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序論：在您撰寫現實技術論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
一、產品概念設計與市場
概念設計是工業設計領域中的一個重要方面。國外大公司的產品設計部門包括:1)(Conceptdesign)概念設計;2)(Detaildesign)詳細設計;3)(Manufacturingdesign)制造設計。由此可見，產品的概念設計的主導地位和重要性。
1概念設計的內涵
概念的設想是創造性思維的一種體現，概念產品是一種理想化的物質形式。下面以概念設計教學實例之一來說明其涵義:給出一個概念“斷藥”，讓學生進行座椅的開發設計。步驟是，首先向學生講述心理學中的一個名詞———暗示心理，并分別舉出一個“安樂死”實驗和一個“挽救少女生命”的文學名著故事，從正反兩個方面說明暗示對人的健康的影響;然后運用一個“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產品上。因為，在民間曾有這樣一個說法，就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上，取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項鏈之后，就斷了藥，從此不再吃藥，這也意味著孩子走向健康。所以，將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產品上來為健康做設計時，用折斷了的鑰匙做椅架為主題，由學生創意出現了形形的座椅開發設計方案(其草圖、效果圖、視圖等技術說明從略)，于是就有了一種新型的專用座椅的概念設計。其應用場合為療養院、醫院、不能自理的老人家庭等。
這是傳統的產品概念設計。當然，產品的類型不止是這種無障礙設計思想指導下的專用座椅。產品即人之觀念的物化，設計是一種思維行為。在這種思維創造活動中，產品概念的構思是豐富的，人的創作智慧是無窮的。概念產品的類型更是多種多樣。
2概念設計與產品市場
完成概念設計只是第一步，能不能進行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市場為開發商或企業帶來效益等，這是個風險問題。設計師的概念設計畢竟與難以預料市場變化有著許多差距。如何縮短這一差距，是以往概念設計者的難題。在開發設計的許許多多產品中，只要一百件產品中有幾件能夠投放市場見效益就是成功。在追求“百分之幾”的見效益成功的過程中，如何減少做“分母”的被動，擴大見效益的百分比，仍是最關鍵的，是公司管理決策人士和設計師共同努力的方向。
3虛擬現實技術促使概念設計的市場化
為了更好地接近產品的市場需求，目前國際上流行的一種“故事版情景預言法”的概念設計，就是將所要開發的產品置于一定的人、時、地、事和物中進行觀察、預測、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設計表達展示給人們。于是，產品在設計的開始便多了一份生命和靈氣。然而，設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，計算機輔助工業設計的發展，尤其是虛擬現實技術在產品概念設計中的應用，已使設計師的設計思路和設計表達如虎添翼;可以想象面對一種虛擬的“故事版情景預言法”設計出的產品，讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發設計的產品與傳統相比，就大大減少了投放市場的風險性，也為企業決策人尋找商機、判斷概念產品能否進一步開發生產，提供更好的依據。虛擬現實技術能模擬整個產品開發過程，保證產品開發一次性成功，加快開發進程，甚至使設計者和用戶融為一體，設計出滿足市場需要的產品。
二、虛擬現實技術與虛擬產品
1虛擬現實系統(VirtualReality，VR)
虛擬現實系統又稱為虛擬現實環境，是指計算機生成的一個實時三維環境。使用者可以在這環境中“自由地”運動，觀察周圍的景物，還可通過各種專用的傳感交互設備與虛擬物體進行交互操作。用戶看到的是全彩色景象，聽到的是虛擬環境中的音響，感覺(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環境所反饋的作用力，從而讓使用者產生一種身臨其境的感覺。產生虛擬現實環境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)這種方法產生虛擬環境的步驟為:
①用放置在不同地點的多個攝像機將某環境或事物記錄下來;
②利用計算機的視頻技術抽取出環境或事物的三維模型;
