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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。
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
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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。總之，虛擬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．
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隨著虛擬技術的發展和教學要求的不斷提高，虛擬技術已進入教育領域，并且已成為完成教育工作的一種有效方式。例如利用化學教育軟件，展示化學實驗的流程和結果。學生可以通過使用該軟件，了解和掌握整個實驗過程，然后再進行實踐操作。這樣，既可以減少實驗的危險性，又可以提高學生的學習興趣和效率，減少不必要的浪費。再如利用物理教學軟件，開展“歐姆定律”的講解，其效果生動，且學生便于理解。
1.2生物制藥領域
虛擬技術在生物制藥方面的應用主要是在藥物的設計階段：采用相關的分子設計軟件，設計藥物小分子，模擬小分子與受體的相互作用，預測小分子的生物活性、毒性、排泄、吸收、代謝途徑、代謝物及其各類性質。目前，這種藥物設計模式已被國際專業制藥公司在研發新藥時采用，并與實驗相結合，以達到減少研發消耗，提高研發成功率的目標。1.3醫療領域虛擬技術在醫療領域的應用主要有：手術培訓、手術模擬、醫學影像檢查和臨床診斷。已經報道的“上海交通大學附屬第九人民醫院骨科專家成功完成真正意義上的3D打印骨盆重建手術”，是虛擬技術在醫療領域成功應用的又一案例。
2、化學信息學
化學信息學的研究領域并未經過刻意界定，很多化學家在各自不同的研究領域中力爭發展和采用計算機的方法來處理大量涌現的化學信息，建立化合物的結構與性質的關系。在20世紀60年代，化學信息學的發展已初見端倪，到了70年代開始出現了颶風式的發展。因此，相關的化學信息學的定義有多種。
比較典型的有以下一些論述。
（1）采用分子模擬和數據分析技術與高分辨圖形顯示組合，得到了令人驚訝的結果。因此，化學信息學是通過應用信息技術幫助化學家研究新問題、組織并分析科學數據，以研發新化合物、新材料的過程。
（2）很多人認為化學信息學是化學信息的擴展，它涵蓋了與化學結構、數據存儲和計算方法相關的領域，如化合物登記系統、在線化學文獻、結構-活性關系分析和分子性質計算[3]。化學信息學作為一個學科名稱來說是很新的，但我們可以體會到，它存在于我們周圍已經有了一段時間。不同的階段常會給出不同的化學信息學的定義。
所以，在討論這些不同觀點的時候，我們認為“化學信息學是一門應用信息學方法和計算機技術來輔助解決化學問題的學科”[4]這個論述更具有普適性。
化學信息學方法主要有三種，即基于數據、基于邏輯和基于原理。
（1）基于數據的方法建立和利用多種化學數據庫管理系統和化學數據庫中的數據。該方法主要的作用是在數據庫中獲得已記錄的相關信息。
（2）基于邏輯的方法利用已有的化學數據庫中的數據，并在此基礎上，利用歸納、推理和分類等方法將數據轉化為知識，并對知識實施有效的管理，以便于知識得到廣泛的應用。最終，能用于解決實際的化學問題。該方法適用于大量數據的處理，對象具有比較強的規律性。同時，它能解決數據庫系統不能解決的問題。
（3）基于原理的方法利用已有的量子化學的理論，對化學對象作相關的量化計算，并根據計算結果，研究對應的化學問題。該方法能從原理上解釋化學問題，但不適用于大批數據和大的體系的處理。在化學研究中，這三種方法相輔相成。對于不同的研究對象或不同的研究階段，采用對應的方法組合。
3、化學研究
