虚拟现实技术与应用

2024-05-04

虚拟现实技术与应用（精选十篇）

虚拟现实技术与应用篇1

虚拟现实技术可以追溯到40年代。当时为了训练飞行员节约时间和减少费用, 美国专家研究了一台飞行模拟器。以后逐渐发展到计算机控制的大屏幕全景式显示模拟器, 操作者有了直观的感觉。

1965年, 美国ARPA信息处理技术办公室主任Sutherland在篇名为《终极的显示》的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想, 从此, 人们正式开始了对虚拟现实系统的探索历程。1968年, Ivan Sutherland建立了“达摩克利斯之剑”头盔显示器, 它被认为是世界上第一个头盔显示器 (HMD) , 它能显现二维图像, 但是没有沉浸感, 用户只能看到的线框图叠加在真实环境之上。

80年代, 美国宇航局 (NASA) 及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究, 并取得了令人瞩目的研究成果, 从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。

进入90年代, 迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配, 使得基于大型数据集合的声音和图像的实时动画制作成为可能。人机交互系统的设计不断创新, 新颖、实用的输入输出设备不断地进入市场, 而这些都为虚拟现实系统的发展打下了良好的基础。

2 虚拟现实系统研究现状

计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具, 并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此, 就虚拟现实本身而言, 它主要涉及到三个研究领域:通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果;建立对虚拟世界的观察界面;使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用。

3 现有虚拟现实系统的关键技术

虚拟现实的关键技术可以包括以下几个方面:

1) 动态环境建模技术

虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据, 并根据应用的需要, 利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。

2) 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。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要, 因此有必要开发新的三维显示技术。

3) 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, 即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。为了达到这一目的, 必须研究虚拟现实的开发工具。

4) 系统集成技术

由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型, 因此系统的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、识别和合成技术等等。

4 虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术的应用范围十分广泛, 它正在逐步地渗入到各个专业领域中去。

虚拟现实技术最早应用于军事模拟。最初的模拟是用来训练飞行员, 飞行模拟器可以让人感到和在真的飞机上一样, 各种仪器设备如同在真实环境下一样地工作, 是一种最理想的训练方式。美国军事部门一直是虚拟现实技术的主要开发者, 他们先后研制出了各种各样的战场模拟现实系统供部队训练, 这种训练方式不仅大大节省了训练费用, 而且提高了训练质量。

虚拟现实技术已开始对医学领域产生重大影响, 目前正处于虚拟现实技术的初级阶段。它可用于各种医学模拟, 例如为医学院的学生提供人体解剖仿真。学生们可以使用一个虚拟病人学习解剖和做手术。外科医生在做一次比较复杂的手术之前, 可以先利用虚拟病人进行练习, 然后将练习的成果应用于实际手术之中。

虚拟现实技术还可用来进行各种虚拟设计, 例如汽车虚拟设计、飞机虚拟设计和建筑虚拟设计等。由于虚拟现实技术的投入性和交互性, 它比传统的CAD技术能更好地满足设计要求。

虚拟现实技术在商业领域的应用, 让原本单调的商业展示方式变得活力十足。通过这种技术, 可以把商业或产业形象逼真地在网络中表现出来, 尊重顾客的浏览习惯, 成功地刺激顾客的购买欲。

虚拟现实技术在娱乐游戏上的应用也十分广泛, 包括家庭中的桌面游戏、公共场所的各种仿真等。基于虚拟现实技术的游戏主要有驾驶型游戏、作战型游戏和智力型游戏三类。很多游戏都是联网的, 因而允许许多玩游戏的人同时进入了一个虚拟境界, 他们相互之间展开竞争, 或者与计算机生成的对手竞争。为了赢得游戏的胜利, 他们必须在投入该虚拟环境的同时, 采用智慧、逻辑、手眼协同等手段。

由于虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境, 学生能够成为虚拟环境的一名参与者, 这对调动学生的学习积极性, 突破教学的重点难点, 培养学生的技能都将起到积极的作用。虚拟现实技术非常适合远程教学中的应用, 主要是在知识学习、探索学习、虚拟实验以及技能训练四个方面。例如在学习地理知识时, 通过虚拟现实系统, 学生可以到北极去领略那里的自然风光;在虚拟的化学系统中, 学生可以按照自己的假设, 将不同的分子组合在一起, 电脑便虚拟出组合的物质。

5 虚拟现实技术的进一步展望

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、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。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地克服了。我们期待有朝一日, 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。

参考文献

[1]汪成为, 高文, 王行仁.灵境 (虚拟现实) 技术的理论、实现及应用[M].清华大学出版社, 1996.

[2]Earnshaw R A, et al, Virtual Reality System Academic Press, 1993.

虚拟现实技术与应用篇2

关键词：园林;虚拟现实;教学

Abstract：ith analysis to the practicability and necessity of the application of VRT(Virtual Reality Technology) in Landscape Architecture， the paper confirms the VRT’s function in the teaching of Landscape Architecture， illustrates the technological path and running effect of building the Virtual Reality Teaching Platform and introduces the teaching effect of VRT.

Key ords： landscape; Virtual Reality Technology; education

1 虚拟现实技术概述

虚拟现实技术的应用与展望篇3

关键词：虚拟现实；工业设计；文化教育

前言：虚拟现实技术已经逐步走进了我们的生活，我们在更多时候是将虚拟现实技术带给我们的感觉当作了一种预知、或者是预先的一个概念认识。虚拟现实技术帮助我们由想到做的之间架起了一座可靠的桥梁，帮助我们尽可能的实现我们的想法，在最大限度内发现设计与现实的差距、误差甚至是错误，避免了一些由于没有前期经验而导致的错误的出现。虚拟现实技术的应用前景是很广阔的。它可用于教学仿真，也可应用于产品设计领域，也可应用于机械加工等领域。利用它可以创建多媒体通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区全新的应用系统。

一、虚拟现实技术

（一）虚拟现实技术。虚拟现实（Virtual Reality），又称灵境、拟实，是近20年发展起来的一门新技术。它采用计算机技术和多媒体技术，营造一个逼真的具有视、听、触等多种感知的人工虚拟环境，使置身于该环境中的人通过各种多媒体传感交互设备与这一虚拟的环境进行实时交互作用，它集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，并随着这些信息技术的突破而迅速发展起来。目前已经广泛应用于军事、科学计算可视化、教育与培训、设计与规划、虚拟测试、虚拟游览、购物、交互式娱乐、工程技术、科技探索等多方面领域。[1]

（二）虚拟现实系统的类型。虚拟现实系统根据用户参与形式的不同一般分为4种模式：桌面式、沉浸式、增强式和分布式。桌面式使用普通显示器或立体显示器作为用户观察虚拟境界的一个窗口；沉浸式可以利用头盔式显示器、位置跟踪器、数据手套和其他设备，使得参与者获得置身真实情景的感觉；增强式是把真实环境和虚拟环境组合在一起，使用户既可以看到真实世界，又可以看到叠加在真实世界的虚拟对象；分布式是将异地不同用户联结起来，对同一虚拟世界进行观察和操作，共同体验虚拟经历。

二、虚拟现实系统的应用

（一）虚拟现实技术在教育教学上的应用。虚拟现实技术在教育教学上能实现课程的数字化学习，可将课程学习内容作为学习者的学习资源，并将其他的相关资源一并提供给学习者，实现资源共享；能按照超文本、超链接的方式组织管理学科知识和各种教学信息，有利于学习者主动发现、主动探索知识，发展联想思维和建立新旧知识之间的联系；能提供界面友好、形象直观的交互式学习环境，不受时空和距离的限制，可让各地的师生共处于一个虚拟空间中，有利于激发学习者的学习兴趣和进行协商会话，实现合作学习；能提供图文声像并茂的多种感官综合刺激，提供生动活泼的直观形象思维材料，使学生从思维、情感和行为三个方面参与教学活动，有利于学习情境创设和大量知识的获取与保持；可以弥补实验教学条件的不足。

