虚拟数字

虚拟数字（精选十篇）

虚拟数字 篇1

1996年美国《时代》周刊评出了当代最有影响的未来学家——尼古拉·尼葛洛庞帝 (Nicholas Negroponte) ——数字化生存概念的提出者。1960年尼葛洛庞帝在MIT (美国麻省理工学院) 学习, 研究领域:计算机辅助设计 (建筑学) , 1966年, 年仅23岁的他就成为了MIT的教授。1968年他创立MIT建筑机械研究组。1988年尼葛洛庞帝创立MIT媒体实验室。在他的《数字化生存》一书中开宗明义地写道“计算不再只和计算机有关, 他决定我们的生存”。而他的同事——威廉·米切尔 (William.J.Mitchell) , MIT建筑与设计系主任, 教授建筑、媒体艺术和自然科学。他在《比特之城》以及《伊托邦》一书中全面介绍了信息化区域的未来社会状况, 为我们勾勒了一幅数字化背景下未来城市与社会生活的乐观图景。

有意思的是这两位数字化时代的代表性人物都有一个共同的背景——建筑学背景。众所周知, 建筑物由材料构建而成, 具有典型的物质属性, 是“原子”型构成, 而组成数字化世界的则是一种叫做“比特”的非物质因素。作为“信息的DNA”, 比特正迅速取代原子而成为人类社会的基本要素。可以这么说, 工业时代 (原子的时代) , 它带来的是机器化大生产的观念, 诞生了轰轰烈烈的现代主义设计思潮。信息时代 (比特的时代) , 它带来的则是数字化生存的观念。从原子到比特, 从物理空间到虚拟空间, 从实体建筑到虚拟建筑, 这两者之间到底跨越了什么?

虚拟建筑概念的提出, 最初始于人们在虚拟环境中进行的对实体建筑概念的映射。实际上在此之前, 人们早已经在计算机科学中使用了诸如场所、平台、窗口等建筑化的术语。虚拟建筑概念的出现为数字与建筑两个本已结合甚密的领域创造了新的契合点。虚拟建筑之所以能够称为“建筑”, 是由于根植在其概念中的“建筑性”决定的, 这也是将虚拟建筑纳入到建筑学领域进行研究的必要性所在。现实世界中每个真实空间的建筑都代表着一个有意义、有功能的场所。而在虚拟世界中, 虚拟建筑可以以多种形式存在, 它可能是常规的Web界面, 可能是MUD, 或是聊天室中的虚拟环境, 可能是多媒体远程会议的程序窗口, 也可能是仿真虚拟空间里的三维场景。因此, 从广义上来说, 只要人们利用数字设备能够在数字虚拟空间中感知到的“类似于”真实空间的某种内容形式, 并且可以产生归属感, 那么这种内容形式就可以称为广义上的虚拟建筑。

除了在理论上的探讨和推想, 已经有许多人通过虚拟建筑与都市参与到数字化领域之中, 通过他们的实践来为数字化领域的未来建筑提供可供研究的素材。1995年11月在卢森堡展出了远距离城邦计划, 打开了探讨虚拟城市之优劣的新视野。芬兰赫尔辛基市也推行了可视化数字城市计划。现在, 还有不少网站提供虚拟三维场景与聚会空间, 甚至用于设计竞赛, 例如美国ANY杂志社1997年举办的“虚拟住宅”国际设计竞赛。在2003年中国建筑学会举办的“青年建筑师设计竞赛”中, 来自西南建筑设计研究院刘艺的获奖作品“数字城墙”就是以多媒体视觉艺术的方式来完成两段断开古城墙的联接设计。另外, 相关产业的发展也起到了重要的推动作用, 其中最有影响力的当属影视产业和电子游戏产业, 就以电子游戏产业为例, Sim City (模拟城市) , Wo W (魔兽世界) , Myst (神秘岛) 等三维模拟游戏向大众提供了关于虚拟城市的若干个版本式样, 甚至在某些建筑规划学校中已把这些三维模拟游戏引入到学生的学习中。

而在我国的研究领域中, 许多大学的建筑院系都根据世界范围内数字时代建筑的研究方向, 调整了研究、教学的方法和内容。例如同济大学建筑与城市规划学院项秉仁教授牵头成立了数字时代建筑学的研究团队。西安建筑科技大学建筑学院成立了虚拟建筑研究小组。东南大学建筑系和华南理工大学建筑系由卫兆骥教授组织, 在网上开展了两校四年级学生联合进行的交互式虚拟建筑设计——VaDS 2002活动。在南京大学建筑研究所和北京大学建筑研究所的研究计划中也有相关内容。我国台湾地区的研究群体是走在国内甚至是世界前列的。新竹国立交通大学刘育东教授成立了数位/虚拟建筑研究所, 在进行理论研究的同时, 还主持规划设计了台湾火车站修复工程、台北公信电子公司总部接待大厅设计、第十三届圣地亚哥建筑双年展——东方数位、“虚拟长安” (天可汗的世界) 唐代文物大展等工程和展览。

设计对象的变化不可避免地引起了建筑师在自身职能上的剥离与分化。建筑与空间向虚拟方向的发展趋势需要具备此方向设计能力的群体, 当这种需求和建筑师本身的职能分化发展到一定程度时, 一种崭新的职业——虚拟建筑师有可能应运而生。顾名思义, 虚拟建筑师主要进行的工作就是虚拟建筑的设计和营建。他们工作特征之一是, 不再需要和传统领域里的其他那些人打交道了, 从颐指气使的甲方客户到形形色色的其他专业人员 (材料供应商、结构工程师、水暖电工程师等等) , 都不再成为令人头疼的应付对象。设计者需要面对的只有一个目标:制造已知或未知的电子构筑物。设计者能肯定它们应该是什么样。这在某种程度上类似于传统意义的艺术创作, 目标只在艺术家心中, 不必在乎手中紧握的是画笔还是鼠标。

虚拟建筑师首先诞生并风行于三个领域。除了数字化媒体与网络之外, 另外两个领域分别是影视作品中的特效制作和电子娱乐业中的场景设计。相对于美国建筑师格雷格·林恩 (Greg Lynn) 之类不断寻找虚拟建筑与传统建筑体系的结合之处的建筑师们, 在电脑时代成长的年轻一代们似乎拥有更多的选择趋向。年轻的建筑师们在学校里花费了相当的热情和精力学习并掌握了功能不断强大的电子工具, 毕业之后面对的却是本行业时好时坏的就业行情。忽然, 他们发现自己还可以运用所得的专业知识在其他领域大显身手, 得到的回报也相当可观。结果形成的局面是许多人所始料未及的:许多年轻的建筑师放弃了传统的就业方式, 转向了这些拥有更多酬劳和更为随心所欲的领域——电子娱乐程序的场景设计、影视特技效果的制作、虚拟建筑与城市的多媒体产品和网站的建立中来。

提起电子娱乐业, 大家都会联想起许多新名词, 如“虚拟社区”、“网络游戏”、“虚拟财产”、“虚拟交易”等。很多人都抱着一种怀疑甚至否定的态度来看待这些富有“游戏性”的事物。实际上, 我们稍加关注就会发现, 与人在虚拟空间获得生存意义的相关产业已经得到了长足的发展。就以最受质疑的网络游戏产业为例, 刚刚公布的《2008年中国游戏产业调查报告》显示, 2008年, 中国网络游戏市场实际销售收入为183.8亿元人民币, 比2007年增长了76.6%。预计2013年将达到397.6亿元人民币, 而带动的周边产业产值总计是767.5亿, 其中仅网络游戏带动电信年产值就达到了312.8亿, 这些猛然听来的确是惊人的数字。同时, 由于网络游戏而产生的虚拟财产交易也进行得如火如荼, 对从没尝试过网络游戏的人, 大概不会明白《传奇》中的一本“狗书”竟卖300元, 一把“屠龙刀”要卖几千元的天价。对于很多网络工作者和使用者而言, 网络中的“生活”已经成了他们日常生活行为的一个组成部分。在此列举这些数字仅仅是为了说明, 在我们的现实生活中, 传统的生存模式己经发生了一些变化, 人在虚拟空间的“生存”行为己经切切实实地出现在了我们的身边。

在一个成熟的市场体系中, 由于社会需求和经济利益等各种因素的变化, 各个行业的此消彼长本属正常。但在这里, 与其说是建筑师这个行业走进了低潮, 不如说它正面临着一个新的转折。过去我们总是习惯于对建筑的定义从各个方面进行归纳和推理, 现在也许到了该对它进行演绎和拓展的时候了。虚拟电子世界中所涌现的大量前沿领域不仅仅为人们提供着许多令人鼓舞的施展才华的机会, 而且更是在客观上丰富了建筑的涵义, 拓展着建筑师们的设计内容。而那些年轻的虚拟建筑师们也许正是进入其中的先行者。

虚拟建筑行业要真正成为独立的成熟产业还为时尚早。然而这并不妨碍我们进行必要的前瞻性观察与思考。随着电子产品和网络的普及, 国家间的边界已经被互联网所突破。它们对于社会各行业, 尤其是对建筑师们的冲击和影响, 既不是洪水猛兽, 同时也更加无法回避。今天凸现在那些发达国家的问题, 明天就有可能现行于我们的身边。难道要等到传统的专业市场趋于饱和时, 我们别无选择, 才仓促面对那些神秘的虚拟建筑物和那些早已活跃在其中的人们吗?

