(一)符合电子技术课程教学的特点
中职电子技术的教学理论性较强，波形变化分析复杂，课程教学较为枯燥，一些理解能力较差或者基础较差的学生，可能会无法跟上电子技术课程教学的节奏。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够使学生在一个仿真的情境下，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，将学生的实践操作和理论知识的学习相结合，借助实践活动，不断丰富学生的理论知识体系，借助理论知识的学习，不断提升中职学生的实践操作能力。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，符合中职电子技术教学的特点，是时展和进步的必然要求。
(二)创新中职电子技术教学的模式
电子技术教学中应用仿真虚拟仿真技术，可以使学生将所学习的Windowsxp内容和仿真软件结合起来。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够改善传统的教学方式中单一的教学氛围，更加关注学生的实践体验，在实践中，使学生获得更多的知识，并使中职学生能够通过实践活动，形成一定的思维想法和创新意识，真正展现中职电子技术教学的价值和电子技术教学的意义。
(三)提升学生的电子技术综合能力
很多中职院校中的学生，普遍具有文化基础较差、学习积极性较差等方面的问题，中职学生的动手能力和实践能力较强，但是他们的学习热情较差，不愿意积极、主动参与到教学活动当中，无法感受中职电子技术学习的乐趣和电子技术的魅力之处。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够有效改善这一问题，通过有趣的情景创建，快速吸引中职学生的注意力，激发学生的学习兴趣和参与实践活动的热情，并使中职学生在参与实践活动的过程中，形成一定的电子技术实践操作能力和电子技术思维想法，改善传统电子技术教学中的缺点，更加关注学生思维的发展，为中职学生未来的工作和发展奠定良好的基础。
二、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中应用的具体策略
虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，可以通过将虚拟引进课堂，激发中职学生的学习兴趣、创设仿真电子技术教学实验，增强学生的实践操作能力与开展虚拟项目合作实验，提升中职学生的综合素养等方式来开展教学活动。
(一)将虚拟引进课堂，激发中职学生的学习兴趣
在传统的中职电子技术教学过程中，教师较为注重对学生理论知识的传授，而忽视了实践技能指导对中职学生电子技术操作能力提升的重要影响。单纯的电子技术理论知识讲解，多数是一些原理和公式推导，在这种教学模式下，中职学生可能会产生一定的厌学情绪，无法将注意力完全集中在电子技术学习活动当中。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够改善传统的教学方式中单一的教学氛围，更加关注学生的实践体验，在实践中，使学生获得更多的知识，并使中职学生能够通过实践活动，形成一定的思维想法和创新意识。虚拟仿真技术能够使学生在一个仿真的情境下，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，使学生将实践操作和理论知识的学习结合起来，借助实践活动，不断丰富学生的理论知识体系;借助理论知识的学习，不断提升中职学生的实践操作能力。中职电子技术理论知识教学需要结合实际展示才能够加深学生对电子技术理论知识的深入理解，从而为接下来的课堂教学活动和实践教学活动奠定良好的基础。但是，如果一味通过实验操作展现，不仅浪费时间，同时也很浪费材料。虚拟仿真技术能够完美地解决这一问题，通过将虚拟仿真技术引入到中职电子技术教学中，通过多媒体等信息技术软件，进行仿真模拟实验，借助多媒体等信息技术软件，将抽象化的内容变得更加直观，使学生对抽象化的理论知识一目了然，深化学生对中职电子技术知识的理解与掌握。
(二)创设仿真电子技术教学实验，增强学生的实践操作能力
正所谓“实践是检验真理的唯一标准”，在中职电子技术教学中，教师可以借助虚拟仿真技术，引导学生在模拟的场景中，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，在电子技术的实验过程当中，提升学生的实践操作能力。在中职电子技术教学实验中，教师可以结合学生的性格特点和中职电子技术教学的特点进行教学实验活动的创新，将虚拟仿真技术融入中职电子技术的教学活动当中。例如，在指导学生对《彩色电视机原理与维修》这一项内容的学习过程中，教师可以首先借助多媒体等信息技术软件，为学生展现70年代至今，电视机逐步发展的过程，为学生介绍全球彩电市场的特点。彩色电视机与学生的实际生活密切相关，是学生所熟悉的事物。在课堂教学中，教师可以结合实际生活，提问学生“家中所使用的是什么样的电视机”等问题，构建互动型的中职电子技术教学模式。在此基础上，教师可以通过多媒体等信息技术软件，为学生展现一个立体化的电视机模型，借助模型引导学生认识彩色电视机的整体结构以及具体的元器件。在教学指导完成之后，可以组织学生自行实验，借助虚拟仿真技术进行完整电视机零件和部件的整合。
(三)开展虚拟项目合作实验，提升中职学生的综合素养
一些仿真软件(例如加拿大IIT公司所开发的Multisim软件)能够为中职学生创建一个类似于真实的电子电路实验工作平台，学生可以在这个仿真的电子电路实验工作平台中，进行各种各样的电子电路实验。这些软件当前被应用于国内外的各大高等院校当中，并取得了较为理想的实践应用效果。电子技术教学中，教师不仅仅要指导学生学习电子技术，掌握电子技术，更加需要通过一定的电子技术教学活动，提升中职学生的综合能力和综合素养。在电子技术教学活动当中，教师可以借助一些虚拟的电子技术合作实验项目，引导学生通过电子技术实践活动，增进彼此之间的感情，形成良好的电子技术操作能力和合作意识。例如，在指导学生对《组合逻辑电路的分析与设计》相关内容的学习中，教师可以在完成教学指导的基础上，组织学生通过小组合作的方式，集中学习组合逻辑电路的分析方法。在共同合作和分析的过程中，增进彼此之间的感情，提升学生的综合能力和综合素养。
