虚拟技术论文优秀5篇
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虚拟技术论文范文【第一篇】
1城市设计的主要内容及其对计算机图形图像技术的要求
城市设计简要地说就是为人们设计聚居地的一种艺术,它是城市规划的重要组成部分。城市设计所关心的是建筑实体的视觉效果;人与场所的连接性;活动空间与舒适环境的创造;整个城市景观改善的进程。城市设计要为建筑物实体及其空间布局,为建筑形式构图及其与周围空间的三维关系,为获得美学与社会质量成就进行视景布置建立整体框架。
城市设计内容的层次性。城市设计的基本内容分为宏观、中观、微观三个层次。
宏观层次:城镇分布与城市形象。城市设计的宏观层次包括在一定区域内的城镇分布;城乡一体化规划与景观设计;城市的格局与形态、功能组团、环境保护、基础设施、分区特色与舒适的环境、城市出入口、土地利用与活动场所等。城市设计的宏观层次内容与城镇体系规划相辅相成,不过城市设计更注重于城市的关键性特征与自然景观的构成;注重城市开发建设对自然景观、文化或社会经济资源的物质的和视觉质量的直接和间接影响。在对宏观层次的城市设计进行评价时,创造高质量的城市环境和优美的城乡视野成为重要准则。包括对自然山水景观的组织与利用,视觉特征物的适宜性和可视性,整体高度轮廓和体量的协调性,与传统景观的协调性等等。为应用ArcGIS对炎陵县的自然地理、人口分布、交通条件等进行综合分析作出的城镇布局。为应用ArcGIS对炎陵县重点发展地区的用地空间发展所作的规划。规划在宏观上充分考虑了炎陵县作为人文与生态旅游县的自然环境特色。
中观层次:建筑物与空间。中观层次城市设计内容包括用地布局、建筑设计、交叉口与广场、街道和路网格局、视线走廊、连接度与整体性、体量与高度、地标物、开敞空间和公园、人行道与步行系统的连接等等内容。中观层次城市设计内容与城市总体或分区规划相辅相成,不过城市设计主要关注开发建设对自然景观的物质和视觉质量的直接和间接影响;人工建造物的适宜性和视角的关系;对光和空气的穿透性影响;与步行道格局的协调性;与城市整体立面轮廓和体量的协调性;与地方传统的协调和对周围环境的影响等等。图3为应用ArcGIS对炎陵县城现状所作的全景鸟瞰。
微观层次:使用者环境。微观层次的城市设计内容包括建筑物的人的尺度、街道陈设、材质颜色和纹理、过渡的处理、广告和标志、街道景观等。微观层次的城市设计与详细规划设计相辅相成。在对微观层次城市设计进行评价时,自然方面主要关注功能上的适宜性。人造方面关注街道结构和功能的适宜性,创造好的步行环境,人的尺度和生活质量的提高,空间的创造等。图4为某中学新校园的大门,通过三维建模贴图生成。
城市设计对信息技术的要求
从城市设计各层次的内容及评价原则来看,人与自然环境的协调,恰当的空间组织,悦目的视觉效果均是共同的追求。以往城市规划和建筑设计由于受到技术手段的限制,规划师和建筑师主要是通过二维图形加空间想象来构思和评价设计方案,仅在进行建筑单体设计或很小的群体设计中才应用三维效果图,或固定路径的动画来模拟建成后的空间关系和视觉效果。众所周知,传统的效果渲染需要耗费大量时间和占用大量计算机内存。因此多方案的交互式设计和实时动画根本不可能进行。
城市设计计算机视景仿真需要解决几个方面的问题。其一,处理数字高程模型,生成并修改三维地形,进行坡度、坡向、高程、填挖、淹没、视线视域分析。
其二,进行建筑密度、容积率、可达性、缓冲、选址可行性分析,用以评价社会经济与环境效果。以上两项是GIS的典型功能。其三,大面积多单体的快速三维建模,包括建筑物、构筑物、城市家俱、广告牌、树木、车辆、人物等。一般GIS只有二维拉伸功能,称为维,不是真三维。而流行的3Dmax三维建模不胜任大量对象建模与实时浏览任务。其四,实时虚拟。要能快速地重绘画面,包括对场景对象、天光背景、动画路径、视点视角等的改变均能立即作出反应。从理论上说,以上四大问题可以在一个GIS平台或统一的VR系统中得到解决,不过目前这种平台还处在研发之中,但是我们可以借助GIS与VR综合集成来解决问题。
2一种基于GIS与VR的城市设计技术方案
2.1虚拟现实系统集成。无论是GIS还是VR,当前国内外均有多种商业软件可供选用。美国ESRI的ArcGIS是世界上最先进的地理信息系统,不过它的三维建模功能不强,且没有实时虚拟动画的功能。美国Multigen-Paradigm公司的Multigen-Vega是当前虚拟现实的旗舰软件,其强大的三维建模工具Creator和虚拟仿真引擎Vega有机结合能很好地满足虚拟城市实时动画要求,不过它不具备空间分析的功能。其它的GIS与VR软件大体也是如此。所幸的是,我们已经有了一个综合两个方面的优势来解决城市设计技术问题的方案。这就是ESRI公司委托Multigen-Paradigm公司开发了一个ArcGIS扩展模块SiteBiulder,该模块使得ArcGIS具备了实时动画功能并且能接受Multigen的三维模型。于是我们就有了一个基于GIS与VR的应用于城市设计的虚拟现实系统.
