虚拟现实的应用领域及发展现状
摘要：虚拟现实技术已经发展很多年，虚拟现实的应用领域也越来越广泛，最初是用于军事仿真，近年来在城市规划，室内设计，文物保护，交通模拟，虚拟现实游戏，工业设计，远程教育等方面都取得了巨大的发展，虚拟无限相信，这是不可逆转的趋势，并且会运用更加广泛。
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虚拟现实技术已经发展很多年，虚拟现实的应用领域也越来越广泛，最初是用于军事仿真，近年来在城市规划，室内设计，文物保护，交通模拟，虚拟现实游戏，工业设计，远程教育等方面都取得了巨大的发展，虚拟无限相信，这是不可逆转的趋势，并且会运用更加广泛。
一、虚拟现实的应用领域
1．远程教育与教学培训
VR 技术用于教育是一种非常有意义的潜在市场，利用 VR 将实际过程与理论分析合二为一的课程教育是一个新的教学形式。国内外一些高等院校成功开发了基于集成声音、图像及其他多媒体技术的三维空间的远程教育中心，它制造了一个完全立体化的模型，虚拟出真实的校园环境，用户进入教育中心如同进入真正的学校一样，可以进行提问、考试等，进行实时教学和交流。
例如，美国怀俄明州的卡斯帕的一些中学生，有幸从 1993 年开始试验用这种技术进行上课。每个学生都有一台个人计算机、特殊的头盔眼镜、数据手套和操纵杆。学生可以用 VR 技术在太阳系里飞行，也可以进入人体内的细胞里，可以学习计算机内部结构，还可以沿尼罗河漂流而下，也可以建造一座早期的城堡。用 VR 技术学习既生动又有趣。
2．商业
现实生活中，我们所看到的电视画面以及社会大力推行的网上远程购物等，通常商家只是把所售与推荐的商品的图片，加以扫描，以平面的形式贴在网上，顾客远程所看到的只是平面的、单一的商品画面与真伪难辩的文字介绍，而无法了解商品各个点面的具体特和内质。
对于那些期望与客户建立直接联系的公司，尤其是那些在他们的主页上向客户发送电子广告的公司， VR 技术具有特别的吸引力。 VR 技术有可能让顾客购买商品的感觉最好。百事可乐公司在自己的网站上创建一个广告画面：火星探测器在火星表面走动且发现了一瓶百事可乐。美国 Construct 公司最近完成了一个 VR 项目，目的是展示 VR 技术作为一个故事片媒介的优势。应用 VR ，可以创造出逼真的虚拟世界，与三维动画不同的是， VR 是互交的，画面跟随着着用户的操作而改变，特别适合于制作城市规划、房地产开发演示节目，用户和观众能达到身临其境的逼真境界。
3．休闲和艺术、娱乐消遣
休闲和娱乐领域是 VR 技术的一个重要应用领域，也是 VR 技术的一个巨大市场。利用 VR 技术度过休闲时光，到虚拟世界中去游玩一番，是别有风趣的。但却没有一丝一毫的危险。它能提供良好的多人之间的交互功能，提供更加逼真的虚拟环境，从而使人们能够享受其中的乐趣，带来美好的娱乐感觉。 VR 技术目前正朝着实时通信、大规模用户交互的方向发展。世界一些著名的已建成 VR 娱乐中心，在这个环境中许多神话都已变成“现实”。
你可以利用 VR 技术，坐在家里或坐在游戏厅内去到旅游景点游览一番。美
国一家工程公司研制出一种打高尔夫球的 VR 模拟器。在很大的房间内，悬挂一个有弹性的尼龙屏幕，你在室内用标准的高尔夫球杆和真正的球，进行打球活动，只要你从球座上发球后，球飞出碰到屏幕便掉在你的房间地板上。这时屏幕上可以显示出球在真实球场的上空飞行的状况。这是因为，由传感器、红外线发射器、电子跟踪系统确定出球的飞行情况，由计算机计算出球继续飞行的路径，并确定出是左曲球还是右曲球，于是在屏幕上显示出球的飞行过程。这种虚拟的室内打高尔夫球模拟器，可以模拟 16 个著名高尔夫球场的实况，打 18 个洞的高尔夫球。
先进的 VR 娱乐就更有趣了。例如，美国芝加哥有一个 VR 娱乐厅，叫“ 战技中心” 。它是世界上第一个大规模 VR 娱乐系统，有一个座舱，前方有一个屏幕。可以从上面看到战斗场景。下方有个副屏幕，从它的上面可看到损伤情况。主屏幕的两侧显示武器的状态和选择：，左边的操纵杆控制武器动
作，右边的调整开关可以控制速度。“ 战斗机器” 是这个娱乐系统的“ 主要人物” ，是一个超级机器人。它是一场战争的发动者，假设这场战争发生在一千多年以后。用脚去踏脚踏板，就使“ 战斗机器模拟器” 开始工作，于是模仿一千多年以后的战争就开始了。
4．建筑规划与城市规划
城市规划与布局