三、结语
随着社会的进步和学科的发展，市场对学生综合实践能力和动手创新能力的培养提出了更高的要求，然而目前大部分高校学习的内容仍停留在理论知识阶段，不经过实验或者实际应用，学生很难学以致用。现有高校硬件和软件的局限性使实验教学的开展还存在着较多的问题，这主要体现在以下几个方面：
（1）实验课程的实验内容比较陈旧，缺乏创新性和时代性，实验课程与实际需求相脱节，限制了学生实践能力和创新能力的养成。现有实验教学多采用由教师讲授相关理论知识，然后由学生验证知识的先理论后实践的教学方法。这种教学方法缺乏对学生综合能力和创新能力的锻炼，很难激发学生的学习兴趣。
（2）农业物联网专业的教学不但要求教师具备专业相关理论和知识，而且要求教师具备较强的实践动手能力，特别是对传感器部件、通信部件和射频部件等焊接、控制和使用。可是现有高校师资队伍中从事实验教学的教师人员稀少，从事实验的教师更是缺少参加培训和国内外深造访学的机会。因此，师资力量薄弱严重影响了实验教学的开展。
（3）在课程的考核中对实践动手能力未制定统一的考核标准，仅仅单方面考查学生的理论知识掌握情况，上述教学安排和考核制度使学生普遍认为学习理论知识要远比实践动手能力的培养更加重要，对实验教学给予的重视程度严重不足。
虽然有些高校尝试用一些教学课件，比如图片、动画、影像资料等，但与实际项目联系不密切，学习效果不理想，很难达到提高实际动手能力的目的。
利用虚拟现实技术，建设以农业物联网项目为载体的虚拟项目环境，可以改变传统的教学方法和教学模式，有效解决农业物联网专业在教学中存在的一些难题。
2.虚拟现实技术在农业物联网专业教学中的应用
通过对学习者的特征分析，我们设计了“基于VR”的教学模式，让学习者通过虚拟现实技术真实模拟农业物联网所应用的传感器及控制系统、传输系统、应用系统，在虚拟的农业物联网场景中，通过学习者的探究，全方位了解这一新兴行业，更好地掌握农业物联网相关的知识。
（1）自主学习：学生根据教师布置的任务，参考教材和网络，进行自主学习。
（2）课堂教学：教师根据学生自主学习的效果，分析教学内容，明确教学目标和实验任务。
（3）知识学习：学生利用虚拟现实系统学习各种知识。主要有两个方面的应用：一是再现在课堂上无法观察到的农业生产基地或事物的变化过程，为学生提供生动、逼真的感性学习材料，帮助学生解决学习中的知识难点。例如，在学习传感器的知识时，通过虚拟现实系统，将学生带到农业智能大棚里，监控大棚内的温度、湿度、光照和土壤湿度、土壤温度、浓度等影响农作物生长的环境参数，通过信息化无线传输网络把数据传输到系统进行智能化分析，同时利用虚拟现实技术控制大棚内的水阀、加热、补湿、滴灌、喷灌、补光等设备；另一个应用是使抽象的概念、理论直观化、形象化，方便学生对抽象概念的理解。例如，学习开放式通信系统互联参考模型时，通过虚拟演示，让学生观察七层协议模型中数据的传输过程，使学生加深对知识的理解。
（4）探索学习：虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设进行虚拟，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。
（5）虚拟实验：利用虚拟现实技术，还可以建立各种虚拟实验室。
（6）技能训练：虚拟现实的交互性和沉浸性，使学生在虚拟的学习环境中扮演一个客观角色，融入性更强，更有利于学生的技能训练。
关键词:虚拟现实(VR);虚拟环境人机交互
一、引言
在信息技术发展的今天,人们的交流越来越多的依靠网络、广播、电视等媒体得到相关的信息资料,但是这些媒体提供的信息往往是经过抽象的,在很大程度上人们不能及时有效的进行理解吸收,解决这一问题人们只能借助于实物模型,但随着计算机技术的迅猛发展,使得人与计算机的交互成为可能,虚拟现实(VR)技术就是借助于这个基础上实现了人机交互,操作者可以通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等工具与计算机间的交互,真正成为虚拟环境中的一员,较真实的感知和操作虚拟世界中的各种对象,达到理解和掌握知识、为生产生活服务的目的。
二、虚拟现实技术简介
虚拟现实(简称VR),又称灵境技术,是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其他客观限制,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。计算机技术的迅速发展为我们提供了许多解决问题的新方法。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,目前虚拟现实系统的研究现状主要涉及到三个研究领域:依靠计算机图形方式建立实时的三维视觉效果、构建对虚拟世界的观察界面和使用虚拟现实技术加强其在现实世界中的应用。
三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术
从本质上说,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、听、触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,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。
（一）多感知性。所谓多感知性就是指导包括视觉感知外,还包括听觉、力觉、触觉和运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。
（二）存在感。又称临场感,它是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达到使用户难以分辨真假的程度。
（三）交互性。它是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)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。
