虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用
前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用范文第1篇
【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術(shù);虛擬校園;應(yīng)用
前言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，我們進入到了一個信息和技術(shù)多元化的時代，對于21世紀來說，在科學(xué)技術(shù)界，最具有發(fā)展?jié)摿Φ挠嬎銠C應(yīng)用技術(shù)要堪稱網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)以及本文中要探究的虛擬現(xiàn)實技術(shù)。虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality），其英文簡稱為VR，最早是在1989年由美國VPL公司創(chuàng)造的一個新詞。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是利用計算機生成的虛擬環(huán)境進行仿真和交互，因此在當(dāng)今社會，人們對虛擬現(xiàn)實技術(shù)給予了高度的重視，并把其成為改變世界未來的重要技術(shù)，其地位僅次于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。近年來隨著人們對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的深入研究，其已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到多種領(lǐng)域，如教育、軍事、建筑設(shè)計漫游、醫(yī)療以及產(chǎn)品設(shè)計等，并且為這些行業(yè)的發(fā)展帶來了豐厚的經(jīng)濟效益和社會效益。
對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬校園中的應(yīng)用也是近幾年來的一個研究熱點。眾所周知，校園文化、學(xué)習(xí)氛圍對教育的巨大影響及其作用。老師、同學(xué)、學(xué)友，教室、課堂，實驗樓等等，校園的一草一木，每一次活動無不潛移默化地影響著我們每一個人，伴隨我們健康、快樂的成長。從某種程度上來說，我們從校園中得到的收益遠遠超出書本所給予我們的。因此在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展推動下，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)仿真我們的校園環(huán)境是社會發(fā)展一大亮點。
一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)
（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述
虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality）是一種綜合性的技術(shù)，在計算機領(lǐng)域來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)稱得上是一項新技術(shù)，它是建立在多種科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，例如計算機圖形技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、立體顯示技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、微電子技術(shù)、人機交互技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種技術(shù)，同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)也包綜合運用了如光學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)、機構(gòu)運動學(xué)等各種學(xué)科。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實際應(yīng)用中，人們是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，從而為使用者提供關(guān)于觸覺、視覺、聽覺等多種感官的模擬，讓使用者產(chǎn)生如同身歷其境一般的感覺，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)的興起，不僅為智能工程的發(fā)展提供了新的界面工具，加強了人機交互界面的發(fā)展速度，同時還提供了新的描述方法用于各類工程的大規(guī)模數(shù)據(jù)可視化方面?？偟恼f來虛擬實現(xiàn)技術(shù)不僅已經(jīng)對人們的生活產(chǎn)生極大影響，還是21世紀重要的發(fā)展學(xué)科。
（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三個主要特征
1.浸沒感（Immersion）
浸沒感又可以稱為臨場感，它是指當(dāng)使用者身處在模擬環(huán)境中時，用戶有一種主人翁的感覺，有真實的存在性。真正理想的虛擬環(huán)境，應(yīng)該達到使用者無法分辨現(xiàn)實與虛擬的目標，用戶在虛擬環(huán)境中不會有雜亂的思想，而能夠全身心的投入到計算機技術(shù)創(chuàng)建的虛擬世界中去，要讓使用者感覺到周圍的一切都是真實的，要保證虛擬環(huán)境中所聽到的、看到的、聞到的以及嘗到的都感覺起來和真的一樣，不會出現(xiàn)與現(xiàn)實生活中的差別。
2.交互性（Interactivity）
交互性是指使用者身處模擬環(huán)境時，其對環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度以及觸摸這些物體時得到的自然反應(yīng)程度。例如，當(dāng)使用者去品嘗模擬環(huán)境中的虛擬飯菜時，鼻子可以聞到飯菜的香味，嘴巴可以品嘗到飯菜的味道。當(dāng)使用者用手去直接抓模擬環(huán)境中虛擬的物體時，手會產(chǎn)生卻是有握著東西的感覺，并且還可以明顯感覺處物體的重量，當(dāng)使用者手握東西而在空中移動時，被抓的物體也能立刻隨之移動。
3.想象力（Imagination）
虛擬現(xiàn)實技術(shù)依據(jù)計算機三維建模技術(shù)，不僅可以真實再現(xiàn)我們生活中的場景，還可以具有廣闊的可想象空間，能夠不斷拓寬人類的認知范圍，可以隨人們的意愿而構(gòu)造出客觀不存在環(huán)境，甚至是一些現(xiàn)實生活中根本不可能發(fā)生的環(huán)境，也就是說虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有較強的想象力。
二、虛擬校園
虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用計算機生成的三維空間，為人們建造一種虛擬環(huán)境，提供人與計算機進行交互的機會，這對于世界的未來發(fā)展來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)必然會給社會帶來重大變革。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，極大改變了人們以前的慣，近年來將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在虛擬校園中更是受到眾多人的青睞，尤其是虛擬校園在現(xiàn)在很多高校的使用，例如北京大學(xué)、浙江大學(xué)、西北大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國人民大學(xué)、西南交通大學(xué)等高校，都采用VR技術(shù)建設(shè)了虛擬校園，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為高校發(fā)展的一種趨勢。
（一）虛擬校園概述
