【正文】 化學(xué)實驗，可以避免化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的燃燒、爆炸所帶來的危險；虛擬的外科手術(shù)，可避免由于學(xué)生操作失誤，而造成“病人”死亡的醫(yī)療事故；虛擬的飛機駕駛教學(xué)系統(tǒng)，可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機墜毀的嚴(yán)重事故。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行虛擬實驗．則可以免除這種顧慮。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可以彌補這些方面的不足，學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的實驗，獲得與真實實驗一樣的體會，從而豐富感性認(rèn)識，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠(yuǎn)程教學(xué)中的作用彌補遠(yuǎn)程教學(xué)條件的不足。由于形象真實，大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的學(xué)習(xí)興趣， 學(xué)習(xí)效果十分顯著。美國海軍開發(fā)的“虛擬艦艇作戰(zhàn)指揮中心”就能逼真地摸擬與真的艦艇作戰(zhàn)指揮中心幾乎完全相似的環(huán)境，生動的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓(xùn)軍官沉浸于“真實的”戰(zhàn)場之上。四是進(jìn)行指揮員訓(xùn)練。如美空軍用虛擬現(xiàn)實技術(shù)研制的飛行訓(xùn)練模擬器，能產(chǎn)生視覺控制，能處理三維實時交互圖形，且有圖形以外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實中飛機以外的各種情況，如氣球的威脅、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等。二是進(jìn)行單兵模擬訓(xùn)練。即通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險象環(huán)生、幾近真實的立體戰(zhàn)場環(huán)境。三． 虛擬現(xiàn)實技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用前景虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，向人們展示了誘人的前景，近幾年，虛擬現(xiàn)實在許多領(lǐng)域都得到了開發(fā)和應(yīng)用，現(xiàn)將其主要的應(yīng)用領(lǐng)域簡介如下：1． 軍事訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實技術(shù)一出現(xiàn)，就受到各國軍界的青睞。中國科技開發(fā)院威海分院主要研究虛擬現(xiàn)實中視覺接口技術(shù)，完成了虛擬現(xiàn)實中的體視圖象對算法回顯及軟件接口。 在緊跟國際新技術(shù)的同時，國內(nèi)一些重點院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。4. 國內(nèi)研究狀況和發(fā)達(dá)國家相比，我國VR技術(shù)還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。VR多媒體集成系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)可視化以及納米技術(shù)（nanotechnology）。正在開發(fā)一系列VR產(chǎn)品,主要是娛樂業(yè)方面的。3. 英國的研究與開發(fā)在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備 （包括觸覺反饋）設(shè)計和應(yīng)用研究方面，在歐洲英國是領(lǐng)先的。筑波大學(xué)工程機械學(xué)院研究了一些力反饋顯示方法。為了克服當(dāng)前顯示和交互作用技術(shù)的局限性，他們正在開發(fā)一種虛擬全息系統(tǒng)。他們把這種裝置應(yīng)用于一個虛擬現(xiàn)實的“游戲棒”中。NEC公司計算機和通信分部中的系統(tǒng)研究實驗室開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它能讓操作者都使用“代用手”去處理三維CAD中的形體模型，該系統(tǒng)通過VPL公司的數(shù)據(jù)手套把對模型的處理與操作者手的運動聯(lián)系起來。另外在虛擬現(xiàn)實的游戲方面的研究也做了很多工作。例如，波音公司的V22運輸機就是先在實驗室中造出虛擬機后再投入生產(chǎn)的。 華盛頓大學(xué)華盛頓技術(shù)中心的人機界面技術(shù)實驗室（HIT Lab）在新概念的研究中起著領(lǐng)先作用，同時也在進(jìn)行感覺、知覺、認(rèn)知和運動控制能力的研究。1991年后，SRI進(jìn)行了利用VR技術(shù)對軍用飛機或車輛駕駛的訓(xùn)練研究，試圖通過仿真來減少飛行事故。大學(xué)醫(yī)學(xué)中心成功地將計算機圖形及VR的設(shè)備用于探討與神經(jīng)疾病相關(guān)的問題。 在科技和民用方面，他們主要研究：分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。NASA的Ames現(xiàn)在正致力于一個叫“虛擬行星探索”（VPE）的試驗計劃，這一項目能使“虛擬探索者”（Virtual Explorer）利用虛擬環(huán)境來考察遙遠(yuǎn)的行星，他們的第一個目標(biāo)是火星。