③從虛擬攝像頭的視角展示獲得模型。具體的做法是:獲得數據標度攝像頭分離對象建立模型嵌入顏色交互回放。
2)基于圖像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:
用攝像頭連續掃描周圍空間來獲取某一區域完整的景物圖像，將獲取的景物圖像，通過圖像處理技術，按坐標映射到圖形工作站的虛擬全景屏上，用戶載上頭盔顯示器就可以看到所攝周圍景物環境。
2虛擬現實系統的常用設備及要求
虛擬現實系統常用設備有:三維鼠標(也稱鳥標)、數據手套、數據衣、頭盔顯示器、立體聲耳機等。對虛擬現實系統的要求除了應具有高性能的計算機系統(包括軟、硬件)外，還必須有下列關鍵技術提供強有力的支持:(1)能以實時的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實時跟蹤用戶的頭和手;(4)能對用戶的動作產生力學反饋。
3虛擬產品(VirtualProduct，VP)
虛擬產品是虛擬現實技術應用于產品設計的產物，是一個數字化的產品。它具有真實產品所必須具有的特征。通過對產品實時的仿真，設計人員或用戶就能夠像使用真實產品一樣使用虛擬產品。由于產品的設計過程是數字化的，因此節省了傳統方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實驗模型、外觀模型和生產模型等)的時間和物質。在計算機中由于對設計的產品進行反復設計、分析、干涉檢查、模具設計等過程，使設計繪圖的工作量比傳統的繪圖工作量大大減少。
三、虛擬現實技術在概念設計中應用前景
在概念設計中，如采用頭腦風暴法進行方案創意時，可以將體驗設計思想更好地融于其中，也就是更多地關注產品使用者的感受，而非產品本身。比如，針對不同用戶及愛好者的要求，在不同的虛擬環境中，讓他們親自體驗修改模型的感受;利用觸摸屏來選擇產品的造型、色彩、裝飾風格等許多可選部件。在渲染和生成十分逼真的三維模型時，充分感受了自己所喜愛的產品在虛擬環境中的“真實”情況。甚至還可根據用戶的建議，邀請部分用戶直接與設計者一起對模型提出修改意見，觀察設計和修改過程，直至大多數人滿意為止。
為了適應激烈的市場競爭，設計廠家不能坐等用戶找上門訂購產品，而應該主動把自己廠家的產品推向市場。利用虛擬現實技術做出虛擬產品的動畫廣告，再與計算機網絡技術結合起來，使用戶能夠通過網絡來游覽設計廠家的設計產品，并能直接在虛擬環境中對產品的功能、結構、外形、色彩等方面進行實時交互、了解、觀察;同時，還可以通過Email對產品提出意見和建議，讓廠家參照各方面的意見修改和完善所設計的產品。這樣可提高設計廠家的競爭力，為設計廠家謀得更多的市場份額。
若用戶對廠家設計的產品引起購買的欲望，通過網上游覽，將信息反饋到各商家，商家則會主動爭先與廠家聯系，網上定貨，使廠家的產品提前占領市場。由于激烈的全球市場競爭，各國都投入了大量的資金對虛擬現實技術及其在工業設計領域中的應用進行深入地研究。將研究的成果及時轉化為生產力，這是產品迅速占領市場的關鍵。
參考文獻
1陳軍等虛擬現實中虛擬景象產生的技術初探計算機應用研究，1999，6
2熊曼辰等數字化與概念化工業設計ICME2000論文集
動畫作為藝術的一種表現形式，它具有特殊的文化內涵。動畫藝術來源于生活，但它的藝術表現形式卻又遠遠高于生活。動畫創作中想象力和創新性是關鍵，動畫中創造性大都是如何來體現的呢？它靠技術，然而在當前社會迅速發展的影響下，很多新型技術都進行了革新和研發，也伴隨著動畫行業的發展迎來一個燦爛的春天，并且在表現形式上呈現出多元化。很多動畫作品不但在商業上獲得了極大成功，而且其民族性、國際性、藝術性上也體現的淋漓盡致。所以說新技術的革新是動畫藝術的發展趨勢。
二、虛擬現實技術與動畫藝術的融合之路
動畫在當前社會的發展中，在形式上很多情況不能滿足商業或藝術上的要求，這就要求動畫技術進行革新以滿足其需求。然而，虛擬現實技術就應運而生了，虛擬現實技術使動畫藝術在表現形式上更廣，甚至促進新興行業的產生。例如，虛擬三維仿真動畫游戲，建筑漫游交互可視化，模擬軍事、工業制作互動領域。
三、模擬真實環境，實時仿真交互
模擬真實環境主要是應用在商業中，早在加拿大，就已經投入運用了，即，在商業會議中，會議中的人員都不會到場，而是在家拿出手機或是電腦，進入一個虛擬的辦公環境中，大家都坐下來開會就好了。這樣就大大節省了資源。在虛擬的環境中每個模型的外形，進行真實的擬合，然后通過數據轉換成三維模型。比如，藍天白云花草樹木的模擬、虛擬現實主題公園真實模擬、真實的建筑場景等。
四、動畫藝術與虛擬現實技術的發展