隨著我國教育體制的不斷改革，我國各大學(xué)校紛紛進行調(diào)整，尤其是當(dāng)前的各大高校，出現(xiàn)了多校區(qū)模式，而這種模式會給學(xué)校的日常管理與規(guī)劃帶來很多的不便，再加上我國加大對高校的建設(shè)力度，高校的規(guī)模也在不斷擴大，這導(dǎo)致其發(fā)展建設(shè)任務(wù)非常巨大，高校的管理迫切需要現(xiàn)代化。隨著信息時代的到來，我們可以利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)上建構(gòu)虛擬校園，以三維可視化的界面和虛擬現(xiàn)實場景界面使得虛擬校園中的各種設(shè)施和服務(wù)都是給人一種身臨其境的感覺，從而對學(xué)校的教學(xué)、管理、科研以及生活服務(wù)等有關(guān)信息資源進行統(tǒng)一整合和集成，從而建立一個統(tǒng)一用戶管理、統(tǒng)一權(quán)限控制和統(tǒng)一資源管理的現(xiàn)代化校園。這種超越時間、超越空間的虛擬校園可以極大提高高校校園的管理水平，同時這種虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以極大促進遠程教育的發(fā)展，最終為數(shù)字大學(xué)的建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。
（二）虛擬校園建設(shè)方案
1.三維場景建模
三維場景建模就是指依靠計算機，將真實環(huán)境中的主要建筑物，例如建筑物、路燈、人工湖模型、樹木、規(guī)劃綠地等都按照物體的實際尺寸構(gòu)成一個虛擬環(huán)境。常用的三維場景建模軟件有3DS MAX、Auto CAD、Pro/E、Solid Edge、Solid Works等。其中3DS MAX 是一種非常優(yōu)秀的三維動畫造型軟件，目前被廣泛用于建筑、游戲、廣告等多個領(lǐng)域;Auto CAD是一個功能齊全、應(yīng)用廣泛的圖形軟件包。一方面它具有豐富的繪圖和繪圖輔助功能，而且操作簡單，可視化強，另一方面Auto CAD不僅能夠熟練處理二維繪圖，其三維空間內(nèi)的建模和渲染功能也日益完善。
2.實時漫游系統(tǒng)設(shè)計
實時漫游系統(tǒng)設(shè)計就是要對三維場景中實時漫游控制，這個實現(xiàn)過程主要是利用視景開發(fā)庫和程序開發(fā)語言來完成的。在實時漫游時，我們可以借助虛擬現(xiàn)實建模語言（VRML語言）并結(jié)合Java語言、或通過Vega、Virtools等實現(xiàn)。其中虛擬現(xiàn)實建模語言（Virtual Reality Modeling Language，VRML）是虛擬現(xiàn)實技術(shù)、Internet技術(shù)和多媒體技術(shù)這三種新技術(shù)的綜合點。虛擬現(xiàn)實建模語言主要由Vega庫和Lynx圖形化用戶接口組成，是一種可以開發(fā)的平臺。在運用過程中時，通過Lynx的圖形界面我們可以建立實時驅(qū)動中所必需的對象，例如：通道、場景、窗口等，還可以設(shè)定我們實時驅(qū)動時的對象初始化參數(shù)以及它們之間的相互關(guān)系。在程序運行過程中，我們可以利用Vega類函數(shù)來實現(xiàn)計算機與用戶交互中的選擇功能以及其他方面的特殊要求等。Virtools軟件的功能非常多，而且很強大，首先其是一套整合軟件，可以將現(xiàn)有常用的檔案格式例如2D圖形或是音效、3D的模型等板塊整合在一起;其次Virtools含有豐富的互動行為模塊，可以對3D環(huán)境實現(xiàn)虛擬實景進行編輯，從而可以根據(jù)需要制作出許多具有不同用途的3D產(chǎn)品，例如我們常見的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)、建筑設(shè)計、教育訓(xùn)練、計算機游戲、交互式電視等。
三、結(jié)語
綜上所述，如今虛擬現(xiàn)實技術(shù)依靠其巨大優(yōu)勢受到了我們?nèi)祟惖膹V泛認可與高度評價，在未來的發(fā)展中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還將會繼續(xù)影響我們的生活，改變我們的思維方式，讓我們對自己喜歡的現(xiàn)實生活場景可以長久的保留下來，并可以主動參與其中去構(gòu)建心中所想的事物。因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)必然會成為改變未來社會發(fā)展的一大科學(xué)技術(shù)。
參考文獻
[1]張志安.基于VR技術(shù)的虛擬校園系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].光子學(xué)報.2011（05）.
虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用范文第2篇
關(guān)鍵詞 教育信息化；虛擬現(xiàn)實；教學(xué)方法；電氣類課程
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2013）27-0038-02
在教育信息化大背景下，為了達到應(yīng)用現(xiàn)代化的信息資源與技術(shù)手段來提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的，許多高校努力探究各種教學(xué)改革途徑，進而產(chǎn)生出許多以教育信息化為指導(dǎo)的教學(xué)方法，最有代表性的有多媒體技術(shù)的應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)資源共享平臺的應(yīng)用、構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論在教學(xué)中的應(yīng)用等，但這些都沒有克服電氣類課程專業(yè)性強、理論抽象、教學(xué)與現(xiàn)實相分離等特點給課堂教學(xué)帶來的困難，如教學(xué)過程不夠靈活、不夠生動形象，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不夠強烈，理論無法聯(lián)系實際等。建構(gòu)主義認為“情境”的體驗對學(xué)習(xí)者構(gòu)建知識是非常必要的，而傳統(tǒng)教學(xué)很難或者根本無法提供給學(xué)生這種真實的“情境”[1]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)恰恰可以提供這種“情境”。
將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于高校電氣類課堂教學(xué)中，能夠形象生動地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，有效營造一個能夠跟隨技術(shù)發(fā)展的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生掌握知識技能的效率，實現(xiàn)課堂教學(xué)的情景化、興趣化，達到優(yōu)化教學(xué)過程、提高教學(xué)質(zhì)量的目的。
1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR），原來是美國軍方開發(fā)出來的一項計算機技術(shù)，主要用于軍事上的仿真[2]，直到20世紀80年代末才作為一個較完整的體系被正式提出，90年代后其內(nèi)容逐步成熟與發(fā)展。目前已在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如機械、化工、醫(yī)藥、軍事、汽車等領(lǐng)域，主要用于模擬現(xiàn)實生產(chǎn)過程、動作原理等，幫助相關(guān)人員進一步了解其工作原理，進而對系統(tǒng)做出優(yōu)化設(shè)計，達到節(jié)約成本、提高工作效率的目的。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)充分利用計算機硬件與軟件資源的集成技術(shù)，提供一種實時的、三維的虛擬環(huán)境，這個虛擬世界是人工建造的，存在于計算機內(nèi)部[3]。在這個虛擬環(huán)境中，能實時產(chǎn)生與真實環(huán)境相同的感覺，人們可以直接觀察虛擬環(huán)境中物體的變化，并與虛擬環(huán)境中的物體之間進行自然的交互，這也就大大改進了人機交互的效果，同時體現(xiàn)了人機交互的一個發(fā)展要求。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征可概括為：1）實時交互性，即參與者可以對模擬環(huán)境進行一定程度的考察與操作；2）多感知性，即對于參與者的各種操作，虛擬系統(tǒng)可以產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，供參與者觀察或感知；3）存在感，指參與者感到作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度；4）自主性，指虛擬環(huán)境中物質(zhì)動作的程度服從于自然規(guī)律或者遵循設(shè)計者想象的規(guī)律。這些特點總體上體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠真實地模擬現(xiàn)實情境的獨特優(yōu)越性，也是其得到快速推廣應(yīng)用的主要原因。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是多媒體技術(shù)發(fā)展的高級階段，其人機交互方式得到重大改進，即人可以進入由計算機生成的虛擬環(huán)境中，與虛擬環(huán)境中的物體、事件進行交互作用，這種變革對使用者產(chǎn)生的影響是深遠的。21世紀將是虛擬現(xiàn)實技術(shù)廣泛應(yīng)用的時代，教育教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)越性，為提高教學(xué)質(zhì)量與效率服務(wù)。
