虚拟现实技术开题报告

1、虚拟现实技术开放报告一、论文主题的起源1、建构主义，特别是情况认知等学习理论要求更真实的学习情况。建构主义学习理论强调了学习者的主动性和学习状况的创设，认为学生在与情况的互动过程中实现了意义的构成。在教育信息化过程中，基于多媒体技术和网络技术的多媒体网络教育可以提供友好的界面和交互的学习环境，激发学习者的学习兴趣，促进学习者的自主发现，探索和建立新旧知识之间的联系，通过协商、绘画等活动实现知识的意义建构。传统教育媒体(如文本、图片、动画等)在创建学习情况方面存在局限性，最突出的是缺乏实时交互。为了让学习者更好地构建意义，为了学习，必须创造更现实的学习情况。2、虚拟现实技术具有固有的交互、身临其

2、境和想象，可以构建更加真实的网络3d学习方案。随着信息技术的发展，虚拟现实技术作为一种独特的“3I”功能广泛应用于军事、医疗、城市规划、GIS、教育和娱乐领域。将虚拟现实技术应用于教育领域，提供了创造建构主义学习状况的新方法。虚拟现实建模语言(Vrml)是应用最广泛的简单虚拟现实建模语言，可以为学员构建更现实的web 3d学习方案。3、构建基于web的虚拟实验仿真系统，为没有实际实验条件的学生提供实验机会。首先，由于一些实验设备昂贵，数量有限，在实际教学中不能满足教育要求；第二，危险的实验，及其微观和宏观层面的实验，在现实中是不能实现的；最后，在远程教育中，与教育机构分离的学生一般没有实际实验

3、条件。虚拟实验可以很好地弥补这种现实教育的局限性。4、我们大学研究生已经有了二维照片学习网站，所以在学习VR课程后，可以和刘老师商谈，创建另一个照片模拟实验系统，嵌入原来的网站，让学习者获得更好的学习效果。二、相关概念的定义1、虚拟现实技术(VR)虚拟现实技术(VR)也称为精神或魔法技术，这是一种综合技术，它将计算机图形、人机界面技术、传感技术、心理学、人机工程学和人工智能结合在一起。功能上，虚拟现实是利用计算机创建模拟环境，并通过多种专用设备“投资”到该环境，从而使用户可以直接与该环境交互的技术。VR技术使用户能够使用人的自然技术调查和操作虚拟世界中的物体，同时提供视觉、听力、触摸等多种直观

4、自然的实时感知。美国Grigore C.Burdea和法国Philippe Coiffe在虚拟现实技术（第二版）这本书中定义了虚拟现实：虚拟现实是高端人机界面，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等各种感官通道进行实时模拟和实时交互。2、VRMLVRML，英语虚拟现实建模语言的缩写，是虚拟现实建模(建模)语言。描述交互式三维对象和三维世界的文件格式。最初，创建VRML的目的是在全球Web中实现动态交互的主页。在以前的文献中，此缩写被解释为“虚拟现实标记语言”，这是VRML的原始名称，主要参考HTML的名称3360Hypertext标记语言，因此VRML最初也称为标记语言但是，现在您意识到VRM

5、L不仅限于简单的文本显示语言，还需要扩展更多的3D功能，因此您将ML从VRML更改为Modeling Language。VRML是与多媒体、互联网、虚拟现实等密切相关的新技术，目前已发展成基于WWW的三维交互式虚拟世界在互联网上制作的主要语言，称为第二代web建模语言。VRML不是脚本语言(如c、JavaScript)或页面定义语言(如HTML)，VRML语言本身是描述几何和3D场景(或称为世界)中对象和对象之间行为关系的纯场景描述语言。三、国内外研究现状和问题(a)国外研究现状1、美国研究现状美国是VR技术的发祥地和当前VR技术领域最权威的国家，VR研究技术的水平基本上代表了国际VR的发展水