系统应用步骤。该系统的完整的应用包括场景的规划设计、单体的建筑设计、三维建模并贴图、实时虚拟动画几部分内容
城市规划设计。无论是新城区的开发还是老城区的改建均要先确定规划设计目标,提出社会、经济、环境方面的要求。根据要求,进行自然条件、建设条件等一系列的基础分析。在分析基础上完成土地利用、道路交通、建筑布局、竖向规划、工程设施等规划设计方案。值得注意的是,以往规划设计仅用CAD进行辅助设计。本系统强调应用ArcGIS技术辅助规划设计,原因有两个方面。其一,CAD不具备所要求的空间分析功能;其二,只有ArcGIS主题及主题中的特征(对象)才能被引入到SiteBiulder中进行实时动画。图5为应用ArcGIS制作的湖南城市学院新校区地势图,图6为新校园的一个规划模型。
建筑设计。在规划布局的基础上,进行建筑设计方案。各单体设计成果仍以平、立、剖面图为主。为配合下阶段的Creator三维建模和纹理贴图,建筑师绘制的单体立面效果图很有用处。整幅有阴影的彩色立面图可以代替多块片的烦琐贴图,在三维场景中具有相当的立体效果。如有必要,某些单体可设计出多个,供虚拟替代方案优化所用。
组织ArcGIS主题。在SiteBiulder三维场景中,各虚拟对象是以ArcGIS主题来组织并引入的。进入三维场景的主要是三维地形、道路、建筑、树木、铺地和草地。主题中的特征并不要表现对象的具体几何形状,而只要确定各对象的具置。例如用点主题表示建筑布局,每栋建筑物仅需要一个点来表示,每个点代表的建筑物的模型被存放在数据库中,完全相同的建筑物如住宅只须保存一个实例就行了。只要建立起点对象与建筑实例的关联,则不同的建筑物模型都会被引入场景中。
创建三维模型。本虚拟系统采用MultiGen公司的Creator作为三维场景建模工具,它的Open-Flight采用树状层次结构来组织管理场景数据。
城市设计所涉及的场地中的模型包括天空、地面、单体建筑、构造物、树木、街道陈设物、广告牌等等,建模工作量巨大。因此在建立模型之前,应根据场景中每个实体的几何空间位置以及模型内部与模型之间的相互关系,确定虚拟场景中所有单体模型的层次归属,以有利于模型的修改、调用。三维模型并非越细越好。我们要在几何真实与纹理真实之间取得某种协调。适当地划分几何面和准备适当分辨率的图片是建筑虚拟的关键。
创建虚拟动画场景。起动ArcGIS及其扩展模块SiteBiulder,将模型库中的各模型实例与主题中的各特征建立起联系,各虚拟对象将依各自的空间位置呈现在三维场景中。SiteBiul-der有一套自己的菜单和工具,完成实时动画。
3新建校园虚拟现实应用实例
虚拟技术论文范文【第二篇】
关键词虚拟实验;教学环境;研究现状;研究趋势;论文
中图分类号G434 文献标识码A论文编号1009―8097(2009)12―0115―04
随着计算机多媒体技术和网络通信技术的迅速发展,信息时代的学习、生活方式都发生了重大变革。作为培养和提高学生动手实践能力、观察能力、分析问题和解决问题能力等方面有着先天优势的实验教学是高校教育改革的关键问题之一。目前,我国传统实验教学环节不足、实验资源不均衡,学生创新能力不足,虚拟实验教学环境研究与建设有利于解决当前实验教学中存在的问题。
为了从整体上把握虚拟实验教学环境发展脉络,拟重点从研究内容入手,探悉虚拟实验教学环境研究现状及发展趋势。虚拟实验教学环境是指开展虚拟实验教学所需要的环境,包括硬件和软件环境两部分。硬件环境包括计算机终端、计算机网络、服务器等,软件环境包括基础软件、虚拟实验教学系统软件、实验教学资源及理论指导等。本文所研究的虚拟实验教学环境是指为开展虚拟实验所搭建的教与学环境,主要指软件方面的环境建设及其应用研究。
一 研究设计与思路
1 研究资料
研究材料来源于“中国知识资源总库”,以“虚拟实验”为关键字进行检索,时间从2005年至2009年1月公开发表的主题中含有“虚拟实验”的期刊论文、会议论文以及学位论文,共437篇,以下从发表时间、研究内容两个维度分别进行统计分析。
2 研究方法与工具
研究材料采用内容分析方法进行研究。内容分析法是对明显的传播内容作客观而又系统的量化,并对量化结果加以描述的一种研究方法。[1]它是教育技术学研究方法的一种,通常是先抽取有代表性的资料样本,然后将资料内容分解为一系列的分析单元,并按预先制定好的分析类别和纬度系统进行评判记录,最终对结果进行统计分析。内容分析法实施步骤包括提出研究问题或假设、抽取样本、选择分析单位、建立分析类目、进行评判记录、定量处理与计算以及解释与检验等几部分。本研究资料采用数据统计工具进行数据管理、统计分析、统计绘图和统计报表。
二 研究结果(即研究现状)分析
1 从时间上看虚拟实验教学环境研究受到的关注程度及其原因