他們大量運用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。美國宇航局 （NASA）的Ames實驗室完善了頭盔顯示器（HMD）；并將VPL的數(shù)據(jù)手套工程化，使其成為可用性較高的產(chǎn)品。美國VR研究技術(shù)的水平基本上就代表國際VR發(fā)展的水平。 這三個“I”是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三個基本特征,其中人的感受在整個系統(tǒng)中是最重要的，強調(diào)了人在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。例如，異地的醫(yī)科學(xué)生，可以通過網(wǎng)絡(luò)，對虛擬手術(shù)室中的病人進(jìn)行外科手術(shù)。3．共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。例如蘋果公司推出的快速虛擬系統(tǒng)(Quick Time VR)，是采用360度全景拍攝來生成逼真的虛擬情景，用戶在普通的電腦上，利用鼠標(biāo)和鍵盤，就能真實地感受到所虛擬的情景。2．簡易型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)可以將使用者的視覺、聽覺與外界隔離，因此，用戶可排除外界干擾，全身心地投入到虛擬現(xiàn)實中去。沉浸型虛擬系統(tǒng)是一套比較復(fù)雜的系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按其功能不同，可分成三種類型。3．多感知性。計算機能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。2．交互性。當(dāng)使用者移動頭部時，虛擬環(huán)境中的圖像也實時地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動而運動，而且還可以聽到三維仿真聲音。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像．使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。這種交互性粗看只是一個技術(shù)上的變化，但它出現(xiàn)以后，“以計算機為主體”的看法逐漸被人們所拋棄，大多數(shù)人開始接受“人是信息環(huán)境的主體”這一思想。在系統(tǒng)中，用戶可以直接控制對象的各種參數(shù)，如：運動方向、速度等，而系統(tǒng)也可以向用戶反饋信息，如：模擬駕駛系統(tǒng)中兩車相撞，用戶會感覺到震顫，車在抖動。我們可以設(shè)想這樣一幅情景：當(dāng)你戴上特制的頭盔與手套后，你就發(fā)現(xiàn)你已置身于一個不受時空限制的歷史的博物館中，當(dāng)你向前行走或者轉(zhuǎn)頭時，你所看見的景象也會隨之改變，你可穿過大廳，推開前面的大門；而當(dāng)你看見一件精美的展品時，你甚至可以上上下下、里里外外仔細(xì)地觀摩.......這就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)給你帶來地一切——近乎完美的真實感覺。虛擬現(xiàn)實是一個在當(dāng)今國際上倍受關(guān)注的課題。誰能抓住這個機會，將開辟一個嶄新的產(chǎn)業(yè)和市場，并有可能成為國內(nèi)這個未來最具前景行業(yè)的領(lǐng)頭企業(yè)。虛擬現(xiàn)實系列項目可行性分析報告提要：本分析報告較全面地介紹了目前國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、應(yīng)用前景和市場現(xiàn)狀，著重分析了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心技術(shù)及其實現(xiàn)方案，并做出了幾個較為可行的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目策劃題案。本文的結(jié)論是：目前是投入虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)業(yè)的最佳時機，這是一個可以大展宏圖的產(chǎn)業(yè)。目錄1． 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)簡介2． 虛擬現(xiàn)實在國內(nèi)外的發(fā)展概況2. 1美國的研究狀況2. 2日本的研究狀況2. 3英國的研究與開發(fā)2. 4國內(nèi)研究狀況3． 虛擬現(xiàn)實技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用前景3. 1軍事訓(xùn)練3. 2教育應(yīng)用3. 3工程應(yīng)用3. 4商業(yè)應(yīng)用3. 5游戲娛樂3. 6其他應(yīng)用4． 市場分析5． 虛擬現(xiàn)實技術(shù)和產(chǎn)品的實現(xiàn)方案5. 1頭盔顯示器（或3D目鏡）5. 2數(shù)據(jù)手套5. 3力（觸覺）反饋裝置6． 虛擬現(xiàn)實項目策劃6. 1世界風(fēng)景主題餐廳6. 2遙控虛擬飛行旅游系統(tǒng)7． 投資分析一． 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)簡介虛擬現(xiàn)實，英文稱為Virtual Reality(VR)，即利用計算機發(fā)展中的高科技手段構(gòu)造出一個虛擬的境界，使參與者獲得與現(xiàn)實一樣的感覺。如果真正實現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實，那么對整個人類的生活與發(fā)展將會發(fā)生很大的變革。