本文就以著名建筑大师彼得·艾森曼 (Peter Eisenman) 2000年在中国台北举办的远东交大建筑讲座中, 所引述的东方智者的话来作为结语:“等我们准备就绪时, 我们早已落后。”

摘要：工业时代带来的是机器化大生产的观念, 诞生了轰轰烈烈的现代主义设计思潮。而信息时代带来的则是数字化生存的观念, 那么它最终会给我们带来什么呢?本文初步探讨了在数字化的观念下所可能诞生的一种新的建筑形式——虚拟建筑, 和它的从业者, 不再需要“甲方”的建筑师——虚拟建筑师, 以及对这个新兴行业的一些前景分析。

关键词：数字化生存,虚拟建筑,虚拟建筑师

参考文献

[1]尼葛洛庞帝著, 胡泳、范海燕译.数字化生存[M].海南出版社, 1997.

[2]威廉·米切尔著, 范海燕, 胡泳译.比特之城[M].三联书店, 1999, 12.

[3]威廉·米切尔著, 吴启迪, 乔非, 俞晓译.伊托邦[M].上海科技教育出版社, 2001, 7.

[4]刘育东.建筑的涵义[M].天津大学出版社, 1999, 4.

数字虚拟人习题与答案 篇2

前一个时期，由电脑合成的虚拟主持人、虚拟模特、虚拟歌星等一系列“声像虚拟人”已经把真人世界的一些让人眼红的岗位夺走了，而且它们的精彩表现的确有许多值得褒奖的地方。现在，在高科技的支持下，人类又推出了更具岗位竞争力的“数字虚拟人”(简称“数字人”)。尽管当代的“数字人”还仅仅是第二代，但因其才华独特，才能广泛，技艺高强，而且又有很大的成长潜力，所以它的竞争能力我们绝对不可小觑。

第一代数字人是一个三维立体的“数字可视人”，它有和真人一样的形状、皮肤、肌肉、骨骼和五脏六腑。如果把它当成实物人体，它就像一具“僵尸”。和第一代缺少生气的数字人相比，第二代数字人就较有活力了，它已然进化为有气管、血脉以及大、小脑的“数字物理人”了。这代数字人的许多物理指标都和真人一样，它的胳膊会断，血管会出血，不但五脏六腑里的内部细节清晰可辨，连头颅里面的脑浆都能显示出来。只要你愿意，它的四肢可以无数次被你分解拿去实验。

数字人毕竟不是真人，怎么能和真人比高低、争岗位呢?但实际上，似真人，又不是真人，这恰恰是数字人最厉害的地方。比如为了取得人体在空间运行条件下的各种生理信息，科学家把第二代数字人放在模拟的太空环境里，直接获取准确可靠的相关信息。为了避免新药在临床实验过程中可能会给实验者带来的不良影响，科研人员可以先将药物影响数据输入电脑，让第二代数字人先把药“吃下”，看服药后它的生理反应和病理反应，以此来确定新药的药效。如果让它当美容专家，它会为你设计出一系列美容手术方案，并筛选出一套最理想和最安全的方案。如果让第二代数字人给优秀的体育教练当助手，那它能帮助教练分析运动员运动时的肌肉或骨骼的状态数据，可以协助教练培养未来的世界冠军。

那么，如此厉害的第二代数字人究竟是如何“孕育”的呢?具体讲就是将真人尸体的各种数据提取出来并储存到计算机里，通过记录和处理，就可以“孕育”了。为此，科学家首先要挑选合适的样本，所选真人尸体的样本其生前须是比较健康的人，不能有任何传染病和遗传疾病，并具有其种族和民族的代表性。样本确定后，科学家就立即使用药物对其全身组织进行固定，然后用很薄的刀片对人体进行横向切削，并详细收集各种资料。我国数字人“女1号”的切片精确度达到了0.1毫米，把整个标本切削完毕，共获得了8556个切片，其相关技术已经达到世界先进水平。为了消除影响切削精度的.地面震动和杂乱的电子、电磁干扰，保证图像信息的完整性，科学家通常要选择地下室作为数据切削采集的场地。最后，科学家再把相关数据输入电脑，建立数据库，用三维软件进行信息化处理后，在电脑里绘制出三维人体图像。第二代数字人就这样“孕育”成了。

数字人未来的进化方向主要在健全智力方面，它最终的成长目标是完全类似真人。到那时，虽然它依旧不能从计算机里走出来，但真人面对它，恐怕也要敬它三尺，甚至怕它三分，因为它已经成为永远不死的“另类真人”了。

1.从第二自然段内容看，第一代数字人和第二代数字人最大有的不同是什么?

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2.请根据第三自然段的内容回答第二代数字人的重要作用有哪些?

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3.结合语境，理解下面两句中加粗词语的含义?

(1)它已然进化为有气管、血脉以及大、小脑的“数字物理人”了。

进化：_______________________________________

(2)那么，如此厉害的第二代数字人究竟是如何“孕育”的呢?

厉害：_______________________________________

4.联系全文来看，本文最后一段说的“另类真人”具有哪些方面的特点?

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5.下列表述和原文不一致的是( )

A.因为在地面切削人体时会产生杂乱的电子、电磁干扰，所以科学家通常选择地下室作为切削采集的场地。

B.要想成功“孕育”出第三代、第四代数字人，把它们完全数字化，还有许多艰难的路要走。

C.未来的数字人将可能具备一定的真人智力，到那时，虽然它依旧无法从计算机里走出来，但真人已无法消灭它了。

D.我国数字人“女1号”的切片精确度达到了0.1毫米，这表明我国数字人研究的相关技术已经达到世界先进水平。

6.假如第二代数字人为你自己服务，根据文中的介绍，你最希望它为你做什么?(要求内容要健康，符合要求)

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参考答案：

1.第一代数字人是缺少生气的“数字可视人”;

而第二代数字人是较具活力的“数字物理人”。

2.(1)可以帮助科学家获取人在空间运行条件下准确可靠的生理信息;

(2)可以代替真人进行新药药效的研究实验;

(3)可以当美容专家，为顾客设计并确定最佳美容方案;

(4)可以帮助优秀体育教练培养未来世界冠军

3.(1)指数字人从低级向高级状态的发展和变化;

(2)指具有非同寻常甚至超过真人的独特才能或作用

4.(1)具有与真人一样的物理指标;

(2)具有较健全的智力(或智力水平较高);

(3)才能独特广泛，在诸多方面能替代真人发挥重要作用;

(4)不能从计算机里走出，不能像真人一样生活在现实世界中

5.D

数字影像的“虚拟”与“真实” 篇3

1895年12月28号，在爱迪生、伊斯曼这对“助产士”的帮助下，卢米埃尔兄弟在法国巴黎卡普辛路14号“大咖啡馆”，幸运地成为电影的双生父亲。《火车进站》、《工厂大门》、《园丁浇水》等影片在这里的公开放映，开创了人类的影像时代。尽管限于当时的技术条件，这些影像看上去有点稚嫩，但毕竟使人们第一次在银幕这个虚拟空间看到了既梦幻又真实的“现实”。于是，电影由最初的“杂耍”、“玩意”逐渐发展成为“第七大艺术”，成为一种广泛的传媒形式，一门影响深远的视觉艺术。

1977年，好莱坞科幻电影大师乔治·卢卡斯酝酿数年的《星球大战》终于得以上映。这是一部囊括了当年奥斯卡电影奖所有技术奖项的电影，是一部狂赚三亿美元利润的电影，更是一部开启数字影像时代的标志性电影。它标志着世界电影开始进入一个崭新的数字时代。