以“虚拟实验”为关键词,时间段分别从1979年到1999年、2000年到2004年、2005年到2009年1月进行检索,题名中包含“虚拟实验”的期刊论文和硕、博学位论文数量如表1所示。从三个时间段检索的论文数量来看,近几年虚拟实验教学环境的研究已经得到了众多学者的广泛关注。可见,对于虚拟实验教学环境的研究已经成为当前教育研究一个新热点,分析其原因是主要信息技术的蓬勃发展已经使部分虚拟实验环境的设计与开发成为现实,并在一定的理论指导下应用于实践,使各类虚拟实验室建设成为可能。而且,虚拟实验环境的研究与实现极大地降低了实验室建设成本,缓解了由于财政压力给实验实训教学环节带来的不利影响,有利于学生实践操作能力的培养,因此,虚拟实验教学环境的研究也就具有了极大的经济效益和社会效益,从而引起了更多学者、专家的关注。
表1 三个时间段检索的论文数量
2 从内容上看虚拟实验教学环境研究的现状及其分析
通过对2005年以来检索的437篇期刊论文、会议论文以及学位论文进行研究内容分析可以发现,虚拟实验教学环境的研究主要集中在以下几个方面:虚拟实验平台与系统的设计与开发、虚拟实验的设计、虚拟实验的教学研究及虚拟实验相关开发技术研究等,在检索的论文中各个方面的研究内容所占比例情况如图1所示。
(1)虚拟实验平台与系统的研究
从图1可以看出,虚拟实验平台与系统设计与开发的研究论文较多,其数量达175篇。可见,计算机技术与网络技术的发展为实验平台和系统的搭建提供了技术支持,虚拟实验的实践研究首先引起了广泛关注。这方面的论文主要是探讨某门课程的虚拟实验平台、系统设计或开发过程,如顾九春等[2]在论文中论述了基于matlab提供的函数和控制系统分析工具箱开发了自动控制原理课程的虚拟实验平台系统,对课程控制系统的设计与开发比较简单,论文中没有进行应用效果的分析。关于虚拟实验平台设计或设计与开发方面的研究论文有66篇。周冬婉[3]在论文中论述了实验系统平台的设计,并实现了简单开发,论文中无应用方面的论述。关于虚拟实验系统的研究论文有109篇。虚拟实验平台、系统研究的论文中进行设计并实现的比较多,在实验中应用的不多,对应用效果分析的就更少了。设计与开发具有开放性、自主性、协作性、交互性以及可扩展性的虚拟实验平台和系统有利于虚拟实验的开展和实施,有利于虚拟实验的共建共享。通过分析以上175篇关于虚拟实验平台和系统研究论文发现,目前虚拟实验平台和系统的开发各自为政,没有统一的规范和标准,很难实现平台和资源的共享。虚拟实验平台和系统的设计与开发研究大都是基于某一门课程实现,开发的技术种类繁多。
图1 虚拟实验研究内容情况
(2)虚拟实验教学研究
虚拟实验教学方面的研究有利于指导虚拟实验教学实践,这方面的研究论文有93篇。教学研究方面的研究内容情况如图2所示,主要包括以下几个方面:虚拟实验理论层次的应用研究,如黄凯旋[4]论述了如何更好地发展实验教学,提出了建立开放式实验与虚拟实验结合的完全开放式实验室,田静[5]在论文中浅谈了虚拟实验在理科实验教学中的应用等;教学模式与方法研究,如朱乾[6]通过“大学物理”虚拟实验系统在实验教学中的应用,对利用虚拟实验教学的教学模式进行了初步的探究,吴伟雄[7]探讨了在电工学教学中采用虚拟实验手段的意义和课堂教学方法等;教学效果分析,如于洪涛等[8]探讨了桌面虚拟实验对言语信息、智慧技能、动作技能学习的作用,最后通过调查问卷法和实验法来验证桌面虚拟实验对言语信息和智慧技能学习的作用,陈柳君[9]探讨了虚拟实验的理论意义,没有具体讨论虚拟实验的应用效果等;其他方面的研究包括虚拟实验的作用、虚实结合的理论探讨与教学改革研究等。关于虚拟实验教学方面的研究,从理论层面探讨的较多,对实际应用效果的研究比较少,这对虚拟实验教学实践而言显然是不够的。
图2 虚拟实验教学研究情况
(3)虚拟实验设计与开发研究
虚拟实验设计的开发是虚拟实验教学开展和实施的前提,这方面的研究论文有74篇。虚拟实验指所有实验过程均在虚拟环境中以虚拟的形式完成,不涉及真实的实验仪器设备的实验,目前虚拟实验的主要形式有实验演示、仿真实验、虚拟仪器三种。[10]其中实验演示主要演示实验的详细操作步骤和实验结果,供学生用于观察实验的实际执行过程,主要是基于某一种或几种技术或工具开发某一门课程或课程一部分虚拟实验,如刘英杰等[11]基于3ds Max和Virtools技术对大学物理实验功能进行了简易设计并对开发流程进行了阐述。仿真实验是利用计算机软件仿真实验环境。学生可以按实验要求组装实验系统,通过改变实验模型的参数进行各种模拟实验,观察其实验显示结果,孙俊峰等[12]在论文中以心理学实验为例,提出了虚拟实验展开的方式,将虚拟实验分为实验准备、交互实验和结果反馈三个阶段。虚拟仪器是在计算机上配置高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用,如张子刚[13]的硕士论文《基于LabVIEW的虚拟实验仪器设计研究》,该论文以PC-DAQ/PCI插卡式结构的硬件平台,采用数据采集板,实现AD7202在Labview中的数据采集。论文重点讲述了虚拟数字存储示波器各个功能模块的软件设计。在虚拟实验设计与实现方面的研究中,虚拟实验被教师上课演示的多,被学生实际操作的少;虚拟实验中验证性实验多,设计性和创新性实验少;虚拟实验以作业方式应用的多,单独开设实验课程的很少。[14]