（二）在工业设计仿真方面的应用。产品是人类设计思想付之于实施的产物，产品设计所着重考虑的是产品的造型、结构和功能等方面，目的是生产制造出符合人们需要的实用、经济、美观的物品。将VR 技术应用于工业产品设计，是目前VR在工业设计领域应用的主要方式。运用虚拟现实技术，美国波音公司无图纸化设计波音77 获得成功，是近年来引起科技界瞩目的一件里程碑式的应用。如果把VR 技术与不同的产品设计领域结合，随之会诞生许多新颖的概念：如虚拟产品设计、虚拟环境设计、虚拟建筑设计、虚拟园林设计、虚拟装饰设计、虚拟人机工程学设计等等。

虚拟产品设计（VPD ）就是借助于虚拟现实系统，是将产品开发全过程数字化，用集成的功能强大的VR 工具，模拟整个产品的开发过程，在计算机的虚拟空间中进行产品的设计、分析、优化、加工、装配、测试、工艺、质量控制、人机工程学验证等过程。这种从设计到分析再到设计的循环，反复多次直到满足设计要求，全部是在虚拟空间中完成的。

（三）虚拟现实技术在制造业中的应用。目前，在这一领域，美国处于国际研究的前沿，许多大学和科研机构都在从事虚拟制造的研究工作。美国Boeing飞机公司设计的一架VS—X虚拟飞机，它可用头盔式显示器和数据手套来进行模具技术

2004.No.5 5 7观察与控制，当手指指向飞机时就可以看到跑道上的飞机起飞；手指向下，飞机便停下来。通过其它手势，还可以进入座舱，起动发动机，进行飞行试验或者打开应急门。这种虚拟飞机可以让设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外形、内部结构及使用性能进行考察。Michigan大学的VR实验室采用沉浸式虚拟现实对一艘PD337 海军运输船的生产过程进行了模拟。船的双层底模型是用AutoCad 生成，然后转换成虚拟原型。利用沉浸式虚拟现实可以步入实物大小的船体模型中观察其特性，发现在开始的CAD/CAM 模型中存在很多问题。比如：有些间隔无法进行焊接，以及很多的刚性衍架放到船的另一侧去了。研究的第二阶段是船的装配。通过模拟一个真实的造船厂的标准装配过程研究了装配的不同阶段的焊接操作和起吊机的运动以及其他的步骤。

三、虚拟现实发展趋势与展望

（一）虚拟现实发展趋势。虚拟现实将应用于更多的领域之中，深入到人们生活的各部分，细化各项工作的可实现程度，尽最大的努力将可能发生的错误减小到最低，甚至是没有错，我们在真正实施某项工作之前会将其可实施性做一个虚拟现实的实现，将各种可能发生的情况加入其中，通过数据反馈得到结果，帮助我们判定此方案的可实施性。

虚拟现实技术也在帮助我们学习，学校的孩子能够通过虚拟现实技术重新看到白垩纪的恐龙，看到物种的演化和发展，帮助孩子们更真实的感受到学习带来的快乐。同样，老师在虚拟现实技术的帮助下，用更生动的形式讲述那些无法只用文字就能表述的清楚地课题。这种交互的反馈信息，能积极地将人们的学习动力提升。

在成人的学习中，很多无法通过实际操作的实验，虚拟现实技术帮助我们实现了，基于一定的数据基础的实验结果，帮助我们理解其中的各个操作过程。

（二）虚拟现实的展望。在符号化的虚拟世界里，实践主体、实践客体、实践中介都较以往固定的对实践三要素的认识所不同；虚拟现实技术深刻的改变了人类主客体相互作用的方式。人类的实践方式决定了人类的思维方式，虚拟实践在虚拟世界里建构了新的思维方式。因为本文是从广义的角度来理解虚拟现实技术的，即虚拟现实技术与网络技术的联姻，互联网代表了资源共享的含义，这种结合使得虚拟现实技术从“精英技术”转交为“平民技术”，也使得虚拟现实技术在社会上逐渐普及。

参考文献：

[1] 陈浩磊，邹汀军等.虚拟现实技术的最新发展与展望[J].中国科技论文在线，2011，1，Vol.6，No.1：1-5.

虚拟现实技术与应用篇4

关键词：虚拟现实,交互,军事训练

我们不能忘记近代的百年史, 对于中国来说是苦难的百年, 使得我国在经济文化等各个领域面临着严峻的考验, 我们深深的认识到军事对于一个国家的重要性, 只有强大的军队作为我们的后盾才不会挨打, 才不会被时代所抛弃。在军事领域我们近年来不断的加大科研力量的投入, 目的就是大大的提升我国的国防力量。

1 概述

1.1 虚拟现实

虚拟现实就是现实的情况对于事物以及周边的环境进行详细的考察, 针对于特殊的区域进行很好的记载描述, 然后通过高科技的手段对于整个环境进行有效的模拟, 这类虚拟的完成更多的借助于计算机软件系统, 能够很好的对于各种的状态以及环境进行很好的描述, 减少了因为人为引发的各种因素, 对于现实展现的更加清晰。这类创造是我们计算机系统中固有的, 如今很多的实验方面都起到了良好的效果, 对于一些很难达到实验条件的工作能够提供器需要的条件, 虚拟现实为我们如今的工作带来了很大的便利, 也是未来我们发展的必然的趋势。

1.2 军事系统仿真

近几年国防事业的不断发展, 更多的高端技术被融入到了今天的军事理论与军事实际的工作中, 在我们组织练兵时, 涉及方面很广。第一, 如今科技战, 实弹的训练要有很高的投入, 近几年各国的经费都处于下调的时期, 这样实战就变得非常的困难;第二, 进行大规模的实战训练我们需要较大的场地, 即使在戈壁沙漠也都会造成极大的影响, 影响当地居民的正常生活和造成环境的污染。面对这样的形势, 我们应该既要不影响到这两方面, 与此同时又能够使得我们的部队达到良好的练兵效果, 在这样的形势下我们进行改革创新研发虚拟仿真对抗, 能够很好地融入高科技的手段, 分析的过程也更加的合理准确, 这类模拟系统更多的运用电脑软件系统来完成, 通过对实战地具体情况进行分析很好地在系统中进行体现, 更具实地的效果。

2 基于虚拟现实技术的军事系统仿真

2.1 系统软硬件组成

建立虚拟作战仿真系统的基本手段和目标是利用并集成高性能的计算机软硬件和先进的传感器, 形成一个使参与者具有身临其境的沉浸感、良好的交互能力并能帮助和启发构思的信息环境。

要建立这样一个系统, 需要以下硬件的支持:

(1) 高性能计算机:其特点就是反应速率非常快, 对于处理巨大的数据过程能够起到很好的效果, 在我们的实际工作中地形以及里程等数据分析方面都是数据量很大的, 这样能够使得工作变得更加的简洁。

(2) 跟踪系统:针对的方向非常全面, 对于人体的整个肢体语言, 对于目标的反应更加得具体形象。

(3) 触觉系统:提供力与压力的反馈, 常用的设备是数据手套和力度反馈器等。

(4) 图像生成和显示系统:产生视觉图像和立体显示, 常用的设备是头盔式三维立体显示器、三维投影屏幕、立体眼镜、双目全方位监视器等。

(5) 音频系统:提供立体声源并可判断空间位置, 主要设备为立体声耳机和音响。

在软件方面, 主要是能产生虚拟环境的工具包和集成开发环境, 要求具备的功能主要是: (1) 能接受外部输入信息, 完成人机交互; (2) 能建立几何模型的CAD工具; (3) 能渲染生成立体的显示图像; (4) 能生成和管理大型数据库 (如几何模型数据库、模型行为数据库、地形数据库等) 。

2.2 关键技术

基于虚拟现实军事仿真中的关键技术主要有:

2.2.1 环境建模技术

虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容, 环境建模的目的是获取实际环境的三维数据, 并根据应用的需要, 利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。

2.2.2 立体声合成和立体显示技术

在虚拟现实系统中, 如何消除声音的方向与用户头部运动的相关性已成为声学专家们研究的热点。同时, 虽然三维图形和立体图形生成技术已经较为成熟, 但复杂场景的实时显示一直是计算机图形学的重要研究内容。