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的最大特點在于它與用戶的直接交互性。經(jīng)過不平路面時，汽車會顛簸。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下三個基本特征：1．沉浸性。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣。使用者在虛擬環(huán)境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，就能對虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行考察或操作。由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的感受。1．沉浸型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。使用者必須頭戴頭盔、手帶數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤裝置，才能與虛擬世界進(jìn)行交互。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是用戶可完全沉浸到虛擬世界中去，缺點是系統(tǒng)設(shè)備價格昂貴，難以普及推廣。簡易型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由一臺普通的計算機系統(tǒng)組成，使用者通過鍵盤、鼠標(biāo)便可與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。這種系統(tǒng)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，易于普及推廣，是一套經(jīng)濟實用的系統(tǒng)。共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，將異地的不同用戶聯(lián)結(jié)起來，共享一個虛擬空間，多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)對同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，達(dá)到協(xié)同工作的目的。關(guān)于從技術(shù)角度來認(rèn)識以人為主的信息環(huán)境，美國科學(xué)家柏迪有一個精辟的論述，他在1993年的世界電子學(xué)年會上所發(fā)表的《虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)及其應(yīng)用》一文中，提出一個“虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三角形”，它簡明地表示了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征，即：三個“I”(Immersion沉浸感、Interaction交互操作、Imagination思維構(gòu)想)。二． 虛擬現(xiàn)實在國內(nèi)外的發(fā)展概況1．美國的研究狀況美國是VR技術(shù)的發(fā)源地。目前美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。NASA研究的重點放在對空間站操縱的實時仿真上，大多數(shù)研究是在NASA的約翰遜空間中心完成的。NASA完成的一項著名的工作是對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的仿真。現(xiàn)在NASA己經(jīng)建立了航空、衛(wèi)星維護VR訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站VR訓(xùn)練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國使用的VR教育系統(tǒng)。在顯示技術(shù)上，UNC開發(fā)了一個幫助用戶在復(fù)雜視景中建立實時動態(tài)顯示的并行處理系統(tǒng)，叫做像素飛機（Pixel planes）。他們以數(shù)據(jù)手套為工具，將手的運動實時地在計算機上用圖形表示出來；SRI研究中心建立了“視覺感知計劃”，研究現(xiàn)有VR技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。另外，SRI還利用遙控技術(shù)進(jìn)行外科手術(shù)仿真的研究。HIT將VR研究引入了教育、設(shè)計、娛樂和制造領(lǐng)域。2．日本的研究狀況在當(dāng)前實用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究與開發(fā)中日本是居于領(lǐng)先位置的國家之一，主要致力于建立大規(guī)模VR知識庫的研究。但日本大部分虛擬現(xiàn)實硬件是從美國進(jìn)口的。日本國際工業(yè)和商業(yè)部的工業(yè)科學(xué)和技術(shù)代辦處經(jīng)營的產(chǎn)品科學(xué)研究院開發(fā)了一種采用X、Y記錄器的受力反饋裝置。東京大學(xué)的廣瀨研究室重點研究虛擬現(xiàn)實的可視化問題?，F(xiàn)在他們已經(jīng)有了4項成果：一個類似CAVE的系統(tǒng)、用HIMD在建筑群中漫游、人體測量和模型隨動、飛行仿真器。他們開發(fā)了九自由度的觸覺輸入器：開發(fā)了虛擬行走原型系統(tǒng)，步行者只要腳上穿上全方向的滑動裝置，他就能交替邁動左腳和右腳。