6、平。NASA的Ames研究中心是许多VR技术的发源地。目前该研究的重点是空间站操纵的实时模拟，其中最著名的实验是哈勃太空望远镜的模拟。北卡罗来纳大学(UNC)的计算机系是最早进行VR研究的著名机构，目前他们的研究主要在分子建模、航空驾驶、外科模拟和建筑模拟四个方面。SRI research center目前在NASA、美国国防部和国家科学基金会的支持下，正在进行利用遥控器技术的外科模拟研究，成为VR领域中一个非常有名的话题。美国研究机构利用虚拟现实技术设计波音777取得了成功，这是近几年受到科技界关注的另一个伟大成果。2、欧洲研究现状英国在VR开发的某些方面，尤其是在分散辅助设备(包括并行处理

7、、触觉反馈)的设计和应用研究方面，在欧洲处于领先地位。德国在建筑业、汽车产业、医疗界等领域也曾应用VR技术。例如，德国一些著名的汽车企业梅赛德斯-奔驰、宝马、大众等公司也使用了VR技术。制药公司将使用VR开发新药；医院开始了使用人体数字模型的手术实验。3、亚洲研究现状日本虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中占有举足轻重的地位，在构建大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面取得了巨大的成就。(b)国内研究现状我国对VR技术的正式研究在90年代初期，以及虚拟现实的高成本和使用费，多年来限制了虚拟现实技术在我国的研究和应用。但是近年来，由于政府相关部门和科研人员的关注，虚拟现实技术在中国已经取得了很

8、大的发展。五年计划、国家自然科学基金会等都将VR纳入重点研究项目，国内一些主要机构也对这一领域进行了几个等级的研究。1996年，天津大学在SGI硬件平台上以VRML国际标准为基础首次开发了虚拟校园，从而打开了虚拟现实应用于我国教育领域的序幕，虚拟校园、虚拟实验室继续投入到教育领域。天津大学推出虚拟校园后，上海交通大学、西南交通大学、中国人民大学等大学相继推出虚拟校园。特别是中央广播大学远程教育学院推出的虚拟校园，极大地促进了学生的学习便利，提高了教育质量。虚拟现实在实验教学中的应用越来越广泛。北京科技大学虚拟现实实验室近20年从事虚拟现实研究，成功开发了纯交互式汽车模拟驾驶训练系统；在北京航天

9、大学的虚拟现实和多媒体实验室中，我们的军事模拟教育和战斗训练系统正在开发中；还有同志大学建筑学院的虚拟现实实验室、西南交通大学的工程漫游、中国科技大学利用虚拟现实技术构建的物理实验、中国地质大学利用虚拟现实技术演示决策的结构特征、东南大学自主开发虚拟工程漫游等。(c)存在的问题总体上，当前的VR技术仍处于实际应用领域的初期阶段。这只是刚开始对如何在很多方面应用进行研究的技术，还有很多理论问题和尚未克服的技术障碍。另外，我国的虚拟现实教育应用研究水平还比较低，一般来说，一些主要大学正在进行实验性质的研究，结合实际及教育理论研究虚拟现实的教育领域应用成果几乎是空白的，目前我国的虚拟现实技术禁止进入

10、中小学教室。所以如何将虚拟现实从科学研究到实际教育应用，实现其教育价值。三、论文研究的主要内容和目标(a)研究的主要内容1、虚拟场景建模。构建真实的虚拟情景，让实验者有身临其境的感觉，提高学习的兴趣和欲望。2、虚拟场景漫游和定位技术。开发虚拟场景定位子系统，使实验者可以在虚拟场景中快速漫游，并创建更人性化、更智能的系统。3、虚拟相机建模和交互技术。建立具有相对完整功能的虚拟相机模型，不仅使此虚拟相机模型看起来拟真，相机模型的个别元件还具有即时互动。4、照片的实时生成技术。在虚拟场景中，根据摄影机的动态交互实时产生各种效果的照片(焦点困难)。其中包含图形知识和JAVA的EAI接口技术。(b)目标

11、1、由于硬件条件、使用对象和有限的个人知识，该系统只属于初步的表样式虚拟现实系统。也就是说，此系统的开发和使用仅限于普通PC，而非其他设备。开发技术仅限于计算机图形技术、人机交互技术和仿真技术等。目的是使用对象作为摄影技术训练师，创建更现实的学习方案，提高摄影技术教学效果。2、构建网络平台，嵌入该系统，使其可在网络上使用，并在远程教育中进行虚拟照片实验。四、论文的创新点、难点和可行性分析(a)创新点虚拟现实的两个本质特征紧紧抓住交互和身临其境的感觉，用基于VRML的虚拟现实技术构建web三维世界，与二维在线过程相比，场景更真实、更有魅力。使学生处于更现实的情况下，获得知识，培养能力，发展智力。

