅式\真三维显示 . 12、正是由于人类两眼的视差，使人的大脑能将两眼所得到的细微差别的图像进行融合，从而在大脑中产生有空间感的立体物体视觉。 13、HMD（Head_Mounted_Display）,头盔式显示器，主要组成是显示元件\ 光学系统 14、洞穴式立体显示装置（CAVE Computer Automatic Virtual Enviroment）系统是一套基于高端计算机的多面式的房间式立体投影解决方案,CAVE主要组成由高性能图形工作站\投影设备\跟踪系统\声音系统。 13、三维视觉建模又可细分为几何建模、物理建模、行为建模技术，分别是基于物体的几何信息来描述物体模型的建

虚拟现实和增强现实的应用与畅想

虚拟现实和增强现实的应用与畅想上世纪中叶，全息技术被提出，随着研究的深入和技术的日趋成熟，它被广泛运用于电影电视、监视探测、信息存储等领域。此项技术最震撼人心的应用莫过于2009年日本克里普顿未来媒体公司以虚拟歌姬“初音未来”为名义而举办的大型虚拟演唱会。具有全息图像特点的透明投影屏幕播放主唱的3D影像，从全方位给予观看者3D视觉体验。人们不禁开始思考，虚拟人物可以在现实中存在，那么我们何时能与之进行对话或思想交流，更进一步地，现实的我们是否可以体验全新的虚拟世界呢？其实多年以来，在计算机技术日益发展和成熟的推动下，越来越多的新型技术被广泛运用到电子产品上，虚拟现实和增强现实两种全新技术的发展也开始起步，正在走入所有人的视线。 VR，全称Virtual Reality，即虚拟现实，利用计算机生成一种模拟环境，通过三维动态和实体行为，使用户完全沉浸到该环境中。现在的网络世界是完全虚拟的，用户只需通过鼠标键盘或触摸屏就可以实现人机的信息交互，只有视觉和听觉上的感知。但是在虚拟现实中，你完全不会意识到自己身处虚拟世界，因为你感受得到包括重力等各种力的存在，能通过触碰其他事物获得真实触感，还和正常人一样拥有视觉、听觉、味觉等各种感知能力，并受到现实世界物理运动定律的限制。目前有公司设计研发出类似的VR设备和虚拟世界，但是依然受到极大的限制，包括场地和功能的限制。你需要穿戴多种设备，以便支持你拥有一个虚拟世界主人公的第一视角，你的动作信息被捕

获后，通过计算机处理，让虚拟人物做出同样动作，但此时就受到场地的限制了：你无法跑得很远，跳得很高，因为设备体积和工作原因将对你自由活动的范围大小进行约束；同样在功能上，例如现在的虚拟世界无法基本反馈给你食物的所有信息，“色香味”三者你只能体会到色，香和味的体验很难实现，因为在没有实物的情况下，你难以获得这些信息的输入。 AR，全称Augmented Reality，即增强现实，可以实时地计算摄影机影像的位置和角度，并添加相应的图像、视频和3D模型，简单来说，就是把虚拟世界添加到现实世界并且可以互动。现在国内外就有一些利用了AR技术的软件和应用。例如谷歌翻译有一个实景翻译的功能，手机摄像头一旦捕捉到文字或句子，就会在屏幕上，将翻译后内容以贴片的方式贴在原文上；还有一个是SketchAR，一款简单的画图软件：在相册中找出想画的图片，软件会将其转化成素描版，之后再对着一张画纸打开摄像头，就可以把图像投影到摄像头捕捉到的画纸上，接下来你只需拿起画笔，看着屏幕，照葫芦画瓢去勾勒线条就可以完成简单作画。以上都是VR和AR目前已经具备的功能和应用，但是人类认识世界的能力是无穷的，发展也是无止境的。正是因为人们发现在微观粒子、超高速物体和天体运动等一些领域，用牛顿经典力学体系已经解释不了其中的某些现象，才会有相对论和量子力学的诞生。其中有一假说，称为“量子脑动力学”，属于神经系统科学，其目的是在量子场论的理论框架内解释大脑功能。试想，如果未来在量子力学和医学

数字媒体技术专业实践报告

数字媒体技术专业实践报告数字媒体技术2班梁泽琴一对数字媒体课程的认识 1. 概念：数字媒体是以信息科学和数字技术为主导，以大众传播理论为依据，以现代艺术为指导，将信息传播技术应用到文化、艺术、商业、教育和管理领域的科学与艺术高度融合的综合交叉学科，数字媒体技术融合了计算机图形图像，网络技术通信技术、数字化艺术、数码音响、媒体交互、二维动画、三维动画、数字视频音频处理等多项技术与创作环节、数字媒体涉及的行业非常广泛，包括影视、出版、新闻、娱乐、游戏、广告等行业以及电视台、网络公司等单位、其产品内包括动画、网络游戏、手机游戏、数字电影、数字电视、手机电视、数字出版物。 2. 数字媒体技术研究的主要内容：数字媒体技术主要研究与数字媒体信息的获取、处理、存储、传播、管理、安全、输出等相关的理论、方法、技术与系统。其它基于数字传输技术和数字压缩处理技术的广泛应用于数字媒体网络传输的流媒体技术，基于计算机图形技术的广泛应用于数字娱乐产业的计算机动画技术，以及基于人机交互、计算机图形和显示等技术且广泛应用于娱乐、广播、展示与教育等领域的虚拟现实技术等也是数字媒体技术研究的主要内容。 1）数字图象处理技术 2）数字音频处理技术 3）计算机图形技术 4）数字媒体信息获取与输出技术 5）数字媒体信息存储技术 6）数字媒体信息处理技术及传播技术