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(4)虚拟实验设计与开发应用的相关技术研究
计算机技术以及计算机软件技术的发展为虚拟实验研究提供了技术支持和工具,各种技术的发展也促进了虚拟实验的开发。关于虚拟实验设计与开发应用的相关技术研究,主要是把互联网技术、动画技术以及虚拟现实等相关技术(如Java、VRML、Flash、3D等)引入到虚拟实验设计中,从技术的角度深入探讨虚拟实验建设的可行性,主要集中在3D、VRML、Flash等技术在虚拟实验系统构建中的应用,或者此技术在某个实验环节中的应用,或者侧重于网络虚拟实验系统的教学支持系统的设计开发,论文数量有38篇,各种技术使用与研究情况如图3所示。
图3 开发技术研究情况
(5)虚拟实验环境相关标准、规范、管理与评价方面的研究
虚拟实验环境相关标准、规范、管理与评价的研究可以为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。然而,在检索的论文中只有2篇论文对标准化问题进行了简单的阐述。范新伟等[15]的《虚拟实验标准化的研究和解决方案》,在论文中提出了一个虚拟实验标准化信息模型,并提出了信息模型的xml绑定和用Web Service实现的解决方案,作者对虚拟实验的标准化提出了一些见解,并对实践结果进行了初步的阐述,进一步的工作还有待于大量的实践来进行验证和不断的修改完善。李小燕[16]的《虚拟实验中仪器通信的标准化研究》,该论文针对虚拟实验重复开发,复用性差以及互操作困难等问题,提出了一个虚拟仪器间通信的标准化解决方案,建立了仪器间通信的信息模型。在当前的研究中只有2篇此方面的相关论文对虚拟实验的研究是不够的,而且虚拟实验环境的评价和虚拟实验管理方面的研究也是空白。
随着虚拟实验教学研究的发展,各种技术被引入进来,这些技术、协议或标准之间的兼容性,以及虚拟教学平台、系统和已有平台、系统的互操作都需要深入研究。此外,虚拟实验平台和系统的开发也需要一个规范,因此对虚拟实验环境相关标准与管理的研究极为迫切。
3 其他需要阐明的现象
随着多媒体、网络技术的迅速发展,虚拟实验研究得到了众多学者的极大关注,逐渐成为计算机领域与教育技术界研究的方向与热点,特别是虚拟实验教学环境的建构及应用更应引起教育技术领域的关注。但是,就国内目前的研究来看,教育技术领域还没有给予较多的关注,从2005年以来的研究论文结果看,在虚拟实验方面的研究《中国电化教育》有3篇文章、《电化教育研究》上有2篇文章、《现代教育技术》有8篇文章、《中国远程教育》有3篇文章,这对于教育技术的研究方向和热点而言是不够的。再者,虚拟实验教学环境的研究主要集中在计算机领域的杂志或学位论文中,其的期刊方面,一般期刊的论文较多,核心期刊论文不多,在学位论文中硕士论文较多,博士论文不多,这说明对虚拟实验教学环境的研究还不够深入。
三 研究趋势分析
虚拟实验教学环境的研究时间很短,研究中还存在很多不足,但是虚拟实验作为当前教育领域中的重要组成部分,在解决我国教育面临的规模与质量之间的矛盾,克服实验资源不均衡、创新能力不足等问题,有着广阔的发展前景。通过以上分析,虚拟实验教学环境的研究应注重以下几个方面:
1 开展评价、测试、管理等标准和规范的研究
制定虚拟实验平台和系统的评价、测试、管理等标准和规范,为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。针对我国虚拟实验教学的发展现状,研究制定基于统一支撑平台的虚拟实验开发标准,制定虚拟实验的评价、指导、管理和基础软件跨平台规范,实现平台和资源的高度共享,通过多种标准与规范的有机结合,解决分布式的实验教学与现有的教学系统协同工作的问题,从而实现协同工作,提高其共享性和复用性。
2 虚拟实验平台的统一开发
按照统一的标准和规范,开发集实物演示、实物仿真、创新设计、智能指导和管理于一体,具有良好交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台是当前和未来虚拟实验教学环境研究的重要内容之一,从而突破目前的各自为政、没有统一标准、没有协同性平台开发的局面。
3 虚拟实验的多方面设计与开发
在统一标准与规范的指导下的适合教学需要的更多的虚拟实验设计与开发是当前虚拟实验教学研究的内容之一,这有利于为教育提供丰富的虚拟实验资源,从而为广大学习者提供优质的虚拟实验服务,也能够产生很好的经济和社会效益。
4 加强虚拟实验的指导与管理研究