2.2.3 触觉反馈技术

在虚拟现实系统中, 产生身临其境效果的关键因素之一是让用户能够直接操作虚拟物体并感觉到虚拟物体的反作用力。然而研究力学反馈装置是相当困难的, 如何解决现有高精度装置的高成本和大重量是一个需要进一步研究的问题。

3 军事应用现状

近年来, 基于虚拟现实技术的模拟训练系统开始受到各国军方的青睐, 目前虚拟现实技术在军事领域的应用主要有以下几个方面。

3.1 军事教育

在虚拟的军事教育实际教学中有着非常重要的意义, 我们在正式的训练中会有很多的环境限制, 对于整体的军力不能进行很好地释放, 军队的真实水平得不到真实的评价, 这也是我国军队近几年对于自身真实的水平得不到很好地判断的主要原因, 虚拟教学能够很好地把我们所有的知识运用到其中, 并且排出了很多人为因素。虚拟教学是我们未来军事教学发展的必然方向。

3.2 军事训练

利用虚拟现实技术进行军事训练, 按照训练的内容及复杂程度, 主要分为以下几种:

3.2.1 虚拟战场环境

我们进行作战最为主要的因素就是环境, 在我们实际的环境中虚拟教学这一点一定要做足, 敌我双方的整体装备, 以及人员的配置一定要做的形象逼真, 战场的地形以及环境方面一定要做的更加详细, 这样我们对于战场的感觉才会更加的逼真。

3.2.2 单兵模拟训练

其包括虚拟战场环境下的作战训练和虚拟武器装备操作训练。前者是利用虚拟战场环境, 士兵穿戴的一身都会有机器敏感的传导系统, 就不同的地理环境, 我们的士兵会及时的调整自己的作战情况, 制定行军以及进行任务完成的方案, 能够大大的提升我们官兵在战场上随机应对的能力, 尤其能够使得大家的心理承受能力慢慢的增强。虚拟武器装备操作训练是在虚拟武器装备环境中进行的, 这类训练对于整体的设备在模拟的系统中进行灵活的运用对于我们单兵真实的能力是很好的检验, 尤其对于我们真实状态下对于武器的掌握情况是很好的检验。

3.2.3 近战战术训练

近战战术训练系统把在地理上分散的各个学校、战术分队的多个训练模拟器和仿真器连接起来, 以当前的武器系统、配置、战术和原则为基础, 把陆军的近战战术训练系统、空军的合成战术训练系统、防空合成战术训练系统、野战炮兵合成战术联合起来, 实施诸军兵种联合演习。建立“虚拟战场”, 实施“真实的”对抗演习。

3.2.4 指挥员训练

一场战争的胜败关键就在于指挥官在各方面的运用能力, 我们虚拟现实技术将这一点很好的融入到了系统中, 我们对于整体的地形, 周边的情况进行三维有效地处理, 通过多方位的信息传递使得我们的指挥官能够更好的体验身临其境的感觉, 能够很好的锻炼指挥官的心理状态, 以及对于作战基础知识的培训。

3.3 作战行动优化与效能评估

我们整个的训练过程中都很好的借助先进的科学技术手段为依据, 我们进行军事训练的每一步都在系统的严密监视下进行的, 任何问题的细节处理以及当时的占地情况在我们的系统资料库中都有非常好的体现。我们对于各级单位以及每一个兵种, 每一个单兵都能够进行最为清晰地评价, 对于后期的评估工作变得非常的简单。

3.4 武器装备的研制与开发

在武器系统的研制与开发方面, 虚拟现实技术可发挥多种作用, 一方面可作为武器装备体系顶层设计的技术手段, 另一方面, 可以避免武器装备在实际研制、生产和部署各阶段由于决策失误造成的资金浪费, 缩短研制周期。

4 虚拟现实技术在军事领域的应用发展趋势

我们虚拟现实科技军事已经有了较长的发展史, 在初期人们主要作用于技术方面的训练, 慢慢的人们发现对于指挥官的锻炼能力也是很大的提升, 这样就把两者进行了很好地有机的结合, 大大的提升了训练的目的。未来科技的发展会越来越快, 我们在军事领域的武器装备以及威力方面都会有极大的提升, 实际的对抗会产生更大的困难, 我们的虚拟对抗系统会面临这样的新形势, 用途就会更加的被扩大化, 我们只有提升我们虚拟平台的技术水准来不断的满足当前的形式, 我们对于其发展做了以下几点的总结:

(1) 虚拟环境更加真实。未来的虚拟作战仿真环境将更加贴近实战, 对于战场上的所有物体的物理特征、行为特征描述将更加真实。

(2) 应用范围更加广泛。随着人们研究不断地深入, 虚拟环境越来越多的融入了先进的科学技术, 不断地加大软件与硬件的开发, 我们知道在军备竞争激烈的今天模拟训练作战的课题已经成为了未来的大趋势, 我们实际工作中的每一个角落也多充满了现代化的高科技运用。

(3) 作战行动更加复杂。就目前的发展形势来看, 已经摆脱了单一兵种作战的形式, 转变为多兵种作战, 海陆空协同的趋势, 对于我们的虚拟系统是一个严峻的考验。我们在自身的模拟系统中更多的融入软件的开发, 使得适应当前军事领域的需要, 更好的促进国防事业的发展。

(4) 创新战法更加有效。虚拟现实环境的分步性、交互性和虚拟性, 有利于学员熟练掌握新装备的施训和掌握新训法, 反复研讨新战法, 对未来战场可能出现的情况作出提前的判断与预演。

5 结束语

通过上文的介绍, 对于当前军事领域的发展我们有了进一步的了解, 未来的战争将更多的融入到科学技术的理念, 我们在平时练兵的过程中, 深深地体会到了这一点, 使得我们在实际的训练中更多的融入先进的科学理念, 为了更进一步的提升我们军事领域的素养进行了虚拟现实技术的应用, 已经取得了良好的效果, 我相信在未来的发展中一定会有更大的发展前景。

参考文献

[1]琚新刚, 李金波.虚拟现实及其应用[J].河南教育学院学报, 2003.

[2]李丽荣, 陆宇平, 王彦民.虚拟现实技术在军事上的应用[J].飞机设计, 2005.

虚拟现实技术与应用篇5

虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学中的应用

作者：刘娜

来源：《电子世界》2012年第19期

【摘要】本文在介绍虚拟仪器的概念及特点的基础上，指出测控专业应用虚拟仪器的必要性及其作用，并分析了虚拟在测控技术与仪器专业教学中的应用。

【关键词】虚拟仪器；测控技术；仪器；教学；应用

相比传统仪器，虚拟仪器具有开放性、灵活性并可与计算机技术保持同步发展、能够实时升级、价格低、利用率高、维护成本低等优点，对教学尤其是实验教学有着传统仪器无法比拟的优势。

一、虚拟仪器简介

20世纪80年代末期，美国成功研制出了虚拟仪器，其发展也标志着电子测量和自动检测仪器领域的革新。虚拟仪器英文全称为Virtual Instrument，简称VI，指的是在计算机为核心的硬件平台上，通过用户定义、设计出的一种具有测试功能和虚拟版面的计算机仪器系统。通过运用PC计算机的显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，用其他方式代表输出的检测结果，从而完成各项检测功能的一种计算模拟仪器系统。

其中虚拟具体包括两层意思：第一层意思是指虚拟仪器的功能是由软件编程实现。在硬件平台中，以计算机为核心组成的平台支持下，运用软件编程或软件的组合来实现虚拟仪器的功能，体现着计算机与测试技术深入的结合。第二层意思是指虚拟仪器的面板是虚拟构成的。与传统的虚拟仪器不同的是，其虚拟仪器的面板控件是实物和外形相似的图标，代表“放大”、“通”、“断”等等的图标相对应的软件程序。使用者只要通过鼠标点击面板中的控件就能进行操作，而不是由“触摸”、“手动”来进行操作。