7）数字媒体数据库技术及信息检索与安全技术 8）.数字媒体技术主要应用领域： 3. 根据数字媒体涉及的具体内容及应用对象，将数字媒体技术分为 1）数字影视 2）数字游戏 3）数字广播 4）数字广告 5）数字出版 6）数字存储 7）计算机图形与动画技术 8）虚拟现实等应用领域 4. 如何学习数字媒体技术：数字媒体技术专业人才培养的目标是培养既要有先进的数字技术，又有良好的美学素养和创作思维的复合型人才专业教学特点大都是以技术为主，技术与艺术相结合在对数字士的必备素质，学生在校期间一定要学好专业基础课程，这将对今后的发展和技术能力有非常大的影响，由于数字媒体技术专业学科有综合交叉性的特点，所以专业基础课程相对多些，如C程序设计计算机图形学计算机动画多媒体技术JAVA语言数据库动画基础等多门课程一般各个学校都会根据自己的教学资源和教学特色对专业的研究方向有所侧重，选择性地重点突出一个或几个方面。培养美学素养提高创新能力企业不单从技术的数量程度上评价一个工作者的专业水准，对于美学素养以及艺术创新能力也有一定的要求在学好技术的同时也要注意提升艺术素养和美学情操，因为数字媒体是创意媒体，以艺术为技术服务的特点也决定了艺

数字媒体技术在虚拟现实领域中的应用

数字媒体技术在虚拟现实领域中的应用姓名：陈宗铭班级：艺术二班教师：费锐 2016年12月11日

论文摘要 100-150字本文首先介绍数字媒体技术专业的特点以及在该专业中开设虚拟现实课程的必要性，然后结合笔者在数字媒体技术专业中讲授虚拟现实课程的实际经验，对该课程的定位、教学内容、实验环节、考核方式进行深入分析和探讨，最后提出了提高教学效果的努力方向关键词；数字媒体；虚拟现实；课程定位；教学内容

一、数字媒体技术专业的特点随着计算机互联网和多媒体软硬件技术的飞速发展，与数字媒体相关的产业开始在人们的生活中产生越来越重要的影响，而且还在不断有新的行业涌现出来。目前，与数字媒体相关的行业已经非常广泛，包括影视、出版、新闻、展览、移动通信、数码产品、娱乐游戏、广告等行业。具体的产品内容包括动画、网络游戏、手机游戏、数字电影、数字电视、手机电视、数字出版物、数字教育、数字博物馆、数字展览馆等。为了适应数字媒体技术的发展所产生的各种社会需求，国内各个院校已经相继开办了数字媒体技术专业。从专业角度来讲，数字媒体技术专业[1]是以信息科学和数字技术为主导，以大众传播理论为依据，以现代艺术为指导，将信息传播技术应用到文化、艺术、商业、教育和管理领域的科学与艺术高度融合的综合交叉学科。它具有如下一些特点。1) 该专业的知识结构非常丰富，并且具有交叉性。媒体技术方面，它融合了计算机图形图像、数字音视频处理、人机交互、二维三维动画、网站开发等多项技术。艺术设计方面，它包括了美术基础、色彩素描、平面立体设计、视听语言等内容。2) 该专业的培养目标强调创新能力的培养[2]。因为数字媒体内容的消费是一种精神的消费，这就需要数字媒体产品具有优秀的创意。3) 该专业的定位面向实践和应用。该专业需要为学生提供尽量多的实践机会，这样才能使学生具有扎实的理论基础和丰富的创新能力，从而满足社会需求。由此可见，数字媒体技术专业的知识面广，社会需求丰富，特点鲜明。因此，各个学校可以根据自己的教学资源和教学特色进行课程设置，选择性地重点突出一个或几个方面，而无需追求大而全的办学模式。二、虚拟现实课程在数字媒体技术专业中的教学实践（一）虚拟演示教学与实验在高等教育中，VR技术在教学中应用较多，特别是理工科类课程的