2 傳統(tǒng)教學(xué)模式分析
創(chuàng)新人才的培養(yǎng)離不開教育的創(chuàng)新，除了教育觀念創(chuàng)新和教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新外，還包括教學(xué)方法、手段與模式的創(chuàng)新。隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)以及教育教學(xué)理論的不斷發(fā)展，在傳統(tǒng)教育模式的基礎(chǔ)上，不斷涌現(xiàn)出多種現(xiàn)代化的教學(xué)模式。1）傳統(tǒng)教學(xué)模式：形式死板，不足以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，陳述知識面窄，授課效率低，理論不能聯(lián)系實際。2）多媒體教學(xué)模式：文字表述過多，知識呈現(xiàn)抽象，不足以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，授課普遍稍快，不利于消化，理論不能聯(lián)系實際。3）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式：涉及知識面廣，呈現(xiàn)形式多樣化；對學(xué)生自主學(xué)習(xí)性要求較高，缺少教師指導(dǎo)，學(xué)習(xí)積極性不高；學(xué)習(xí)效率低、理論不能很好地聯(lián)系實際。4）構(gòu)建主義教學(xué)模式：是一種基于“情境”體驗的知識構(gòu)建的學(xué)習(xí)方法，而現(xiàn)實教學(xué)中很難提供這種真實的“情境”。5）基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)模式：脫開文字與靜態(tài)原理圖，動態(tài)地呈現(xiàn)整個工作過程，視覺感受強烈，有助于抽象知識的理解，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。
可見，相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式，現(xiàn)代化的教學(xué)方式在內(nèi)容、形式、手段上有了很大的突破，克服了傳統(tǒng)教學(xué)的一些弊端，但普遍存在一個問題就是不能夠提供一個“真實情境”來幫助學(xué)生進一步理解問題，理論難以聯(lián)系實際。同時也帶來另外一些問題，如對學(xué)生自主學(xué)習(xí)性要求較高，對教學(xué)條件的依賴性強等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)正好能夠解決“真實情境”的問題，同時由于在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)，便于管理學(xué)生，學(xué)習(xí)效率高，教學(xué)成本低。
3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用
電氣類課程課堂教學(xué)過程中，尤其需要改變傳統(tǒng)的教育觀念，摒棄那種“滿堂灌”的教育觀，給學(xué)生創(chuàng)造一個生動、有效的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，才有助于理解抽象的理論性和專業(yè)性強的知識，進一步提高掌握實際技能的效率。這在很大程度上離不開技術(shù)的支持，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)則可以滿足這種需求，為學(xué)生提供很好的自主學(xué)習(xí)環(huán)境?？梢哉f虛擬現(xiàn)實技術(shù)給教育領(lǐng)域注入新的生機和活力，由于它的諸多特點，為教育界開展教育創(chuàng)新提供了有益的幫助。
鑒于電氣類專業(yè)的實際教學(xué)情況與自身的教學(xué)感受，結(jié)合學(xué)生對于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的反應(yīng)，總結(jié)出目前急需進行教學(xué)改革的兩個基本問題：1）對于理論性強的課程，文字表述過于繁瑣且不利于理解，所配靜態(tài)插圖（原理圖）不能說明整個動態(tài)的工作工程，不夠形象直觀；2）試驗設(shè)備有限且較為單一化，大多數(shù)為驗證性實驗，對于理論知識的實際應(yīng)用接觸較少。上述問題也是目前普通高等院校工科類專業(yè)教學(xué)中普遍存在的，因而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用將是非常必要的。下面以電氣控制與PLC教學(xué)為例，說明具體的應(yīng)用方法。
3.1 虛擬動畫演示
針對課堂教學(xué)內(nèi)容的抽象性，可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作模擬動畫，實現(xiàn)對重點內(nèi)容的工作原理、工作過程甚至整個系統(tǒng)的動作過程的動態(tài)模擬。相比于單一的文字陳述與靜態(tài)的工作原理框圖，模擬動畫具有繽紛清晰的動態(tài)畫面，人機交互的動態(tài)參數(shù)修改操作的特點，它能夠幫助學(xué)生進一步理解某一內(nèi)容或系統(tǒng)的工作原理、性能特點，進而牢固掌握所涉及的知識。此外，這種脫離單一文字的動態(tài)畫面式教學(xué)模式還有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，樹立良好的整體學(xué)風(fēng)。在實際教學(xué)過程中這種虛擬動畫可以重復(fù)播放、不斷改進，達到節(jié)約成本、多次使用、輕松教學(xué)的效果。此方法在電氣控制與PLC課程教學(xué)中已有使用，教學(xué)效果良好。圖1為干簧式水位開關(guān)工作原理動畫演示過程截圖。
3.2 虛擬實驗系統(tǒng)的建立
在電氣類人才培養(yǎng)過程中，實驗實訓(xùn)設(shè)備多少與先進程度很大程度上決定了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。在實驗設(shè)備有限的情況下，可以建立虛擬實驗系統(tǒng)，來模擬真實的實驗室環(huán)境與設(shè)備，供學(xué)生操作與使用。這種虛擬實驗系統(tǒng)的建立有幾大優(yōu)點。首先，能夠代替實際的實驗設(shè)備，節(jié)約教學(xué)成本。其次，它完全存在于計算機中，可以方便地使用，不必受時間空間的限制，能夠更好地理論聯(lián)系實際，加強對所學(xué)知識的及時消化。如在講授完理論知識需要配合實驗時，教師可以在課堂上進行虛擬實驗，達到一個現(xiàn)場鞏固知識的目的。再次，虛擬實驗系統(tǒng)的建立還具有豐富實驗資源、簡化實驗管理、全面向?qū)W生開放等特點。
電氣控制與PLC課程教學(xué)中，PLC的編程思想是靠大量的實驗項目訓(xùn)練出來的，在實驗資源較少的情況下，建立虛擬實驗室供學(xué)生練習(xí)是非常必要的。虛擬實驗其近乎真實的實驗環(huán)境比純粹的軟件仿真更為真實，便于學(xué)生理解。圖2為混合溶液PLC自動控制虛擬實驗界面。
4 總結(jié)
隨著信息時代的到來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用更是處于起步階段，具有較大的挖掘潛力。本文初步探究了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在獨立院校電氣類課程教學(xué)改革中的應(yīng)用，以電氣控制與PLC課程為例，提出幾點具體的應(yīng)用措施，其方法也在實踐教學(xué)過程中初步實施，取得良好的效果。但由于所掌握的技術(shù)的不成熟與實際條件的限制，所提出的方案沒有得到全方位的開發(fā)，所取得的效果不是非常突出，還需要以后進一步的研究與完善。
參考文獻
[1]李建華.基于構(gòu)建主義的教育模式探究與實踐[J].西南民族大學(xué)學(xué)報：人文社科版，2005（10）：351-354.