（四）自主性是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等五个方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据,并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。而三维图形的生成技术关键是如何实现“实时”生成。立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。
四、当今虚拟现实技术的应用领域
虚拟现实技术的应用前景十分广阔。目前在娱乐、教育及艺术领域的应用占据主流,其次是军事与航空、医学领域,机器人和商业领域都占有一定比例,另外在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。
（一）娱乐、艺术与教育领域。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。如Chicago(芝加哥)开放了关于3025年的一场未来战争的世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统;1992年的一台称为“LegealQust”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。作为传输显示信息的媒体,VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术,提高了艺术表现能力。
（二）军事与航天工业领域。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。
（三）医学领域。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,学员们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。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。
（四）管理工程领域。VR在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如设计一新型建筑物时,可以在建筑物动工之前用VR技术显示一下;当财政发生危机时,可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据以寻找对策等等。以上仅列出虚拟现实的部分应用前景,可以预见,在不久的将来,虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯,并将深入到人们的日常工作与生活。:
虚拟现实技术可利用计算机产生一个以自然的视、听、触等功能感受的三维环境，人们可以方便地对生成的“虚拟世界”进行交互式的观察、分析、操作和控制。它以仿真方式给用户创造了一个实时反映实体变化与相互作用的界面，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，它具有多媒体信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特点。利用虚拟现实技术创建出逼真的矿山工程环境对优化系统设计具有重要的实用价值。
为了给用户创建一个能使其感到身临其境和沉浸其中的环境，必要的条件就是根据需要能在虚拟现实系统中逼真地显示出客观世界中的一切对象：不仅要求所显示的对象模型在外形上与真实对象酷似，而且要求在形态、光照、质感等方面十分逼真。
目前，相关软件发展迅速、种类较多，其中常用的软件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我国图灵公司的VRMAP、适普公司的IMAGIS等。
1．1模型构建软件
MultiGenCreator是美国MultiGenParadigm公司开发的三维建模软件，广泛用于视景仿真、虚拟城市、模拟设计、交互式游戏等。它在满足实时性的前提下可生成逼真的场景，可进行多边形建模、矢量建模和地形生成。它的层次细节、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级、自由度设置等高级功能使得其数据格式OpenFlight在实时三维领域成为流行的图像生成格式。该软件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的数据与AutoCAD和GIS软件结合方便。
1．2支持视景生成的语言——OpenGL
应该使用已有的商品化或标准化的图形库和程序设计语言来设计与实现虚拟环境，其中OpenGI(服务器)及其支持系统就是这样一种可选用的图形生成环境。OpenGI可按函数库的形式被C语言调用，也可以被窗口系统直接调用。OpenGI是使用专用图形处理软件接口，该接口目前由几百个过程函数组成，用以支持用户对高质量三维对象的图形和图像进行操作。
()penGI指令的模型是客户／服务器模式，即一个程序(客户)提供指令，该指令由OpenGI解释并处理，它直接执行3D及2D图型的基本操作。这些操作包括转换矩阵、光照模型和光线跟踪、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持双缓冲技术，该技术提供了生成动画效果图形所需要的机制，使所生成的图形能够像电影一样平滑运动。
1．3视景漫游软件
Vega是MultiGen--Paradigm公司开发的应用于实时视景、声音仿真和虚拟现实等领域的高性能软件环境和开发平台，由Lynx图形化用户接口和Vega库组成。利用Vega库函数可在Lynx中建立漫游所需要的场景、窗口、通道、运动和碰撞方式，可以定义对象的初始化参数并建立对象之间的相互联系。
2地质构造情况的模拟