三维建模在虚拟现实中的应用

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/d69687523.html, 三维建模在虚拟现实中的应用作者：冯丹来源：《商情》2019年第49期【摘要】虚拟现实建模技术是当下计算机技术当中的一项热门话题。当今三维建模技术主要以Autodesk maya和3Dmax两款设计软件为主要创怍工具，三维建模方法主要有多边形建模、非均匀有理B样条曲线建模、细分曲面技术建模。每种建模方法各有其优点和缺点。本文主要围绕多边形建模和NURBS建模两种方法进行介绍。【关键词】虚拟现实; 多边形建模; NURBS建模一、引言随着现在科技的发展以及计算机的普及应用，高科技技术产品的出现，三维技术和虚拟现实技术的应用逐渐发挥着重要的作用。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，并使用户沉浸到该环境中。这是现代计算机技术高度发展的主要象征之一，有效提高了各类产品、建筑、景观、动画等的设计效果，使得图形不再仅局限于二维空间当中，而是转变为了三维立体图像，有种身临其境的感觉，标志着人类计算机科技的进步。二、虚拟现实技术虚拟现实技术简称 VR 技术，同时也被叫做灵境技术，是针对图像进行数字化处理，并包含了图形学、多媒体、网络、人工智能、传感器与高分辨率显示等技术，将人们的五感融合在一起，形成真实虚拟三维空间的信息集成技术系统。三、三维建模技术三维建模技术是一门通过软件来实现模型的技术手段。3D Studio Max，常简称为3ds Max 或MAX，是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并）基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。而NURBS曲面建模和Polygon多边形建模是这两款软件主要的建模类型。（一）多边形建模多边形建模是三维建模技术当中最早的建模技术之一。多边形建模方法是虚拟现实制作和虚拟建筑制作中最常用的三维建模方法，通过使用大量的、小的面片，多边形建模方法建立的模型可以建立任何平面或者曲面，并且使用这种方法建立的模型可以任意变化修改，能充分使用建模师的想象力，建立超现实三维模型。

虚拟现实(VR)和增强现实(AR)产业分析报告

高盛对虚拟现实（VR）和增强现实（AR）产业分析报告要点日前高盛发布研究报告来对虚拟现实（VR）和增强现实（AR）产业进行分析。对此篇研报进行翻译后，将其独到之处（特别是软件细分市场）进行整理和解读，希望能方便国内投资者和业界把握行业脉搏。高盛上周在研究报告中预计，虚拟现实市场到2025年的年营收规模将会超过电视机市场。高盛预计，虚拟现实10年内将创收1100亿美元，而电视机仅为990亿美元。

VR和AR将成为继电脑和智能手机之后的下一代计算平台，现有电子市场将被重塑。一个重要原因是VR可以在多个领域重塑目前的做事方式，而不仅仅是我们熟知的游戏、视频等。对未来十年进行预测，到2025年，VR和AR的软硬件年销售额将达到800亿美元。如果解决了电池和移动的问题，年营收可以达到1820亿美元。即使VRAR仍受困于延迟、显示、隐私安全这些基础问题，年营收也可实现230亿美元的水平。一、市场现状历史：VR的前身是3D游戏，但当时显卡、价格、计算能力、抗延迟性能等都无法满足要求。行业的新高潮是Facebook投资20亿美元收购Oculus公司，而且在最近两年内225家VC已经为VR/AR领域投资了35亿美元。现在VR硬件技术基本成熟了。 VR与AR区别：除了技术特点外，一般认为AR主要用于商用，而VR 消费和商用都有。日前Oculus发布了消费版VR头盔，但其对于PC的要求比较高。Nvidia估计只有1300万台PC满足要求，而Gartner则估计有1%PC 可以。所以VR头盔的初期发展会受到PC性能不足的限制。此外苹果在VR领域还没动静，可能在等待先发者探路后再寻找最好的机会杀入，苹果可能是未来VR产业格局中最大的变数。图2 目前产业链厂商汇总

数字媒体应用技术VR虚拟现实技术

数字媒体应用技术（VR虚拟现实技术）校企合作订单班专业人才培养方案一、专业名称与代码（一）专业名称：数字媒体应用技术（VR虚拟现实技术）（二）专业代码：610210 二、入学要求高中阶段教育毕业生或具有同等学力者。三、修业年限全日制3年。实行弹性学制，学生可通过学分认定、积累、转换等办法，在2-6年内完成学业。四、职业面向五、培养目标及培养规格（一）培养目标培养思想政治坚定、德技并修、全面发展，能适应新时代数字媒体技术发展需要，具有良好职业道德、人文素养和艺术素质，掌握计算机数字音频、视频处理、平面及动画广告设计、动画设计与制作、VR\AR虚拟现实等知识和技术技能，面向互联网行业、影视传媒行业、游戏行业、平面设计等行业领域的高素质技术技能人才。 ·255·

（二）培养规格 1．素质（1）具有正确的世界观、人生观、价值观，具有深厚的爱国情感、国家认同感、中华民族自豪感，崇尚宪法、遵守法律、遵规守纪，具有社会责任感和参与意识；（2）具有改革创新意识和国际竞争意识；（3）具有奉献精神和团队精神，养成良好的道德情操和个人行为规范，诚信守法、公平竞争的意识；（4）具有良好的职业道德和职业素养；（5）具有较强的集体意识和团队合作精神，能够进行有效的人际沟通和协作，与社会、自然和谐共处，具有职业生涯规划意识；（6）具有良好的身心素质和人文素养，具有健康的体魄和心理、健全的人格，能够掌握基本运动知识和一两项运动技能，具有感受美、表现美、鉴赏美、创造美的能力，具有一定的审美和人文素养，能够形成一两项艺术特长或爱好，掌握一定的学习方法，具有良好的生活习惯、行为习惯和自我管理能力；（7）具备基本的安全、法律法规意识、素质、知识。 2．知识（1）掌握一定的计算机应用相关知识；（2）掌握图形图像处理的相关知识；（3）掌握动画设计与制作的相关知识；（4）掌握网页界面设计与美化的相关知识；（5）掌握Unity引擎操作及相关子系统的知识；（6）常用版本管理工具使用的相关知识；（7）了解多种光照模型和实现方法，掌握shader编写，了解各种绘制技术的性能优缺点。 3．能力（1）具备新知识与技能的学习能力；（2）具备查找工程资料、文献等获取信息的能力；（3）具备独立学习能力和解决问题能力；（4）具备公共关系处理能力和劳动组织能力；（5）具备与人沟通的能力；（6）具备团队合作能力；（7）具有能熟练操作相关计算机软件制图，有较强的设计表达方面的能力；（8）具有能熟练操作相关计算机软件进行编程，有较强的程序设计方面的能力；（9）能进行虚拟现实和增强现实等项目的设计和制作能力；（10）具备数字视频采集、影视编辑的能力。 ·256·