[2]鄒湘軍，孫健，何漢武等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的演變發(fā)展與展望[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2004（9）：1905-1909.
虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用范文第3篇
關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實技術(shù)；汽修；信息化
中圖分類號： G712 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-8153（2017）02-0089-04
隨著網(wǎng)絡(luò)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益普及，高等職業(yè)教育信息化也成為發(fā)展的必然趨勢，越來越多新興的信息化教學(xué)手段應(yīng)用于高職教育。目前，信息化教育模式有以多媒體為媒介的幻燈片、視頻、語音等傳統(tǒng)視聽教學(xué)系統(tǒng)，有以網(wǎng)絡(luò)通信為主的遠程面對面授課系統(tǒng)，有以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主的在線網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)模式，有以新興的移動互聯(lián)網(wǎng)為主的掌上課堂教學(xué)模式，也有以虛擬仿真技術(shù)模擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)等等。當(dāng)前的信息化教育模式已由傳統(tǒng)的音響媒介階段向網(wǎng)絡(luò)信息化、通訊多元化、媒體多元化方向轉(zhuǎn)變，因此，新興的信息化教學(xué)模式應(yīng)用于高職汽修專業(yè)也成為必然要求。基于智能終端設(shè)備的迅猛發(fā)展，起源于上世紀八、九十年代的虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)也在教育領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，并逐漸在汽車維修專業(yè)教學(xué)中開始使用[1]。
所謂的虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指采用計算機圖形技術(shù)、仿真技術(shù)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)等生成一種模擬真實世界中人類主觀構(gòu)造的環(huán)境以及可見和不可見的環(huán)境，用戶借助特殊的輸入輸出設(shè)備，與虛擬世界中的物體進行自然的交互，從而通過視覺、聽覺和觸覺等獲得與真實世界相同的感受。
一、傳統(tǒng)汽修教學(xué)存在的問題
1. 實訓(xùn)設(shè)備費用高昂，校方難以及時更新
隨著科技的飛速發(fā)展，汽車行業(yè)日新月異，各種發(fā)動機電控系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)新技術(shù)層出不窮，汽車維修專業(yè)設(shè)備儀器費用昂貴且更新較快，動輒幾萬甚至幾十萬的實訓(xùn)設(shè)備，學(xué)校一次采購以后往往要使用十幾年甚至幾十年，因此會出現(xiàn)學(xué)校培養(yǎng)與社會需求專業(yè)人才技能脫節(jié)的現(xiàn)象，所以要求學(xué)校層面要對更新實訓(xùn)儀器有足夠的經(jīng)費支撐，而目前所有高職院校所面臨的狀況是教育經(jīng)費投入的不足[2]。
2. 實訓(xùn)場地受限，多種汽修設(shè)備無法安裝
基于汽修專業(yè)的特殊性，實訓(xùn)教學(xué)中往往需要購置體積較為龐大的儀器如車架大梁校正儀、整車涂裝室等專業(yè)設(shè)備，這會使原本就緊張的教學(xué)用房雪上加霜，導(dǎo)致許多實訓(xùn)項目無法進行，或者只能由教師進行視頻播放教學(xué)，這與高職院校汽修專業(yè)工學(xué)結(jié)合、理實一體的教學(xué)模式發(fā)展趨勢相背離。
3. 實訓(xùn)設(shè)備操作不熟練，可能造成設(shè)備損壞或?qū)е挛ｋU
學(xué)生實訓(xùn)過程中，由于都是初次接觸操作，容易發(fā)生安全事故或損壞實訓(xùn)設(shè)備，導(dǎo)致學(xué)校在安全保障和設(shè)備維護方面加大經(jīng)費投入。同時，基于學(xué)生和設(shè)備安全方面的考慮，老師會對某些實訓(xùn)項目進行簡化或干脆取消，導(dǎo)致正常的實教學(xué)產(chǎn)生較大的局限性。
4. 汽修專業(yè)部分課程講授局限性較大
基于實訓(xùn)設(shè)備的局限性，部分課程如汽車自動變速器的換檔液壓控制過程、液力變矩器工作原理、發(fā)動機各傳感器內(nèi)部的工作原理、汽車電氣系統(tǒng)工作過程等知識點難以用傳統(tǒng)教學(xué)方法如PPT、視頻演示等講授清楚，學(xué)生很難獲得感官上的認知，難以掌握抽象的原理性知識。
5. 傳統(tǒng)教學(xué)方式較為枯燥
傳統(tǒng)的汽車維修教學(xué)方法，理論講授基本都是“填鴨式”教學(xué)，內(nèi)容枯燥乏味，缺乏與學(xué)生的互動性，實訓(xùn)講授也受場地、設(shè)備等條件所限往往“空講”、“演示”居多，動手偏少，教師缺乏對學(xué)生的吸引力，學(xué)生缺乏上課的趣味性，經(jīng)常出現(xiàn)教師講課與學(xué)生聽講不在同一頻道上，玩手機、睡覺現(xiàn)象增多，課堂管理困難[3]。
二、汽修專業(yè)虛擬仿真教學(xué)的特點
1.直觀性：能夠直觀、立體的觀察汽車零部件的工作原理，能夠全方位了解汽車修理的操作步驟、工藝以及故障診斷流程。
2.全面性：可以完成傳統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備無法完成的試驗，可以模擬汽車在各種工況下可能出現(xiàn)的故障，因而可以了解汽修過程中遇到的各種疑難雜癥。
3.交互性：基于VR的特點，可以通過外部操作設(shè)備如鼠標、鍵盤等完成虛擬汽車整車的拆裝與維修工作。
4.安全性：利用操作設(shè)備進行模擬操作，避免了實訓(xùn)過程中的安全隱患。