化學是研究物質的組成、結構、性質和變化規律的科學。有機化學是研究有機化合物的來源、制備、結構、性質、用途和有關理論的一門學科，由于有機化合物都含有碳，同時以碳、氫化合物為母體，因此這門學科又可稱為“碳化合物的化學”或“碳氫化合物及其衍生物的化學”，隨著這門學科的發展，誕生出了高分子化學、元素有機化學等新學科，為合成染料、橡膠、纖維、藥物、塑料等有機化學工業建立了理論基礎。化學的研究內容主要可歸納為三部分：分子設計、合成設計和結構確定。利用相關技術設計具有特定功能的化合物即為分子設計[5]；利用相關技術設計特定化合物的合成路線即是合成設計；結構確定包括兩部分：結構解析和譜圖模擬。結構解析是根據已有的化學譜圖，推測對應的化學結構。譜圖模擬是基于化合物的化學結構，預測其化學譜圖。化學是重要的基礎科學之一，它也是一門建立在實驗基礎上的科學。在化學研究中實驗和理論這兩方面一直是相互依賴、彼此促進的。化學是一門古老而歷史悠久的科學，它的研究模式為靈感、經驗和實驗（見圖1）。長期實驗數據的積累，為現在和今后的化學研究提供了寶貴的財富。截至2013年12月，已有記載的小分子化合物達7600多萬個，化學反應約5580萬個。要有效應用如此大量的研究和實驗數據，只有采用信息技術才能實現。在此，我們提出了化學研究的現代模式，即在化學研究的傳統模式中融入虛擬技術（見圖2）。分子設計是化學研究的內容之一。傳統模式的分子設計流程如圖3所示，某種化合物的性質，通常是在得到化合物之后，經過實驗測試才可獲得對應的性質。現代模式的分子設計流程如圖4所示，化合物的性質，可以用相關軟件預測獲得。根據獲得的預測結果和經驗，決定是否要合成該化合物。圖3和圖4中的分子設計流程顯示，兩者的差異主要在合成之前。傳統模式在合成之前的分析工作僅以文獻信息作為判斷依據。而現代模式，既以文獻信息作為判斷依據，又以軟件預測結果作為分析判斷依據。從原理上講，采用現代模式合成的化合物，其符合需求的成功率要高于傳統模式，研究過程中產生污染的幾率要比傳統模式的低。
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（一）虛擬化技術提高災備效率
虛擬化技術的一個重要特點是能實現管理集中化和恢復自動化，可以改變傳統的災備方式，減少數據備份和恢復的代價，提高災備效率和數據完整性、可用性和高可用性。傳統的災備需要復雜的備份服務器、存儲設備及網絡設施，還需根據數據量增大擴容硬件設備。但采用虛擬化技術后，能快速把工作負載自動轉移到其他資源，能把操作系統和應用轉移到異地的虛擬機，使應用快速恢復。VMware是目前先進的虛擬化技術，VMwarevCenterSiteRecoveryManager軟件能為所有虛擬化應用提供簡單可靠的災難保護。vCenterSiteRecoveryManager利用經濟高效的vSphereReplication或基于存儲的復制功能來集中管理恢復計劃，實現無中斷測試，并自動實施站點恢復和遷移過程。vCenterSiteRecoveryManager可與vCenterServer緊密集成的界面輕松設置集中式自動恢復計劃，僅需花數分鐘可完成。啟動災難故障切換時，只需簡單干預即可自動恢復業務服務。VMwareConsolidatedBackup是另外一個工具，直接在底層的虛擬層上進行數據的備份，避免了在每臺虛擬機上進行備份，減輕ESXServer上的負載，使得虛擬機可以運行更多應用，提高資源利用率。
（二）虛擬化技術減少系統運維壓力，提高信息安全水平
隨著信息技術的發展和虛擬化應用的深入，在當今IT行業，虛擬化技術廣泛用于整合IT基礎設施和優化業務管理，它通過將傳統物理資源抽象成邏輯資源，讓1臺服務器同時作為多臺邏輯上隔離的虛擬服務器，將主機CPU、主機內存、磁盤空間等硬件通過1個資源池管理，重點監控應用真正使用到的邏輯資源，如CPU主頻Hz、內存使用情況、磁盤空間使用情況以及存儲狀態等，實現物理資源統一動態管理。通過服務器虛擬化整合現有硬件資源，構建虛擬資源池和集中部署，減輕了運維壓力，提高信息安全水平，同時降低數據分中心的運行和維護成本。