虚拟现实技术应用及其未来展望

虚拟现实技术应用及其未来展望虚拟现实是利用计算机、电子技术、图像技术、传感器技术、多媒体技术、人机接口技术及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机领域的最新技术, 是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。虚拟技术是一门富有挑战性的交叉技术、前沿科学和研究领域。目前虚拟技术已涉及到军事、教育、医学、心里学、商业、影视等领域,是21世纪的重要发展学科。一、虚拟技术的特征虚拟环境是利用计算机生成并控制的,因此人处在利用虚拟技术创建的拟环境之中和真实环境是没有差别的。虚拟现实具有3个最突出的特性:交互性、沉浸性和构想性。 1、交互性：人们可以通过使用专门的输入和输出设备(主要通过数据手套、头盔、数据衣等)以自然地方式(如自身的语言、动作等)和虚拟世界中的对象进行交互操作和交流。 2、沉浸感：沉浸感是指用户在纯自然的状态下借助交互设备和自身的感知觉系统对虚拟环境的投入程度。虚拟世界给人一种身临其境的感觉。 3、构想性：指借助虚拟技术可以使用户沉浸其中并获得新的知识,从而使用户深化概念和萌发新意。因此说虚拟现实可以启发人创造性思维,使抽象概念具体化。二、虚拟现实技术的应用领域虚拟现实技术应用非常广泛,它可以用于军事、教育训练、设计规划、产品建模、心理学治疗及艺术与娱乐等多方面。 1、军事领域虚拟现实技术已成为军事和航天领域的先锋技术虚拟技术最初是美国航空航天局与军事部门为了模拟训练而开发的。现在广泛用于各兵种部队的战术研究、演习、模拟训练和培训等,战斗实验室已成为数控战士的战场。 “司令部军事演习”也已成为一种军事演习的重要形式,这类演习可用于为未来战争组织装备、主导原则和综合训练等决策提供参考数据。美国航空航天局埃姆斯研究中心还建立了一座虚拟实验室,它所拥有的飞机模型器无论从规模上还是从逼真程度来看都处于世界之最,主要用于研究现在的或拟议中的飞机飞行控制、制导、座舱显示、自动化和操纵的品质,它能够获得有关飞机性能的实时数据和视图,并且航空研究人员和设计师坐在家里就可以“进入”该实验室进行操作,其灵敏度远远高于现在的任何其他此类研究手段。虚拟现实技术在军事领域中发挥着重要的作用,被广泛的应用于军事训练、武装装备的研究和生产以及军事教育等各个方面。目前的军事模拟训练

实现虚拟现实的建模方法

实现虚拟现实的建模方法虚拟现实是在虚拟的数字空间中模拟真实世界中的事物，这就需要真实世界的事物在数字空间中的表示，于是催生了虚拟现实中的建模技术。虚拟现实对现实“虚拟”得到底像不像，是与建模技术紧密相关的。因此，建模技术的研究具有非常重要的意义，得到了国内外研究人员的重视。数字空间中的信息主要有一维、二维、三维几种形式。一维的信息主要指文字，通过现有的键盘、输入法等软硬件。二维的信息主要指平面图像，通过照相机、扫描仪、PhotoShop等图像采集与处理的软硬件。对于虚拟现实技术来说，事物的三维建模是更需要关心的核心，也是当今的难点技术。按使用方式的不同，现有的建模技术主要可以分为: 几何造型、扫描设备、基于图像等几种方法。基于几何造型的建模技术是由专业人员通过使用专业软件（如AutoCAD、 3dsmax、Maya）等工具，通过运用计算机图形学与美术方面的知识，搭建出物体的三维模型，有点类似画家作画。这种造型方式主要有三种: 线框模型、表面模型与实体模型。 1. 线框模型只有“线”的概念，使用一些顶点和棱边来表示物体。对于房屋、零件设计等更关注结构信息，对显示效果要求不高的计算机辅助设计（CAD）应用，线框模型以其简单、方便的优势得到较广泛的应用。AutoCAD软件是一个较好的造型工具。但这种方法很难表示物体的外观，应用范围受到限制。 2. 表面模型相对于线框模型来说，引入了“面”的概念。对于大多数应用来说，用户仅限于“看”的层面，对于看得见的物体表面，是用户关注的，而对于看不见的物体内部，则是用户不关心的。因此，表面模型通过使用一些参数化的面片来逼近真实物体的表面，就可以很好地表现出物体的外观。这种方式以其优秀的视觉效果被广泛应用于电影、游戏等行业中，也是我们平时接触最多的。3dsmax、Maya等工具在这方面有较优秀的表现。 3. 实体模型相对于表面模型来说，又引入了“体”的概念，在构建了物体表面的同时，深入到物体内部，形成物体的“体模型”，这种建模方法被应用于医学影像、科学数据可视化等专业应用中。理论上说，对于任何应用情况，只要有了方便的建模工具，有水平的建模大师都可以用几何造型技术达到很好的效果。然而，科技在发展，人们总希望机器能够帮助人干更多的事。于是，人们发明了一些专门用于建模的自动工具设备，被称为三维扫描仪。它能够自动构建出物体的三维模型，并且精度非常之高，主要应用于专业场合，当然其价格也非常“专业”，一套三维扫描仪价格动辄数十万，并非普通用户可以承受得起。三维扫描仪有接触式与非接触式之分。 1. 接触式三维扫描仪需要扫描仪接触到被扫描物体。它主要使用压电传感器，捕捉物体的表面信息，这种设备价格稍便宜，但使用不方便，已经不是主流。