5.趣味性：實現(xiàn)學(xué)生身臨其境的感覺，互動性增強，最大限度激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣。
6.經(jīng)濟性：虛擬設(shè)備取代實訓(xùn)臺架，大大節(jié)約教育經(jīng)費。
7.便捷性：可以利用互聯(lián)網(wǎng)進行資料查詢、數(shù)據(jù)參數(shù)的實時反饋。
三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽修專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用
1. 在汽車維修專業(yè)理論授課中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的授課方法中，教師僅僅利用多媒體及實訓(xùn)臺架進行知識講授，這種方式有較大的局限性，比如發(fā)動機內(nèi)部的構(gòu)造及工作原理無法動態(tài)展示，尤其是汽車電子方面的工作原理、電控系統(tǒng)的控制流程等知識更加晦澀難懂?？梢岳锰摂M現(xiàn)實技術(shù)通過計算機創(chuàng)建一個虛擬存在但與現(xiàn)實工作情境完全一致的模型，通過人機交互操作了解和學(xué)習(xí)汽車各零部件的工作過程[4]。
我們以自動變速器的工作過程為例說明VR在理論授課中的應(yīng)用。液力變矩器中泵輪、導(dǎo)輪、渦輪三者的相互作用，液壓油的流向以及變矩的過程是僅僅依靠演示文稿與視頻講解比較困難，此時可以通過VR軟件創(chuàng)建一個液力變矩器模型，學(xué)生可以從各種角度觀察三元件的結(jié)構(gòu)形式及液壓油渦流、環(huán)流的形成過程，同時又可以將扭矩的增大過程淺顯易懂地表達出來。同樣，行星齒輪機構(gòu)、濕式多片離合器也可通過VR展示其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、工作過程。通過VR的增強展示，學(xué)生會對本知識點有多方位的感官認知，理解更加透徹，大大提升了學(xué)習(xí)效率。
此外，利用虛擬仿真授課的過程中，VR軟件能對學(xué)生的操作流程進行跟蹤記錄，教師會有針對性的對學(xué)生易犯錯的地方進行教學(xué)指導(dǎo)，并有針對性的提出教學(xué)改進方案，這樣使得理論教學(xué)更有目的性。同時，VR軟件的使用也給教師在課堂管理、學(xué)生平時表現(xiàn)的記錄上提供了一種簡單便捷的途徑。
2. 在汽車維修專業(yè)實訓(xùn)授課中的應(yīng)用
汽修專業(yè)中的實訓(xùn)授課是教學(xué)工作的重中之重，VR軟件在實訓(xùn)教學(xué)中可以替代昂貴的實訓(xùn)設(shè)備，也可以完成不方便操作的實訓(xùn)項目，節(jié)約了時間和經(jīng)費。下面介紹幾種典型的汽修相關(guān)實訓(xùn)課程中的VR應(yīng)用案例。
（1）汽車維護保養(yǎng)中的應(yīng)用
利用VR技術(shù)開發(fā)一款軟件，其中軟件包含發(fā)動機維護、底盤維護、車身維護以及電氣設(shè)備維護四大模塊總成，同時含有工單考評和資料查詢功能。學(xué)生可以通過軟件選擇任意一個總成進行維護實訓(xùn)的虛擬操作，比如對發(fā)動機更換機油和三濾、進行車輛輪胎動平衡試驗等，完成操作后填寫電子工單，軟件對操作過的項目進行時間記錄并對過程進行考評，對該項目的操作熟練程度和流程準確性及時反饋，方便學(xué)生及時糾錯。通過資料查詢功能，使學(xué)生對不熟練或者不會的維護項目及時查閱或觀看視頻，反復(fù)進行操作直至掌握該項目的維護流程[5]。
（2）駕駛培訓(xùn)中的應(yīng)用
模擬駕駛實習(xí)的核心是要和真車的駕駛感一致，相比傳統(tǒng)駕駛模擬器的顯示器式交互模式，VR頭顯式模擬器具有更好的沉浸感，而且駕駛訓(xùn)練不受時間、天氣等外界因素的影響，目前已有駕校引入基于VR的駕駛模擬器并投入使用，并取得良好的教學(xué)效果。VR的應(yīng)用亦可推廣到高校汽修專業(yè)的駕駛實習(xí)中，使用過程中通過對VR軟件的設(shè)置，視頻顯示系統(tǒng)模擬天氣、光線、行人、路面等不同路況，但油門、剎車、離合器、方向盤、檔位操作、燈光儀表操作等均與實車一致，這樣營造一種真實的實車訓(xùn)練情境。VR的使用不僅降低了學(xué)校駕駛培訓(xùn)的費用投入、降低了能源消耗、避免了環(huán)境污染，而且可以節(jié)約培訓(xùn)學(xué)時，提高學(xué)生駕駛的熟練程度?？梢灶A(yù)測，未來VR技術(shù)的應(yīng)用甚至可以取代實車考試，完全顛覆了學(xué)校中的駕駛實習(xí)考試模式，這也大大節(jié)約了學(xué)校車輛購置的費用。
（3）汽車綜合故障診斷中的應(yīng)用
利用VR軟件進行汽車故障虛擬設(shè)定，從而進行綜合故障診斷教學(xué)與考核也是虛擬現(xiàn)實在汽車維修上的重要應(yīng)用方式之一。例如講授“汽車發(fā)動機起動困難故障診斷排除”這一知識點時，利用開發(fā)的VR軟件模擬整車的起動工況，并設(shè)置故障點，通過穿戴設(shè)備了解并掌握發(fā)動機起動過程中油路、氣路、電路、點火等各系統(tǒng)的工作過程，分析各環(huán)節(jié)對于起動過程的影響，并通過虛擬軟件記錄預(yù)判的故障點，這樣可以強化知R的預(yù)習(xí)過程，然后配合教師的多媒體講解及分析，進一步加深學(xué)生對于知識點的掌握程度。實訓(xùn)過程中教師可以操作軟件設(shè)置任意故障如切斷油路、拔掉空氣流量計、起動機不轉(zhuǎn)等，學(xué)生通過之前的預(yù)習(xí)以及聽課過程能獨立操作軟件完成故障的排除，實現(xiàn)發(fā)動機虛擬狀態(tài)下正常起動。
以上僅僅為VR技術(shù)在故障診斷應(yīng)用中的一例，諸如發(fā)動機不良、變速器故障、制動失效、轉(zhuǎn)向不靈等故障診斷中亦可以使用以上方法完成理論和實訓(xùn)教學(xué)過程。通過以上學(xué)習(xí)方法，學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，并可進行一些探索性操作，從而熟練掌握維修技能，提高學(xué)生的創(chuàng)造力，同時，在虛擬操作過程中可以避免整車維修的危險性和拆裝過程中的無效操作，將有效的課堂學(xué)時用在汽車故障診斷排除這一教學(xué)核心上。
（4）汽車試驗中的應(yīng)用