“视觉活动影像制作的艺术和技术正在发生着一场革命，这场革命给我们制作电影和其他视觉媒体节目的方式带来了如此深刻的变化，以至于我们只能用出现了一场数字化的文艺复新运动来描述它。”著名导演詹姆斯·卡麦隆如是说。

数字影像（Digital Video）技术的发展，无疑是这场“革命”的关键性因素和主力军。可以说，数字影像技术的发展改变了传统影视的制作方式，改变了传统影像的形式，强调了影视思维的无限主义，并从中引发出影视手法的自由主义和视听效果的多元主义。

数字技术从诞生发展到今天，已经全面介入了影视制作的全过程。无论是前期准备阶段、制作拍摄阶段还是后期制作阶段，数字技术几乎参与了影视制作的每一过程，渗透进了影视制作的每一步骤。

影视艺术是视觉艺术的延伸，图像是其最主要的表现元素。从影视诞生以来，摄影机是获取画面的唯一手段。通常来说，一部影视的图像和声音是由摄影机和录音机面对真实的人和环境记录下来的，这种摄制工艺能够模拟出现实世界的逼真感，也为影视赋予了重要属性即纪实性。在很长一段时间里，即使是那些奇思妙想创造幻觉的影片，也只是通过模型特技、简单合成或电子特技等手段来制作，所能实现的不过是真实世界的简单变形或移位，还谈不上脱胎换骨的变化。

数字影视技术的出现，则宣布了另外一种获得逼真画面手段的诞生。由计算机参与创造的画面不仅能够模拟真实，甚至能够超越真实，实现难以想象的画面效果，极大拓展了影视艺术的表现空间。现今的影视作品中看到的画面并不完全是由摄影机所拍摄，还有以二进制数据为基本单元由计算机计算所生成的影像，这是一个全新的影像生成的方式和过程。

数字技术为影视艺术提供了新的创作空间。计算机化摄影机的使用，使摄影机的功能超过了人的眼睛，它可以找到许多人眼无法看到的视角，拍摄人眼无法看到的东西，从而提供更多的视觉奇观。

从《深渊》中的水下液态生物到《终结者》中的合金机器人，从《时光机器》中的时空旅行到《黑客帝国》中的数字矩阵，从《侏罗纪公园》中恐龙复活的神话到《阿甘正传》中社会历史场景的人为建构，数字技术编造的“真实的谎言”，在银幕上营造了匪夷所思的视觉奇观，把观众引入了真假交错的梦幻世界。不过，这些用数字技术建构的栩栩如生的逼真影像，说到底只是储存在电脑记忆体中的0和 1，是计算机复杂程序和模型的功能体现，它提供的是一个人工合成的虚拟的现实版本，它所制造的“视觉谎言”，也颠覆了传统意义上的“真实”概念。

近年来，人们一直在争辩：影视究竟是用以记录现实还是用以虚拟现实？无疑，数字影像触动了一向倚重影像真实性的电影艺术的最敏感神经。法国电影理论家、影评人安德烈·巴赞曾经说：“摄影的客观性赋予影像以令人信服的、任何绘画作品都无法具有的力量。不管我们用批判精神提出多少异议，我们不得不相信被摹写的原物是确实存在的。它是确确实实被重现出来，即被再现于时空之中。”

巴赞的“影像与客观被摄物同一”的电影影像本体论，曾经是胶片时代一条牢不可破的“金科玉律”，然而在今天却面临着数字技术的挑战。计算机技术生成的貌似逼真的电影影像，尽管还保留有若干现实的特征，但它没有现实生活中真实存在的参照物，影像与物质世界之间的联系变得越来越弱，影像也不再保证人类视觉的真实性与可靠性。

以复制、剪辑、粘贴、拼凑、合成、修饰为总体特征的数字影像，是后现代文化的产物，显示了影像的无穷游戏性和可操控性。后现代理论的一个主要出发点，就是发起对以知识、真实、理性、主体等概念为包装的现代性话语的批判。法国著名哲学家、后现代思潮理论家利奥塔认为，现代话语为了使其观点的合法化诉诸于“进步与解放、历史或精神之辩证法，或者意义与真理的铭刻等元叙事”，而后现代理论就是对“元叙事”提出质疑，对所有形而上学、本质主义和总体化思想提出质疑。

电子媒介、信息技术和符号体系正是把人们带进了一个后现代类象时代，即“一个由模型、符码和控制论所支配的信息与符号时代”，它模糊了真实与非真实之间的界限；“类象不再是对某个领域、某个指涉对象或某种实体的模拟。它无需原物或实体，而是通过模型来生产真实：一种超真实”。

丧失了现实参照物、割断了与物质世界的索引性联系、又足以以假乱真的数字影像，可谓对“类象”的一个精确注解。与“类象”相似，数字影像尽管其本质是虚构的，但它的威力和作用却是实在的，甚至比真实更真实，可以构造人类现实本身。例如，近年来随着好莱坞数字大片的热映，实际上已经在国内观众中培养起一种以奇观影像和豪华视听为基准的审美期待和观影胃口。许多观众认为数字特技创作的战争或动作场景，远比传统技法制作出的场景更具现场感和真实感。他们把虚拟的数字影像当作历史真实再现，并以此为标准对其他类似影片做出真假优劣的评判。

事实上，数字技术远非一种单纯的技术因素作用于当下电影，它的功能和影响是广泛而深刻的。对电影来说，数字技术不仅仅意味着展现了某个场面、表达了某种题材、获得了某种美学效果，实际上如同一个信息的“滤镜”，使以往不可思议的影像奇观变得司空见惯，让以往习以为常的艺术片和生活片反而变得屈指可数。数字影像既然割断了影像与外部现实的必然联系，那么它就为人类打开了对其进行自由建构的通途。就像一个画家可以在画布上任意描涂一样，人们借助特定的程序对电脑屏幕上的影像任意扭曲、延展、变形、拼贴与合成，将成为数字时代电影创作的“常态”。

在对影像进行的自由操控的游戏中，数字影像或许还会保留某些“照相现实主义”的影像风格，然而它也只是电脑下拉式菜单中多联选项上的一个选项而已。就像文学由于文字处理软件的出现而被改变一样，电影和电影理论也将由于数字技术的出现而发生改变。

电影曾经是人类艺术殿堂上一颗最耀眼的明珠，无数人对它顶礼膜拜。虽然数字技术的介入，使影视的艺术想象力得到了极大拓展，为影视创作插上了一双翱翔的翅膀，然而对技术的痴迷追求，把本来为影视艺术创作服务的技术手段游离出来单纯炫耀制作技术，始终是数字技术应用的大忌。

浅谈数字化虚拟校园 篇4

关键词：数字化,虚拟校园,三维建模,纹理映射

从二维地图、沙盘、动画到虚拟现实视景仿真是一个合乎人们认识深化和技术发展趋势的必然结果。

虚拟现实是一项涉及计算机图形学、人机交互、人工智能等学科的综合技术, 其目的是用计算机生成一个逼真的三维感觉世界, 通过视、听、触觉等作用于用户, 使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。

以兰州石化职业技术学院为对象, 借助3D建模软件和三维驱动软件, 使得设计开发桌面型虚拟校园漫游系统成为可能, 这种技术的应用大大提升了大学校园的对外宣传和文化交流水平, 能给许多不能亲临校园参观的人一种高度逼真的视觉体验, 因而具有较高的实际价值。先对整个学院进行观察和初步测量, 得到各个建筑物的位置尺寸等信息, 同时用数码相机拍取相关的待用图片, 根据获得的数据, 在3D建模软件中进行模型的建立, 为了使建筑物的效果更为逼真, 须根据采集的图片资料进行处理分析, 借助CAD和Photoshop等图像处理软件进行制作, 然后赋予每个建筑物不同的材质贴图, 对天空的模拟采用加盖一个四边形或棱台作为“屋顶”, 在表面映射各种天气的纹理, 为了让校园虚拟漫游给人一种身临其境的感觉, 特别为天空环境添加了一种随时间改变的灯光, 它将随着机器的时间 (即用户进入该系统的时间) 改变天空的明亮程度, 而对于树木、花草、路灯等不规则物体采用的是纹理映射技术进行模拟实现的, 这样即提高了校园虚拟场景的逼真度, 也保障了运行速度的平衡。