对于矿山技术人员来说地质构造情况非常重要，如果对煤层、岩层、含水层、流沙层以及断层和褶曲等情况的推断有偏差，或图形表现不直观易懂，则在建井或生产过程中就可能发生塌方、突水等事故，造成人员伤亡和经济损失。应用虚拟现实软件可以根据地质体的三维分布，使矿井的规划设计更加直观方便。
综合国内外现状，三维地质体的绘制有块段、表面、实体和断面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面数据是ded或。dem格式，使用GIS软件Arolnfo、用插值方法生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式，将其导入Creator就可以生成煤层曲面。然后，通过光照、着色、纹理、渲染等处理三维地质体更加逼真。
3地形地貌及地物的模拟
地形地貌和地物的建立需要相应的三维数据。如果有研究区域的纸质地形图，可以用扫描数字化的方法得到平面数据，按照图上的标注得到高程数据；如果已有该区域的电子地图，则可直接使用或通过数据格式转换得到需要的数据；如果没有上述数据源，则需要由野外测量获得。
地形生成与地质曲面生成过程类似，先用ArcInfo将地形图上的等高线和高程点进行数字化，把图上标注的高程值输入到属性表中，生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式将其导入Creator生成三维地形。
对于建筑物、道路、围墙、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD进行数字化，得到其平面位置。将得到的*．def文件导入Creator，并与地形匹配。如果建筑物比较规则，则直接将其底面按照高度拉伸为立体，如果建筑物造型比较复杂，则需要分成规则的几部分进行构建。
4矿山井下巷道建模
目前，矿山信息主要是通过CAD格式的双线采掘工程平面图来表达。首先根据采掘工程平面图上的高程信息，利用CAD中的三维多线段重新描绘巷道，同时将高程信息赋予每个节点，实现巷道的单线显示，井筒和巷道设计要布置合理，尽量避免穿过断层、褶曲、含水层等不良地质构造，尽量减少矿井建设和生产地面的影响。
使用MultiGenCreator进行设计，用圆柱体表示井简，用半圆型截面的柱体表示岩巷，然后进行模拟生产，以发现生产中可能遇到的问题，对设计方案进行比较和选择。设计方案完成后可模拟不同设备、不同开采方式的生产系统进行生产，从而达到优化矿井设计和生产系统的目的。综合考虑地质和技术条件、经济、环境等各种因素，选择合理的方案。
5虚拟巷道系统的建立
虚拟巷道系统是对矿井真实巷道多分辨率的三维虚拟表示，建立的主要任务之一是实现基于web环境下的可交互的、真实巷道的三维可视化表达，用户可以从各个角度对巷道虚拟环境进行任意的浏览和观察，并可通过网络进行各种交互。
5．1矿井巷道的建模
矿井中各种实体大多是三维实体，其表面为不规则曲面，且内部矿体品位分布不均匀。对于矿体的外形，可用一个不规则的封闭曲面来确定。为确定矿体的范围，要经地表勘查、地下勘探及推估等手段来完成。在浏览器上三维实体模型，可通过将现有的三维矿体模型中存储的信息按照一定的规范转换为系统可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中构建三维矿井巷道模型，首先应进行简单的坐标转换，这是因为MuhiGenCreator中采用的坐标系和地学中实际采用的坐标系的含义有所不同。MultiGenCreator中采用的坐标系为符合右手规则的空间坐标系，是以MuhiGenCreator浏览器中用户区的中作为其坐标系的圆心，基底坐标为XOZ面，y表示高程。其坐标长度以米为单位，标准角度以弧度为单位。因此，为使它与人们通常采用的地学坐标系保持一致，应将原来矿井三维实体的(，Y，：)坐标转换为MuhiGenCreator坐标系中的(，Y，Z)。转换后的三维实体坐标应满足虚拟场景中所采用的局部坐标系显示的需要。由于矿井实体坐标的数值一般相当大，而实际显示坐标值的前几位高位数据对图形形状不产生任何影响，因此可将地理坐标数据各分量同时做一预选。
5．2虚拟巷道场景的绘制
对于规则格网构成的矿山地表模型及矿井实体的顶底板数字表面模型，可用ElevationGrid节点构建。该节点能很容易有效地设计创建一个位于局部坐标系X()Z平面上高低起伏的地域造型。该造型用高度值组成的标量阵列描述，阵列指定了表面每个格网点上的高度。和z方向的栅格点数量可以分别用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了栅格行和列之间的空间。Height域的值指定了每一个栅格点的海拔高度，基底上的每一个栅格点都与height矩阵中的一个海拔值相对应；colorPerVertex域指定为TRUE或FAISE，表示color域中指定的颜色是用到ElevationGrid节点的每个顶点上(TRUE)，还是应用到每个四边形上(FAISE)；此外，通过建立solid域值，所有的海拔栅格都可以当作实体。
对于由不同的三角面构成的复杂地表模型，则需要用MUITIGENCREATO提供的万能几何节点IndexedFaceSet来创建，它有coord与coordlndex两个域，与IndexedFaceSet节点中的两个域类似，前者提供了一个节点，列出了构造面几种所有面的坐标。Coordlndex域的值提供了一张描述一张或多张面周界的列表。其中每一个值都是整型索引，并且每个索引都指定了在coord域内的坐标列表中的一个坐标。在实际的创建过程中，要求建立三角网的各个三角面按照法线方向向外的法则。
6结语
应用虚拟现实技术，生成一个逼真的矿山虚拟环境(VirtualEnvironment)。这样在矿山设计或研究阶段，科研人员可以置身于矿山虚拟环境下直观审视矿山，按照设计给定的工艺方法和参数，选择设备及确定生产模式。从基建到闭坑的全过程实时监控，发现问题进行实时修正。设计结束后，设计单位、矿山企业可向审查者、公众展示一个三维和动态的矿山。总之，虚拟现实技术在矿山设计、技术改造、生产中可广泛应用。
参考文献：
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关键词:概念设计虚拟现实技术产品市场