動畫藝術的設計可以挖掘傳統文化中的元素。傳統文化經過幾千年的沉淀，所留下來的優秀文化大多是符合大眾口味，都有其獨特的藝術形式，吸引著各自的愛好群體。虛擬現實技術隨著科技的發展，也日益健壯，把動畫藝術融入到虛擬現實當中，其視感、觸覺可謂大為觀止。建筑行業中，為了把握市場趨勢，果斷啟用最新技術把握住了商機。虛擬現實技術甚至成了當今房地產行業綜合實力的象征與標志；工業生產中，虛擬現實技術給其帶來了便捷，提高了效率，更是減少了損失；在軍事模擬動畫中，給戰士充足的現場感覺，提升了培訓質量。
五、結語
虛擬現實技術可利用計算機產生一個以自然的視、聽、觸等功能感受的三維環境，人們可以方便地對生成的“虛擬世界”進行交互式的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶創造了一個實時反映實體變化與相互作用的界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環境中的作用與變化，它具有多媒體信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特點。利用虛擬現實技術創建出逼真的礦山工程環境對優化系統設計具有重要的實用價值。
為了給用戶創建一個能使其感到身臨其境和沉浸其中的環境，必要的條件就是根據需要能在虛擬現實系統中逼真地顯示出客觀世界中的一切對象：不僅要求所顯示的對象模型在外形上與真實對象酷似，而且要求在形態、光照、質感等方面十分逼真。
目前，相關軟件發展迅速、種類較多，其中常用的軟件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我國圖靈公司的VRMAP、適普公司的IMAGIS等。
1．1模型構建軟件
MultiGenCreator是美國MultiGenParadigm公司開發的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設計、交互式游戲等。它在滿足實時性的前提下可生成逼真的場景，可進行多邊形建模、矢量建模和地形生成。它的層次細節、多邊形篩選、邏輯篩選、繪圖優先級、自由度設置等高級功能使得其數據格式OpenFlight在實時三維領域成為流行的圖像生成格式。該軟件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的數據與AutoCAD和GIS軟件結合方便。
1．2支持視景生成的語言——OpenGL
應該使用已有的商品化或標準化的圖形庫和程序設計語言來設計與實現虛擬環境，其中OpenGI(服務器)及其支持系統就是這樣一種可選用的圖形生成環境。OpenGI可按函數庫的形式被C語言調用，也可以被窗口系統直接調用。OpenGI是使用專用圖形處理軟件接口，該接口目前由幾百個過程函數組成，用以支持用戶對高質量三維對象的圖形和圖像進行操作。
()penGI指令的模型是客戶／服務器模式，即一個程序(客戶)提供指令，該指令由OpenGI解釋并處理，它直接執行3D及2D圖型的基本操作。這些操作包括轉換矩陣、光照模型和光線跟蹤、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持雙緩沖技術，該技術提供了生成動畫效果圖形所需要的機制，使所生成的圖形能夠像電影一樣平滑運動。
1．3視景漫游軟件
Vega是MultiGen--Paradigm公司開發的應用于實時視景、聲音仿真和虛擬現實等領域的高性能軟件環境和開發平臺，由Lynx圖形化用戶接口和Vega庫組成。利用Vega庫函數可在Lynx中建立漫游所需要的場景、窗口、通道、運動和碰撞方式，可以定義對象的初始化參數并建立對象之間的相互聯系。
2地質構造情況的模擬
對于礦山技術人員來說地質構造情況非常重要，如果對煤層、巖層、含水層、流沙層以及斷層和褶曲等情況的推斷有偏差，或圖形表現不直觀易懂，則在建井或生產過程中就可能發生塌方、突水等事故，造成人員傷亡和經濟損失。應用虛擬現實軟件可以根據地質體的三維分布，使礦井的規劃設計更加直觀方便。
綜合國內外現狀，三維地質體的繪制有塊段、表面、實體和斷面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面數據是ded或。dem格式，使用GIS軟件Arolnfo、用插值方法生成不規則三角網(TIN)，然后轉成USGSDEM格式，將其導入Creator就可以生成煤層曲面。然后，通過光照、著色、紋理、渲染等處理三維地質體更加逼真。
3地形地貌及地物的模擬
地形地貌和地物的建立需要相應的三維數據。如果有研究區域的紙質地形圖，可以用掃描數字化的方法得到平面數據，按照圖上的標注得到高程數據；如果已有該區域的電子地圖，則可直接使用或通過數據格式轉換得到需要的數據；如果沒有上述數據源，則需要由野外測量獲得。