虚拟现实增强技术综述

虚拟现实增强技术综述曾玮峰中南大学信息科学与工程学院摘要随着近年来计算机三维处理能力的增长和低成本传感显示元件的出现,虚拟现实得到了快速发展,特别是与现实世界产生了越来越多的结合技术,从虚拟和现实的两个角度对虚拟现实进行增强。论文重点围绕近几年的发展趋势,论述了增强现实与增强虚拟环境的技术特点,介绍了虚拟现实增强技术的相关硬件设备发展;然后分别介绍了增强现实和增强虚拟环境技术的发展现状,讨论了移动互联网上的虚实增强技术与应用,最后进行总结并提出需要解决的问题。关键词增强虚拟环境增强现实虚实增强混合现实 1引言虚拟现实技术建立人工构造的三维虚拟环境,用户以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响,极大扩展了人类认识世界,模拟和适应世界的能力。虚拟现实技术从20世纪60～70年代开始兴起,90年代开始形成和发展,在仿真训练、工业设计、交互体验等多个应用领域解决了一些重大或普遍性需求,目前在理论技术与应用开展等方面都取得了很大的进展。虚拟现实的主要科学问题包括建模方法、表现技术、人机交互及设备这三大类,但目前普遍存在建模工作量大,模拟成本高,与现实世界匹配程度不够以及可信度等方面的问题。图1虚拟现实、增强现实和混合现实搜索量统计对比(来源: Google trends, 2004。01～2014。 06) 针对这些问题,已经出现了多种虚拟现实增强技术,将虚拟环境与现实环境进行匹配合成以实现增强,其中将三维虚拟对象叠加到真实世界显示的技术称为增强现实,将真实对象的信息叠加到虚拟环境绘制的技术称为增强虚拟环境。这两类技术可以形象化地分别描述为“实中有虚”和“虚中有实”。虚拟现实增强技术通过真实世界和虚拟环境的合成降低了三维建模的工作量,借助真实场景及实物提高了用户体验感和可信度,促进了虚拟现实技术的进一步发展。

浅谈虚拟现实技术在教育领域的应用

浅谈虚拟现实技术在教育领域的应用东北师范大学计算机学院 2014级教育技术系王鹏 2014012016【摘要】本文旨在简要介绍虚拟现实技术（含增强现实等分支技术）的定义及其发展现状，通过理论陈述、历史发展及部分实例进行分析，着手于软硬件两方面，结合其他领域中已有的优秀实例，对虚拟现实技术在教育领域的应用提出部分建议。【关键词】虚拟现实增强现实三维技术教育软件开发现代社会的电子信息技术自从计算机诞生以来就得到了飞速发展，人们不满足于二维平面等级的人机交互界面，开发了一系列帮助人们进行多元化人机交互的辅助工具。输入设备从最传统的键盘、鼠标，发展到今天的触摸板、眼球测位仪、语音识别，输出设备也从简单的显示屏、扬声器发展出各种形态。在硬件设备进化的同时，人机交互的“内容”即软件与信息层面也发生着急速变化。从最初的二进制数字到后来的命令提示符字符串，再到后来的桌面化操作系统及多媒体声像，时至今日人们已经掌握了足够顶层的技术以使用计算机来模拟日常所见的真实场景，而这种技术的代表作之一、同样也是未来信息技术领域最有发展前景的技术之一，就是虚拟现实技术。一虚拟现实综述虚拟现实（Virtual Reality，后文或简称VR）的定义目前为止依然众说纷纭，笔者较为认可的定义如下：一种可供创建并体验高度拟真的虚拟世界的计算机仿真系统。用来实现VR系统的技术被称为VR技术。何谓高度仿真呢？目前为止在技术层面能达到的、符合人们日常生活中实际体验的标准包括如下几个方面： 1 真实性真实性是VR技术的主要目标。VR旨在用计算机构建真实世界以让用户获得拟真体验，生成的虚拟物件一般要高度仿照真实世界的尺寸、材质等，能够做到静物的“以假乱真”，相应的运动规律也要按照真实世界设置参数，如重力加速度或化学反应速率等，使得它们在变化时看起来仍不失真。 2 交互性一般来说，交互性是指用户对虚拟世界中物体的可操作程度，和从自然环境中得到信息反馈的程度。计算机系统中生成的虚拟世界不可能仅接受工作人员输入的基本建模参数，也应当接受来自用户的实时输入信息，并给出相应的反馈。例如，用户可以通过特殊的控制器（如摇杆、特制键盘）、体感装置（如传感服、眼球测位仪）以及语音等向系统发送指令，相应地也就要求系统为用户提供多元化的输入接口，输入模式也应当尽可能贴近人类的自然活动。 3 沉浸性沉浸性是指，用户在体验虚拟世界的时候，不光要体验到场景及运动规律的真实感，也应当同时意识到自己能够沉浸到虚拟世界中，而非一个世界之外的控制者、操作者。理想的VR系统应当以用户为第一视角构建，并能让用户产生真假难辨的感觉。