利用 VR 技术进行建筑规划设计，在建筑设计阶段就能以可视的、动态的方式全方位展示建筑物所处的地理环境、建筑物外貌和各种附属设施，可以让设计人员在虚拟建筑物内漫游，获得第一手材料，来验证自己设计的建筑物是不是合适。在建筑设计中，除要考虑结构及强度等问题外，还要考虑采光、声音效果、通风等许多问题，而这些问题要预先估计出来是比较困难的。利用 VR 技术，虚拟出建筑物，让设计人员到室内考查，这就方便多了。对于讲演厅、电影院的设计，则可用 VR 技术来考查声音效果，帮助设计人员改进设计。因而 VR 技术是建筑规划方案设计、装修效果展示、方案投标、方案论证及方案评审的有力工具，在建筑设计业、虚拟城市、房地产业和建筑装修业等领域有着日益广泛的应用前景。
慕尼黑机场
城市规划对于展示城市规划、宣传城市建设、提升城市形象，帮助有关人员作出决策，有着巨大的促进作用。
5．建筑物虚拟现实漫游
房地产的应用
漫游是 VR 技术应用的领域之一，为了给人以身临其境的感觉，建筑物 VR 漫游一般都要表现该建筑物所处的虚拟地理环境、建筑物全貌，以及该建筑物的各种附属设施，对房地产业、旅游业等产生很大的影响。
6．房地产销售
仿真是个先进的视觉表达方式，可以完全取代实物模型和三维动画，甚至取代样板房的制作。仿真系统可以安装在多台计算机上，同时在多个地方，如售楼部，展销会给客户做演示只能采用虚拟楼盘展示。也可以安装在笔记本电脑上，上门为客户做演示，有很好的宣传推广作用。或者给投资方做为投资决策分析用。特别适合于制作城市规划、房地产开发演示节目，用户和观众能达到身临其境的逼真境界。
7．文物古迹恢复
随着时间的流失，沧海桑田的变化，很多有价值的文物建筑都有了不同程度的损坏，或者已经不复存在。该系统可以重现当年的景况。
8．网上产品展示与商场导购
为了达到虚拟产品展示，把各类产品如汽车、家具家电产品、工艺品、古董、服装等以动态三维的方式高清晰度地给用户展示出来，实现良好的推销效果。
现实生活中，我们所看到的电视画面以及社会大力推行的网上远程购物等，通常商家只是把所售与推荐的商品的图片，加以扫描，以平面的形式贴在网上，顾客远程所看到的只是平面的、单一的商品画面与真伪难辩的文字介绍，而无法了解商品各个点面的具体特征和内质。而 VR 技术为我们提供了在虚拟环境下感受商品的特征和内质的机会。
9．虚拟博物馆与虚拟宾馆
根据博物馆的实际结构，制作三维网上博物馆和把馆藏的所有展品做成三维模型，使网民在网上浏览时有身临其境的感觉，能最大程度满足参观者需求。
根据宾馆的需求，将宾馆的大堂、饭厅、各种客房、娱乐设施、游泳池、周围环境等设施用 VR 技术制作成场景，特别是把那些比较有特的设施制作成场景供客户随意浏览，方便客户网上自动定房。
10．制造业
VR 技术在机械制造业有广泛的应用前景， VR 技术的直观与交互特性弥补了传统设计分析工具的不足， VR 技术可以帮助设计师和工艺师进行产品设计和制造，包括虚拟概念设计、虚拟布局、虚拟装配、产品原型快速生成、虚拟制造等领域。尽管虚拟制造的出现只有短短的几年时间，但它对制造业的革命性的影响却很快地显现了出来。由于虚拟制造系统基本上不消耗资源和能量，也不生产实际产品，而是产品的设计、开发与加工过程在计算机上的本质实现，即完成产品的数字化加工过程。与实际制造相比较，它具有高度集成、快速成型、分布合作等特征（虚拟制造具有响应快、环境统一、柔性好、试制等中间环节少、废品少、成本低、生成实际制造过程简便等特征），这些特征很好的解决了 TQCS 难题，因此 VR 技术不仅在科技界，而且在企业界引起了广泛关注，成为制造业研究的热点之一。
例如，美国伊利诺斯州的科普利纪念医院病房设计出来之后，请一大批残疾的老战士，坐在轮椅上，戴上有显示器的头盔和数据手套，进入 VR 世界，对病房的设计进行检查、评论。他们从头盔中看到的是犹如真的病房，他们到处查看，结果发现。水池上方的水龙头调节手柄距离地面太远，坐轮椅的人够不着。用 VR 世界，查出设计中的毛病，就可以改进设计了。
飞机发动机设计是十分复杂的工作，最重要的一个问题是发动机的拆装。因为发动机零件多，很紧凑，设计出来的发动机，常常在拆装中发生困难（拆不下来，装不上去，或工具伸不进去，没地方下手等等）。用 VR 技术，虚拟一个发动机，进行拆装，就可以发现设计中的漏洞和毛病，以便加以修
改。现在，汽车设计、舰船设计也都可以采用虚拟设计。
11．医学应用