地形生成與地質曲面生成過程類似，先用ArcInfo將地形圖上的等高線和高程點進行數字化，把圖上標注的高程值輸入到屬性表中，生成不規則三角網(TIN)，然后轉成USGSDEM格式將其導入Creator生成三維地形。
對于建筑物、道路、圍墻、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD進行數字化，得到其平面位置。將得到的*．def文件導入Creator，并與地形匹配。如果建筑物比較規則，則直接將其底面按照高度拉伸為立體，如果建筑物造型比較復雜，則需要分成規則的幾部分進行構建。
4礦山井下巷道建模
目前，礦山信息主要是通過CAD格式的雙線采掘工程平面圖來表達。首先根據采掘工程平面圖上的高程信息，利用CAD中的三維多線段重新描繪巷道，同時將高程信息賦予每個節點，實現巷道的單線顯示，井筒和巷道設計要布置合理，盡量避免穿過斷層、褶曲、含水層等不良地質構造，盡量減少礦井建設和生產地面的影響。
使用MultiGenCreator進行設計，用圓柱體表示井簡，用半圓型截面的柱體表示巖巷，然后進行模擬生產，以發現生產中可能遇到的問題，對設計方案進行比較和選擇。設計方案完成后可模擬不同設備、不同開采方式的生產系統進行生產，從而達到優化礦井設計和生產系統的目的。綜合考慮地質和技術條件、經濟、環境等各種因素，選擇合理的方案。
5虛擬巷道系統的建立
虛擬巷道系統是對礦井真實巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務之一是實現基于web環境下的可交互的、真實巷道的三維可視化表達，用戶可以從各個角度對巷道虛擬環境進行任意的瀏覽和觀察，并可通過網絡進行各種交互。
5．1礦井巷道的建模
礦井中各種實體大多是三維實體，其表面為不規則曲面，且內部礦體品位分布不均勻。對于礦體的外形，可用一個不規則的封閉曲面來確定。為確定礦體的范圍，要經地表勘查、地下勘探及推估等手段來完成。在瀏覽器上三維實體模型，可通過將現有的三維礦體模型中存儲的信息按照一定的規范轉換為系統可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中構建三維礦井巷道模型，首先應進行簡單的坐標轉換，這是因為MuhiGenCreator中采用的坐標系和地學中實際采用的坐標系的含義有所不同。MultiGenCreator中采用的坐標系為符合右手規則的空間坐標系，是以MuhiGenCreator瀏覽器中用戶區的中作為其坐標系的圓心，基底坐標為XOZ面，y表示高程。其坐標長度以米為單位，標準角度以弧度為單位。因此，為使它與人們通常采用的地學坐標系保持一致，應將原來礦井三維實體的(，Y，：)坐標轉換為MuhiGenCreator坐標系中的(，Y，Z)。轉換后的三維實體坐標應滿足虛擬場景中所采用的局部坐標系顯示的需要。由于礦井實體坐標的數值一般相當大，而實際顯示坐標值的前幾位高位數據對圖形形狀不產生任何影響，因此可將地理坐標數據各分量同時做一預選。
5．2虛擬巷道場景的繪制
對于規則格網構成的礦山地表模型及礦井實體的頂底板數字表面模型，可用ElevationGrid節點構建。該節點能很容易有效地設計創建一個位于局部坐標系X()Z平面上高低起伏的地域造型。該造型用高度值組成的標量陣列描述，陣列指定了表面每個格網點上的高度。和z方向的柵格點數量可以分別用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了柵格行和列之間的空間。Height域的值指定了每一個柵格點的海拔高度，基底上的每一個柵格點都與height矩陣中的一個海拔值相對應；colorPerVertex域指定為TRUE或FAISE，表示color域中指定的顏色是用到ElevationGrid節點的每個頂點上(TRUE)，還是應用到每個四邊形上(FAISE)；此外，通過建立solid域值，所有的海拔柵格都可以當作實體。
對于由不同的三角面構成的復雜地表模型，則需要用MUITIGENCREATO提供的萬能幾何節點IndexedFaceSet來創建，它有coord與coordlndex兩個域，與IndexedFaceSet節點中的兩個域類似，前者提供了一個節點，列出了構造面幾種所有面的坐標。Coordlndex域的值提供了一張描述一張或多張面周界的列表。其中每一個值都是整型索引，并且每個索引都指定了在coord域內的坐標列表中的一個坐標。在實際的創建過程中，要求建立三角網的各個三角面按照法線方向向外的法則。
6結語
應用虛擬現實技術，生成一個逼真的礦山虛擬環境(VirtualEnvironment)。這樣在礦山設計或研究階段，科研人員可以置身于礦山虛擬環境下直觀審視礦山，按照設計給定的工藝方法和參數，選擇設備及確定生產模式。從基建到閉坑的全過程實時監控，發現問題進行實時修正。設計結束后，設計單位、礦山企業可向審查者、公眾展示一個三維和動態的礦山?？傊摂M現實技術在礦山設計、技術改造、生產中可廣泛應用。