谈到纹理映射, 必须要解释几项有关它的关键技术。

*透明纹理映射技术:透明纹理是通过纹理技术和混合技术共同实现的。所谓融合技术指通过指定源和目的地颜色值相结合的融合函数, 最后的效果使部分场景表现为半透明。

*各向同性:透明单面的显示机制有两种类型:如路引的侧面、标语牌等, 本身的厚度可以近似为零, 即视点从它们的侧面看, 只是一个单面;而树木、花草等物体则不同, 本身的厚度不可忽略, 视点从任何角度的侧面看, 都应类似一个椎体或柱体的形状。

在兰州石化职业技术学院的虚拟校园漫游系统中, 对于具有不规则边界的树木、花草等物体的纹理映射, 采用两个相互垂直的平面, 分别映射相同的纹理, 因其角度间隔为90度, 所以在不同角度总可以看到相同的树木图像。但如果视点距离树木很近时, 则会看出破绽;而对于邮筒、路灯等较规则物体进行模拟时, 此方法也是行不通的。针对这两种情况, 我们并没有采用两个或多个相互成夹角的平面, 分别映射相同的纹理, 而是只采用一个平面来映射纹理, 所不同的是在显示时赋予该平面“各向同性”的特性, 即随时根据视线的方向设定该平面的旋转角度, 使其法向量始终指向视点, 这种方法正好弥补了前一种方法的不足, 适合具有较规则边界的物体纹理映射。

*纹理捆绑:即在缺省的纹理上创建和操纵被赋予名字的纹理目标, 多用于烟雾、爆炸、焰火等场景的模拟实现。纹理目标的名字是无符号整数。每个纹理目标都可以对应一幅纹理图像, 也就是说可以将多幅纹理图像绑定到当前的纹理上, 通过名字使用某幅纹理图像。

*不透明单面中的纹理映射:这种典型的纹路映射方式可以大大提高模型的逼真度, 一方面赋予模型丰富的色彩、贴图特性;另一方面通过纹理的图像模拟出丰富的细节, 简化模型的复杂程度。

在兰州石化职业技术学院的虚拟校园漫游系统中, 天空和远景的模拟是最为典型的不透明单面纹理映射的应用。在环境仿真中, 往往要求天空的显示出晴、阴、多云、多雾, 还有清晨、黄昏等效果;而视线尽头的远景由于与视点距离很远, 没有细节的要求, 往往只强调其表现效果, 所以对此类物体, 我们采用的方法是在地的边缘构造一周闭合的、由若干多边形组成的“围墙”, 而在相应四边形上映射相应的纹理, 实现该方向上远景的模拟。同样, 对天空的模拟, 采用再加盖一个四边形或棱台作为“屋顶”, 在表面上映射相应天气效果的纹理。这样, 当视点在这个由地、边界立面、顶面组成的盒子内移动时, 加上适当的光照效果, 我们就可以感到强烈的远景、天空所产生的纵深感。为了增强动态感, 还可以采用纹理变换的方法实现动态移动的天空云彩。当视点距离建筑物有一定距离时, 建筑物的表面可以看成是具有门窗、涂层、框架结构的复杂图案表面, 对于建筑物的细节可以暂时忽略, 这时也可以通过纹理映射的方法来模拟, 从而降低了采用三维模型对建筑物的大量细节表示所带来的模型复杂度。

*纹理拼接:在视景仿真系统中, 纹理的使用可以大大简化复杂模型的见建模工作, 但如果大量纹理的使用或者高分辨纹理图像, 均会给系统带来沉重的负担。针对这种情况, 可以采取的措施是:将大纹理拆分为若干小范围纹理, 然后寻找具有代表性的纹理图像作为拼接因子, 这样就可用这若干小图像拼接处一幅大图像的效果。

综上所述, 数字化虚拟校园系统是应用三维可视化技术和虚拟现实等技术, 以直观的三维地形地物代替了传统的抽象的二维地图符号, 使校园地理空间信息在电脑中立体化显示。数字化校园将给用户展示一个更加真实的校园, 可为学校相关部门人员对学校的布局以及学校的资源进行可视化浏览提供可视化的分析和决策环境, 同时可作为学校对外宣传的一个窗口, 提供给用户一个可以随时漫游校园的机会, 使那些不能亲身前往学校的学生及家长通过网络得以体会学校环境、学习氛围以及硬件设施, 通过这样的数字化虚拟校园真实地反映校园面貌, 使用户具有身临其境的感觉。

参考文献

[1]汪成为, 高文等.灵境 (虚拟现实) 技术的理论实现及应用.清华大学出版社.广西科学技术出版社, 1996.

[2]王国权.虚拟试验技术[M].北京:电子工业出版社, 2004.

[3]王乘, 周均清, 李利军.Creator可视化仿真建模技术[M].武汉:华中科技大学出版社, 2005.

虚拟数字 篇5

1面临的问题

当今汽车设计制造技术飞速发展，焊装工艺技术作为轿车白车身生产的重要技术，其发展同样面临升级换代。以往传统的二维手工进行焊装工艺规划的模式已经无法适应数字化时代汽车白车身生产的需求。同时随着汽车市场竞争的加剧，如何利用构建焊装工艺规划体系实现白车身的高质量、高效率、低成本制造，实现效益最大化，都需要我们开拓思路、寻求有效的方法与手段。而数字化虚拟制造技术的发展，为白车身焊装工艺规划实现跨越式发展提供了全新的解决方案。

2解决方案

基于行业技术发展方向及公司自身发展需求，某企业依托西门子公司的Process De-signer (简称PD) 软件建立了数字化焊装工艺规划平台体系，为白车身焊装工艺规划实现数字化、三维化、标准化、协同化的发展提供了整体解决方案，实现了主机厂和供应商协调利用该平台对白车身的制造过程进行规划设计、模拟仿真，实现信息共享、传递与发布，实现了规划制造过程的可视化、系统化和智能化。

在焊装项目运行过程中通过建立逼真的虚拟现场环境，对整个焊装工厂、焊装生产线和单个生产工位的每个操作、工作内容、工装设备等进行整体工艺规划与协同管理，并综合利用各种管理工具实现焊装工艺过程的优化。

3实施过程

在焊装项目启动前期，主机厂利用Pro-cess Designer软件平台进行焊装项目前期的数字化焊装工艺规划，这个阶段规划内容主要进行整体工艺方案与线体工位布局的分析与验证，确定产品工艺分配、采购设备的数量与种类、焊接工艺、人员、电气控制形式、工艺布局等项内容，实现对项目技术方案、设备构成、成本预算等的综合规划，为项目招标做好技术准备。

主机厂利用PD文件作为招标介质进行焊装项目的公开招标，供应商同样要利用PD软件平台进行设备及项目总体报价，整个过程均实现了统一的全数字化的数据交换。

焊装项目招标完成后，进入焊装项目的设计制造正式启动阶段。根据主机厂的技术任务要求进行焊装项目的`详细工艺规划，这个阶段同样需利用Process Designer数字化工艺规划平台系统来开展工作。进行焊装详细工艺规划的工作目标是要结合开发车型的生产纲领、节拍、自动化程度、投资预算等对白车身的上件工艺顺序、焊点分配、节拍计算、工艺设备布局、物流等方面进行分析和验证，同时利用Process Simu-late、 Robcad、 Plant Simulation 等仿真软件平台对生产线、工装设备、机器人等进行详细的模拟仿真、验证、优化，以满足焊装制造工艺的可行性，优化生产线工艺布局，优化产品物流传递，实现焊装高效率生产及高品质制造。

建立完整的焊装数字化虚拟制造体系要完成以下内容：

(1)软件平台架构的建立

主机厂以及配套供应商首先要完成软件平台架构的建立，按照工艺规划技术人员比例配置相应的工艺规划及仿真软件，组建数字化工艺规划及仿真团队，开展相应的软件技术培训。

(2) 数值化工艺规划标准建立

建立企业数字化工艺规划标准，对数据结构、资源命名规则、图标表示、数据存放层级管理等进行定制，形成企业标准。

(3)建立焊装工艺资源数据库模型

主机厂以及配套供应商根据自身发展的要求，建立了自己的焊装工装资源库和操作资源库，这是完成下一步数字化焊装工艺规划工作的前提和基础。建立完善的焊装资源数据库，才能进行工位与生产线的2D和3D布局，才能进行焊接工艺的模拟与仿真，才能进行焊装投资成本分析。