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虛擬仿真軟件中元件采用的是元器件符號，儀器儀表采用例化的符號，界面方便整潔、易于調試，但是對于學生認知的能力幫助不大;虛擬實驗管理平臺內部的元器件和儀表儀器，是按照實際器件模型來進行建模。比如對于電阻來說，采用和實際實物相同的色環電阻，這對于學生認識實驗器件和設備具有很大的幫助作用，對于儀器儀表也都是采用和實際儀表相同的操作界面，直觀性強，可操作性高，避免了學生在實際實物操作過程中因為不熟悉實驗設備而產生損失。虛擬實驗管理平臺中，在設計搭建電路之前要考慮元器件在整個區域的排放位置，如果擺放不正確就需要刪除后重新搭建，這類似于在實際面包板中搭建電路，在設計電路之前必須先對整體進行布局思考;在仿真軟件中搭建電路的整體擺放特別方便，如果有錯誤也可以進行整體移動。從這一點來說，采用虛擬實驗管理平臺沒有采用虛擬仿真軟件方便快捷，但是有利于學生提前思考能力的培養，盡量把問題解決在發生之前。對于虛擬實驗管理平臺和虛擬仿真軟件相比，仿真軟件的功能更強大，虛擬實驗管理平臺更加針對學生日常實驗，而仿真軟件更針對學生進行大型設計。在仿真軟件中，如果有兩條導線相連一般通過節點的方式，在虛擬實驗管理平臺中一般通過接到連接的器件管腳的方式，因為在實際中用面包板，不能夠使用裸線，因此它們之間的相連是通過接到對應器件節點的方式。針對模擬電子技術課程中的三極管放大電路分別采用虛擬仿真軟件和虛擬實驗管理平臺進行實驗，并在學生實驗后針對這兩種方法和采用硬件實驗進行了比較，95%以上的學生認為采用虛擬實驗管理平臺的方式比采用虛擬仿真軟件的方式更加接近真實實驗環境，如果能在課程實驗中先進行虛擬平臺實驗，再進行真實實驗互補的實驗的模式能更加有效地促進實驗能力。
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隨著我國教育的不斷改革和科學技術的飛速發展，絡教育的出現改變了傳統的教學方式。尤其是計算機更新速度非常快的特點使得傳統的教學方式難以滿足學習的需要。虛擬現實技術作為一門新的技術，它在教育領域的發展將為教育提供新的活力。本文主要從虛擬現實技術特征和VRML語言的角度探討其在計算機專業教育中的應用。
一、虛擬現實技術
多媒體技術與網絡技術的發展為現代教育手段的現代化帶來了新的機遇和挑戰。隨著計算機技術的快速發展，現代教育技術的應用已不再是停留在音像技術課堂中應用的常規模式層次上．而是朝著多媒體化、網絡化、信息化、教育技術應用模式多樣化和遠程教育普及化的趨勢發展，特別是基于計算機仿真技術的虛擬教學形式，是一種最新出現的教學模式，具有廣闊的發展前景，代表了教育的未來和發展的方向。
1．1虛擬現實技術概念
虛擬現實(VirtualReality，簡稱VR)，又稱為靈境技術，畢業論文它匯集了數字圖象處理、計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人機接口技術、傳感器技術，以及人體行為學等多項天技術．是計算機技術的綜合應用。具體地說，就是采川以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用，相互影響，從而產生如同真實環境的感受和體驗。盡管該環境并不真實存在，但它作為一個逼真的三維環境．仿佛就在我們周圍。由于用戶對計算機環境中的虛擬物體產生了類似于對現實物體的存存意識或幻覺，從而使得用戶在計算機所創建的維虛擬環境中處于一種全身心投入的狀態。
1．2虛擬現實系統的構成
一個虛擬現實系統由以下幾部分組成：
(1)虛擬環境。它由虛擬環境發生器所產生，且可讓使用者通過傳感器件和作用器件與之交互，這種交互的結果是使用者有全身心進入這一環境的感覺。
(2)傳感器件。它將虛擬環境中的物體的形、動作、聲音等進行轉換，使人能獲得視覺、聽覺、觸覺等多方面的感覺。這些感覺與他以往在實際環境中的感覺一致。
(3)作用器件。它將人的一些約定動作(如行走、手勢等)變成作用的信息，讓虛擬環境有所察覺。
(4)人。虛擬現實實質上是一內含反饋的閉環系統，只有人的存在才能使這一反饋環路有效成立。碩士論文所以人是VR系統中不可缺少的成分。人通過傳感器件感受虛擬環境的存在．又通過作用器件去影響虛擬環境，使其作出相應的變化。