參考文獻：
[1]古德生．金屬礦山深部開采中的科學問題[A]．香山科學會議第175次學術討論會[c]．北京：2001．
[2]喬林，費廣正等．OpenGI程序設計[M]．北京：科學出版社，2002：130～134．
[3]齊安文等．三維地學模擬述評及其礦山應用關鍵問題．《中國礦業》．2001(5)：10．
[4張瑞新、任延祥．虛擬現實技術及采礦工程中的應用．《中國礦業大學學報》，1998(3)：27
概念設計是工業設計領域中的一個重要方面。國外大公司的產品設計部門包括:
1)(Conceptdesign)概念設計;2)(Detaildesign)詳細設計;3)(Manufacturingdesign)制造設計。由此可見，產品的概念設計的主導地位和重要性。
1概念設計的內涵
概念的設想是創造性思維的一種體現，概念產品是一種理想化的物質形式。下面以概念設計教學實例之一來說明其涵義:給出一個概念“斷藥”，讓學生進行座椅的開發設計。步驟是，首先向學生講述心理學中的一個名詞———暗示心理，并分別舉出一個“安樂死”實驗和一個“挽救少女生命”的文學名著故事，從正反兩個方面說明暗示對人的健康的影響;然后運用一個“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產品上。因為，在民間曾有這樣一個說法，就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上，取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項鏈之后，就斷了藥，從此不再吃藥，這也意味著孩子走向健康。所以，將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產品上來為健康做設計時，用折斷了的鑰匙做椅架為主題，由學生創意出現了形形的座椅開發設計方案(其草圖、效果圖、視圖等技術說明從略)，于是就有了一種新型的專用座椅的概念設計。其應用場合為療養院、醫院、不能自理的老人家庭等。
這是傳統的產品概念設計。當然，產品的類型不止是這種無障礙設計思想指導下的專用座椅。產品即人之觀念的物化，設計是一種思維行為。在這種思維創造活動中，產品概念的構思是豐富的，人的創作智慧是無窮的。概念產品的類型更是多種多樣。
2概念設計與產品市場
概念設計只是第一步，能不能進行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市場為開發商或企業帶來效益等，這是個風險問題。設計師的概念設計畢竟與難以預料市場變化有著許多差距。如何縮短這一差距，是以往概念設計者的難題。在開發設計的許許多多產品中，只要一百件產品中有幾件能夠投放市場見效益就是成功。在追求“百分之幾”的見效益成功的過程中，如何減少做“分母”的被動，擴大見效益的百分比，仍是最關鍵的，是公司管理決策人士和設計師共同努力的方向。
3虛擬現實技術促使概念設計的市場化
為了更好地接近產品的市場需求，目前國際上流行的一種“故事版情景預言法”的概念設計，就是將所要開發的產品置于一定的人、時、地、事和物中進行觀察、預測、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設計表達展示給人們。于是，產品在設計的開始便多了一份生命和靈氣。然而，設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，計算機輔助工業設計的發展，尤其是虛擬現實技術在產品概念設計中的應用，已使設計師的設計思路和設計表達如虎添翼;可以想象面對一種虛擬的“故事版情景預言法”設計出的產品，讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發設計的產品與傳統相比，就大大減少了投放市場的風險性，也為企業決策人尋找商機、判斷概念產品能否進一步開發生產，提供更好的依據。虛擬現實技術能模擬整個產品開發過程，保證產品開發一次性成功，加快開發進程，甚至使設計者和用戶融為一體，設計出滿足市場需要的產品。
二、虛擬現實技術與虛擬產品
1虛擬現實系統(VirtualReality，VR)
虛擬現實系統又稱為虛擬現實環境，是指計算機生成的一個實時三維環境。使用者可以在這環境中“自由地”運動，觀察周圍的景物，還可通過各種專用的傳感交互設備與虛擬物體進行交互操作。用戶看到的是全彩色景象，聽到的是虛擬環境中的音響，感覺(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環境所反饋的作用力，從而讓使用者產生一種身臨其境的感覺。產生虛擬現實環境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)這種方法產生虛擬環境的步驟為:
①用放置在不同地點的多個攝像機將某環境或事物記錄下來;
②利用計算機的視頻技術抽取出環境或事物的三維模型;
③從虛擬攝像頭的視角展示獲得模型。具體的做法是:獲得數據標度攝像頭分離對象建立模型嵌入顏色交互回放。
2)基于圖像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:
用攝像頭連續掃描周圍空間來獲取某一區域完整的景物圖像，將獲取的景物圖像，通過圖像處理技術，按坐標映射到圖形工作站的虛擬全景屏上，用戶載上頭盔顯示器就可以看到所攝周圍景物環境。
2虛擬現實系統的常用設備及要求
虛擬現實系統常用設備有:三維鼠標(也稱鳥標)、數據手套、數據衣、頭盔顯示器、立體聲耳機等。對虛擬現實系統的要求除了應具有高性能的計算機系統(包括軟、硬件)外，還必須有下列關鍵技術提供強有力的支持:(1)能以實時的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實時跟蹤用戶的頭和手;(4)能對用戶的動作產生力學反饋。
3虛擬產品(VirtualProduct，VP)
虛擬產品是虛擬現實技術應用于產品設計的產物，是一個數字化的產品。它具有真實產品所必須具有的特征。通過對產品實時的仿真，設計人員或用戶就能夠像使用真實產品一樣使用虛擬產品。由于產品的設計過程是數字化的，因此節省了傳統方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實驗模型、外觀模型和生產模型等)的時間和物質。在計算機中由于對設計的產品進行反復設計、分析、干涉檢查、模具設計等過程，使設計繪圖的工作量比傳統的繪圖工作量大大減少。
三、虛擬現實技術在概念設計中應用前景
在概念設計中，如采用頭腦風暴法進行方案創意時，可以將體驗設計思想更好地融于其中，也就是更多地關注產品使用者的感受，而非產品本身。比如，針對不同用戶及愛好者的要求，在不同的虛擬環境中，讓他們親自體驗修改模型的感受;利用觸摸屏來選擇產品的造型、色彩、裝飾風格等許多可選部件。在渲染和生成十分逼真的三維模型時，充分感受了自己所喜愛的產品在虛擬環境中的“真實”情況。甚至還可根據用戶的建議，邀請部分用戶直接與設計者一起對模型提出修改意見，觀察設計和修改過程，直至大多數人滿意為止。
為了適應激烈的市場競爭，設計廠家不能坐等用戶找上門訂購產品，而應該主動把自己廠家的產品推向市場。利用虛擬現實技術做出虛擬產品的動畫廣告，再與計算機網絡技術結合起來，使用戶能夠通過網絡來游覽設計廠家的設計產品，并能直接在虛擬環境中對產品的功能、結構、外形、色彩等方面進行實時交互、了解、觀察;同時，還可以通過Email對產品提出意見和建議，讓廠家參照各方面的意見修改和完善所設計的產品。這樣可提高設計廠家的競爭力，為設計廠家謀得更多的市場份額。
若用戶對廠家設計的產品引起購買的欲望，通過網上游覽，將信息反饋到各商家，商家則會主動爭先與廠家聯系，網上定貨，使廠家的產品提前占領市場。由于激烈的全球市場競爭，各國都投入了大量的資金對虛擬現實技術及其在工業設計領域中的應用進行深入地研究。將研究的成果及時轉化為生產力，這是產品迅速占領市場的關鍵。
參考文獻
1陳軍等虛擬現實中虛擬景象產生的技術初探計算機應用研究，1999，6
2熊曼辰等數字化與概念化工業設計ICME2000論文集
AR技術發展迅速，目前已經出現多種用于虛擬現實系統開發的工具包，比如ARToolKit、Coin3D和MRPlatform等，ARToolKit開發工具是目前應用于虛擬現實開發比較廣泛的。但是虛擬現實技術更多的是停留在實驗室階段，現實生活中并未廣泛使用，總結一下開發難點主要有以下幾個方面：
1.1物體成像
由于虛擬現實技術需要將真實世界與虛擬世界結合起來，常常需要帶一些頭戴或手持設備，這些設備上的攝像機的攝像角度與眼睛的位置存在偏差,因此虛擬物體的定位在真實視場中的定位和顯示角度也會存在偏差,且很難調整。
1.2定位系統
戶外應用是虛擬現實技術的一個重要方向，我們可以依靠虛擬現實設備進行定位，解決迷路問題，但是在較差的天氣中,民用GPS存在較大誤差，由于現有許多戶外的系統中的校正算法需要大量的輸入和繁瑣的校正步驟,因此不適合商業化應用。
1.3數據傳輸
虛擬顯示應用中，需要做大量的數據處理，我們系統能力都要受制于數據傳送的速度，因此由于帶寬的限制會影響虛擬現實應用的使用效果。
2增強現實技術未來應用展望
2.1戶外學習
在實際教學過程中，大量科學課程的學習需要走出課堂，或是在大自然中或是在博物館中。移動增強現實技術能夠使學生在戶外或是博物館中進行個性化自主學習，獲得更多信息從而達到開闊視野的目的。
2.2參觀漫游