一、产品概念设计与市场
概念设计是工业设计领域中的一个重要方面。国外大公司的产品设计部门包括:1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(Manufacturingdesign)制造设计。由此可见，产品的概念设计的主导地位和重要性。
1概念设计的内涵
概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”，让学生进行座椅的开发设计。步骤是，首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理，并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事，从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为，在民间曾有这样一个说法，就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上，取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后，就断了药，从此不再吃药，这也意味着孩子走向健康。所以，将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时，用折断了的钥匙做椅架为主题，由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略)，于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。
这是传统的产品概念设计。当然，产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化，设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中，产品概念的构思是丰富的，人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。
2概念设计与产品市场
完成概念设计只是第一步，能不能进行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市场为开发商或企业带来效益等，这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距，是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中，只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中，如何减少做“分母”的被动，扩大见效益的百分比，仍是最关键的，是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。
3虚拟现实技术促使概念设计的市场化
为了更好地接近产品的市场需求，目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，计算机辅助工业设计的发展，尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品，让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，就大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程，保证产品开发一次性成功，加快开发进程，甚至使设计者和用户融为一体，设计出满足市场需要的产品。
二、虚拟现实技术与虚拟产品
1虚拟现实系统(VirtualReality，VR)
虚拟现实系统又称为虚拟现实环境，是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动，观察周围的景物，还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象，听到的是虚拟环境中的音响，感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)这种方法产生虚拟环境的步骤为:
①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;
②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;
③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。
2)基于图像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:
用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像，将获取的景物图像，通过图像处理技术，按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上，用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。
2虚拟现实系统的常用设备及要求
虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外，还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。
3虚拟产品(VirtualProduct，VP)
虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物，是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真，设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。