VR 技术将为医学带来一场革命。 VR 可以用于复杂手术过程的规划，进行人体解剖仿真，外科手术仿真器等；此外，远程医疗服务也是一个很有潜力的应用领域。例如： (1) 虚拟人体早在 1985 年，美国国立医学图书馆 (NLM) 就开始人体解剖图像数字化研究，并利用虚拟人体开展虚拟解剖学、虚拟放射学及虚拟内窥镜学等学科的计算机辅助教学。 (2) 遥控外科手术在偏远山区，通过远程医疗 VR 系统，医生只需对虚拟病人模型进行手术，并通过高速宽带网络将医生动作传送到网络另一端的手术机器人，由机器人对危急病人还可以实施远程手术。手术实际进展的图像也可通过机器人摄像机实时传给医生的头盔立体显示器，并将其与虚拟病人叠加，以便医生实时掌握手术情况并发出手术指令。在战场上，可以通过 VR 系统对前线的危急伤员进行远程手术，使他们得到及时的抢救。也可以用于医学心理学，尤其用在与心理失调有关的恐惧和忧虑疾病方面。12．电力系统
VR 技术在电力系统的应用，将给电力系统带来新的活力，有着广泛的应用前景：
•一个大型发电厂的投建，可以用 VR 全方位仿真。
•从小到一个基建子工程、一条出线的出力负荷，大到锅炉、汽机、发电机组，都可预实施，这对工程的优化施工，提高设计效率有非常重要的意义。
•大型电力设备的检修：电力系统设备一般都很昂贵，其维护、检修工作自然非常重要，如能利用 VR 装置模拟检修，对提高工人的业务能力非常有好处。•大型设备的设计：发电机组、锅炉、汽机、变压器组等能利用 VR 预设计。•动力系统仿真中心：从发电厂到输电线路，直至用户，全方位建立一个动力13．金融
金融可视化是指将大量数据变换成图像式物质，从而使数据更易理解和分析，股票市场就是采用这种技术的主要领域。
14．科学可视化
现在，有很多数据或物质，如红外光、微波、雷达、电磁场、在通道中流动的各种数据都不是可见的，利用 VR 技术，很容易将这些东西可视 , 这就为我们的研究带来很大的方便。
15．国防训练和军事模拟
早期的应用由于价格昂贵、技术复杂而仅限于国防训练和军事模拟等领域。国防训练和军事模拟是推动 VR 技术发展的主要力量，而且 VR 技术的许多成功应用也是在军事上，如飞机驾驶模拟器、近战战术训练器、虚拟战场 ( 作战仿真系统 ) 等。既通过建立虚拟战场环境来训练军事人员，同时通过虚拟战场来检查和评估武器系统的性能。在虚拟战场中，参与者可以看到在地面行进的坦克和装甲车，
在空中飞行的直升机、歼击机和导弹；在水下游弋的舰艇；可以看到坦克行进时扬起的尘土和被击中坦克的燃烧浓烟；可以听到坦克或飞机的隆隆声由远而近，从声音来辨别目标的来向与速度。参与者可以瞄准、射击上述目标，也可以驾驶坦克、飞机等武器平台仿真器。这样，不仅可以节省大量的资金、军用物资，而且还可以改变状态来反复进行各种战场态势下的战术和决策研究。
例如，早在 20 世纪 80 年代初，美国的 DARPA 就开始为坦克编队典型作战训练开发一个实用的虚拟战场，其主要目的是为了降低作战训练费用，同时也为了确保安全和减低对环境的影响，最后形成了一个由美国及德国的 200 个坦克训练器互联网络 SIMNET 系统。 SIMNET 通过分布网络形成一个虚拟战场环境，在训练经费紧缩、战术训练质量和数量提高以及作为新武器概念试验台的应用等方面得到广泛认可。 NATO( 北大西洋公约组织 ) 计划将逐步把各个国家的兵力汇入 SIMENT 而成为一个虚拟战场，进一步的工作是把空战仿真系统(AWSIMS) 和海战仿真系统 (NWSIMS) 与 SIMNET 相联。
16．航天领域应用
(1) 航天员训练器利用虚拟训练系统对航天员进行失重心理训练，使其建立失重环境下空间方位感。其次，通过构造航天器虚拟座舱模型，训练航天员熟悉舱内布局、界面和位置关系，演练飞行程序和操作技能等。特别当航天器某些关键设备在轨运行期间发生故障时，可以通过 VR 技术，在地面或空间站对其进行修理培训。 1993 年 , 哈勃望远镜的修复成功就是一例。
(2) 交会对接人工控制 VR 技术利用 VR 技术，将交会对接时航天器的动力学模型存入计算机系统，通过计算机仿真，实时解出 2 个航天器间的相对距离和姿态角参量，再通过计算机生成图像，在头盔显示器里实时显示 2 个航天器虚拟环境，从而达到训练目的。
17．旅游业的应用
在旅游业的应用包括：旅游规划、旅游营销等。在旅游规划中的应用 VR 技
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