哥倫比亞大學Feiner研究小組已經研制出一套基于增強現實系統開發的戶外校園漫游機，借助該套增強現實應用，用戶漫游在校園中可以了解相關建筑物的詳細信息，未來增強現實系統將應用到名勝古跡的參觀中，當體驗者漫步在名勝古跡環境中，就可以了解到古代建筑的相關信息。
2.3軍事信息
南澳大利亞大學基于增強現實技術開發了一套虛擬軍事仿真器，基于該系統可以讓戶外用戶看到虛擬的軍事設施，北卡羅來納大學目前正在采用磁傳感器和視覺跟蹤技術進行混合跟蹤方面的研究工作，開發了一套增強現實系統未來增強現實技術將被更廣泛的應用于軍事戰斗中。
2.4展覽展示系統
增強現實系統的一個重要應用是基于虛擬和真實的混合看到過去或未來的人物或事件。在車展中，汽車生產商可以基于增強現實技術給廣大群眾呈現出下一代概念車，或是推出一款新車的模型，詳細描述汽車的各種屬性以及對應參數；參觀文物古跡的游客可以穿戴虛擬現實設備觀賞在計算機技術生成下的古跡原貌，給參觀者更好的視聽感受。
3總結
在增強現實技術中，最關鍵也最多樣的步驟是三維注冊，不同的三維注冊實現方案將產生不同的增強現實技術的應用。三維注冊指的是通過計算機圖形學的分析過程，獲得三維空間中具體物體準確的坐標，然后根據獲得的坐標把計算機生成的虛擬物體拼接到實景空間中去，使得真實環境和虛擬物體能夠準確地無縫融合。
1.1基于圖像識別的三維注冊通過攝像頭讀取、識別真實對象后，再顯示相關的信息與圖像，例如通過識別書的封面，結合互聯網搜索技術，進而展示書的出版信息、作者信息和價格等；又例如Fitnect通過識別人體，實現虛擬服裝的試穿。該方案強調的是虛擬對象與真實對象的結合，弱化了與環境的關系，因此多用于展示與真實對象相關的信息。而難點在于該方案需要強大的圖像識別技術，要求硬件擁有強硬的計算能力，因此目前大部分基于該方案的增強現實軟件都僅針對一個類別的物品進行識別（例如圖書、人體等）。
1.2基于標識的三維注冊通過攝像頭識別一個特定的標識，進而在標識上方顯示與標識對應的信息與圖像，例如Tissot提供的虛擬試戴手表體驗，試用者需要先在手腕處佩戴印有特殊圖案的紙質“手表”（如圖1所示）。該方案優點在于虛擬對象定位非常精確且穩定，特別是在展示三維圖像時，虛擬對象可以隨著標識的移動而改變、旋轉圖像，因此能夠大幅度提高用戶體驗。而缺點在于該方案總需要用戶預先準備好標識，且通常需要用戶自行打印標識，這在一定程度上提高了用戶的使用成本。
1.3基于GPS定位的三維注冊如今大多數移動設備都具備GPS（GlobalPositioningSystem）定位功能，因此當需要展示與地理位置相關的信息和圖像時，可以獲得設備當前所在位置和虛擬對象所在位置，計算出相對的距離、方位，進而在屏幕上進行展示。該方案多用于基于地理位置的服務(LocationBasedService，LBS)，例如展示某景點的歷史信息、商家的打折信息等。該方案的缺點在于所展示的虛擬對象也需要具有地理位置信息，此信息需要人員提前準備，在用戶需要顯示虛擬對象時再即時獲取，這也意味著在地點A展示的信息，用戶在地點B是無法看到的。
1.4基于相對位置的三維注冊該方案需要利用大多數移動設備具有的陀螺儀、重力感應等傳感器設備，獲取設備的旋轉數據。相較于其他三種方案，該方案可以不需要得到用戶、真實對象以及虛擬對象的位置，而直接在屏幕上展示虛擬對象，甚至可以由用戶操作來移動虛擬對象、調整大小、旋轉角度。該方案多用于展示靜態的、與環境關系較小的信息或圖像，例如一款玩家需要擊落在空中飛翔的敵方戰機的增強現實游戲；雪佛蘭(Chevrolet)公司2013年初推出一款名為“雪拼季”的APP，用戶可以在APP中抓取虛擬的彩色雪花，當集滿6款不同顏色的雪花后就有一次贏取雪佛蘭科邁羅CAMARO（大黃蜂）的機會，此APP所使用的就是基于相對位置的三維注冊方案?？傊瑹o論采用何種三維注冊方案，共同的目標都是真實。為了更為真實的呈現效果，虛擬對象和真實場景需要完美的貼合，應當處理好虛擬對象的大小、相互重疊、景深等，考慮環境對虛擬對象的光照、陰影并且減少當真實對象或移動設備移動、抖動時造成的虛擬對象變化的延遲[3]。
2、增強現實在電子商務領域的應用
增強現實技術的最終目的是為了展示信息，因此可以廣泛應用于旅游、教育、醫療、建筑、娛樂等多個領域。正因為它能實現虛擬與真實的結合，因此能夠為用戶提供實用的、獨特的視覺感受和用戶體驗，這樣的特性能夠為傳統電子商務錦上添花，提供更為真實的商品展示和購物體驗。