虚拟实验缺乏有效的教学管理、过程指导和效果评价,导致虚拟实验的优越性在实践教学中难以发挥。因此,应开展虚拟实验过程的智能指导和实验结果自动批改技术等方面的研究;开发虚拟实验指导与管理系统,包括实验知识辅助学习、实验智能指导、实验结果自动批改、实验答疑、实验教学效果评估等功能;开发跨平台的虚拟实验管理系统,为虚拟实验教学环境提供服务并开展应用,并展开视角对使用虚拟实验进行实验学习进行评价的研究。
5 开展虚拟实验应用研究
虚拟实验只有在不断的完善、经过实践检验后,能够取得良好效果才能应用于实验教学和推广,因此,虚拟实验的应用研究对此研究课题具有重要价值。然而,目前虚拟实验教学环境的研究内容主要集中在理论探讨、系统设计与开发、虚拟实验教学平台的开发,未来应加大虚拟实验系统应用于教学的模式与效果分析、虚拟实验系统开发评价等方面的研究,尤其从学生视角对使用虚拟实验平台和系统进行实验学习的评价研究需加强。
四 结语
虚拟实验是信息时代的产物,它在教育、科研等方面有着广阔的发展前景,是当前教育的重要组成部分,是教育教学的重要资源。在构建现代教育创新体系、培养创新型人才的大教育背景下,融合现代教育理念的虚拟实验教学环境的研究必将促进教育教学的蓬勃发展。
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参考文献
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虚拟技术论文范文【第三篇】
关键词 虚拟仪器 模拟平台 实验操作 发展趋势
一、虚拟仪器的构成、分类及特点
虚拟仪器构成
虚拟仪器主要由硬件和软件构成,其中硬件是虚拟仪器的基础,主要由电路板和计算机两部分组成;软件是虚拟仪器的核心,在具体利用虚拟仪器进行工作的过程中,主要是通过软件完成基本操作的,进而达到实验的目的,在一定程度上能提高实验效果,并最终完成实验。
虚拟仪器分类
虚拟仪器在使用过程中,通常分为PCI总线--插片型虚拟仪器、并行口式虚拟仪器、GPIB总线方式虚拟仪器、VXI总线方式虚拟仪器和PXI总线方式虚拟仪器。每种类型的虚拟仪器都有自身的特点及功能,在实际应用过程中,应选择适宜的虚拟仪器。
虚拟仪器特点
由于虚拟仪器在使用过程中具有以下主要特点:性能高、拓展性强、应用性强、开发时间短等,虚拟仪器在使用过程中,具有一定的应用价值。无论是在企业还是高校的实际应用中,在一定程度上可以解决硬件仪器不足的缺陷,解决一定的实际问题。各个行业应用虚拟仪器解决实际问题,已经成为社会发展需求。
二、虚拟仪器的现状与发展
虚拟仪器的现状
虚拟仪器的硬件平台、软件技术在应用过程中不断地快速发展。目前的硬件技术主要包括:模拟仪器技术、数字化仪器技术、智能化仪器技术和虚拟仪器技术。从发展路线来看,虚拟仪器有两个发展方向:一个是高性能,低成本的发展方向,即PC插片并口式串口USB式;另一个是高精准度、高速和大型自动化的设备发展方向。
软件技术是其核心,一般都是根据软件需要,结合虚拟仪器方向,由软件工程师利用程序设计语言进行编写程序进而控制,操作人员只要知道具体操作步骤,把需要的连接线按要求进行连接,最终利用计算机进行有效控制,就可经达到实验的预期效果。
虚拟仪器的发展趋势
虚拟仪器的发展依靠计算机技术、通信技术、电子技术的发展。虚拟仪器的应用领域比较广泛,现在很多企业都在发展虚拟仪器,很多企业都在使用虚拟仪器。虚拟仪器主要应用在监控、远程教育、工业控制、电力系统、航空航天等领域。
另外,虚拟仪器在自动化系统、石油化工等领域的应用,促使了虚拟仪器的快速发展,虚拟仪器自动化生产将成为重点研究领域,能为更多的企业进行服务,提高企业工作效率,减少企业投资成本。
三、虚拟仪器在教学系统中的应用
虚拟系统应用领域很广,在虚拟仪器不断发展过程中,虚拟仪器会在各个行业中得到广泛应用,取得一定效果。
虚拟系统在高校教学中的应用,在一定程度上解决了高校硬件资源不足的问题,减少了高校对硬件的投资,提高了学生的实践技能。例如,学生在电工电子基础实验过程中,完全可以通过虚拟仪器,在计算机中进行实验,根据教学中的实验步骤,在教师的指导下,可以顺利完成实验,并且能取得与真实实验相同的实验效果,实验数据。但通过虚拟仪器完成的实验没有真实感,学生没有看到真实的元器件,学生在实际操作过程中,也会出现一定的问题。考虑到这个问题,建议学生首先利用虚拟仪器完成基础实验,对实验的过程有一定的基础,进而再进行真实实验,这样更有助于提高学生的实验效果,加深对理论知识的更深一层的了解,达到了理论与实践相结合的要求,也符合现代高校发展的需要,也有利于高校的进一步发展。
总之,虚拟仪器的应用前景是广泛的,其应用领域也会越来越广,在计算机技术、电子技术、网络技术、通信技术的快速发展过程中,虚拟仪器的硬件技术会不断更新与发展,软件技术也会更加完善,虚拟仪器的智能性必将越来越高,其应用前景是美好而广阔的。