(5)虛擬環境發生器。它能產生使用者所需要的虛擬環境，且能通過作用器件傳來的作用信息。了解使用者的位置和動作。并對已產生的虛擬環境作出相應的修改。
1．3虛擬現實技術基本特征
(1)沉浸性。虛擬現實技術是根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產生逼真的三維立體圖像。使用者戴上頭盔顯示器和數據手套等交互設備，便可將自己置身于虛擬環境中，成為虛擬環境中的一員。使用者與虛擬環境中的各種對象的相互作用，就如同在現實世界中的一樣。當使用者移動頭部時。虛擬環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。使用者在虛擬環境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。
(2)交互性。虛擬現實系統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、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數據手套等傳感設備進行交互。計算機能根據使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，來調整系統呈現的圖像及聲音。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能．就能對虛擬環境中的對象進行考察或操作。
(3)多感知性。由于虛擬現實系統中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。
1．4虛擬現實系統的類型
虛擬現實技術按其功能，可分為以下幾種類型：
(1)沉浸式虛擬現實系統
沉浸式虛擬現實系統是利用頭盔顯示器、數據手套、三維鼠標等傳感跟蹤裝置與虛擬世界進行交互。由于這種系統把人的視覺、聽覺和其它感覺封閉在虛擬的感覺空間，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之處在于專用設備復雜而且昂貴，難以在教育行業普及推廣。
(2)桌面式虛擬現實系統
桌面式虛擬現實系統是運用軟件編程的方法在顯示器上顯示三維場景．用戶通過鍵盤、鼠標等簡單的設備與虛擬場景進行交互。這種系統由于用戶坐在顯示器前，通過屏幕觀察虛擬世界并與之交互，往往會受到周圍環境的影響，難以做到完全投入．但是結構簡單、成本較低，易于普及推廣。
(3)分布式虛擬現實系統
分布式虛擬系統是多個用戶通過網絡共享一個虛擬空間，共同參與虛擬活動。
(4)增強現實性虛擬現實系統
增強現實性的虛擬現實系統不僅是利用虛擬現實技術來模擬現實世界、仿真現實世界，而且要利用它來增強參與者對真實環境的感受，也就是增強現實中無法感知的感受。
1．5虛擬現實造型語言VRML
VRML(VirtualRealityModelingLanguage1即虛擬現實建模語言，是一項和多媒體通訊、因特網、虛擬現實等領域相關的，在Intemet上營造虛擬環境的技術。它用來在網絡上創建可導航的、超鏈接的三維虛擬場景。
VRML的基本工作原理可概括為：文本描述、遠程傳輸和本地計算生成。所謂文本描述，是指VRML并不是用三維坐標點的數據來描述三維物體的，因為這樣會有很大的數據量．在Intemet上傳輸會遇到很多困難．VRML是用類似HTML的標記文本語言來描述三維場景．就像我們的編程語言。比如，一個立方體的描述文本是：Box(size3.03.03.0)。VRML就是一種描述語言標準，規定了用來描述三維場景的文本描述語言。遠程傳輸是指用戶瀏覽VRML描述的虛擬場景時，需要通過Intemet將描述場景的文本傳送到本地。一般來說，文本描述是嵌在WEB頁面中，在瀏覽器請求相應頁面時與頁面描述文本一起傳送本地。本地計算生成是指描述虛擬場景的數據傳送到本地后，瀏覽器對它進行解釋計算，動態地生成虛擬場景。比如，描述球形的文本，瀏覽器會在屏幕上繪制一個立體的球形。概括地說，就是用文本信息描述三維場景．在Intemet網上傳輸，在本地機上由VRML的瀏覽器解釋生成三維場景．解釋生成的標準規范即是VRML規范。