VR技術(shù)軟件能完成汽車道路試驗、碰撞試驗、側(cè)滑及轉(zhuǎn)向試驗、動力及底盤性能試驗等各種工況的模擬，學(xué)生在軟件中選定汽車模型，輸入試驗所需的各種可變參數(shù)如車重、軸距、車輪定位參數(shù)等，配合人機交互及穿戴設(shè)備模擬整車的試驗工況，計算機根據(jù)各參數(shù)計算分析整車的動力學(xué)與運動學(xué)等方面的性能，并將試驗結(jié)果反饋到輸出設(shè)備，給出駕駛者直接的感官體驗，讓學(xué)生對于汽車的各種性能有立體化的感受。同時，對汽車試驗各參數(shù)進行修正，進行重復(fù)性操作，可以針對不同的試驗參數(shù)評價不同工況下汽車的性能，最終獲得汽車在何種參數(shù)及工況下性能最佳，有效降低了試驗損耗。
四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)存在的問題
1. VR技術(shù)本身的不足
VR技術(shù)終歸是關(guān)于計算機和人之間的通信互聯(lián)技術(shù)，只能對教學(xué)活動起到輔助作用，不能完全取代傳統(tǒng)的教學(xué)方式，模擬情境與真實情境之間總是存在一定的差異，例如VR技術(shù)無法提供汽修過程中的拆裝手感、駕駛學(xué)習(xí)中的路面對汽車的沖擊晃動感覺，嗅覺、聽覺、觸覺經(jīng)驗在汽修中所起的作用也是VR技術(shù)無法實現(xiàn)的。另外，虛擬操作雖然可以避免安全事故發(fā)生，但無法培養(yǎng)學(xué)生操作過程中的“安全手感”，不能讓學(xué)生養(yǎng)成遵守操作規(guī)范的習(xí)慣，不利于未來職業(yè)素質(zhì)的養(yǎng)成。因此，要正確處理虛擬教學(xué)與真實教學(xué)的關(guān)系，以傳統(tǒng)教學(xué)方式為主，輔以現(xiàn)代的科技手段，讓汽修專業(yè)教學(xué)達到事半功倍的效果[6]。
2. 對汽修專業(yè)教師要求更高
VR技術(shù)是一種更高層次的多媒體技術(shù)，因此對汽修專業(yè)課老師的計算機水平有著較高的要求，而目前多數(shù)高職院校的現(xiàn)狀是有汽修經(jīng)驗的老教師教學(xué)信息化水平較低，而新引進的青年教師實訓(xùn)經(jīng)驗又不足，因此需要建立“以老帶新”、“新老幫扶”，并輔以新多媒體技術(shù)軟件開發(fā)及應(yīng)用的職業(yè)技能培訓(xùn)體系。VR技術(shù)走進課堂更是對傳統(tǒng)教學(xué)方式的一種“顛覆”，而“一只粉筆一本書”的教學(xué)方法已在高校教師中根深蒂固，突然變革教學(xué)方式，如何讓教師接受并平穩(wěn)過渡也是教學(xué)改革的問題之一。
3. 學(xué)生自主學(xué)習(xí)空間過大，課堂管理難度加大
基于穿戴設(shè)備的使用方式和局限性特點，授課方式往往以學(xué)生探索性自主學(xué)習(xí)為主，教師只能起到輔助作用，但由于學(xué)生對于新知識的無認知性，導(dǎo)致其在自主學(xué)習(xí)時有較大的盲目性，容易與授課重點相背離，學(xué)習(xí)效果也大打折扣。另外，高職學(xué)生的自控能力較差，面對較為新潮的教學(xué)設(shè)備和教學(xué)方式，容易出現(xiàn)關(guān)注點不在學(xué)習(xí)而在新奇事物上，影響學(xué)習(xí)效率。而且學(xué)生不是在教師視線下學(xué)習(xí)，教師無法及時制止學(xué)生精力不集中或做與上課無關(guān)的事[7]。
4. 設(shè)備購置及后期維護問題
前期購置VR教學(xué)設(shè)備費用較為昂貴，一套沉浸式VR裝置包括計算機、工作站、穿戴設(shè)備等大概需要30萬元，目前高職院校辦學(xué)經(jīng)費普遍較低，無力承擔(dān)多套實訓(xùn)設(shè)備的購置費用，而且后續(xù)的升級、維護工作也需要大量的經(jīng)費支持。目前普遍存在高校對設(shè)備管理維護不到位導(dǎo)致部分教學(xué)工作無法開展，實訓(xùn)設(shè)備利用率低的問題，投入大量資金購買的VR設(shè)備如何能保證持續(xù)有效地投入到課堂當(dāng)中，也是提高教學(xué)質(zhì)量的問題之一。
五、結(jié)語
虛擬現(xiàn)實技術(shù)雖然在教育方面的應(yīng)用處于起步階段，但是在高校教育尤其是汽修實訓(xùn)教學(xué)中體現(xiàn)出的優(yōu)勢較為明顯，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中遇到的教學(xué)資源緊張、安全性等難題，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新性以及團隊協(xié)助能力，將枯燥的實車維修實訓(xùn)變?yōu)榛?、啟發(fā)、探索學(xué)習(xí)型實訓(xùn)，使計算機變成實訓(xùn)臺架，互聯(lián)網(wǎng)變成實訓(xùn)室，完成傳統(tǒng)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)型升級。同時，虛擬技術(shù)的特點也決定了其存在缺陷，因此需要將傳統(tǒng)教學(xué)方式與之相結(jié)合，使兩者相輔相成。在未來的高校汽修專業(yè)教學(xué)中，信息化手段多樣化成為必然趨勢，VR技術(shù)作為信息化手段之一，它的應(yīng)用前景也將非常廣闊。
[參考文獻]
[1]孟祥宇，全江濤，叢 蓉.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2011（5）：188-189.
[2]沈愛蓮.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職汽車電子類課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，24（4）：90-92.
[3]林 娟.虛擬現(xiàn)實及其在汽車維修專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].新課程學(xué)習(xí)，2014（11）：222-223.
[4]王曉芳.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].大眾科技，2010（2）：43-44.
[5]周彩根.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職教育中的應(yīng)用[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2004，3（4）：43-45.
虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用范文第4篇
摘要：隨著制造業(yè)規(guī)?；⒆詣踊皬?fù)雜化程度的加深，虛擬制造技術(shù)應(yīng)運而生，它是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它的主要作用是通過計算機虛擬模型來模擬產(chǎn)品的制造過程，進而對產(chǎn)品性能進行預(yù)測、檢測和評價。本文首先對虛擬制造技術(shù)的內(nèi)涵及關(guān)鍵技術(shù)進行分析，然后進一步展望了虛擬制造技術(shù)在鋼管行業(yè)應(yīng)用的前景。
關(guān)鍵詞：虛擬制造 鋼管行業(yè) 仿真
虛擬制造技術(shù)是20世紀80年代首先由美國提出的一個新概念，它的作用主要體現(xiàn)在制造系統(tǒng)正式運行之前對其進行評估和預(yù)測，對產(chǎn)品的開發(fā)、制造、營銷及回收進行監(jiān)控及協(xié)調(diào)。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，鋼管行業(yè)也逐漸融入世界市場，面臨著來自世界市場的競爭壓力，虛擬制造技術(shù)在鋼管行業(yè)的應(yīng)用將會給鋼管行業(yè)帶來新的機遇和調(diào)整。
一、虛擬制造的內(nèi)涵
先進的信息技術(shù)、仿真技術(shù)和計算機技術(shù)是虛擬制造的基礎(chǔ)，其工作思想正是依靠這些技術(shù)在產(chǎn)品的設(shè)計階段對制造活動中的人物、信息及具體過程進行全面的仿真，以便對制造過程進行有效的評估及預(yù)測，并在正式運行之前發(fā)現(xiàn)可能存在的問題并采取防范補救措施，最終目的是提高生產(chǎn)效率，降低企業(yè)成本，縮短企業(yè)的生產(chǎn)周期，進而提高企業(yè)的整體競爭力。
虛擬制造是結(jié)合多學(xué)科、多領(lǐng)域知識的一項技術(shù)，在計算機上體現(xiàn)的虛擬制造系統(tǒng)是整個技術(shù)的核心，它擁有產(chǎn)品和制造過程的全部信息，包括虛擬設(shè)計、制造和控制產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、相關(guān)知識和模型信息。按功能分類，虛擬制造系統(tǒng)包括以下三種子環(huán)境：
1.虛擬制造設(shè)計中心：為虛擬設(shè)計、虛擬制造向設(shè)計者提供各種工具，以便設(shè)計出符合標準的產(chǎn)品模型。2.虛擬制造加工中心：研究開發(fā)產(chǎn)品制造過程模型和環(huán)境模型，對產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃和工藝規(guī)劃進行可行性評估。3.虛擬制造控制中心：對產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品原型、生產(chǎn)計劃、制造模擬和控制策略進行評價。
二、虛擬制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)
1.建模技術(shù)。虛擬制造系統(tǒng)的建模是生產(chǎn)模型、產(chǎn)品模型、工藝模型的信息系統(tǒng)。生產(chǎn)模型是在加工過程中，各類實體對象模型的集合，它可以分為靜態(tài)描述和動態(tài)描述兩方面，靜態(tài)描述即對系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和市場特征的描述，動態(tài)描述則是在靜態(tài)描述的基礎(chǔ)上對產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程進行預(yù)測。產(chǎn)品模型包括毛坯、中期產(chǎn)品模型、目標產(chǎn)品模型，完備的產(chǎn)品模型是產(chǎn)品實施過程中全部活動集成的保證。工藝模型是將工藝參數(shù)與產(chǎn)品設(shè)計數(shù)學(xué)結(jié)合起來，它反應(yīng)了生產(chǎn)模型和產(chǎn)品模型之間的交互作用。
2.仿真技術(shù)。仿真技術(shù)就是對復(fù)雜的現(xiàn)實系統(tǒng)進行“仿真”，依靠計算機對現(xiàn)實系統(tǒng)進行抽象和簡化并形成仿真模型并運行該模型，得到一系列統(tǒng)計數(shù)據(jù)。產(chǎn)品仿真和加工過程仿真是產(chǎn)品制造過程仿真的核心，產(chǎn)品仿真就是在產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)的上游反饋和評估設(shè)計結(jié)果，加工過程仿真包括切削過程仿真、裝配過程仿真和檢驗過程仿真等。
3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)營造的是一種動態(tài)的虛擬環(huán)境，人可以借助一定的借口進入到該虛擬環(huán)境，參與和操縱該環(huán)境中的仿真物理模型，并且能夠和過去的、未來的甚至虛擬的人物進行交互，這種動態(tài)的交互需要更多的技術(shù)及設(shè)備支持。在生存過程中使用這種虛擬現(xiàn)實技術(shù)，使得人從主觀上對虛擬產(chǎn)品和制造過程產(chǎn)生存在感，加深人們對虛擬過程的正確理解和直觀感受。
三、虛擬制造技術(shù)在鋼管行業(yè)的應(yīng)用展望
1.虛擬制造技術(shù)在軋輥設(shè)計與制造中的應(yīng)用。軋輥在鋼管制造中有重要的地位，它是冷軋或熱軋無縫鋼管或其他各種形式的鋼管的基礎(chǔ)，但是軋輥的設(shè)計和制造受到多種因素的制約。虛擬制造技術(shù)可以對軋輥的設(shè)計、加工、裝配的各個環(huán)節(jié)統(tǒng)一建模，并實現(xiàn)設(shè)計開發(fā)建模仿真、設(shè)計思維過程和設(shè)計交互行為仿真，鍛造過程仿真切削過程仿真及檢驗過程仿真，從而克服傳統(tǒng)軋輥設(shè)計制造模式周期長、制造成本高的缺點。虛擬的軋輥設(shè)計和制造過程使得鋼管生產(chǎn)廠家不受時間和地域的限制，通過計算機網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計和加工，共享資源，在軋輥設(shè)計與制造的各個環(huán)節(jié)都能發(fā)揮作用，這將有助于提高軋輥設(shè)計與制造的效率，進而降低鋼管企業(yè)的生產(chǎn)成本。
2.虛擬制造技術(shù)在熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中的應(yīng)用。在熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中，虛擬制造技術(shù)的使用主要體現(xiàn)在管坯加熱工藝模擬和荒管再加熱工藝模擬，管坯加熱和荒管再加熱是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。虛擬制造技術(shù)首先要建立以鋼管溫度為對象的控制模型，然后通過仿真系統(tǒng)對加熱爐的溫度和管坯的加熱時間進行仿真，該仿真過程是動態(tài)的，在收集實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的同時進行動態(tài)協(xié)調(diào)，并對加熱速度進行控制，使得達到最佳的管坯穿孔溫度或荒管再加熱溫度，最終實現(xiàn)在生存周期內(nèi)不斷優(yōu)化生存過程的目標。
3.虛擬制造技術(shù)在冷拔鋼管生產(chǎn)中的應(yīng)用。虛擬制造技術(shù)在冷拔鋼管生產(chǎn)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在為鋼管的無芯棒拔制生產(chǎn)過程進行建模仿真。為解決金屬在變形過程中因縱向延伸和橫向流動所導(dǎo)致的管壁內(nèi)層金屬流動不均勻等問題，引入虛擬制造技術(shù)可以進行總體協(xié)調(diào)、動態(tài)優(yōu)化，也可以對材料硬度、彎曲回彈、輪廓尺寸等問題進行仿真模擬。通過計算機模擬的這個模型，可以及時調(diào)整各項參數(shù)，減少失誤與浪費。
四、總結(jié)
虛擬制造技術(shù)的運用需要結(jié)合多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識，它的使用離不開制造技術(shù)與仿真技術(shù)，它涉及到仿真、虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)繼承、優(yōu)化等多個領(lǐng)域，可見虛擬制造技術(shù)在未來還有很大的擴展空間和發(fā)展前景，尤其是在鋼管行業(yè)中的應(yīng)用潛力巨大，相信在未來會給鋼管行業(yè)的設(shè)計與制造帶來新的革命。
參考文獻：
[1]王愛云，虛擬制造技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望，礦山機械，2007（12）.