参 考 文 献
[1]基于虚拟仪器的网络测控技术的分析[J]. 李小川。 化工管理。 2016(14)
[2]应怀樵:做中国原创的“虚拟仪器”[J]. 何倩。 科学新闻。 2011(11)
[3]虚拟仪器在计量测试中的应用[J]. 徐军。 信息系统工程。 2013(01)
虚拟技术论文范文【第四篇】
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
虚拟技术论文范文【第五篇】
关键词:虚拟现实,虚拟实在,虚拟,现实
中图分类号:N04 文献标识码:A 文章编号:1673-8578(2012)03-0033-05
作者简介:刘为龙(1985—),男,山东青岛人,北京化工大学北方学院艺术院教师,研究方向为新媒体艺术设计。通信方式:liuweilong1985@163com。 虚拟现实,也称作“虚拟实在”,是20世纪基于计算机技术发展的人类科学的巨大进步。对于什么是“虚拟现实”这个问题,目前的研究从不同的角度有着不同的看法。
一 从语义角度的研究 从语义的角度来解释虚拟现实,目前被专家学者普遍认可并广泛引用的是以美国网络文化专家迈克尔·海姆对虚拟实在的语义解释为代表,通过词典中对“虚拟”(virtual)和“现实”(reality)的解释而得到“虚拟现实”(virtual reality,VR)的解释:“虚拟实在是实际上而不是事实上为真实的事件或实体。”[1]
国内也有一些学者从语义的角度对虚拟现实进行分析。郭贵春、成素梅认为,从语义上看,“virtual reality”这一术语在计算机和电子技术领域内被翻译为“虚拟现实”,而在哲学领域内被翻译为“虚拟实在”,它是指“在功效方面是真实的,但是,事实上却并非如此的事件或实体”[2]。这一观点与迈克尔·海姆的观点非常相似。我国审定公布名词的权威机构全国科学技术名词审定委员会将“virtual reality”在资源科技、地理信息系统、计算机科学技术、自然辩证法、通信科技、地理学等领域中的中文术语统一定为“虚拟现实”,为这一术语的规范使用提供了依据。
另外,张怡则通过对可能与虚拟的区分,认为在人类的经验世界中应该存在着两类不同性质的实在,它以两种不同的基本形式存在:一种是受必然性支配的实在世界(可能会演变成现实);另一种是受创造性支配的实在世界(虚拟会过渡到实际),后者就是虚拟实在,它是一种实际上而不是事实上的真实的事件或实体[3]。这一观点考察了虚拟现实的两种存在形式,而对于虚拟现实到底是什么,仍然同迈克尔·海姆的观点保持了一致。
单美贤、李艺通过查阅韦氏大词典、BBC英语词典和牛津辞典,将虚拟世界(virtual world)理解为一种在效果上而不是事实上真实存在的世界,它通过人的感知、想象,在行为空间中得以展现和存在[4]。这一观点则更多的从存在形态上来分析虚拟现实。
虚拟与现实在语义上是一对相互矛盾的词。也就是说,虚拟现实,是现实,但又不是现实,它是对现实的模拟与反映,却并非真正事实意义上的现实。
二 从技术角度的研究 由于虚拟现实是建立在技术的基础之上而实现的一种环境事件或实体,因此从技术的角度来分析虚拟现实的含义无可厚非。迈克尔·海姆曾总结了广义的虚拟现实的七个方面:模拟性、交互作用(互动)、人工性、沉浸性(身临其境)、遥在(远程显现)、全身沉浸以及网络通信(网络化交往或交流)[1]。后来由于计算机和网络的飞速发展对虚拟现实技术的影响,他又提出了狭义的虚拟现实,认为虚拟现实作为一种主体认识的新技术,至少表现出三个“I”的特征,即身临其境的沉浸感(immersive)、人机界面的互动性(interactivity),以及实现远程显现的信息强度(information intensity)[1]。
布尔代亚(Grigore CBurdea)和夸费(Philippe Coiffet)在《虚拟现实技术》[5]一书中指出,虚拟现实具有三个最突出的特征,即 “3I”特性:交互性(Interactivity)、沉浸感(Illusion of Immersion)和构想性(Imagination)。这个观点也是广大哲学学者探讨虚拟实在的基础,金吾伦就在此基础上认为,从技术上看,VR是一种以动态形式创造一种可选择的数据表达的系统[6]。英国学者戴维·多伊奇将虚拟现实通俗地表达为这样的一类情景:人感觉自己好像正在经历某个环境,它不仅覆盖了广泛的用户感觉,而且用户和被模拟实体间有相互作用[7]。
从技术实现的角度来讲,翟振明认为虚拟现实是一个由电脑作为中央协调处理器,把人工产生出来的对各感官的刺激综合起来从而使人进入浸蕴体验的系统(浸蕴体验即一种与自然空间绝缘,在人造三维视场里被各种人造物体影像包围,从而把自己的身体也看作这个人造视场中的存在物的体验)[8]。郭贵春、成素梅认为,在技术实践的意义上,“虚拟现实”是合成“实在”的一种手段,其根本前提是为人与计算机的共同工作创造更直接的交互方式,使参与者在虚拟世界中可以做类似于真实世界中可能实现与不可能实现的事情[2]。