(4)开展数字化工艺规划软件应用导航项目

利用真实项目进行导航式项目应用实践。体系构建之初需选择技术实力较强的软件供应商进行技术培训与导航陪伴。利用已完成的焊装项目或新的焊装工程项目，对焊装规划及仿真人员进行数字化工艺规划导航培训，辅助规划员一步一步掌握焊装项目工艺规划的操作过程，真正在实践中学会利用数字化手段进行工艺规划的技能。

在导航过程中，利用Process Designer软件体系进行焊装产品的工艺分配，进行焊点的工艺分配、进行焊接设备的选型、进行生产线的形式选择与三维布局、对生产线及操作进行节拍分析，同时配合应用Process Simulate软件模块对焊接工艺及布局进行优化与验证，包括对机器人可达性、干涉碰撞的验证。通过以上的仿真检验，可以对焊装工艺规划方案中的焊接设备的选择、夹具设计、生产线布局、是否合理、生产纲领节拍能否满足要求等进行优化改进。

规划工作后期通过输出机器人的仿真验证结果，利用RCS接口生成离线程序，输入到实际机器人控制器中，现场调试过程中仅需要微调即可实现机器人的示教，可大大缩短了现场安装调试时间。

(5)建立虚拟试生产实验体系

当下汽车企业都面临着:如何降低新车开发成本、提高整车质量，缩短产品推出周期的挑战。数字仿真技术已经在实际工程项目实施中扮演了重要的角色。

通过建立虚拟试生产技术智能实验室，配备相应的软件与硬件设备，即可系统的开展柔性生产线数字化工艺规划、机器人模拟仿真与电气自动化控制编程调试技术的集成应用，实现数字化规划、三维设计、模拟仿真、电气编程调试虚拟化全流程的纵向技术联通。实现工装生产线产品的虚拟试生产技术应用，缩短产品设计到生产的转化的时问，提高产品的可靠性与成功率，缩短制造调试周期，满足多品种、多车型智能化、自动化、高柔性生产的需要。

虚拟制造技术正逐步成为汽车焊装装备企业的核心技术，对提升焊装制造技术水平有重大的推动作用。

(6)进行软件应用二次开发，提高规划仿真效率

企业建立了数字化虚拟制造技术平台后，要积极重视根据企业自身需求进行客制化的二次开发工作。例如一汽大众在新捷达招标过程中率先运用了数字化规划系统，并进行了招投标报价模块的定制化开发，利用该报价模块系统生成工装、工位、生产线投资列表，在工装设备调整过程中，其成本分析系统自动更新，输出与其相对应的数据。对于工位中的每一个部件，都会根据以往的投资数据给出一个准确的数值，系统会自动生成该工位的所有工装投资和所在生产线的所有工装投资。由于投资分析的准确性，对于供应商的报价，起到了极好的监控作用。

每个企业以及不同专业，对虚拟制造技术平台的需求是多样化的，只有配合二次开发才能更好的推进软件体系的应用效果不断提升，提高规划、仿真、报价、评审、输出等项工作的效率。

4对企业专业技术发展带来的益处

Process Designer数字化工艺规划软件体系是按照虚拟制造的原理开发的系统，它为企业规划制造的数字化提供了从设计、工艺、制造、装配、分析等全过程的仿真，是企业实现虚拟制造的强有力的工具。为企业缩短新产品新车型的上市时问、降低开发成本、优化规划设计方案、提高生产效率和产品质量的提高重要支撑。

数字化虚拟制造技术的推广应用，克服了以往白车身焊装生产线工艺规划没有统一的规划平台的弊端，改变了以往依靠人工手段二维规划为主、工艺规划人员之问难以协同工作的局面。现在同一焊装项目所涉及的各条生产线、自动区域，工艺规划、机械设计、电气控制、输送设计、物流规划、机器人仿真等相关技术人员可以依托统一的技术平台，共享规划资源进行工艺规划验证与布局优化，极大地便了项目技术交流与研讨，对项目规划质量和效率提升起到极大的推动作用。

5结束语

虚拟现实，用数字技术诠释生产力 篇6

与之类似的场景已经无数次地被科幻电影导演们搬上银幕。但是从今天起，如果再有科幻电影运用这样的桥段，那么我们可以毫不犹豫地认为，这个电影的导演已经落伍了。因为，这类应用已经实实在在地来到我们的身边，而不再是科学幻想。

IT技术植入工业设计

这类将使用者所见以三维立体呈现出来的技术被称为虚拟现实（Virtual Reality）。利用信息技术，虚拟现实可以逼真地描绘出视、听和嗅觉，并允许使用者以更自然的方式与虚拟世界进行交互。虚拟现实融合了计算机图形、计算机仿真、人工智能、传感、显示以及网络并行处理等多种技术门类，是IT技术发展的一个综合体。

在虚拟现实发展的基础上，又随之诞生了名为增强现实（Augmented Reality）的概念。与虚拟现实着重用户在虚拟世界的沉浸感不同，增强现实主要强调将所创造的虚拟物体与真实世界结合，而并不隔断人与真实世界的联系。现在大热的谷歌眼镜（Google Glasses），就是增强现实的一种体现。数据显示，到2016年预计全球增强现实领域相关产品的市场规模将达到51.5亿美元，5年间的年复合增长率为95.3%。

近年来，随着相关技术的逐渐成熟，增强现实和虚拟现实技术的应用日益广泛。特别是在工业设计、工业制造领域，这两类技术发挥了巨大的作用。

最早让虚拟现实技术大显身手的，是在交通工具设计方面。大名鼎鼎的波音777客机在设计阶段就采用了虚拟现实技术，实现了无图纸设计和制造。借此，波音的工程师们可以在产品的设计阶段，就徜徉于这台飞机之中，审视各方面的设计，并随时从300多万块零部件中调取任意一个进行修改。甚至于，在虚拟现实技术的帮助下，飞机制造公司还可以对产品的性能进行物理仿真、动力仿真，并借此测试产品的可靠性。

与之相比，在设计707客机时，波音公司花费50万美元搭建1：1客舱模型的做法就显得不是那么经济实惠了。有数据显示，使用虚拟现实技术设计飞机座舱，可以使设计周期从两年缩短到两个半月。

除了在设计中应用虚拟现实技术以外，波音公司也在将增强现实技术引入产品制造之中。在波音计算机服务研究和技术组的研究成果中，就包含了利用增强现实技术进行飞机内部电力线缆连接以及装配适配器的部分。通过这一研究，一个从没受过相关培训的工人也可以胜任相关工作。显而易见，这节省了大量的培训经费。

如何与工业整合

虚拟现实和增强现实技术为产品设计和制造过程提供了更为贴近实际的仿真环境，业内普遍认为，采用这两项技术能够有效提高效率，控制产品上市的时间和成本，增强企业的竞争力。这一点在当今应用模式快速变化的社会中极为重要。

目前来看，这两项技术大多被应用于产品的造型和装配设计中。在产品设计上，虚拟现实技术能够提供极为接近真实物品的形状、外观，甚至是材质表现，并可以实现即改即现的效果。这不仅降低了设计的复杂度，同时也节省了时间和金钱。

而从装配上，虚拟现实可以灵活对产品进行组装、分解和构造展现，解决了传统制造中的一个大难题：零件不匹配。这种预先的虚拟检验过程，避免了不必要的浪费。这一部分内容在工业领域非常重要，以至于还出现了一个专有的名词——虚拟装配设计（Virtual Assembly Design）。借助虚拟装配设计系统，设计人员可以在虚拟环境中使用各种装配工具对产品进行装配检验。虚拟装配设计技术包含了多种基础技术，除了虚拟现实技术以外，还包括CAD技术、仿真技术、高级可视化技术、装配制造工艺及工具开发等，

目前，在虚拟现实和增强现实技术与工业、制造业结合的领域，德国和美国表现得非常积极。德国帕德博恩大学、Heinz Nixdorf研究所、亚琛工大、Fraunhofer和慕尼黑工大研究所等德国高校和科研部门很早就已经设立了相关的科研项目。同时，包括博世、空中客车、宝马、大众等知名企业也都在就此进行投资。这些德国高校和企业在这方面一直保持着紧密的合作关系。

在美国，麻省理工大学专门成立了图象导航外科手术室，哥伦比亚大学则拥有自己的图形和用户交互实验室。目前在虚拟现实和增强现实业界盛行的一款名为ARToolkit的快速开发开源软件，也来自于美国人的实验室项目。