数字媒体应用技术VR虚拟现实技术

1．素质（1）具有正确的世界观、人生观、价值观，具有深厚的爱国情感、国家认同感、中华民族自豪感，崇尚宪法、遵守法律、遵规守纪，具有社会责任感和参与意识；（2）具有改革创新意识和国际竞争意识；（3）具有奉献精神和团队精神，养成良好的道德情操和个人行为规范，诚信守法、公平竞争的意识；（4）具有良好的职业道德和职业素养；（5）具有较强的集体意识和团队合作精神，能够进行有效的人际沟通和协作，与社会、自然和谐共处，具有职业生涯规划意识；（6）具有良好的身心素质和人文素养，具有健康的体魄和心理、健全的人格，能够掌握基本运动知识和一两项运动技能，具有感受美、表现美、鉴赏美、创造美的能力，具有一定的审美和人文素养，能够形成一两项艺术特长或爱好，掌握一定的学习方法，具有良好的生活习惯、行为习惯和自我管理能力；（7）具备基本的安全、法律法规意识、素质、知识。 2．知识（1）掌握一定的计算机应用相关知识；（2）掌握图形图像处理的相关知识；（3）掌握动画设计与制作的相关知识；（4）掌握网页界面设计与美化的相关知识；（5）掌握Unity引擎操作及相关子系统的知识；（6）常用版本管理工具使用的相关知识；（7）了解多种光照模型和实现方法，掌握shader编写，了解各种绘制技术的性能优缺点。 3．能力（1）具备新知识与技能的学习能力；（2）具备查找工程资料、文献等获取信息的能力；（3）具备独立学习能力和解决问题能力；（4）具备公共关系处理能力和劳动组织能力；（5）具备与人沟通的能力；（6）具备团队合作能力；（7）具有能熟练操作相关计算机软件制图，有较强的设计表达方面的能力；（8）具有能熟练操作相关计算机软件进行编程，有较强的程序设计方面的能力；（9）能进行虚拟现实和增强现实等项目的设计和制作能力；（10）具备数字视频采集、影视编辑的能力。六、典型工作任务与职业能力 ·256·

虚拟现实技术行业应用范围

虚拟现实技术行业应用范围 1.城市规划在城市规划中经常会用到虚拟现实技术，用虚拟现实技术不仅能十分直观的表现虚拟的城市环境，能运用三维GIS地理信息系统来表现直观的三维地形地貌，为城市建设提供可靠的参考数据。而且能很好的模拟各种天气情况下的城市，能了解排水系统，供电系统，道路交通，沟渠湖泊等等。而且能模拟自然灾害的突发情况。对于政府在城市规划的工作中起到了举足轻重的作用。 2.医学虚拟现实技术在医学领域上的应用主要体现在医学动画上。传统的医学动画仅仅只能在平面、三维的角度展示医学原理、人体结构等。而虚拟现实技术的应用突破了视角的限制，让人能进到“体内”，在人体内漫游，以任意角度观察人体结构。 3.文物保护虚拟现实技术在文物保护方面也是应用相当广泛的，埃及的金字塔就做过网上的体验中心，运用了全景虚拟技术和三维虚拟技术，而且IBM目前正在运用VR虚拟现实技术对北京故宫进行整个故宫的数字虚拟。届时大家也许可以在网上直接看到数字三维化的故宫。 4.交通无论是在空中、陆地还是海洋河流的交通规划模拟方面，VR虚拟现实技术都有其得天独厚的优势，不仅仅能用三维GIS技术将各种交通路线表现得十分到位，更能动态模拟各种自然灾害情况。 5.房地产近几年在房地产的表现和推广应用方面，VR虚拟现实技术被得到越来越多的应用，把虚拟现实和传统的建筑动画、地产动画结合起来，不仅十分完美的表现室内的环境和整个小区的环境，设施。还能表现不存在但即将建成的绿化带，https://www.wendangku.net/doc/d69687523.html,喷泉，休息区，运动场等等。不仅如此，用户还能在三维的室内空间中自由行走、任意漫游、仔细欣赏小区的每一处风景。大大刺激了浏览者的感受。 6.游戏对于游戏的开发，目前虚拟现实技术比较适合开发：角色扮演类、动作类、冒险解迷类、竞速赛车类的游戏，其先进的图像引擎丝毫不亚于目前的主流游戏引擎的图像表现效果，而且整合配套的动力学和AI系统更给游戏的开发提供了便利。 7.军事虚拟现实技术就是诞生于军事应用，在军事应用方面很多，包括：模拟战场，模拟操作，模拟驾驶，模拟装配等等。都需要通过VR技术来实现。而且在相关军事工作汇报中也会有VR技术的支持。 8.家电家电产品的展示、展览、发布上。运用虚拟现实技术不仅可以完美表现产品的外观，更能将其功能表现的淋漓尽致。而且家电行业产品种类繁多、数量庞大。市场需求量十分大，无论是使用全景虚拟还是视频虚拟还是三维虚拟技术都能在家电行业大有作为。