二、虚拟仪器应用于测控教学的必要性

我国高等学校工科一般普遍开设例如《控制工程》、《工程测试技术》等专业基础课，这些课程综合和汲取了各学科的新发展、新成就，是一门综合性极强的学科，同时它对新发展的技术有较高的要求，敏锐度较高，这样以来对于学生的学习也就提出了一些新要求。第一，学生应明确建立频谱的结构概念，掌握数字分析、频谱分析等相关概念与基本原理。第二，学生要能够掌握并准确运用各种测试装置，明确他们的基础特性、使用方法、测试评价方法等。第三，工科学生应了解各种常用传感器、记录仪器、信号调理电路等仪器设备的性能与工作原

理，会选用并恰当使用，掌握一二阶系统动态特性和必要的测定方法。第四，学生需要动态测试工作的完整流程及其先关概念，能够运用并完成机械工程中参量的测量与记录。

通过以上的此类专业学生应该掌握的课程内容与要求中可以看出，这些课最大的特征就是有极强的实践性要求，具体内容也是较为抽象的，学生需要通过大量的实验与演示去理解课程内容，这样才有利于学生更好的理解和掌握基本的原理和概念，才能提高后期实践动手的能力。这样以来，我们在课堂中就需要有虚拟仪器来帮助教学，它在此类学科教学中无可比拟的优势。

三、虚拟仪器在课堂教学中的应用

前文我们已经提到，在测控技术与仪器专业等工程的课程教学过程中强调原来的理解和掌握，上课除了必须得多媒体设备外还需要一些硬件的实验设备，因为这样才能使得原本抽象性极强的课程变得更容易理解，让学生更容易掌握，然而一般课堂将大量的硬件实验设备设置在课堂中是非常不现实的。为了满足课程教学的现实需要，也能够满足现实教学条件，我们可以采用验证性实验来帮助所需要掌握的原理与概念，它以软件的虚拟仪器实验代替了大量的硬件实验设备，可以将信号产生到分析、处理、存储通过一台PC机就可以实现，实际上就是通过虚拟的仪器来模拟真实设备的过程。学生使用也非常方便，它可以根据上课内容与课程要求的变化随时调整实验数据与方案，增减实验项目，学生也可以自己将编好的程序输入电脑来自行设计实验内容，灵活度非常高，同时它的操作界面美观且便于操作，也进一步提高了学生的兴趣及动手能力。

四、虚拟仪器在实验教学中的应用

“实践出真知”，任何知识只有学以致用，将书本中得理论知识与实践相结合，在实际操作中得到应用才是最终学习的目的，前文我们所提及的验证性试验是为了满足课堂教学实际而采用模拟的方法来验证所学理论的正确性及一定程度上得操作，它仅是一种教学手段而不能代替真正的实验教学，事实上，只有将软硬件更好地结合起来的这种实证教学是教学的关键所在。在传统实验室中得实验中需要软硬件相结合，学生通过实验来认识各种硬件仪器与设备，以此来了解与掌握仪器连接、操作方法以及各种数据的采集方法。然而在实际教学中却越到了现实的瓶颈，工科专业为了保证各种实验的开设，就必须购进各种价格不菲的仪器设备，而且因为现代技术的不断发展，仪器设备更新速度非常快，这样以来学校要保证正常的教学就必须考虑购置新设备，就出现了新旧设备交替、旧设备淘汰、教育资源配置等等一系列问题。如果我们将虚拟仪器设备也引入了实验教学之中就可以很好的解决这些矛盾，我们可以将学校现有的计算机设备与虚拟软件结合起来，创新一种实验模式，在具体教学中采用虚拟仪器、实测信号、数据采集卡相结合的实验方式不仅可以节省了支出，将各种资源平衡运用，同时也可以提高学生兴趣与动手能力以及实际分析与解决操作问题的能力。

以机械传动实验来说，在虚拟仪器的帮助下，实验传动部分可以随意更换硬件模块，学生可以根据课程内容要求自主设计不同的传动方案，例如可以将单片机设计为下位机，而上位机

则可以采用虚拟软件LabVIEW来配合，单片机通过数据采集卡收集起来，上位机接受这些数据并利用虚拟仪器软件LabVIEW来处理数据、显示波形、存储及生成报表，同时还可以完成对电动机转速和载荷进行控制。此软件还有一个最大的特点是虚拟软件的替换性与通用性，具有非常高的灵活性，软件采用了组建模块化的设计，将各个组件与虚拟仪器设备相结合，基本及常用功能惊醒模块设计，做实验的同学可以根据实验要求而灵活地调用这些模块，使得实验变的非常方便。如果有学生有能力自己开发组件来扩充系统功能，也是值得鼓励的，这样可以提高的学生的创新和实际的能力，而不只是原来按指导书上的要求去机械地去做实验了。还一个值得注意的现象是随着我国教育教学条件的不断发展，网络实验和远程实验操作已经成为了目前的新趋势，LabVIEW很好地顺应了这一形势。值得一提的是LabVIEW为了满足不同应用、不能层次的需要而提供了多种网络通信途径供用户自行选择，通过其中的Remote Paner功能可以利用Web，使得用户可以不需要编程即能够在远程的计算机上连接本地面板并操作此服务器上的软件，进行数据的收集，还可以通过LabVIEW或者浏览器直接进行控制。这样非常使得学生的学习实验变得非常的便利，学生可以不去实验室即可完成实验操作，他们只需要在任何有网络的地方就可以进行实验，方便了教与学，也实现了教学资源的真正共享。

五、结束语

面对当前新的教学要求与教学形势，为了适应期需求就要求我们不断摸索新的教学手段和教学方法，虚拟仪器正好为我们在测控教学中提供了新思路。虚拟仪器不管是在实验教学过程中，还是在课堂教学中都让我们感受到运用高科技教学方法的创新之路。

参考文献

[1]闫晓梅，高文华.虚拟仪器在电子技术实验中的应用[J].电气电子教学学报.2011（1）.[2]刘晓东，杨宝民.虚拟仪器技术在专用测试设备上的应用[J].电子测量技术.2010，33

虚拟现实技术与应用篇6

关键词：电力系统服务器虚拟化

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0009-01

1 公司信息化建设和机房管理现状

随着省公司ERP项目、国网sg186工程、信息化供电公司项目建设部署，公司服务器、网络设备的数量亦急剧增加[1]。目前布置在我公司中心机房的各类信息设备和网络设备多达100多台。我公司信息机房于2002年建设使用，但因办公场所紧张，信息机房和远动机房被安排在了一间20平米的办公室内，已不能符合现在机房的要求，也很难改造。其信息化建设和机房管理现状主要表现为：

（1）成本高。传统意义上的IT部署中，服务器均是单机模式，导致其硬件成本较高，同时机柜、耗电量、人力成本等运营和维护成本也较高。（2）负载大。当前状态下，机房在电源负载、容量和空调制冷等方面均无法达到设备安全运行和存放的水平，存在一定的安全隐患。（3）业务连续性低。遇到故障时，系统升级或维护时要停机运作，重启系统时间较长，极易导致应用中断，业务连续性差。（4）信息系统难以实现集中管理。因服务器数量太多，应用相应就多，硬件维护准备较多，缺乏信息系统的合理管理，难以实现集中管理。

2 开展课题研究，确定预期目标

针对公司信息化建设和机房管理现状，公司开展服务器虚拟化技术研究，整合现有的服务器，使业务实现连续性和可靠性，并结合存储技术，提高服务器的利用率，并确定以下预期目标：

（1）降低TCO。通过整合服务器，控制和减少物理服务器的数量，明显提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率，进而降低硬件成本、运营和维护成本。

（2）提高运营效率。在服务器和应用的部署上，加快速度，降低服务器重建和应用加载时间。积极提前规划资源增长，积极响应客户对应用的需求。

3 实施服务器虚拟化技术，攻坚克难

根据公司目前的情况，我们选用DELL刀片式服务器+EMC存储+Vmware虚拟软件搭建研究平台，建立多个虚拟服务器，在每个虚拟服务器上，再安装配置Windows、Linux操作系统及应用软件，将物理服务器转变为虚拟服务器，提高服务器及CPU的资源利用率的同时，降低运营、维修等各方面的成本，系统及其应用的可用性、灵活性增加，实现了服务器虚拟架构的有效完美整合。