目前，除了ARToolkit以外，虚拟现实领域还拥有着自己的通用编程语言VRML（Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言）。可以说，这个领域的技术根基已经非常成熟。

通过对虚拟现实和增强现实技术的运用，企业不仅可以在工业设计和制造的初期构造起廉价的数字模型，对产品进行分析和改进，而且还能够获得产品运行的模拟实验数据（包括装配流程、装配轨迹、装配公差、零件特性数据、零件方向等）。利用这些数据，企业可以对产品的生产流程、工艺机械进行规划。即使在百密一疏的情况下出现问题，利用虚拟现实技术，企业也能更好对问题进行回溯、拆解和逆向。

经过以上这些流程，企业能够更加合理有效地安排产品的生产计划，减少库存。目前来看，在工业领域，尽管虚拟现实技术还存在着人机交互性不足、与CAD系统数据接口不统一、产生数据量过大等问题，但是瑕不掩瑜，从长远来看，这一技术已经成为工业生产中的必然组成元素。

通过对虚拟现实和增强现实技术的运用，企业不仅可以在工业设计和制造的初期构造起廉价的数字模型，对产品进行分析和改进，而且还能够获得产品运行的模拟实验数据。利用这些数据，企业可以对产品的生产流程、工艺机械进行规划。

虚拟数字 篇7

近年来,随着我国科技的快速发展,数字娱乐虚拟技术在数字游戏制作中广为应用,在数字游戏制作中,有效地加入娱乐虚拟技术可以增加游戏的情感性、丰富性、娱乐性和道德性。数字娱乐虚拟技术是一项以娱乐、休闲和多媒体展示为核心,用以服务人民和娱乐人民的数字化新技术,主要存在各种网络娱乐虚拟平台中,包括数字游戏制作、多媒体计算机技术和网络影音等娱乐平台。在数字娱乐游戏迈入家庭化和大众化的今天,合理的加入数字娱乐虚拟技术可以摆脱传统游戏的枯燥性和乏味性,通过娱乐虚拟与现实的融合,可以恰到好处的增加游戏玩家的情感体验和游戏乐趣,使数字游戏场景更加真实、内容更加丰富、理念更加先进健康。

2 数字娱乐虚拟技术在数字游戏制作中的实际应用

现阶段,数字娱乐虚拟技术主要在娱乐、艺术、航天、医药等领域占据主流,在经济发达的今天,人们迫切的追求身体和精神上的享受,互联网时代的到来,使得更多玩家青睐于数字游戏带给人们的精神上的享受。将数字娱乐虚拟技术引入数字游戏制作中,可以增加数字游戏多情感性、丰富性、可观性和互动性。

2.1 在数字游戏中实现娱乐虚拟的关键技术

近年来,随着网络技术和通信设备的迅速崛起,数字娱乐虚拟技术在数字游戏制作中的应用备受广大游戏玩家和游戏制造者的关注,但虚拟现实技术仍是一门年轻的科学技术,在数字游戏中实现虚拟现实技术需要更高层次的要求。在数字游戏制作中,除具有本身的娱乐性之外,还应具备互动性和可玩性,这是数字游戏吸引游戏玩家的重要因素,此外,在理论构思的同时最重要的是如何在数字游戏制作中实现数字娱乐虚拟技术。在数字游戏制作中所展现的仿真三维场景和虚拟人物都需要严格的局面控制和精心的场景设计,virtools是一种先进的仿真虚拟现实软件,它的特点在于不仅可以设计出让游戏玩家在视觉和听觉具有真实场景的感受,最重要的是它还可以实现人机互交,在丰富的行为模块中让游戏玩家体验到真实情感,这是传统游戏不能相比的。在数字游戏制作中要应用先进的动画和数字效果技术,在建模、动作和渲染、声音方面都要做到让游戏玩家感到耳目一新的效果,不仅如此,在游戏运行时,数字游戏利用虚拟现实特有3D立体效果让玩家在游戏中找到归属感和满足感。随着科学技术的发展,娱乐虚拟技术正在逐渐走向成熟,这对游戏制作中的关键技术要求也越来越高,回顾游戏的发展历程,先后经历了像素点、多位色块、全真2D、2.5D、3D、4D动感空间和沉浸式全息空间,每一次创新都需要先进技术的支持,在数字游戏制作中不仅要考虑人物动作、环境和画面的渲染程度,还要考虑游戏玩家的客观期望,包括游戏的公平性、互交性以及将艺术与虚拟现实的完美结合,总之,在数字游戏制作中要全面考虑游戏玩家的内心感受和游戏的核心本质。

2.2 数字娱乐游戏中虚拟现实的物理互动体验

近年来,随着各种游戏操作手段的不断涌现,游戏玩家更加追求现实与虚拟的完美结合,即在游戏中享受物理体验过程。在数字娱乐游戏中虚拟现实技术主要通过形式上的创新呈现出来,通过将现实与虚拟世界的完美对接,让玩家在游戏中体验到身临其境的感受,如《太空大众》这款有游戏就是利用这种手段将现实与虚拟世界相混合,让游戏玩家认为自己就在太空中进行射击,在这种物理互动中游戏玩家可以既可以体验到游戏带来的娱乐性和挑战性,同时又可以感受到游戏的真实性。不仅如此,虚拟技术不但可以在声音和视觉触动玩家而且还可以真实体验到嗅觉和味觉,如国外开发的《虚拟茧》,就是利用这种技术为玩家提供了一个无法实现梦想的机会。随着时代的进步,更多的游戏玩家期待更真实的物理互动,这是一种形式也是数字游戏发展的必然趋势,要求游戏设计者对数字游戏的设计更加真实、精心,虚拟现实技术的有效渗入可以极大的提升虚拟世界和现实生活的混合意义,玩家可以在这种物理互动中享受着数字游戏带给人们的快乐。

2.3 数字娱乐游戏中虚拟现实互动体验的情感归属

网络和通讯设备的普及,将人类完全带入到了互联网时代,我们知道,大多数传统游戏在娱乐玩家的同时,也将现实与虚拟完全混淆,导致大多数玩家沉浸在游戏之中、无法自拔,将虚拟技术引入到数字娱乐游戏当中可以有效地避开这种弊端。在数字游戏制作中,游戏开发商更加倾向人性化模式,在提高游戏娱乐性的同时还要讲虚拟世界与现实生活联系起来,如表现力极强的一款游戏《模拟太空》,游戏中玩家可以尽情感受太空的惊险、挑战和乐趣,而且在游戏中玩家又能知道自己在游戏娱乐中,以致不会沉迷于游戏当中。不同的游戏主题与游戏风格展示的游戏效果和互动模式是不同的,设计者在开发游戏的过程中必须将虚拟艺术加入到数字游戏中使数字游戏具有丰富的情感力、行为能力、影响力和娱乐穿透力,如国外利用这种技术研发的一款射击类游戏《KOR-FX》,在游戏过程中,玩家几乎可以真实感受到机械射击回馈的后坐力快感,并且可以体验到射击过程中子弹击中目标时,目标发出动作和声音。将虚拟技术与数字游戏的完美融合,可以理性的将现实与虚拟世界分开,在未来的日子中,游戏玩家可以更加期待数字游戏带来的娱乐性和美感。

3 对数字娱乐虚拟技术影响的展望

随着科技的迅猛发展,虚拟数字游戏将会逐渐成熟,数字娱乐虚拟技术的领域也将逐步迈入家庭和生活当中。数字娱乐游戏利用独特的内容方式和新颖的游戏主题,改变着游戏玩家对数字游戏的看法,在缔造的虚拟游戏世界中,将会进一步满足玩家对视觉盛宴和其他感官世界的追求,理性的加入情感思维可以有效地帮助玩家在沉浸游戏娱乐的同时不至于沉迷于数字游戏。在未来的数字游戏中,游戏玩家更加期待一种健康娱乐的游戏,这将是游戏设计者面临的一个巨大挑战,在满足娱乐、互动的同时又不能完全脱离生活损害玩家的身体健康,回顾游戏的操作历史,从最开始的单点开关到现在的全息物理反馈体验操作系统,这些改变足以说明数字游戏在不断创新着。

4 结语

数字化教育与虚拟课件的实现 篇8

现代的信息技术对于教育的改变是非常明显的, 从传统的课堂教学到多媒体教学, 就是一大进步, 但未来我们可能从传统的教学向数字化教学和虚拟教学转变。

虚拟仿真实际上是一种可创建和体验虚拟世界 (Virtual World) 的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成, 可以是现实世界的再现, 亦可以是构想中的世界, 用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界, 并通过头盔显示器 (HMD) 、数据手套等辅助传感设备, 提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面, 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, 产生沉浸感。VR技术是计算机技术、计算机图形学、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、传感与测量技术、软件工程、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术集成之结晶。其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供有力的支撑。