虚拟现实模型规范

模型规范 [源自：webmax] 虚拟的模型制作与游戏类似，做vr就是做简模，若使用的是复杂模型，会令文件量比较大，影响下载的速度。建模须注意以下几点： 1. 物体的命名物体的名称不要超过32个字节，并且物体、材质、贴图名称不可以有中文名称，否则英文的操作系统浏览虚拟会有问题。 2. 场景的尺寸需与真实情况一致，若没有特殊说明，开始场景的单位用cm。场景初始的单位是很重要的，如果一个城市规划，开始单位定义成mm，那么会导致文件编辑的时候，数据很大。一旦场景单位定义好之后，不要随意变动场景单位。 3. 单个物体的面数不能够太多通常我们制作一个场景，单个物体的面数不要太大，毕竟是做网络虚拟现实，而不是制作单张效果图。单个物体面数要控制到10000个面以下 4. 删除多余的面删除场景中多余的面，在建立模型时，看不见的地方不用建模，对于看不见的面也可以删除，主要是为了提高贴图的利用率，降低整个场景的面数，以提高交互场景的运行速度。如Ｂox底面、贴着墙壁物体的背面等。 5. 合并物体要合理相同材质的模型，远距离的不要合并，材质类型相同的模型，如果相隔距离很远就不要将其进行合并，否则会影响运行速度。 6. 物体间的距离要合适保持模型面与面之间的距离推荐最小间距为当前场景最大尺度的二千分之一。例如：在制作室内场景时，物体的面与面之间距离不要小于2mm；在制作场景长（或宽）为1km的室外场景时，物体的面与面之间距离不要小于20cm。如果物体的面与面之间贴得太近，在WEBMAX里，会出现两个面交替出现的闪烁现象。 7. 可以复制的物体尽量复制如果一个1000个面的物体，烘焙好之后复制出去100个，那么他所消耗的资源，基本上和

VR虚拟现实技术在教育领域的前景展望

VR虚拟现实技术在教育领域的前景展望 VR虚拟现实技术能迅速火起来，是基于它突破了人们对三维空间在时间与地域上的感知限制，以及市场需求愿景的升级。此技术可广泛地应用到城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害、教育培训等众多领域，可提供切实可行的解决方案，从而降低成本与风险。作者蒋燕玲则看好VR虚拟现实技术在教育培训领域里的应用。众所周知，教育行业从最早单一枯燥的说教与图文教学，随后融入了视听媒体，

再到后来计算机在教育中的普及应用后复合媒体的发展，但都未能突破二维图像的界限。什么是VR虚拟现实技术？这是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境，利用多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。简单地说，是以VR虚拟计算机技术为主，利用计算机一些特殊设备进行输入输出，来营造一个人体各感官都可感知如亲临其境的三维虚幻世界。戴上VR眼镜，就可以进入虚拟现实的空间里，想去哪儿分秒间抵达，虚拟与现实只在一镜之间，这仿若科幻电影中才有的高科技，随着VR虚拟现实技术的崛起悄然间这种愿景将改变着我们的生活方式。每一次教育的变革都是由科技推动的，试想如果VR+教育会产生怎样的反应呢？下面作者就从三类教育现状进行分析。 1.学校教育有没有发现，游戏对学生有着特别的吸引力，而印在书本上的图文与课堂上多媒体的展示，相比而言，前者明显更能吸引学生的眼球与注意力，甚至长时间专注其中，而后者学习一会儿就渐显疲态，继而分心。因为前者生动形象不断变换的场景容易吸引学生尽情投入，比起单一的印在书本上枯燥的图文和空洞的说教，或是多媒体的展示中被要求被动观看强制性的学习，远远不如进入游戏角色与场景中游弋在虚拟的世界里，明显学生的专注力在虚拟情境中更持久。