VRML文件主要包括四個主要成分：VRML文件頭、原型、造型節點、腳本和路由。在這四個要素中．醫學論文只有文件頭部分是必須的，它用來告訴瀏覽器該文件符合的規范標準以及使用的字符集等信息。原型定義了創建帶有指定名稱、接口和整體的新節點類型。一旦成功地定義了原型，它就可以在VRML文件的其他地方隨意使用。造型節點是VRML中的基本建造模塊．它構成了VRML文件的主體部分，正是由于造型節點定義而產生了虛擬的VRML空間。腳本可以看作是一個節點的外殼，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身沒有任何動作．然而你可以通過程序腳本來賦予你腳本節點的動作。程序腳本實際上是一種簡化了的應用程序，一個典型的腳本是由Java或javascript編程語言寫成的程序。路由是一種文本描述的消息．一旦在兩個節點之間創建了一個路由．第一個節點可以順著路由傳遞消息給第二個節點，這樣的消息被稱為事件。VRML還可以包含下列條目：注釋、節點和域值、定義的節點名、使用的節點名等。
設計VRML虛擬場景時。最簡單的方法是直接使用文本編輯器來編輯描述文本，它類似于程序設計，這種方法簡單方便．但不是很直觀．對設計者的空間想象能力要求也較高，設計的效率不高。現在有很多的可視化的VRML設計工具，如CosmoWorld和WebWorld等．這些工具將VRML的標準節點都做成可視的組件，用戶設計時，只需要將這些組件組全自己需要的虛擬場景就可以了．而且設計的效果在設計時就可以看到。設計完畢后，系統自動將這些可視的虛擬場景生成標準的VRML描述文本，這樣，這些文本傳送到用戶的瀏覽器后．便會在用戶的屏幕上重現這個虛擬場景。
VRML使得Intemet的平面世界出現了三維場景。它的問世在世界上引起了極大的反響．得到眾多的軟硬件廠商的支持，成為了Intemet上最有發展前景的新興技術。VRML在各方面都展現出了強大的應用可能性。蘊藏了無限生機。在教育領域的WEB站點中，它可廣泛用于學習情景創設上，以增加學習內容的形象性和趣味性。例如：創建網上三維圖書館，它的好處就在于書籍歸類整理更接近真實并將高于真實，匯編或查閱時書籍只需要鼠標輕輕地點擊對應的虛擬圖書。另外，使用VRML做模擬訓練是一種可行性極高的措施，它不僅可以減少某些情況下現實空間中操作的難度和危險。
更為重要的是它可以使訓練造價得到大幅度降低，這樣就使得在教育方面的應用成為可能。由于這種模擬系統具有高度的真實性，所以并不會因為沒有真實系統介入而造成較差的訓練效果。現在虛擬校園、虛擬考場也已經陸續地出現在網絡中，這些新興的教育形式必將因其優越的一面而在未來教育領域中占有一席之地。
二、虛擬現實技術在計算機專業教育中的應用
2．1虛擬現實技術在輔助課堂教學中的應用
眾所周知，計算機課程實踐性很強，在書本上體現難免會給人們的理解帶來困難。利用虛擬現實技術制作的課件能夠很好地解決這一問題。例如，在計算機基礎課程中介紹計算機中各個組件的結構和講解計算機組裝的過程時，書本的文字難以讓學習者了解組件結構和組裝的過程。利用虛擬現實技術可以將文字、聲音、圖片、動畫等幾種媒體表現形式有機地結合，設計出生動活潑的界面。制作出一些三維的、交式的、具有沉浸感的內容，滿足學習者從各個角度觀察和學習，仿佛身臨其境，更好地理解學習的內容。
制作VRML課件的基本思路是：
(1)制作一系列空間形體的三維造型和動畫．并且為這些造型指定所需要的顏色、大小等。
(2)引入VRML的相關節點，建立虛擬運動空間。實現課件多媒體功能。
(3)優化VRML場景，即在構建場景的過程中，利用VRML提供的高級造型技術適當優化程序。
(4)VRML文件的輸出，將已創建的空間場景輸出為．wrl形式的文件。
例如，設計VRML課件來實現網上虛擬計算機組件結構和組裝的輔助教學。