丰富的感觉能力与3 D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高, 故近些年来VR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VR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VR游戏系统, 配有HMD, 大大增强了真实感;1992年的一台称为“Legeal Qust”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。另外在家庭娱乐方面VR也显示出了很好的前景。

在虚拟制造技术中, 采用实物和虚物相结合的方式, 构造虚实结合的虚拟教学培训系统。

(1) 数字化教育与虚拟课件。

在课堂教学中, 使用虚拟制造技术, 可以把课程中的插图、抽象的原理采用虚拟的可操控的模型及动作表达出来, 使抽象的、难以表达的东西变得简单易懂。

例如:过去老师讲授化学元素周期表、离子、电子云、化合价, 是非常抽象的, 有了虚拟技术, 可以做出每一个元素的模型, 可以反过来、正过来观察、还可以让电子旋转, 形成电子云, 更可以观察化学反应的机理, 学生一目了然, 理解容易且深刻, 老师少费好多的口舌, 徐称眼见为实。再如电磁场、光的波粒两重性, 有了虚拟技术, 表达就极其容易。

在实验教学中, 老师在课堂上就可以操作虚拟的实验设备, 讲授实验原理、操作步骤和注意事项, 学生通过网络就可做虚拟实验。在虚拟实验室, 设备和器件的内脏可以扒开来看个究竟, 可以看到电子芯片的内部电路构造、电子的移动过程, 电路的运转方式, 信号输入输出的方向。

(2) 职业培训扩展。

职业培训对虚拟制造技术的需求是迫不及待的。例如:高危工种的培训, 没有虚拟技术其效率将会大打折扣, 成本也居高不下, 如消防、矿井救援、高空作业、电站操控、电网调度、飞机航天器操控等等的培训场合。

就是简单的汽车维修培训, 也是离不开的。一方面, 购买的实物发动机可以教学, 但是, 如何讲授原理?另一方面, 发动机拆装对于新学员来说第一次是困难的, 机件损耗也很大, 再者, 学校不可能购买市场上所有型号的发动机, 即使有购买力, 也不能卖到所有的, 或者时间上跟不上。虚拟制造技术可以帮助解决这些问题。

在汽车驾驶学校, 真正使用虚拟制造技术所完成的模拟驾驶器, 其逼真程度和驾驶感觉都非常接近实车驾驶, 根据专家测试, 对于新学员, 用它来代替1/4时间的驾驶培训, 其效果比全部使用实车驾驶来得好, 但他能减少路面交通压力、降低事故、节约汽油, 如果全国采取此种模式, 每年可直接节约汽油3.76亿公升, 其它间接效益更是可观。而开发使用虚拟制造技术所花费的成本在这里面是极其微小的。

对于这种桌面式虚拟仿真应用系统的开发一般有两种模式。一种模式是直接使用底层图形接口如O p e n G L、D i r e c t 3 D、Java3D等, 另一种模式是使用位于底层图形接口之上的开发平台, 如国外著名的商业产品OpenGVS、VEGA、Virtools和开源平台OSG, 以及国内图形平台BH.Graph等[5]。第一种模式的特点是可以完全自主控制应用系统的底层细节, 灵活性强, 可以较好体现应用系统需求方意愿, 第二种模式需借助于已有仿真图形平台, 系统开发自主性不高。同时, 这些仿真平台软件的价格往往比较昂贵, 系统开发经济性不高, 但可以实现快速开发。

基于开发平台的开发流程如下。

(1) 在商用CAD系统中建立产品的装配模型, 通过CAD系统提供的二次开发接口进行数据转换, 将CAD系统中的零件信息以中性文件的形式进行存储。

(2) 建立装配信息和规则库, 如装配顺序规划基本准则、标准件联接和装配的原则、尺寸链的查找和装配评价准则等, 建立基于装配语义的装配关系表达。

(3) 虚拟环境中装配语义识别:根据设计者的交互操作, 当装配零件运动到己装配零部件附近时, 通过两者装配特征属性匹配, 自动识别出装配零部件间的装配关系。在准确捕捉设计者装配意图的基础上, 实现虚拟装配建模过程中零件的约束运动, 确保设计者能准确自如地进行产品装配建模操作。

(4) 以装配精度模型为基础, 利用属性拓扑图进行装配公差传播方向和公差累积的分析计算, 解决产品的可装配性分析。

(5) 交互式装配顺序规划:对虚拟环境中的装配模型进行交互拆卸, 基于“可拆即可装”的假定, 通过拆卸得到可行序列;对于几种可能的装配序列, 根据装配操作的稳定性、装配操作中零部件的定位和定向次数及装配序列的并行度等进行优化及选择。

(6) 装配仿真:以装配顺序为基础, 对初始路径及其关键点位姿进行实时交互修改与调整, 同时对装夹工具的可达性、装配空间的可操作性进行仿真, 检查各条装配路径上零件在装配过程中是否存在干涉情况。

(7) 虚拟环境接受速度或者位置输入, 并根据有关的物理模型计算出相应的力, 通过适当的耦合匹配, 由力再现装置反馈给操作者。反馈对物体的重力感受。

基于底层图形接口的开发流程如下。

(1) 实体模型向3DS表面模型的转换。

(2) 3DS模型的简化。

(3) V C++环境中O p e n G L, 读入外部模型数据并进行实时交互控制显示。

(4) 通过建立装配约束关系来简化对虚拟拆装中碰撞检测的编程实现。

(5) 机械机构运动仿真。

VC++应用程序打包生成.exe文件或安装文件后可以脱离VC++环境独立安装运行, 本文提出的I-DEAS+OpenGL+VC++虚拟仿真系统开发方案有着广泛的适用性;VC++和OpenGL底层开发法, 还具有能够实现用户的个性化需求, 满足计算机通讯实时性的优点, 但它的缺点是要求用户掌握较深的编程知识;机械CAD三维实体模型数据的文件大且结构复杂, 直接进行场景驱动对硬件水平要求高, 编程困难, 利用本文提出的几种方法实现了将机械CAD实体模型进行格式转换和优化, 得到了文件格式简单、占用内存少、便于添加渲染效果的3DS表面模型 (本文中所举例机械装置在I-DEAS环境中的模型文件大小为800多兆, 而最终得到的整个虚拟仿真系统文件大小低于100兆, 且模型仿真视觉效果更佳) , 使得低硬件条件下的场景实时驱动成为可能, 从而为从现有机械CAD模型出发进行视觉仿真和交互开辟了一条新途径;最后, 通过建立装配约束关系来减少碰撞检测相交测试, 效果显著, 大大降低了应用程序复杂度。

当然我们现在的数字化教育和虚拟仿真课件还多停留在模拟特定环境或特定的流程这种模式, 并多以演示教学为主, 真正能与学生完全互动的数字化教育和虚拟仿真课件还没有出现, 但相信在不久的将来, 将会有越来越多的仿真教学系统和专业仿真软件出现在我们的课堂上, 我们也会有越来越多的人才投身到各种仿真系统的开发中。我们的教育将不再受时间地点的约束, 我们的教育将出现翻天覆地的变化, 改革的时代即将到来。

参考文献

[1]谢叻, 肖波, 吴巧教, 等.虚拟装配技术及应用[J].模具技术, 2006 (1) .

[2]贺少华, 吴新跃.基于VC++和OpenGL的大型机械装置虚拟教学训练系统的开发[J].系统仿真学报, 2009 (4) .

[3]洪凯.现代虚拟制造技术及应用前景分析[J].大众科技, 2006 (8) .

[4]唐秋华.分布式虚拟环境建模研究[D].武汉理工大学, 2005.