为了实现数据的集中存储、集中备份以及充分利用VMware虚拟架构中虚拟机可动态在线从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上的特性等，结合庐江供电公司现有的存储需求，建议扩容现有存储领域的EMCCX3-40存储设备，组成标准的SAN集中存储架构，由VMware虚拟架构套件生产出来的虚拟机的封装文件都存放在SAN存储阵列上[2]。根据计算，我们完全可以通过在一台含4块两颗Intel四核CPU技术的刀片服务器上创建40个虚拟服务器的方式，来完成传统方式需要40台的低配置的双路四核服务器才能完成的工作，用户在降低成本的方式，还大大减少了环境的复杂性，降低了对机房环境的需求，同时具有更灵活稳定的管理特性[3]。

4 实现预期目标，改善硬件环境

这一系统的运行，实现了服务器整合和数量控制，以较低的成本提供高级业务连续性保护，同时为关键应用程序提供高可用性和应用系统的可靠性。主要归纳以下几个方面。

（1）设备运行效率大大增加。在虚拟化系统上线前，单台服务器资源利用很低，比如CPU长期处在只有2%-3%的利用率，现在整合后，资源效率利用率大幅提升。

（2）方便管理。系统提供了可视化的全局界面，多台服务器同时展现在界面中，服务器不再是一台一台独立的服务器，他们集合在一起，成为一个“数据中心”。

（3）环境状况改善明显。系统一共整合了9台服务器，整合比例高达1：8，设备占用空间大大减少，据统计空间节约了79U，按目前普通服务器DELL 2950（占用2U空间）计算，可多安装26台服务器。

5 经济与管理效益分析

（1）经济效益。①在应用数量不减少的情况下，只需一台高端服务器即可，故将来节省服务器硬件投资金额至少30万；②据统计，一台双电源物理服务器一年365天24小时不停运转，全年电费约1万元，按照以上整合一个信息中心机房一年可以节省9多万电费；③同时减少废气排放，完全符合国家提倡是节能降耗政策，有极高科研价值。

（2）管理效益。數据中心提供了从单一控制点管理整个虚拟基础架构的能力：①帮助IT管理人员实现对机房环境的“可控、在控”要求，实现业务连续性目标。②在安全性方面，可以降低或阻止不断攀升的机房设备数量、电源负载、制冷量要求。③在落实信息安全等级保护方面，可以简单、快捷的按照等级划分要求，把应用系统在不同的物理服务器之间实现调配，方便信息安全人员进行统一设置。④在主机管理方面，无需借助专业的KVM设备（系指可以层连、远控的KVM），就可以简洁的实现对机房所有主机的集中式管理，同时可以在零宕机的环境下实现对任何主机的计划检修、退役、新增。⑤在公司信息化供电公司建设方面，通过虚拟化技术，结合千兆城域以太环网和集中式存储系统的部署，可以实现公司虚拟化机房。

6 结语

虚拟化技术处于时代前沿，通过服务器整合，控制和减少物理服务器的数量，提高物理服务器及其CPU的资源利用率。虚拟化技术可以帮助企业管理他们在世界各地的IT基础架构并确保其安全。虚拟化技术是未来的发展趋势，该技术在电网公司有广泛的应用前景。

参考文献

[1]韩寓.服务器虚拟化技术研究与分析[J].电脑知识与技术，2011（7）：1654-1655.

[2]李蔗.服务器虚拟化技术在电力企业中的应用[J].技术与市场，2013（2）：46-47.

虚拟现实技术与应用篇7

1 虚拟现实技术的概念和特性

虚拟现实技术 (Virtual Reality, 简称VR) 是一种由计算机全部或部分生成多种感觉环境, 给参与者提供各种感官信息, 使之产生身临其境的感觉, 以便更好地体验、接受和认识客观事物的技术, 它可分为沉浸式和非沉浸式两种。

2 虚拟现实技术的场景建模的研究

采用虚拟现实技术实现“虚拟场景”中, 三维场景建模是一项很重要的工作, 场景建模实际上就是对实体对象按“虚拟场景”的呈现、可视化、漫游等要求, 对其对等实体大量相关数据的收集、组织和存储供其使用的过程。主要通过场景总平面图、地形图、楼建筑图纸及功能区域的航拍图、卫星遥感图来获得数字化地图数据。场景总平面图通常以Auto CAD格式存储, 在处理中尽量简化多余的层面只保留对建模有用的层、面、体处理过的数据;纹理对于增加虚拟场景的真实感有至关重要的作用, 纹理数据是指来自实地拍摄的数码照片和用于地表物体的纹理及简单映射几何模型的纹理数据库等。

基于实景的虚拟现实场景的生成过程具体包括实景获取, 用第三方软件建模, 场景材质设置和真实感贴图, 虚拟现实系统初始化, 模型对象化导入与实时呈现等5个方面。

首先要对室外实景进行建模, 对于室外模型, 要反映现实中的上海工程技术大学, 所以对其进行数据收集。首先精确地采集了上海工程技术大学的建筑数据, 从学校相关部门找其相关的平面结构图。然后对实景进行数码拍照, 拍照要从不同的角度, 力求反映物体的各个细节。

为了提高整个系统的运行效率, 可以采用多层次细节模型 (Level Of Detail LOD) 机制。通过采用这种机制, 为每个物体手工建立繁、简不同的模型, 在远距离观察时就用相对简单的模型, 而当近距离观察时则使用相对复杂的模型, 这样做可以有效地达到系统的逼真性和速度之间的均衡。

3 虚拟现实建模中的图像贴图

程序贴图虽然具有能导致计算机生成人工化的痕迹的缺点, 但同时这类贴图却又具有占用内存较少的优点, 因而它在Maya的内部被大量使用, 并通过一种数学机制进行运算。程序贴图可分二维程序纹理和三维程序纹理两大类, 但使用二维程序纹理, 就必须要创建UV坐标, 或者也可进行投影贴图, 而使用三维程序纹理的话则因为贴图过程是根据贴图在三维空间的位置自动进行计算的, 所以不需要创建UV坐标。

图像贴图分为颜色贴图和凹凸贴图具有外观逼真, 但占用内存较多的特点, 特别是当涉及图片数量过多时, 整个过程则变得极为繁琐、麻烦, 而且特别容易出错在笔者做的校园中, 就涉及到数量相当多的路灯、数木、草坪等等。

4 虚拟现实技术发展趋势

虚拟环境的建立是VR技术的核心内容, 动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据, 并根据需要建立相应的虚拟环境模型。

三维图形的生成技术已比较成熟, 而关键是如何“实时生成”, 在不降低图形的质量和复杂程度的前提下, 如何提高刷新频率将是今后重要的研究内容。此外, VR还依赖于立体显示和传感器技术的发展, 现有的虚拟设备还不能满足系统的需要, 有必要开发新的三维图形生成和显示技术。

虚拟现实实现人能够自由地与虚拟世界中的对象进行交互, 犹如身临其境, 结合各种感应设备进行全新感官的体验设计应是虚拟现实未来研究的重要方向。

5 结语

本文通过对虚拟环境下场景制作技法的研究, 详细说明了虚拟场景的构造过程, 实现了现实场景的虚拟漫游。

通过上海工程技术大学实景制作来阐述虚拟现实场景的生成过程及其相关注意事项, 例如通过合理建模减小复杂度, 通过真实感贴图来增强逼真度, 通过模型导入的对象化来实现对虚拟物体的控制, 最终在逼真性、实时性和可控性方面都达到了较好的效果。

摘要：本文以上海工程技术大学数字校园项目为案例, 通过对虚拟环境下场景制作技法的研究, 详细说明了虚拟校园场景的构造过程, 实现了现实场景的虚拟漫游。

关键词：数字校园,虚拟现实技术

参考文献

[1]王柯.基于虚拟现实技术的三维漫游系统研究与实现[D].四川:西南交通大学, 20 06:2.