2.1商品試穿、試戴和試用在網絡上夠買衣服、鞋帽、首飾等商品，用戶往往想了解這些商品的上身效果，并且通過效果來決定衣物的尺寸，而目前的電子商務很少有提供用戶在家就能試穿、試用衣物的功能，增強現實技術為這一問題帶來了解決方案。正如前文所提到的，Fitnect提供了虛擬衣物的試穿功能，國內的京東網也表示將于2014年在移動客戶端實現基于增強現實的試穿功能。在實際生活中，客戶通過一些尺寸較大的等身高的鏡子實現衣物的試穿，而客戶家中通常不會備有等身高的屏幕，因此目前還無法達到最佳的衣物虛擬試穿的用戶體驗。而小物件、與用戶人體無關的物件的試用，則可以通過增強現實技術輕松實現，例如前文所提到的Tissot手表的試戴，又如珠寶首飾、發型、紋身等。USPS的PriorityMail采用增強現實技術，讓用戶打印標識，進而可以方便地根據郵寄物品的大小選擇所需要的盒子；IKEA的移動客戶端IKEANow實現了家具等裝飾品和家居用品的預覽（如圖2所示）。
2.2LBS電子商務由于有著共同的地理位置信息特性，基于GPS三維注冊實現的增強現實讓LBS電子商務有了新的發展方向，該方向多為一些基于增強現實的移動客戶端應用，為用戶在導航、購物、點評、社交、旅游等方面提供服務。Yelp是美國最大的點評網站，在它的移動客戶端中提供了基于增強現實的點評展示功能（如圖3所示）。通過這款APP，用戶可以直接看到某家商店所在的位置、食客對某家餐廳的評價。類似的APP還包括Layer、NokiaCityLens等等。同時LBS社交也可以基于增強現實技術而發展，甚至LBS社交信息和LBS電子商務信息可以同時展示，Wikitude便是這樣一款APP，它提供了諸多的頻道，通過增強現實技術展示來自各個平臺的LBS信息。
2.3商業營銷增強現實技術非常適合用來開發游戲，因此為商家們提供了一系列新的營銷手段，在這一方面需要商家營銷團隊提供獨特創意的支持。2012年，別克品牌為了推廣新車，推出了一款增強現實游戲APP。在游戲開始時，參與者將虛擬汽車藏匿在城市的一個角落，如果其他用戶發現，則可以將汽車“據為己有”，并在180秒內重新藏匿汽車，單次成功藏車時間最長的參與者將獲得一輛真正汽車。在2013年雪佛蘭推出的“雪拼季”APP中（如圖4所示），除了可以用一套彩色雪花換取一次抽取大黃蜂的機會外，每抓1片彩色雪花，即可根據相關優惠政策抵扣1000元購車現金，并可用于雪佛蘭的所有國產車型，不同車型享有不同抵扣額度，最高可抵扣10000元購車現金，這項活動在一定程度上增加了雪佛蘭汽車在當時的銷量。日本電通集團(DentsuGroup)的iButterfly是一款純營銷應用，用戶可以發現并捕捉各色“蝴蝶”，蝴蝶身上包含商家活動、優惠券、免費試用等營銷信息（如圖5所示），從而通過游戲成功地實現了商業營銷。
3、增強現實技術前景
1.虛擬現實技術可以增強環境藝術設計的畫面感
近年來，隨著經濟的快速發展，我國的城市化進程越來越快，許多公共環境需要進行設計，虛擬現實技術的運用能夠形成逼真的虛擬環境，以刺激公眾的聽覺、視覺、觸覺等感官，使公眾享受身臨其境的感覺，也能夠集中公眾的注意力，加深記憶和印象，增強環境藝術設計的畫面感。
2.虛擬現實技術可以減少費用損失
在建設一個重大工程之前，人們可以通過虛擬現實技術構建建筑的結構和圖形，為建設項目提供框架引導。設計人員根據虛擬圖的引導能夠更精確地設計圖紙、進行材料預算，從而減少不必要的損失，節省資金。
二、虛擬現實技術在環境藝術設計中的應用
1.應用虛擬現實技術彌補環境藝術設計的缺陷
在環境藝術設計的過程中常常會出現現實條件限制的情況，如場地缺乏、經費不足等，導致環境藝術設計不能正常進行。而虛擬現實技術可以模擬各種場景，彌補了環境藝術設計中的缺陷。
2.應用虛擬現實技術避免實際操作潛在的危險
在環境藝術設計中因為各種現實條件的限制和危險情況的存在，人們為了保障生命和健康安全往往不直接參與現實情境，進而不能親身體驗。虛擬現實技術的應用可以幫助人們模擬這些無法親自參與的情境，人們可以在這種模擬的環境下進行作業，既避免了潛在的危險，又得到了切實的感受。
3.應用虛擬現實技術打破空間和時間的限制
虛擬現實技術是一種超空間、超時間的技術，它可以打破空間和時間的限制，模擬任何一種場景，從巨大的宇宙天體到渺小的微塵粒子，從幾億年前到當今，設計人員都可以在模擬的環境中探索研究，打破了空間和時間的限制。如在研究恐龍時代時，由于恐龍在地球上已經銷聲匿跡，人們無從考證與研究，但是通過虛擬現實技術，人們可以模擬出恐龍生存的時代。人們置身其中，與恐龍零距離接觸，加快了對恐龍時代的研究進程。這種場景的模擬就是打破了時間和空間的限制，模擬出了人們想要的真實場景。
4.應用虛擬現實技術模擬環境藝術設計中需要的現實體系
因為現實條件的各種限制，環境藝術設計不能全部采用真實的環境來試驗和操作，它需要虛擬現實技術模擬出環境藝術需要的真實場景。虛擬現實技術可以模擬人物、動物、植物等，使設計者在一個人性化的環境中自然地交流和工作。如世界著名的西安天幕廣場，利用虛擬現實技術給觀者創造了一個大型天幕，人們在天幕之下仿佛置身在浩瀚的星空中，非常具有震撼力。這一場景的模擬淋漓盡致地發揮了虛擬現實技術的功能。
三、結語