12、(b)困难1、动态设定相机的各种参数，以建立可执行动态互动工作的拟真相机模型。相机的保真度和功能完整性直接决定了摄影技术训练的效果。2、照片的实时生成技术是本系统开发的最大难点。在虚拟场景中使用实时快照可以提高系统效果的身临其境感和真实感，但是因为包含大量图形知识，所以难度很大。采用照片预处理方式的话，系统的投入感和真实感会大幅下降。(c)可行性分析该系统包括VRML、Java、3DMAX和多媒体技术、web设计和创作技术以及摄影技术。学习了多媒体技术、VRML和Java、web设计和制作、现代摄影技术等之后，为系统设计和开发奠定了基础。我国的一些虚拟现实专门研究机构(公司)和一些高等学校已经

13、成功开发了一些虚拟校园、军事或医疗实验系统，其中的一些成功经验可以为我学习和学习。在主观上一定程度的开发能力和客观环境可以提供经验支持的前提下，今后在老师们的关心和指导下，在同学们的帮助下，通过学习和学习，不断探索已经有的经验，通过练习，展示神奇的虚拟三维世界。五、论文的主要框架第一章：简介1.1主题的研究背景和意义1.2利用国内外VR技术进行虚拟实验的研究现状1.3本文的研究目标和内容1.4论文模板第二章：虚拟现实技术概述2.1虚拟现实的概念和发展过程2.2虚拟现实的基本技术特征2.3虚拟现实系统的种类2.4虚拟现实教育应用程序2.4.1虚拟现实教育应用的重要性2.4.2虚拟现实教育应用的理

14、论基础2.4.3虚拟现实教育应用方法2.4.4分析妨碍虚拟现实技术传播和使用的因素第三章：VRML和Java开发虚拟学习情况3.1虚拟现实建模语言VRML3.1.1 VRML开发历史和特点3.1.2 VRML的编辑器、执行环境和浏览器3.1.3 VRML中的场景图形、坐标系和坐标变换3.1.4 VRML照明技术，纹理技术3.1.5 VRML路由和事件机制3.1.6 VRML触发技术3.1.7 VRML的脚本语言3.2 Java语言简介3.3结合Java和VRML的三维交互技术3.3.1运行模式3.3.2驱动程序方法3.3.3 JSAI界面3.3.4 EAI介面第四章：摄影实验仿真系统的设计与分

15、析4.1系统设计概念和设计原则4.2照片实验模拟系统的功能模块设计(见图1)4.2.1虚拟场景4.2.2虚拟相机型号4.2.3场景漫游定位模块4.2.4照相机操作监控模块4.2.5照片生成模块(困难)4.2.4照片显示模块4.3网络平台设计4.3.1照相实验模拟系统嵌入4.3.2补充其他功能第五章：摄影实验仿真系统的开发与实践5.1开发计划和阶段5.2开发工具和环境设置5.3系统开发5.4系统集成测试5.5系统缺陷和预计改进第六章：结论和展望6.1工作摘要6.2研究展望六、研究方法和时间表(a)研究方法文献研究法：查阅相关专业书籍、期刊、杂志，收集相关文献，同时进行网络研究。在此基础上，分析、整理和分析了当前基于web的虚拟实验系统开发的相关理论成果和实践经验，分析了研究的弱点。案例研究法：研究国内外现有的虚拟现实实验系统，并从功能、结构、技术上对其进行综合分析，进行调查，发现优缺点，为网络考试系统的开发提供经验。实验研究法：通过反复系统运行测试获得反馈，修改和改进。(b)时间表2006年4月5月末(2个月)，将根据现有调查继续审查相关资料，改善论文框架的构建。在此基础上，完成论文的理论框架，继续深入学习相关技术，扩大个人技术力量，准备进行系统开发。2006年6月9月底(4个月)，经过技术难关，努力开发和示范运行该系统的基本模式