数字化虚拟校园系统设计与研究 篇9

一、虚拟校园系统的功能

1.1图层管理

通过连接Arc GIS中数据库,在系统中的图形模块功能能够实现加载或者卸载图层,通过缩放或者平移能够将校园内的建筑院,校道,甚至是花坛,水体都能够具体反映出来,同时,该系统还能支持图形的输出。

1.2虚拟校园场景的驱动

虚拟校园场景的驱动是实现虚拟数字化校园的重要环节。在建设完成3D模型后,只有将其放置在房在相应的漫游环境中,才能真正实现让观察者身临其境的目标。

1.3属性查询

该系统对于校园内的建筑物,或者系统内的信息检测,定位和查询都能够以快速、准确地的姿态进行。同样,在对系统信息进行统计分析也是非常准确、快速的,使其能够准确地提供相应的信息数据,有助于建筑物的管理和设计。同时,这种检索和查询是一种双向的结构,用户既可以根据图形查看属性,同时也可以根据属性查看图形。

二、虚拟校园技术实现

2.1建模

在建模的过程中,如果在3D MAX中利用布尔进行运算,那么物体则存在产生变化的可能性,甚至会出现计算错误的现象,进而影响到了正常的工作[2]。但是,此时如果选择的是利用矩形—编辑样条线—附加—挤出这种形式来进行运算,那么所得到的的效果将会大大优于前者。

2.2 Arc Scene中模型信息缺失的解决

模型导入到Arc Scene时必须以3DS格式进行导入,在导入后,客户通过系统进行观察时可能存在出现部分损失的现象(例如无法显示透明玻璃,以至于显示窗体没有玻璃)。此时,通过3D MAX复制或在阵列时通过选择“复制”操作,就能够将在Arc Scene中无法显示的模型信息。但是,如果是通过选择“实例”或者“参考”而得到的模型,那么就不能够在Arc Scene中完全显示出来。

2.3材质损失或其他损失的解决

在将模型导入到Art scene之后后,存在轮廓完整但纹理材质丢失的可能性,这对系统的效果也会有大大的影响。因此,为了解决这一问题,操作者可以将模型及其纹理贴图通过同一路径进行保存,这种方式在导入后虽然颜色、亮度等方面会出现一定程度的失真,但这种失真却是可以通过3D Effects上的工具进行调节的,调节后将不会相应模型的效果[3]。

三、结语

在信息化、数字化的社会背景下信息数字化在实际的应用中得到了良好的发展。而在此背景下校园中使用3D GIS技术构建虚拟化校园系统不仅可以建立起一个有效的校园管理系统为学校的科学管理提供技术支持还能为师生的信息查询提供便利。对学校的发展而言有着非常大的影响。而同时完善的数字校园信息系统不仅仅有效促进学校的发展在其他领域也能做出巨大的贡献。因此在未来的发展过程中还需要不断重视虚拟数字校园系统的建设促进虚拟数字校园的发展。

参考文献

[1]陈旭,何原荣,岳秋霞.基于MAPGISK9的三维虚拟校园系统设计[J].赤峰学院学报(自然科学版),2014,v.30;No.19612:17-19.

[2]宋燕燕.基于引擎技术的虚拟校园系统的设计和实现[J].软件工程师,2015,v.18;No.19610:20-23.

虚拟数字 篇10

虚拟现实技术发展迅速,种类繁多。目前实际应用当中大致分为两类,一类是基于几何模型商品三维虚拟展示技术,另一类基于照片的商品三维虚拟展示技术。

1 基于几何模型的商品三维虚拟展示技术

1.1 建模技术

目前基于Internet的虚拟现实技术包括Director、Viewpoint、Cult3D、VRML、Flash、Java 3D等,且支持建模开发工具3DS MAX,Maya,pro E,Autocad等。它们都是从各个角度实现在网页上或各种文档格式中建立互动的三维模型,用以表现完美的三维实体。它能嵌入3D互动效果的编辑及播放功能,并可以把图像、文本、声音、动画等这些多媒体元素非常方便而有机的结合起来,创造出快速、互动的三维场景[3]。

1.2 技术实现

这种技术设计思路是:首先收集数据信息(尺寸、材质、位置等),利用3DS MAX、Maya或Pro E等建模工具构建3D模型,并对该模型进行纹理、材质、贴图、颜色、灯光等处理,再利用Cult 3D、Java 3D及Director等集成控制软件定制交互演示界面,最终在浏览器中显示具有交互性的三维图形及动画效果。

1.3 技术应用

Cult 3D是一种崭新的Web 3D技术,是一个面向电子商务的交互三维软件。作为窗口式虚拟现实工具开发平台,其主要目的是在网页上建立互动的三维模型,仅通过使用鼠标,用户就可以旋转和缩放产品的Cult3D模型并可从任意角度观察;通过点击模型的功能按钮就可以开启产品的部件,移动部件。然而,目前虚拟展示的三维模型并不是在Cult3D构建,而是通过三维建模开发工具中比著名的是3DS MAX来完成。因此,该设计案例通过3D max和Cult3D技术的综合应用来说明制作网上虚拟商品展示的原理和过程。制作流程如图1所示。

1)获取照片,设置建模参考图;

2)利用3DS max根据参考图和测量的相关数据进行建模。选对车身进行粗模,再完成车头、车尾、侧面、车轮、车顶、车灯及车门等各细节的建模;

3)添加材质,灯光等效果,使得渲染效果逼真;

4)将建好的模型导出为*.C3D格式;

5)在Cult3D环境中编辑交互动作。设置移动鼠标时汽车上、下、左、右旋转的动作;鼠标单击时开启车门、车前盖、车后盖的动作;

6)保存为.co格式的文件,再将其嵌入到网页中发布。

2 基于照片的商品三维虚拟展示技术

2.1 全景技术

全景技术也称为全景摄影或虚拟实景技术,是目前全球范围内迅速发展并逐步流行的一种视觉新技术,是基于系列静态图像的虚拟现实技术[4]。它是用相机环360度拍摄的一组照片拼接成一个全景图像,通过一段程序代码或专用的播放软件在互联网上显示,浏览者可通过鼠标控制环视的方向,可左可右、可近可远观看物体或场景。或通过鱼眼镜头拍摄两张图像,它可以拍摄出水平视角和垂直视角都达到180度的特殊图像[5]。利用这种技术,不但可以前后左右360度环视景观,还可以上下浏览,真正实现全方位的三维互动效果。

2.2 技术应用

全景技术实现非常简单,它不需要复杂的建模过程,只要利用相机拍摄出合适的照片,再通过编写程序或相关软件将照片进行拼接,将二维的平面图模拟成真实的三维空间,并提供各种操纵图像的交互功能。目前用于实现该技术的软件很多,如:Quiktime、Java、Flash、Ulead Cool360、Hot Media、VR Toolbox、上海杰图的造景师、杰图漫游大师等。由于全景制作的软硬件设备价格昂贵,在此选用普通相机及常用软件制作,具体设计步骤如图3所示。

1)获取照片。对于宾馆酒店、建筑房地产、虚拟旅游业、城市漫游等环景三维全景可采用转动相机角度前后左右上下全视角拍摄多张照片。另外电子商务中一些商品与风景、建筑物不同,如服装、鞋帽、电器、汽车、工艺品等,在拍摄时瞄准对象,相机不动,转动对象,每转动一个角度拍摄一张照片。在拍摄过程中为了减少抖动,最好借助专业三脚架配合拍摄。使用专门拍摄物品的360度带刻度的转台,保持被拍物品的中心位置不变,以便拍出完整有序的实景商品照片。

2)利用图像处理软件对照片进行加工处理,调整照片的亮度、对比度及色相饱和度等。

3)在VR Toolbox中进行全景制作。将处理好的图片导入VR Toolbox中,进行相关的设置及调整,设置完成后输出应用。

3 二者比较

前者是计算机视觉,计算机图形学,计算机辅助设计的

核心。利用该技术生成的效果图立体感、空间感强。这类技术较成熟它能准确地反映设计意图,可操控性高。但开发时间长,对设计人员的技术能力要求较高。在对已知物体(如建筑物)建模时缺乏精度,需要额外的测量工作。

而后者制作周期短,制作成本低;真实感强,是基于真实图片拍摄制作生成的,相比建模生成的对象更真实可信;交互性能好,可任意控制旋转对象;沉浸感强烈,给观赏者带来身临其境的感觉;文件小,便于网上传播。担对仅保留了一张照片的历史资料,或对未开发出的新产品不能采用该技术完成。

4 结束语

随着网络及Web技术应用的日渐增多,电子商务作为其中最大的市场,己成为目前IT行业发展的热点。由于虚拟现实的技术优势对电子商务交易的成功有着重要意义。针对虚拟现实在电子商务中应用现状,实现将3DS Max与Cult3D技术相结合,全景技术与VR Toolbox相结合,将虚拟现实技术应用到网络商品展示中。并从具体实例设计出发,分析了这两种技术在具体实现中的优缺点。

参考文献

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