三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景
在概念设计中，如采用头脑风暴法进行方案创意时，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多地关注产品使用者的感受，而非产品本身。比如，针对不同用户及爱好者的要求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议，邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。
为了适应激烈的市场竞争，设计厂家不能坐等用户找上门订购产品，而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告，再与计算机网络技术结合起来，使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品，并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时，还可以通过Email对产品提出意见和建议，让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力，为设计厂家谋得更多的市场份额。
若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望，通过网上游览，将信息反馈到各商家，商家则会主动争先与厂家联系，网上定货，使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争，各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。
参考文献
1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究，1999，6
2熊曼辰等数字化与概念化工业设计ICME2000论文集
关键词：电视电影论文
近几年，随着《阿凡达》《魔兽》等科幻电影在全世界范围内取得成功，人们开始尝试将IMAX、4K等现代技术运用于影视的制作过程中，而技术的更新换代极大地促进了影视行业的发展。其中，VR虚拟技术正成为继3D技术后影视行业的新宠，一些国际知名公司对VR虚拟技术的开发和应用也充分地说明了VR虚拟技术光明的发展前景。例如，2014年Facebook公司并购了一家专营VR头显的公司Oculus，我国的阿里巴巴、腾讯等公司也相继制定规划，希望成为国内VR技术界的领先者，从而使越来越多的资金和人员涌入VR领域,使我们有理由相信，VR虚拟技术必将成为影视艺术未来发展的核心力量。
1、VR虚拟技术在影视制作中的实际应用
现阶段，我国影视领域运用VR虚拟技术进行拍摄和制作尚处于一个摸索与发展的过程。VR电影和VR电视，不是单纯的技术升级，而是伴随着VR虚拟技术在生活中广泛运用，是影视领域的一次从软件到硬件、从内容到终端的大胆尝试，将对整个影视制作界产生积极而深远的影响。以VR电影的制作为例。首先，VR虚拟技术的实现需要大量设备支持，机位与GoPro的数量比差不多是1∶6，甚至更多，才能全方位地进行拍摄;其次，所有的机器都必须连接同一个WiFi，才能保证同时开机进行一个片段的拍摄，否则后期画面修补时可能会出现因画面帧率不统一而无法合成画面的情况。除此之外，VR电影的技术要求也十分严苛。拍摄过程中，尽管有超过6台的机器，但是拍摄主体必须只对准其中的一台，才能完整地将摄体的细节记录下来。为了生动地表现动作场景，使其进行得更加流畅，VR电影需要在至少每秒85帧的条件下拍摄，而普通电影一般多为每秒24帧。后期制作之前，需要对前期运用VR虚拟技术拍摄的素材进行整理。由于前期通过6台机器进行拍摄，此时的素材数量随之发生变化，即同时输出6条素材。对于后期制作而言，最重要的是进行画面的缝合，需要用到像Kolor…AutopanoGiga之类的编辑软件进行制作和修改，将其导入输出素材中。此时，电脑会自动编辑，使6个素材的画面在捕捉的某一点上实现声音和画面的同步，基本修改完成以后，我们可以在PRO等软件上开始进一步细致的制作。
2、VR虚拟技术对影视艺术造成的影响
第一，传统导演模式会受到VR虚拟技术的影响。过去的电影由于对沉浸式体验要求不高，一般只需要搭建一个半景棚就可以进行正常拍摄，而在拍摄VR电影时，观众希望看到全方位的视频，获得三维的空间体验，这种二维到三维的转变对导演提出了极高的要求，不仅要求具备多维的制作思维，同时还要精通全景棚和露天的画面拍摄。其次，观众在观看VR电影时，可主动改变座位与电影屏幕之间的距离，观看体验的灵活性使观众更容易身临其境，被剧情吸引。为了使观众能够在自己喜欢的视角和位置观影，导演需要作为一个引导者从电影的视角出发，抓住观众的视点，引导观众直至整个故事的结束。需要注意的是，VR电影频繁采用非线性叙事的方法，甚至是多线性叙事，而不同的观众选择的观看视点也存在差异，这就要求导演自身能够熟练地掌握VR虚拟技术与故事整体架构之间的结合。导演为了满足观众对于主要剧情的预设，还需要增加主人公之外非主人公的故事结局，即把握故事主要剧情的同时，也要照顾故事细枝末节的发展。第二，镜头语言也会随着VR虚拟技术的运用发生变化。镜头语言是传统电影制作中最重要的环节，但是在VR电影中，镜头语言的作用逐渐淡化。传统电影通过荧幕表现故事，镜头语言是其最主要的辅助工具，而在VR电影的创作过程中，VR机器的位置较为固定，并不存在惯用的推、拉、摇、移等拍摄行为，采集运动镜头时，VR机器会被安置在一个轨道滑板上随着摄体的移动同步拍摄，这里就完全摒弃了传统电影里的远、近、中、特等镜头转变，镜头不再是影片的最小单位，某一空间位置取而代之。第三，演员表演也会受到VR虚拟技术运用的影响。传统的演员表演是按照场次来演出，而VR电影的表演要求是，给定演员一个特定的区域，让演员按照空间形式演出，类似于话剧的表演形式。以VR电影全景拍摄为例，要求导演和工作人员离开现场，导演在摄影棚外用对讲机对现场进行拍摄指挥。并且，传统的录音设备由在场的录音挑杆人员进行录制，而在VR电影拍摄录音环节中，由于现场的工作人员全都退居摄影棚外，录音完全是演员自己来录制。演员表演的自由性使拍摄过程中容易产生一些意外事故，如忘词、笑场，甚至还包括录音设备损坏，所以VR电影的制作成本相对于传统电影较高。