[2]母天石.基于VRML虚拟现实漫游技术的研究与实现[D].武汉:武汉理工大学, 2005.

[3]姜庆.虚拟现实技术在数字化校园中的应用[J].信息技术, 2006:150-151.

[4]Isabelle V, Olivier W., Angeline S., eta1.High sensitivity to multisensoryconflicts inagoraphobia exhibited byvirtual reality[J].European Psychiatry, 2006:501-508.

[5]Lucian Panait M.D., Ronald C.MerrellM.D., et a1.Virtual Reality LaparoscopicSkill Assessment in Microgravity[J].Journal of Surgical Research, 2006:1 9 8-2 0 3.

虚拟现实技术与应用篇8

虚拟现实技术, 是近年发展起来的高级计算机技术, 是建立在计算机图形学、仿真学、并行技术、人工智能、多媒体技术及高性能计算机系统等技术基础之上的。目前世界上对虚拟现实还没有一个确切的定义, 不同的人对其有不同的理解, 比较有代表性的定义有下列三种[1]:

(1) 虚拟现实, 英文名称Virtual Reality, 简称VR, 是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统。这里所说的虚拟世界是指所有虚拟环境或给定仿真对象的全体。而“虚拟环境”一般是指用计算机生成的有立体感的图形, 它可以是一特定现实环境的表现, 也可以是纯粹虚构的世界。

(2) 虚拟现实是使人可以通过计算机看见、操作极端复杂的数据并与之交互的一种方式。

(3) 虚拟现实是一种媒介, 它具有三维合成环境, 人们可以按自己的意愿, 从任选视点实时地在其中连续而自由地探测、考察和体验。

Virtual Reality一词最早是由美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier于20世纪80年代初正式提出来的。他认为, 与传统的“人—机界面”相比, 虚拟现实技术具有质的飞跃。传统的“人—机界面”是将用户和计算机视为两个独立的实体, 将界面视为信息交换的媒介, 用户将要求或指令输入计算机内, 计算机将信息或动作反馈出来。而虚拟现实技术则将用户和计算机视为一个整体, 通过各种直观的工具将信息可视化, 用户直接置身于这种三维信息空间中自由地操作和控制各种信息, 从而成为信息的主人。

2. 虚拟现实技术在汽车工业中的应用

2.1 在虚拟设计中的应用。

基于虚拟设计技术的对象是产品的结构和性能, 从产品设计、分析、模拟、评测出发, 对客户所需求的产品性能和成本进行优化, 它的对象是产品本身[2]。

近几年来, CAID技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持, 但目前在虚拟设计中通常使用软件组合来完成产品设计过程。例如复杂曲面的产品造型, 多采用Rhino和Pro/Engineer, 而产品的渲染则采用3DMAX或Light WAVE, 其实质并没有把设计人员从二维鼠标与键盘上解放出来, 设计人员也并没有真正参与到虚拟产品设计中来, 在某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。

现代生产中产品的虚拟设计和开发就是建立虚拟样机。以借助虚拟现实技术建立的三维汽车为例, 在对汽车进行设计时, 设计人员在具有全交互性的设计环境中, 利用头盔显示器、具有触觉反馈功能的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置, 将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连, 不仅可以进行虚拟的合作, 产生一种身临其境的感觉, 还可以实时地对整个虚拟产品 (Virtual Product) 设计过程进行检查、评估, 实地解决设计中的决策问题, 使设计思想得到综合。在交互性的虚拟环境快速成型设备上, 设计人员对虚拟产品设计模型的直接设计, 提高了设计人员积极性与创造性的发挥。

2.2 在虚拟制造中的应用。

虚拟现实技术是虚拟制造系统的基础和灵魂, 虚拟制造系统是由多学科知识形成的综合系统, 是利用计算机支持技术对需要进行生产和制造的产品进行全面建模和仿真, 它能够仿真非实际生产的材料或产品, 同时得出有关它们的信息。

虚拟制造系统 (Virtual manufacturing system) 由虚拟信息系统 (Virtual information system) 和虚拟物理系统 (Virtual physical system) 组成。虚拟信息系统也叫虚拟逻辑系统, 主要是用来模拟处理设计、管理、计划调度等制造活动中的信息;而虚拟物理系统是计算机对实际的加工车间, 包括机床、材料、工人等进行建模, 并在此模型的基础上进行仿真实际制造系统的制造过程。

虚拟物理制造系统中的信息和实际的制造系统相一致, 它是虚拟制造系统的关键。虚拟制造技术的应用范围涉及产品的整个生命周期, 它可以在生产设备、工装和模具, 甚至样车的设计之前, 很容易地对生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。在汽车柔性生产系统 (FMS) 、计算机集成制造系统 (CMIS) 的设计和应用中, 就广泛运用了虚拟现实技术。

虚拟设计与虚拟制造都是围绕着产品而展开的活动, 是一个彼此相互联系有机整体。虚拟模型相互关系如图1所示。

2.3 在虚拟试验中的应用。

虚拟试验技术作为汽车虚拟制造技术的一个关键环节, 在汽车空气动力学及汽车被动安全性研究中正得到越来越广泛的应用, 汽车被动安全性研究包括车身抗撞性研究、碰撞生物力学研究以及乘员约束系统和内饰件的研究。

虚拟试验方法的核心是有限元法和多刚体动力学的数值方法, 它通过一定的前后处理程序和数据转换模板, 以CAD文件为输入, 在计算机中模拟出与实际试验一样的环境。通过计算, 得到试验报告。

设计师设计出的新型汽车是否合理, 往往需要经过碰撞、风洞等测试加以检验。最初检验新型汽车性能的方法是:先在一辆样车上放置木偶, 加速后让它与墙壁碰撞, 然后, 再检测车身与木偶的受损程度, 由此断定碰撞过程中车与人的受力情形。这种方法, 不仅存在着严重的误差, 而且需先把样车做出来, 费事费力。而采用虚拟试验方法, 则只需先用木材、黏土或陶土做一辆汽车模型, 在风洞中测定其空气动力学数据, 再把模型扫描进虚拟环境系统, 把它放大成与真车一样的大小。通过虚拟环境系统模拟撞车, 可以精确地把木偶的手或脚的受力情况反映出来, 采用这个系统, 可以减少约一半的设计费用及时间。

3. 虚拟现实技术在汽车工业中的前景展望

多媒体技术软硬件飞速发展, 特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合, 加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度, 使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。虽然目前汽车工业应用虚拟现实技术进行产品开发、制造、试验目前处于起步阶段, 主要应用于概念车和车身内外模型的开发, 另外在汽车装配中亦有少量使用, 但我们相信, 随着传感器与信息环境的交互技术等虚拟现实技术不断发展和完善, 它必将引起汽车行业各个领域的革命性变化。

3.1 敏捷制造/虚拟工厂。

虚拟现实技术将广泛应用于汽车工业, 主要是以美国工业界提出的一个敏捷制造/虚拟企业为契机的。1991年, 美国里海大学受美国国防部委托, 组织编写了《21世纪制造企业的战略》的报告。在报告中, 首次提出了敏捷制造 (Agile manufacture) 和虚拟企业 (virtual enterprise) 的概念。他们认为敏捷 (agility) 是一种能使企业在无法预测、持续变化的市场环境中保持并不断提高竞争力的能力。

该报告设想到2010年建立美国汽车 (USM) 公司, 实现汽车工业的敏捷制造/虚拟工厂, 主要达到以下目的标:

(1) 每辆USM公司的汽车都按用户要求制造, 每辆USM公司的汽车从定货起3天内交货。USM汽车在整个生命周期内有责任使用户满意, 并且这种汽车能重新改造, 使用寿命长。