三 虚拟现实概念在相关
领域研究的述评 (一) 在传播学领域的研究评述
在传播学领域对于虚拟现实的广泛讨论是近几年才出现的,虚拟现实技术由于其本身的技术优势和对传播活动所带来的巨大影响,使人们不得不对此做出反应,进而展开热烈的讨论。
网络传播作为新兴的传播形态,是一个采用新的传播技术和新媒介形态的传播典范。同一般的社会行为和传播活动相比,网络行为本身就带有虚拟的特征。何明升、李一军在《网络生活中的虚拟认同问题》一文中明确表示:“网络生活的虚拟性,是建之于20世纪90年代兴起的虚拟现实技术之上的。通过虚拟现实技术,人与人之间的互动关系转换成了人-机互动或人-机-人互动,从而使网络生活具有了明显的虚拟性。” [9]杨富斌在《虚拟实在与客观实在》一文中也开门见山地说:“虚拟实在技术导致产生了一个崭新的世界——虚拟世界。就目前已经实现或部分实现的方面而言,已有虚拟驾驶、虚拟企业、虚拟银行、虚拟办公、虚拟旅游、虚拟情感、虚拟友谊、虚拟医疗、虚拟购物、虚拟游戏、虚拟图书馆、虚拟团体、虚拟社区,甚至虚拟国家等。” [10]网络传播本身带有虚拟性,但网络传播并非就是虚拟的,只是说这种传播活动借助互联网这个实时通信平台而发生,受众的传播活动带有一定的虚拟性,但仍然是一种现实的社会活动。虚拟现实要依附于一定的数字化空间,互联网是一个最好的传播平台。但是虚拟现实并非仅止于此,人们的行为对象还可以是现实中不存在的“构想”。因此,互联网可以给虚拟现实提供一个信息交流的数字化传播平台,但虚拟现实更加注重的是传播内容的创造。
(二) 在哲学领域的研究评述
从哲学的角度来对虚拟现实进行的分析研究,是目前该领域中讨论及分歧意见最多的课题之一。大致可以归纳为以下几种不同观点:认为虚拟现实是一种客观实在、意识系统、第三世界、第四世界、信息等。
1 认为虚拟现实是一种客观实在
这种观点认为,虚拟现实无论从词源意义上说,还是从实际意义上说,都是一种实实在在的现实[11]。它与现实实在一样能给人以真实的感觉和经验,因而二者在本体论上是等同的[8]。虚拟实在一旦生成就是一种客观实在,是一种新的物质形态,是物质运动的一种特殊形态[12]。
这种观点主要是认为虚拟现实无论是从技术手段、物理和表现载体、描述对象、存在空间而言,都是客观实在的,是对现实的复制与再现,现实世界是客观实在的,因而虚拟现实也是一种客观实在。这种观点忽视了虚拟现实对人的意识形态的作用和对现实世界的超越以及其本身的创造性。虚拟现实虽然是对现实的模拟,但绝不等同于现实,因而也就不能以此推断虚拟现实也是一种客观实在。
2 认为虚拟现实是意识活动的表现形式
这种观点认为人在虚拟现实系统中所感知到的一切都只不过是自己脑海中的意识活动。从物质和意识相区分的角度,虚拟实在本质上是意识活动的表现形式,或VR技术操作的精神表象[13]。胡心智提出,虚拟实在是人的意识的外化[14]。
这种观点与第一种观点刚好相反,却走向了另一个极端,即不承认虚拟现实的客观实在性。
3 认为虚拟现实属于第三世界
波普尔的“世界3”理论把世界区分为三个:“第一,物理客体或物理状态的世界;第二,意识状态或精神状态的世界,或关于活动的行为意向的世界;第三,思想的客观内容的世界,尤其是科学思想、诗的思想以及艺术作品的世界。”也就是说,存在着的东西除了物质和精神之外,还存在一个中间的过渡形态,即第三世界。
因此有学者认为,虚拟实在与物质和精神都有关联,但又不能简单地归于哪一类,它是信息存在的一种基于高技术的人工集合,可以称为“世界3”的当代形式。虚拟实在本质上是不同于现实实在的信息实在、数字实在和数字化实在,在本体论归属上有双重性,物质和人的意识是虚拟实在的共同本体论承托[15]。
这种观点相对中立,也就是说虚拟现实与精神和物质都有联系,是对现实世界的客观反映,同时又是人的精神产物,因而不应将其武断地界定为物质或是精神的,而是属于中间的过渡形态。
4 认为虚拟现实属于第四世界
孙慕天从符码与其指称物分离并相对独立地演化和发展的角度出发,提出外在物理世界、主观精神世界、客观知识世界和符码世界即世界4。认为世界4是虚拟自然,是原生自然、人工自然之后的第三自然;是在世界1、世界2和世界3的基础上产生、存在和发展的,它支撑着世界1、世界2和世界3,并因此获得意义和价值[16]。张之沧也提出第四世界的观点,认为第四世界就是信息世界,就是人类借助信息、数字、理念和丰富的想象力构造的虚拟现实。第四世界借助于电脑而不同于主观世界,虚拟世界离开电脑立刻就化为乌有。在这个意义上,第四世界不同于波普尔的第三世界。因为世界3是一个可以看得见、摸得着的世界。世界4与世界3相比,具有虚拟性、非真实性、变动性、开放性、简单性、普通性、高效性、迅速性、经济性、集中性、凝缩性、自解调节性、可操作性等诸多世界3所没有的特征[17]。