到1991年底，英國已有從事VR的六個主要中心，它們是WIndustries（工業(yè)集團公司），British Aerospace（英國航空公司），Dimension International，Division Ltd,Advanced Robotics Research Center和Virtual Presence Ltd（主要從事VR職產(chǎn)品銷售）。正在計劃推出新型輕量顯示頭盔和功能強大的圖形引擎 （graphics engine）。從矯形術(shù)到信息技術(shù)，從電子和航空工程到納米技術(shù)，以及高級顯微學(xué)等領(lǐng)域。根據(jù)我國的國情，制定了開展VR技術(shù)的研究，例如，九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金會、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃等都把VR列入了研究項目。北京航空航天大學(xué)計算機系是國內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)知識方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，并提出了有關(guān)算法及實現(xiàn)方法；實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實研究論壇，可以提供實時三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境，提供用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并將要實現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接。他們在硬件開發(fā)上己經(jīng)完成了LCD紅外立體眼鏡，并且已經(jīng)實現(xiàn)商品化。從90年代初起，美國率先將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，主要用于以下四個方面：一是虛擬戰(zhàn)場環(huán)境。以增強其臨場感覺，提高訓(xùn)練質(zhì)量。讓士兵穿上數(shù)據(jù)服，戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套，通過操作傳感裝置選擇不同的戰(zhàn)場背景，輸入不同的處置方案，體味不同的作戰(zhàn)效果，進(jìn)而像參加實戰(zhàn)一樣，鍛煉和提高技術(shù)水平、快速反應(yīng)能力和心理承受力。三是實施諸軍兵種聯(lián)合演習(xí)，建立一個“虛擬戰(zhàn)場”，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根據(jù)虛擬環(huán)境中的各種情況及其變化，“調(diào)兵遣將”、“斗智斗勇”，實施“真實的”對抗演習(xí)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，根據(jù)偵察情報資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓(xùn)指揮員通過傳感裝置觀察敵我兵力部署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。2．教育應(yīng)用 用VR技術(shù)可以建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等。對于許多不能失誤的高難度儀器訓(xùn)練或是需要不斷反復(fù)練習(xí)的操作訓(xùn)練，如外科手術(shù)、開飛機、滑雪、開挖土機、開拖吊機、核子潛艇操作等，利用虛擬現(xiàn)實來作為新進(jìn)人員的訓(xùn)練是一個趨勢。在遠(yuǎn)程教學(xué)中，往往會因為實驗設(shè)備、實驗場地、教學(xué)經(jīng)費等方面的原因，而使一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實驗無法進(jìn)行。避免真實實驗或操作所帶來的各種危險以往對于危險的或?qū)θ梭w健康有危害的實驗，一般采用電視錄像的方式來取代實驗，學(xué)生無法直接參與實驗，獲得感性認(rèn)識。學(xué)生在虛擬實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的或危害人體的實驗。徹底打破空間、時間的限制利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以徹底打破空間的限制。例如學(xué)生可以進(jìn)入虛擬發(fā)電廠內(nèi)，考察發(fā)電機的每個部件的工作情況以及每個部件之間的相互聯(lián)系，了解整個發(fā)電過程，這是電視錄像媒體和實物媒體所無法比擬的。例如，生物中的孟德爾遺傳定律，用果蠅做實驗往往要幾個月的時間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實現(xiàn)。例如，在虛擬的課堂學(xué)習(xí)氣氛中，遠(yuǎn)教學(xué)生可以與虛報的教師、學(xué)生一起交流、討論，共同探討學(xué)習(xí)中的各種問題，進(jìn)行協(xié)作化學(xué)習(xí)。再如，在外語教學(xué)中，可以通過計算機虛擬學(xué)生到國外旅游的情境，讓學(xué)生與人交談，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生口語的目的。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以做各種各樣的技能訓(xùn)練。由于這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。3．工程應(yīng)用 工程很大程度上依賴于圖形工具，以便直觀地顯示各種產(chǎn)品，目前CAD/CAM已經(jīng)成為機械、建筑 等