3、VR虚拟技术在影视艺术中的应用前景
近几年，尽管VR虚拟技术已经成为普通大众口中的热门话题，但是这种“受欢迎”仅限于概念上，影视艺术中并没有广泛地运用VR虚拟技术，甚至国内院线都没有正式上映过一部纯VR虚拟技术制作的电影。科技是一把双刃剑，VR虚拟技术既存在一定的优势，也有着自身的局限。VR技术在提供给观众全方位观看体验的同时，也因设备的局限性，导致影片时长过短，多控制在20分钟以内，并且在增加观众的自由选择之后，VR影视制作难度也随之变大，鉴于这种情况，导演在情节设置上趋于简单化。当然，VR虚拟技术也不尽然都是缺点。现阶段，VR虚拟技术在影视领域的运用主要分为VR影视体验、影视短片及风景类电影制作三个方面。导演经常利用VR自身的技术特点，结合影视的具体需要，进行一些始于VR电影的制作，从而满足新时期人们对于VR虚拟技术的期待。例如，空间密闭类电影，就可以借助VR虚拟技术的力量、密闭的空间、VR的多视角，营造出影片所需要的紧张、刺激氛围。又如，未来恐怖片的制作，必然会用到VR虚拟技术，强烈的沉浸式体验可以让观众处于第一视角经历惊悚的剧情。再如，一些强调空间感的纪录片，如《动物世界》就可以使用VR虚拟技术，使观众既可以站在动物的视角学会自然知识，同时拍摄技术上的创新也会明显增强纪录片的教学效果。
4、结语
VR虚拟技术在影视艺术未来的发展版图中必然会占有一席之地以及拥有光明的应用前景，但前提必须是导演能够充分认识到VR虚拟技术的技术特征与影片自身的需求，在此基础上，将两者结合，从而营造出独特的氛围，给观众带来充分的沉浸式体验。切记不要强行运用VR技术，将VR技术作为影视的噱头，否则影片的内涵和水平将会失去平衡，进而得不偿失，只有合理地融合艺术与技术，VR虚拟技术才能更好地在影视行业中得到发展和进步。
参考文献：
关键词：虚拟现实；沉浸；交互；想象；
VirtualReality；Immersion；Interaction；Imagination
1、虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术（VirtualRealityTechnology）是一项综合集成技术，它的出现是计算机图形学、人机交互技术、传感器技术、人机接口技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。它利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、嗅觉等各种感觉，使用户通过适当装置，自然地对虚拟现实世界进行体验和交互作用。简单地说，虚拟现实技术就是用计算机创造现实世界。
2、虚拟现实技术特征
1993年BurdeaG在Electro93国际会议上发表的“VirtualRealitySystemandApplication”一文中，提出了虚拟现实技术三个特征，即：沉浸感、交互性、想象性。
沉浸感是指用户可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中和使用户投入到计算机生成的虚拟场景中的能力，用户在虚拟场景中有“身历其境”之感。它所看到的、听到的、嗅到的、触摸到的，完全与真实环境中感受的一样。它是虚拟现实系统的核心。
交互性是指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。它是人机和谐的关键性因素。用户进入虚拟环境后，通过多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用，用户可以进行必要的操作，虚拟环境中做出的相应响应，亦与真实的一样，如拿起虚拟环境中的一个篮球，你可以感受到球的重量，扔在地上还可以弹跳。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运动的程度等，例如，当物体受到力的作用时，物体会沿着力的方向移动、翻到或者从桌面落到地面等。
想象性是指通过用户沉浸在“真实的”虚拟环境中，与虚拟环境进行了各种交互作用，从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而可以深化概念，萌发新意，产生认识上的飞跃。因此，虚拟现实不仅仅是一个用户与终端的接口，而且可以使用户沉浸于此环境中获取新的知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构思。这种构思结果输入到系统中去，系统会将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。如此反复，这是一个学习——创造——再学习——再创造的过程，因而可以说，虚拟现实是启发人的创造性思维的活动。
3、虚拟现实技术的分类
虚拟现实是从英文VirtualReality一词翻译过来的，Virtual就是虚假的意思，Reality就是真实的意思，合并起来就是虚拟现实，也就是说本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，让你感觉到就如真实的一样。
实际应用的虚拟现实系统可分为四类：
一、桌面虚拟现实系统，也称窗口中的虚拟现实。它可以通过桌上型机实现，所以成本较低，功能也最简单，主要用于CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、建筑设计、桌面游戏等领域。
二、沉浸虚拟现实系统，如各种用途的体验器，使人有身临其境的感觉，各种培训、演示以及高级游戏等用途均可用这种系统。
三、分布式虚拟现实系统，它在因特网环境下，充分利用分布于各地的资源，协同开发各种虚拟现实的利用。它通常是浸沉虚拟现实系统的发展，也就是把分布于不同地方的沉浸虚拟现实系统，通过因特网连接起来，共同实现某种用途。美国大型军用交互仿真系统NPSNet以及因特网上多人游戏MUD便是这类系统。