5 认为虚拟现实是一种信息
更多的学者同意将虚拟现实的本质看作是一种信息。也就是说在这个虚拟现实系统中所提供给人的无非是数字化的、符号化的信息。关于这些信息,沈骊天认为,这些信息是实实在在的物质载体系统上承载的实实在在的信息,具有客观存在的客体的基本属性[18]。而邬焜则提出,“虚拟实在”所虚拟的并不是什么实在,而仅仅是信息,这一虚拟的信息本身不可能是实在的。“虚拟实在”实际上是“虚拟信息”,它与实在对象直接对应显现的信息相区别[19]。
在哲学领域对虚拟现实的本质的讨论是争议最多的,这也从侧面反映了虚拟现实的复杂性。正因为这样一个由技术所营造的环境,对人的感官、心理和精神产生了巨大的影响,作用于人的社会生活和意识形态,使人一时之间很难分清楚这样一个虚拟环境与真实环境之间的区别与界定,才致使人们无法对其本质做出一个统一的判断,只能从不同视角、不同领域、不同研究方向得出不同的观点。
(三) 在社会学领域的研究评述
在社会学范畴研究虚拟现实,主要是由于虚拟现实技术的发展带来社会活动的虚拟化所产生的各种社会问题。随着计算机和网络技术的发展,普及程度越来越高、低龄化程度越来越高,在人们的现实生活中,还将出现越来越多的虚拟而实在的东西,人们将在很大程度上生存、生活在一个“虚拟世界”中,人的社会化过程很大程度上都要受到这个虚拟环境的影响。
与虚拟现实相关的内容已经扩大到了与人和社会相关的许多方面,像“人工现实”(artificial reality) 、“虚拟环境”(virtual environment)、“赛伯空间”(cyberspace)、“虚拟社区”(virtual community)等。
虚拟社区是借助计算机科学而形成的网络社区,这种社区内容复杂多样,影响到人类社会的方方面面,在社会的持续发展中,虚拟社区所起的作用有时是空间社区和精神社区所起不到的。因此,可以这样认为:“虚拟”并不是作为客观存在的客观,而是作为主观存在的客观[20]。
相对于传统社区,虚拟社区扩展了社区的可达范围、深度以及成员之间的交互方式,成员使用虚拟身份与人交流,还可以实现虚拟角色互换,体验不同于真实社会的角色实践活动。但是虚拟社区也有一些负面的作用,例如网络成瘾、网络犯罪、网络无政府主义、网络暴力等社会问题,影响到人的真实社会生活,这也是从社会学的角度探讨虚拟现实技术所带来影响的重点内容。
(四) 在艺术领域的研究评述
在艺术领域对虚拟性的研究由来已久,从18世纪的古典主义和新古典主义艺术的经验到今天的互联网再到未来的虚拟现实,都可以纳入这段历史。然而,以前对虚拟的陈旧体验都是对不很逼真之物的被动注视。而电脑生成的环境所能提供的却是一种互动性的虚拟景观,这是前所未有的。许多有乌托邦色彩的主张因为虚拟而被炮制出来[21]。
在艺术领域对虚拟现实的研究主要是从视觉文化的角度来探讨虚拟现实技术的发展所形成的一种新的艺术形式。
(五) 在认知心理学领域的研究评述
在这一领域对虚拟现实的研究主要是从认识论的角度出发,认为虚拟现实在本质上是对现实世界的反映,是一种新的认识形式。
虚拟现实对现实的反映并不是在人脑中完成的,而是以人脑为基础,借助于机器语言,通过人机结合,在电脑中实现的。由于虚拟现实技术的运用,使得这种反映以逼真的形象(其实是三维立体数据图形)呈现在人的面前,使人产生接近真实的三维视觉、立体听觉、质感的触觉和嗅觉……因此,从本质上说,虚拟现实是对现实的反映,是数字化、网络化技术背景下人的认识的第三种形式或形态,即虚拟形态或虚拟认识[22]。
从认识论的角度来看,虚拟现实用符号化、数字化的表现形式来反映外部客观世界,兼具感性思维的具象性和理性思维的抽象性,它将改变我们的感觉和知觉模式,提供一种新的认识世界的方法。
四 总 结 总的来说,虚拟现实作为一种新生事物,并非局限于单一的计算机领域,而是扩展渗透到政治、军事、经济、科技、教育、文化等各个领域,给社会生活的方方面面和个人的生存与生活模式都提供了新的可能性,因而各个学科领域都从不同的视角对其进行了不同程度的研究。对于未来的发展前景而言,虚拟现实也不可能仅作为一个简单的技术而存在,必然会从思维、认知和社会等层面改变人们的生活与社会存在模式。这样一来,从最根本的概念出发,深入理解什么是虚拟现实,就显得尤为重要,这为我们未来在不同领域理解和应用虚拟现实提供了最坚实的认知基础。
参 考 文 献
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海峡两岸植物学名词对照稿大陆专家讨论会在京召开
2012年3月15日,海峡两岸植物学名词对照稿大陆专家讨论会在北京大学生命科学院召开。与会专家包括中国科学院植物所孙敬三研究员、李承森研究员、孔宏智研究员、黄建辉研究员,北京大学顾红雅教授、瞿礼嘉教授、饶广远教授,中国农业大学张蜀秋教授,全国科技名词委高素婷编审等。