(2) 用户可以利用USM公司的图表、虚拟设计软件设计自己所需的汽车, 并了解其售价、运行费用等。

(3) 用户初步选定车型后, 可进行模拟试验, 通过模拟试验或重选或提出意见, 满意后办理订货手续。

(4) USM公司工厂按年产6万辆设计, 同一条生产线上可装配其所有型号的变型车, 数量不限。

(5) 在世界各地建厂, 6个月内投产。

(6) 4个月提出一种新车型。

(7) 设计与制造能力匹配, 产品设计与工艺设计同时进行, 对全车设计与制造工艺进行虚拟设计和仿真。

(8) 设计通过后, 有计算机选择所有制造设备, 并投入生产。

未来敏捷制造/虚拟企业的模式将表现为由计算机网络控制的多个柔性制造单元组成的分布式自动制造与虚拟制造系统。

3.2 对并行工程的促进。

不断发展的CAD、CAM、CAS (计算机辅助造型) 、CAT (计算机辅助试验) 、CAE (计算机辅助工程分析) 等各个领域渗入虚拟现实技术, 并形成一个具有集成性、并行工程的网络。各个虚拟现实工作室工作人员, 可以在不同的地点、不同时间、不同场合进行虚拟现实对话, 在进行产品设计的同时, 虚拟现实技术有能力提供大量的数字化三维模型, 对分析、研究、建立生产装配线、工艺流程、原材料品种和消耗、工厂费用和成本等, 通过检测, 最终选定一套最佳的工厂设计方案[3]。

同时, 企业领导、工程技术人员、经销商、供应商等, 还可在该虚拟现实环境中, 共同探讨各种产品的性能与市场前景, 以便生产出用户满意的汽车产品, 并且有关产品的供货合同、设计、生产、试验、储运等问题, 都可以一并解决。

3.3 供、销商介入汽车生产。

以前, 每当设计新车型时, 经常会因一些技术参数的更改而与零部件供应商进行反复沟通与协商, 而这些沟通与协商几乎都是以邮件、传真等方式进行的, 很不方便。但在虚拟现实技术的环境中, 主机厂工程技术人员设计新车型时, 可要求主要零部件供应商将拟采用的零部件数据以CAD及CAS的方式输入主机厂的数据库, 并让它们进入主机厂的开发网络, 当主机厂修改设计方案时, 与之配套的零部件也将实时进行修改, 不必与供应商反复沟通与协商。

4. 结语

目前, 虚拟现实技术正渗入到汽车工业的各个领域, 它不仅为汽车设计开发人员创造了更为宽松自由的工作环境, 而且从根本上动摇了一些曾被视为经典的汽车产品设计开发理论和指导原则。虚拟现实技术已经被普遍认为是下一代产品设计的主要技术, 它的推广和应用将使汽车工业的思维模式、开发方式、部件供应、组织形式、市场竞争等方面产生全方位的创新和变革。在虚拟现实技术的未来发展中, 虚拟汽车和真实汽车之间的界线将会变得越来越模糊。

摘要：文章通过对虚拟现实技术的介绍, 分析了虚拟现实技术是一个最新的技术开发平台和复杂的仿真工具, 在当前汽车工业中的设计、制造及实验等环节都得到广泛应用, 并对该技术在汽车工业中的应用前景进行了展望。

关键词：虚拟现实,汽车工业,产品设计

参考文献

[1]李怡, 李树涛.虚拟工业设计[M].北京:电子工业出版社, 2003, 6.

[2]刘宏增, 黄靖远.虚拟设计[M].北京:机械工业出版社, 1999, 12.

虚拟现实技术与应用篇9

虚拟现实是指用计算机生成的一种逼真的三维环境,在电脑模拟产生的一个虚拟世界中,用户可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物,它是计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术等许多相关学科领域交叉、集成的产物。虚拟现实系统具有三个基本特征:浸没感(Immersion)——用户在模拟环境中的真实性,交互性(Interactivity)——用户对模拟环境内物体的实时可操控性),构想性(Imagination)——虚拟现实技术具有广阔的可想像空间及环境。虚拟现实强调了在虚拟系统中的人的主导作用,实时交互性是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一,也是虚拟现实技术的精髓。

虚拟现实技术开始于军事领域的需求,现在已开始从高端领域全面走向专业应用领域,在娱乐、教育、艺术方面的应用占主流,发挥的作用也越来越大。

2 虚拟现实技术在医学教育中的应用

虚拟现实技术正在广泛地应用于各个领域,在医学领域的应用备受关注。

国外的起步较早,美国作为虚拟现实的发源地,早在上世纪80年代就进行了人体解剖图像数字化资料研究,90年代末,开展了虚拟解剖学、虚拟放射学、虚拟内窥学等学科的计算机辅助教学。目前,已研制出了人体虚拟解剖,一套完整的人体虚拟解剖系统,学生利用在虚拟的组织和器官问的模拟操作感受触觉反馈,使学生更快地掌握手术要领和技术。从而提高诊断和治疗水平。

我国与国际相比,虽有一定的差距,但目前已引起政府、科技界的高度重视,九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把虚拟现实列入了研究项目。目前,已成为当今最有影响力的高新产业技术之一。国内一些重点院校,已积极投入到了这一领域的研究工作。从2004年首届虚拟现实峰会举办以来,中国虚拟现实峰会已成为业内具有重要影响力的业内活动。绿色医疗研究院也在2012年的峰会中正式宣告成立,伴随着我国医疗事业和IT技术的不断发展壮大,虚拟现实在医学课堂教学、实验教学、临床培训等领域得到了广泛应用。采用虚拟现实系统来辅助医学教学,可以使教师与医学学生以三维的形式看到人体结构的形状、位置及器官间的相互空间关系等,从不同角度,真实模拟及分析,从而获得前所未有的直观感受,不仅降低了成本,而且是传统的文字、二维图像、生物标本所不能达到的学习效果。

3 虚拟现实技术在心脏医学教学中的应用与实现

心脏是人体重要器官之一,是一个结构复杂、快速活动的立体器官,一直都是临床医学研究的重点。心脏病很可怕,它限制人的活动、降低生活质量,甚至威胁人的生命。然而更可怕的是人民缺乏对心脏病的认知。虚拟现实技术的发展使得三维虚拟心脏的教学应用成为可能。不仅可以应用于医学学生的教学中,也可以应用在心脏的科普教育中。

虚拟现实在医学教育的应用与实现需要以下几个步骤:三维虚拟心脏的建模、三维心脏模型的表面纹理贴图处理、虚拟心脏动画及交互功能的仿真。

我们首先了解、分析心脏的结构及工作原理,按照虚拟现实建模的要求,用3DMAX对心脏进行三维建模,虚拟现实中运行画面的每一帧都需要显存及CPU的计算,面数太多会导致运行速度急剧下降,网络发布也会导致下载时间过长。采用虚拟简模建模方法(如图1所示)能在电脑及网络上较流畅地展示虚拟心脏交互效果。

先用多边形建模方法完成三维建模,对三维模型进行表面光滑处理,然后优化结构,在不影响显示效果的前题下,尽量节省面数,删除不必要的点、线、面(如图2所示)。

虚拟三维心脏不仅应该保证结构的准确性,还应该具有比较逼真的视觉外观,如何达到逼真的三维图形,需要有良好的纹理映射和光照技术等后处理。UV(3)

纹理贴图是对物体表面进行调整,细节表现的过程。经手工调整UV,赋予模型纹理财质,并真实感渲染(如图3所示)。

适当动画可以让画面更生动有趣,便于表述心脏的工作及病变情况。用FFD修改编辑器和动画的设计,可以充分体现心脏的跳动过程。完成了对心脏结构及血管系统的可视化处理后,最后将在3DMAX中完成的模型及刚体、柔体动画导入虚拟现实引擎平台,在后期引擎中调整贴图色彩、优化作品,编写交互脚本及交互界面设计,程序调试正常、作品发布。

用计算机系统可以帮助医学生试验不同的选择,分析病理问题,操作虚拟的心脏模型,不会危害到患者,对心脏的医学教学、病理分析、科普教育起到了一定的辅助作用。

4小结

本次设计虽然仅仅涉及了心脏结构及心血管方面的虚拟现实应用,取得了较好的效果。下一步,我们将继续研究技术,并结合硬件,融合较完整的心脏病理知识,向临床实践靠拢。在医疗诊断、手术模拟方面进行实践与应用。随着我国医疗事业和IT事业的不断发展壮大,虚拟现实在医学中的应用将更广泛、深入。