四、增强现实又称混合现实系统。它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统，既可减少构成复杂真实环境的开销（因为部分真实环境由虚拟环境取代），又可对实际物体进行操作（因为部分系统即系真实环境），真正达到了亦真亦幻的境界，是今后发展的方向。
4、虚拟现实技术发展的瓶颈
虚拟现实技术的发展过程中遇到的问题很多，可以归结为3大难题：
4．1虚拟现实设备的“贵族化”。要构建一个高质量的虚拟现实系统，首先需要昂贵的外部设备，无论是高分辩率的头盔显示器HMD，还是立体投影显示器，无论是空间定位器，还是高精度的数据手套，都是价格不菲。其次，为完成复杂场景的实时渲染，还需要高性能的图形工作站以及相应的软件。在一些专用领域，但普通的信息系统用户可能会望而却步。
4．2繁琐的三维建模。基于图形的虚拟环境首先要解决的问题便是三维造型。当图形渲染技术在向实现真实感大踏步前进的时候，生成精确三维模型的过程还像二十几年前一样困难。在三维激光扫描技术上的进步提供了简化模型构造过程的一些承诺。然而，这些自动化模型获取方法也验证了真实世界的几何是极端复杂的。大部分的模型仍需要人工绘制，而且需要聘请高水平的专业人士，所以其费用是相当惊人的。比如在电影《坦克尼克号》中，为实现场景三维建模及各种特技处理所花的人工费用高达2500万美元，这笔钱足以制造一艘同样规模的真船。繁琐的三维建模也是制约虚拟现实技术发展的严重障碍。
4．3数据量大。虚拟现实技术要想得到很大的发展，需要与Internet结合，这恐怕已是不争的事实。目前虚拟现实技术应用的数据量仍然很大，在现有网络整体速度较慢的情况下，Internet用户必须等待较长时间，这往往令人难以忍受。我们应该在虚拟现实系统中考虑数据压缩问题，这个问题可能现在还未引起人们的重视，但是随着应用的深入，这是一个不可回避的问题。
5、虚拟现实技术的应用前景和优势
虚拟现实技术的应用极为广泛，Helsel与Doherty在1993年对全世界范围内已经进行的805项虚拟现实研究项目作了统计，结果表明：目前在娱乐、教育及艺术方面的应用占据主流，其次是军事与航空，医学，商业，另外在可视化计算、制造业等方面也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。
（1）医学虚拟现实技术应用大致上有两类。一是虚拟人体，也就是数字化人体，这样的人体模型医生更容易了解人体的构造和功能。另一是虚拟手术系统，可用于指导手术的进行。
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。
（2）娱乐、艺术与教育丰富的感觉能力与3D显示环境使得虚拟现实技术成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对虚拟现实的真实感要求不是太高，故近些年来虚拟现实技术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虚拟现实娱乐系统，其主题是关于3025年的一场未来战争；英国开发的称为“Virtuality”的虚拟现实游戏系统，配有HMD，大大增强了真实感；1992年的一台称为“LegealQust”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，使该系统获该年度虚拟现实产品奖；
（3）军事与航天工业模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为虚拟现实技术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。利用虚拟现实技术模拟战争过程已成为最先进的多快好省的研究战争、培训指挥员的方法。战争实验室在检验预定方案用于实战方面也能起巨大作用。1991年海湾战争开始前，美军便把海湾地区各种自然环境和伊拉克军队的各种数据输入计算机内，进行各种作战方案模拟后才定下初步作战方案。后来实际作战的发展和模拟实验结果相当一致。
（5）商业虚拟现实技术常被用于推销。例如建筑工程投标时，把设计的方案用虚拟现实技术表现出来，便可把业主带入未来的建筑物里参观，如门的高度、窗户朝向、采光多少、屋内装饰等，都可以感同身受。它同样可用于旅游景点以及功能众多、用途多样的商品推销。因为用虚拟现实技术展现这类商品的魅力，比单用文字或图片宣传更加有吸引力。
（6）科技开发虚拟现实技术可缩短开发周期，减少费用。例如克莱斯勒公司1998年初便利用虚拟现实技术，在设计某两种新型车上取得突破，首次使设计的新车直接从计算机屏幕投入生产线，也就是说完全省略了中间的试生产。由于利用了卓越的虚拟现实技术，使克莱斯勒避免了1500项设计差错，节约了8个月的开发时间和8000万美元费用。利用虚拟现实技术还可以进行汽车冲撞试验，不必使用真的汽车便可显示出不同条件下的冲撞后果。
在虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起，成为人类探索客观世界规律的三大手段。用它来设计新材料，可以预先了解改变成分对材料性能的影响。在材料还没有制造出来之前便知道用这种材料制造出来的零件在不同受力情况下是如何损坏的。
以上仅列出虚拟现实技术的部分应用前景，可以预见，在不久的将来，虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯，并将深入到人们的日常工作与生活。
6、总结
虚拟现实技术是本世纪发展的重要技术之一，作为一门科学和艺术将会不断走向成熟，在各行各业中将得到广泛应用，并发挥神奇的作用，二十一世纪将是虚拟现实技术的时代。
当然，虚拟现实技术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，发挥的作用也将会越来越大。
7、参考文献
【1】李云华虚拟现实技术综述重型机械科技2004（4）
【2】张志鹏劳奇成虚拟现实技术的概况及应用精密制造与自动化2005（3）
【3】谢晶妮张茂军虚拟现实发展趋势展望计算机工程2002（7）
【4】郑彦平贺钧虚拟现实技术的应用现状及发展信息技术2005（12）