虚拟现实文献综述

《VRML虚拟现实技术在数字校园系统中应用研究》文献综述摘要：教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了数字校园，阐明了数字校园的地位和作用。虚拟数字校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。将虚拟现实技术应用在数字校园系统的开发，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。它在数字校园的应用，可以大大提高校园展示效果，也能够体现校园个性方面的优势，对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助关键词：虚拟现实；数字校园；基本概况前言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。建设虚拟三维数字校园可以比较直观的了解校园的各个区域，在这个三维的校园里，空间次序的视觉理解和感知变得非常容易，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉[1]，其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生的呈现在我们的眼前，三维虚拟校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。三维虚拟校园可直接嵌入到大学的网站，直接通过网络浏览器察看，其丰富的、人性化的信息查询等功能，有效提高大学的美誉度，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。一、虚拟现实技术的发展状况的研究虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪90年代初崛起的一种实用技术，它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成三维信息的虚拟环境，可以真实地模拟现实中能实现的物理上的、功能上的事物和环境[2]。在虚拟现实环境中可以直接与虚拟现实场景中的事物交互，产生身临其境的感受，从而使人在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受。该技术的兴起，为科学及工程领域大规模的数据及信息提供了新的描述方法。虚拟现实技术大量应用于建筑设计及其相关领域，该技术提供了“虚拟建筑”这种新型的设计、研究及交流的工具手段[3]。在虚拟现实的发展过程中总结出虚拟现实系统应具有以下四个特征：（1）多感知性。指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。（2）存在感。指用户感动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达到使用户难辨真假的程度。（3）交互性。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。（4）自主性。指虚拟环境中物体依据现实世界物理运动定律动作的程度[4]。虚拟现实技术自诞生以来，其应用一直受到科学界、工程界的重视，并不断取得进展，虚拟现实蕴藏的技术内涵与艺术魅力不断地激发着人们丰富的想象思维和创造的热情。从本质上讲，虚拟现实技术就是一种先进的人机交互技术[5]，其追求的技术目标就是尽量使用户与电脑虚拟环境进行自然式的交互。因此，虚拟现实技术为我们架起了一座人与数字世界沟通的桥梁。二、虚拟现实技术在数字校园系统的应用解析目前，数字校园存在有2个定义，并分别带来不同的研究与实践。一种定义是从信息、网络和媒体技术发展角度，数字校园被理解为一个以计算机和网络为平台的、远程教学为主的信息主体；另一个事从因特网、虚拟现实技术、网络虚

虚拟现实技术在教育中的应用

新兴媒体技术在教育领域中的应用 ——虚拟现实技术摘要: 随着信息产业的快速发展，信息技术的创新研究也越来越收到重视，而作为信息技术发展重要驱动力的虚拟现实技术，也随之成为人们关注的热点之一。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一种手段，人们将虚拟现实技术看作是仅次于互联网的改变世界未来的重要技术。本文简单介绍了虚拟现实技术的内涵、特征、类型以及在教育领域中的应用。关键词:虚拟现实技术、特征、形式、教育应用一、虚拟现实技术的内涵虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是由计算机生成的,通过视、听、触觉等作用于使用者,使之产生身临其境的交互式视景的仿真。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学,是现代仿真技术的高级发展和突破,使用者借助必要的设备自然地与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响,从而产生亲临真实环境的感受和体验,使人机交互更加自然、和谐。二、虚拟现实技术的特征虚拟现实技术三个最突出的特征是：交互性、沉浸感、构想性。 1.交互性。也称互动性，用户根据各种已有线索做出反应，虚拟现实系统根据用户的具体行动及时生成新的三维场景，然后将新的信息反馈给用户。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。 2.沉浸感。虚拟现实技术可以模拟出三维虚拟环境，理想的虚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虚拟环境中，充分利用各种感官去听、察、嗅、触，觉得自己是环境中的一部分，自然而然会产生一种沉浸于其中的强烈之感。 3.构想性。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。三、虚拟现实技术的形式根据用户参与形式和沉浸的程度不同，可以把各种类型的虚拟现实技术划分为以下的四种类型： 1.桌面虚拟现实系统。桌面虚拟现实系统是利用个人计算机进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的充分交互，这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。它要求参与者使用输入设备，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体。常见桌面虚拟现实技术有：基于静态图像的虚拟现实、虚拟现实造型语言VRML、桌面三维虚拟现实等。 2.沉浸虚拟现实系统。高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其他设备，把参与者的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其他手控输入设备、声音等使参与者产生一种身临其境、全心

数字媒体技术复习资料

1.媒体的概念 : 承载信息的实体，如文字、符号、图形、编码等；存储、传输信息的载体，如磁带、光盘、网络等。 2.媒体的分类（5个）：（1）按先后顺序划分第一媒体：报纸刊物第二媒体：广播第三媒体：电视第四媒体：互联网第五媒体：移动网络（2）按产生的时间和历史传统媒体新媒体（3）计算机划分的媒体类型感觉媒体表示媒体显示媒体储存媒体传输媒体 3.数字媒体：数字化的内容作品以现代网络为主要传播载体，通过完善的服务体系，分发到终端和用户进行消费的全过程 4.数字媒体技术：是将多种媒体信息通过计算机进行数字化采集、编码、存储、传输、处理和再现等，使数字化信息建立逻辑连接，并集成一个具有交互性的系统。包括：计算机技术、视听技术、通信技术。 5.数字媒体计算机：指能够综合处理多种数字媒体信息的计算机 PC+光驱+声卡+显示卡+操作系统及应用软件 6.数字媒体内容产业（6个）：内容制作技术及平台音视频内容搜索技术数字版权管理技术数字媒体大交互与终端技术数字媒体资源管理平台和服务数字媒体产品交易平台和服务 7.数字媒体技术的范畴（4个）：（1）数字媒体表示与操作，包括数字声音及处理，数字图像及处理、数字视频及处理、数字动画技术等。（2）数字媒体压缩，包括用压缩编码、专用压缩码（声音、图像、视频）技术等。（3）数字媒体储存与管理，包括光盘存储（CD技术、DVD技术等）、媒体数据管理、数字媒体版权保护（4）数字媒体传输，包括流媒体技术，P2P技术等。 8.数字媒体技术的研究内容：（7个）：数字媒体数据压缩技术、数字媒体软硬件平台、数字媒体数据库技术、超文本与web技术、数字媒体通信与分布处理、虚拟现实技术、智能数字媒体技术（高级智能计算）