摘要：虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统,人们可在此进行操作或控制,实现特殊的目的。虚拟现实技术在医学领域的应用备受关注。该文主要探讨虚拟现实技术在心脏医学教学中的应用与实现。

虚拟桌面技术应用与研究篇10

用户对于类似虚拟桌面的体验并不陌生,其前身可以追溯到Microsoft在其操作系统产品中提供的终端服务和远程桌面,但是它们在实际应用中存在着不足。例如之前的终端服务只能够对应用进行操作,而远程桌面则不支持桌面的共享。虚拟化技术的发展使虚拟桌面获得了长足的发展,当前虚拟桌面解决方案主要分为VDI(Virtual Desktop Infrastructure)和SBC(Server-Based Computing)两大类。基于VDI的虚拟桌面解决方案的原理是在服务器侧为每个用户准备其专用的虚拟机并在其中部署用户所需的操作系统和各种应用,然后通过桌面显示协议将完整的虚拟机桌面交付给远程的用户,因此,这类解决方案的基础是服务器虚拟化。服务器虚拟化主要有完全虚拟化和部分虚拟化两种方法:完全虚拟化能够为虚拟机中的操作系统提供一个与物理硬件完全相同的虚拟硬件环境;部分虚拟化则需要在修改操作系统后再将其部署进虚拟机中。两种方法相比,部分虚拟化通常具有更好的性能,但是它对虚拟机中操作系统的修改增加了开发难度并影响操作系统兼容性,特别是Windows系列操作系统是当前用户使用最为普遍的桌面操作系统,而其闭源特性导致它很难部署在基于部分虚拟化技术的虚拟机中。因此,基于VDI的虚拟桌面解决方案通常采用完全虚拟化技术构建用户专属的虚拟机,并在其上部署桌面版Windows用于提供服务,但也有部分方案对Linux桌面提供支持。

基于SBC的虚拟桌面解决方案原理是将应用软件统一安装在远程服务器上,用户通过和服务器建立的会话对服务器桌面及相关应用进行访问和操作,而不同用户之间的会话是彼此隔离的。这类解决方案是在操作系统事件层和应用软件层之间插入虚拟化层,从而削弱两个层次之间的紧耦合关系,使得应用的运行不再局限于本地操作系统事件的驱使。其实,这种方式在早先的服务器版Windows中已有支持,但是在之前的应用中,用户环境被固定在特定服务器上,导致服务器不能够根据负载情况调整资源配给。

另外,之前的应用场景主要是会话型业务,具有局限性,例如不支持双向语音、对视频传输支持较差等,而且服务器和用户端之间的通信具有不安全性。因此,新型的基于SBC的虚拟桌面解决方案主要是在服务器版Windows提供的终端服务能力的基础上对虚拟桌面的功能、性能、用户体验等方面进行改进。

采用基于VDI的解决方案,用户能够获得一个完整的桌面操作系统环境,与传统的本地计算机的使用体验十分接近。在这类解决方案中,用户虚拟桌面能够实现性能和安全的隔离,并拥有服务器虚拟化技术带来的其他优势,服务质量可以得到保障,但是这类解决方案需要在服务器侧部署服务器虚拟化及其管理软件,对计算和存储资源要求较高,成本较高,因此,基于VDI的虚拟桌面比较适用于对桌面功能需求完善的用户。

采用基于SBC的解决方案,应用软件可以像传统方式一样安装和部署到服务器上,然后同时提供给多个用户使用,具有较低的资源需求,但是在性能隔离和安全隔离方面只能够依赖于底层的Windows操作系统。另外,因为这类解决方案在服务器上安装的是服务器版Windows,其界面与用户惯用的桌面版操作系统有所差异,所以为了减少用户在使用时的困扰,当前的解决方案往往只为用户提供应用软件的操作界面而并非完整的操作系统桌面。因此,基于SBC的虚拟桌面更适合对软件需求单一的内部用户使用。

2. 虚拟桌面部署架构

目前,比较常用的虚拟桌面平台分别为Vmware View虚拟桌面方案和Citrix Xen Desktop虚拟桌面方案。Vmware和Citrix平台产品在组件上有一定区别,但从总体架构上,基本按照如图1所示布局。

3. 虚拟桌面部署应用实例

为进一步说明虚拟桌面的部署要求,下面从软件配置、硬件部署、安全要求等多个方面说明一个VDI方式虚拟桌面应用实例的部署情况。

3.1 软件配置

1)本图描述了虚拟桌面平台的基本技术架构;

2)接入服务器通常指View connection服务器或者citrix netscaler网关;

3)资源服务器通常指Vsphere server或者xenserver;

4)AD服务器、认证服务器、密钥服务器都可以使用windows server自带服务;

5)监控服务器、管理服务器通常由虚拟化平台统一提供。

3.1.1 桌面虚拟化平台

1)VMware软件配置清单,见表1。

2)Citrix,见表2。

3.1.2 桌面操作系统,见表3。

3.1.3 桌面其他软件,见表4。

3.2 硬件平台

3.2.1 服务器

X86架构四路刀片服务器,6Cores/CPU,内存在96GB以上,数量为4台,可以至少支持200人使用。

3.2.2 存储

(1)虚拟机使用SAN存储;

(2)用户数据使用NAS存储管理用户数据存储,NAS与AD域集成,实现基于用户权限的用户数据的安全访问。需要存储容量约为15TB。

3.2.3 网络

提供刀片服务器机箱所需的网络接入,刀片机箱与核心交换机之间带宽应不小于4Gb/s。

3.2.4 备份

提供存储所需的备份设备;

本地数据备份可通过快照技术实现集中化数据保护。

离线备份利用NAS的NDMP功能将备份数据直接通过SAN网络备份到现有的带库中,实现快速数据备份。

4. 虚拟机配置要求

4.1 虚拟机配置的制定依据,见表5。

5. 安全策略要求

5.1双因素认证

系统采用域口令和RSA动态口令双因素认证方式,其中域口令可以使用微软AD域控制服务器进行管理,RSA动态口令由RSA认证服务器管理。

5.2 数据权限策略

(1)用户数据与虚拟机分别存储,用户数据和标准虚拟机数据分别进行存储,虚拟机为标准虚拟机,统一模板,统一更新,用户不可以随意安装任何桌面应用软件。此控制主要由AD域控制策略定制确定;

(2)用户数据只能由用户本人打开,系统管理员及其他用户不能够打开,服务器、存储运维人员也不能够打开,虚拟机所访问的数据无法往外拷贝。

此控制主要由AD域控制策略结合加密技术实现,通过域控制策略,可以使得用户文件夹为私有文件,除文件所有人外其他用户包括管理员都无法查看用户数据;为了防止管理员非法授权访问用户数据,使用Windows服务器自带的RMS加密技术、使得用户文件夹和文件在服务器内部以及离线状态下都需要通过用户私钥进行解密后才能够读取,证书和私钥通过Windows服务器自带密钥管理功能进行管理。

5.3 网络接入控制

(1)用户终端网络接入只能上外网,不能直接访问公司应用,需通过内网中虚拟桌面网关访问公司应用进行办公,虚拟桌面中不可访问互联网;

(2)用户可通过有线网络,无线网络和3G等不同接入方式访问虚拟桌面。将内、外网络中无用的访问端口进行关闭,只开放访问虚拟桌面所需要的端口。

6. 管理运维流程

6.1 依靠服务台创建虚拟桌面,如图2所示。

(1)用户在服务台上自助申请虚拟桌面;

(2)申请流程在服务台上审批;

(3)桌面云管理员确认资源及用户、虚拟机配置,自动创建虚拟桌面;

(4)云管理员/云桌面管理系统发邮件通知用户虚拟桌面已经创建;

(5)用户登录桌面系统,并通过AD域认证;

(6)用户接入虚拟桌面。

6.2 运维监控管理