[2]曹建國，虛擬制造技術(shù)及其在機械行業(yè)中的應(yīng)用與對策，礦山機械，2004（09）.
[3]萬蘇文，面向21世紀的虛擬制造技術(shù)，機電一體化，2004（10）.
[4]曲延楷，熱軋無縫鋼管生產(chǎn)，北京：冶金工業(yè)出版社，1986.
[5]王培諾，冷軋無縫鋼管生產(chǎn)，北京：冶金工業(yè)出版社，1986.
[6]焦可如，虛擬制造技術(shù)及應(yīng)用研究，制造業(yè)自動化，2012（10）.
[7]宋天虎，積極發(fā)展適合我國國情的虛擬制造技術(shù)，中國機械工程，2008（09）.
[8]邵立，虛擬制造及其應(yīng)用，上海交通大學(xué)學(xué)報，2006（07）.
[9]肖田元，虛擬制造技術(shù)及其在轎車數(shù)字化工程中的應(yīng)用，系統(tǒng)仿真學(xué)報，2002（02）.
[10]陳定方，虛擬設(shè)計，北京：機械工業(yè)出版社，2002.
[11]戴晴華，虛擬制造技術(shù)及其在工程機械中的應(yīng)用，中國工程機械學(xué)報，2010（06）.
[12]王宏典，虛擬制造技術(shù)及其應(yīng)用，機械科學(xué)與技術(shù)，2008（06）.
[13]王偉麗，淺談虛擬制造技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用，華章，2009（12）.
[14]蔡南武，虛擬制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展展望，石油機械，2005（09）.
[15]吳俊郊，虛擬制造及其在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用，鑄造，2000（02）.
[16]趙維民，虛擬制造在鑄造中的應(yīng)用于發(fā)展，中國鑄造裝備與技術(shù)，2004（01）.
[17]肖波，李敏，虛擬裝配技術(shù)及其應(yīng)用，模具技術(shù)，2006（01）.
[18]趙建華，淺析鑄造過程模擬仿真技術(shù)，鑄造設(shè)備研究，2007（12）.
虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用范文第5篇
關(guān)鍵詞： 增強現(xiàn)實； 雙目立體視覺； 人機交互
中圖分類號： TP 391.9 文獻標識碼： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.02.004
引 言
增強現(xiàn)實（augmented reality，AR）技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術(shù)上發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，由于其廣泛的應(yīng)用背景，因此吸引了國內(nèi)外眾多科研人員加入研究，成為近年來的一個研究熱點。增強現(xiàn)實技術(shù)涉及到仿真技術(shù)、計算機圖形技術(shù)（computer graphics，CG）、圖像處理技術(shù)、交互技術(shù)及傳感器技術(shù)等領(lǐng)域，是一項綜合性十分強的研究領(lǐng)域[1]。與虛擬現(xiàn)實技術(shù)將用戶隔離在真實世界之外不同的是，當(dāng)用戶在真實世界中的位置發(fā)生變化時，虛擬信息也隨之相應(yīng)變化，虛擬信息與真實環(huán)境完美結(jié)
合，既避免了構(gòu)建復(fù)雜真實環(huán)境的大量繁瑣工作，又可對真實環(huán)境進行變動，具有很強的實時可控性，
達到了亦真亦幻的效果。正是由于增強現(xiàn)實與真實環(huán)境緊密聯(lián)系的特性，使得增強現(xiàn)實技術(shù)在精密儀器
制造、醫(yī)療研究、市政規(guī)劃、文物保護、影視娛樂、軍事訓(xùn)練、裝備維修等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
在研究工作中搭建了一套基于增強現(xiàn)實的維修系統(tǒng)，利用增強現(xiàn)實良好的虛實場景結(jié)合以及人機交互功能，通過計算機視覺技術(shù)、圖像識別技術(shù)以及建模仿真等技術(shù)，使該系統(tǒng)能夠完成圖像采集、立體實時顯示、三維注冊以及虛實融合等功能，改善了傳統(tǒng)意義上的人工維修帶來的培訓(xùn)成本高、效率低下等問題，較之虛擬維修也更為真實可靠。表1為增強現(xiàn)實維修與虛擬維修的比較表。下面將詳細介紹該系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和實現(xiàn)過程。
4 結(jié) 論
利用雙目視覺技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)搭建了一個增強現(xiàn)實維修系統(tǒng)。在以ARToolKit等軟件為工具的基礎(chǔ)上，根據(jù)增強現(xiàn)實維修的特點和硬件系統(tǒng)的要求，相對其他單目攝像機增強現(xiàn)實系統(tǒng)做了如下改進工作：
（1）將原一路攝像機采集景物圖像、圖像識別、三維注冊、虛實配準等增強現(xiàn)實過程變?yōu)榱藘陕妨Ⅲw景物圖像采集及相應(yīng)增強現(xiàn)實過程。方法是利用雙線程控制雙攝像機完成圖像采集和相應(yīng)的增強現(xiàn)實過程，并將虛實融合的圖像按照一定格式，分別存在緩存的不同地址，最后顯示立體圖像。
（2）ARToolKit模型調(diào)用支持VRML97語言描述的虛擬場景機模型，通過試驗，找到了通過3DS MAX構(gòu)建虛擬維修模型，并將其轉(zhuǎn)換為VRML97格式虛擬模型的方法。所以虛擬維修電子數(shù)據(jù)庫的建立是通過3DS MAX來完成的，包括虛擬物體的零部件的模型、貼圖、動畫等。
由于增強現(xiàn)實的虛實結(jié)合的獨特性，在維修裝配等領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。而其它技術(shù)領(lǐng)域如計算機圖形學(xué)、多媒體、人工智能等的不斷發(fā)展和完善，也為增強現(xiàn)實技術(shù)提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間。
參考文獻：
[1] AZUMA R，BAILLOT Y，BEHRINGER R.Recent advances in augmented reality[J].IEEE Computer Graphics and Applications，2001，21（6）：34-47.
[2] 馬頌德，張正友.計算機視覺――計算理論與算法基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，1998.
[3] 隋 婧，金偉其.雙目立體視覺技術(shù)的實現(xiàn)及其進展[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2004（10）：4-6.
[4] 段欣濤，汪岳峰，周 斌.一種數(shù)碼相機幾何畸變的檢測方法[J].光學(xué)儀器，2011，33（1）：15-18.
[5] PASMAN W，WOODWARD C.Implementation of an augmented reality system on a PDA[C]∥The Second IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality，New York：IEEE，2003：276-277.
[6] MILGRAM P，KISHINO F.A taxonomy of mixed reality visual display[J].IEICE Transactions on Information Systems，1994，E77D（12）：1321-1329.
[7] 張德豐，周 靈.VRML虛擬顯示應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.
[8] 莊春華，王 普.虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.