首先，在介紹計算機組件選擇知識同時。可以在網上從各個角度來觀察VRML制作的計算機組件的造型．增強感性認識，并使學習者對怎樣組裝計算機有個初步的了解。利用VRML的造型設計和VRMLScript的動畫鏈接．虛擬出組裝計算機過程中所需的主要硬件，再通過把VRML文件嵌入到網頁的方法，使學習者既能在網頁中看到二維不同型號硬件的圖片和一些描述硬件的文字．又能看到三維的虛擬制作出來的硬件模型。這樣使學習者能真切地、直觀地感受到二維和三維的不同．感受到虛擬世界的美妙。然后，通過文字和圖片向學習者介紹如何將各計算機組件組裝到一起。接著，通過VRML的動畫節點控制和VRMLScript的結合。制作出安裝、注釋和視點切換的效果，然后按照六個安裝步驟：第一，機箱、主板的安裝；第二，風扇、內存的安裝；第三，光驅、軟驅、硬盤的安裝；第四，聲卡、顯卡的安裝；第五，電源的安裝；
第六。顯示器、鍵盤、鼠標的安裝，組合完成整個在虛擬三維世界中組裝計算機的過程。
在學習的過程中，只要點擊相應的按鈕，就可以按相應的步驟進行安裝。拖動鼠標或按鈕可以隨意地移動計算機組件到指定的位置進行安裝。在安裝完光驅和軟驅后，點擊光驅的開、關鍵，光盤托會自動拖出和送入，點擊軟驅的按鈕，軟盤會自動取出．使學習者能動態地觀看到效果。有一種身臨其境的感覺來完成學習的過程。
通過VRMLScript語言的鏈接。制作出生動有趣的動畫效果和逼真的聲音效果。例如．當你點擊軟驅上的按鈕，會發出聲音并彈出一張軟盤；當你點擊光驅按鈕時，盤盒會自動地彈縮并發出逼真的聲音。為了方便學習。還可以實現注釋信息，當學習者的鼠標碰到硬件設備時。在對象的旁邊會出現一個注釋信息，說明該對象名稱。
又如，在《數據結構》課程中，對于常用的數據結構的算法思想．由于其抽象程度高。使得學生很難理解。我們也可以通過虛擬技術將其制作成課件進行教學。將抽象的算法過程以淺顯易懂、形象直觀的形式展現出來。例如，遞歸算法是學生比較難理解的，因為其算法是靠隱形調用堆棧來實現，而通過虛擬技術可以將堆棧內部情況的變化動態、直觀、形象地表現出來，這樣學生就很容易理解。同樣在講解樹和圖的遍歷時，可以從可視化的角度觀察遍歷的順序。二叉樹與樹的概念的區別、Hanoi塔等問題都可以直觀地表現。方便教師的教學和學生的理解。
總之，通過制作課件來輔助課堂的教學，能為學習者提供生動、逼真的感性學習材料，使抽象的學習直觀化、形象化，幫助學習者解決學習中的重點和難點，提高學習者的積極性。
2．2虛擬現實技術在計算機實驗中的應用
由虛擬現實技術生成的適用于進行虛擬實驗的實驗系統，包括相應的實驗室環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象。以及實驗信息資源等。虛擬實驗室可以是某一現實實驗室的真實再現。也可以是虛擬構想的實驗室。例如，在城域網和廣域網的網絡建設過程中，不必真正把網絡構建起來就可以親身體驗，猶如進行現場的操作。在數字電路的課程實驗中，可以通過虛擬的電路器件來達到電路設計的目的，而沒有購買器件問題所帶來的麻煩。在電子商務課程實驗中，可以虛擬商務環境，讓學生進入這個虛擬環境。身臨其境地體驗現場交易的氣氛和參與交易的過程。計算機操作系統的安裝是比較基礎但又是難做好的一個實驗。由于在計算機上安裝新的操作系統不可避免地會對原有的操作系統產生影響。
使用虛擬計算機來進行操作系統的安裝試驗就十分的方便了。工作總結使用虛擬機的軟件VMware可以創建與真實計算機一模一樣的虛擬機。創建的虛擬機有自己的CPU、內存、硬盤、光驅，在這個虛擬機上，可以安裝Windows、Linux等真實的操作系統以及各種應用程序。通過在虛擬的操作系統環境中進行操作，熟悉操作和新技術，達到事半功倍的效果。VMware只是一個軟件。可以幫助你在一個操作系統的環境下安裝另一個操作系統，而不會對當前的操作系統產生影響。
虛擬現實技術還可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬．通過虛擬系統便可以直接地觀察到這一假設所產生的結果或效果。利用虛擬技術。學生還可以進行網絡設備設計、電路設計等方面的學習探索，設計出新型的網絡設備和電子器件．從而激發學生的創造性思維，培養學生的創造能力。:
通過虛擬的實驗室進行實驗，既可以縮短實驗的時間，又可以獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可見的結構原理和不可重組的精密設備進行仿真實訓，避免真實實驗操作帶來的各種危險。并且，虛擬實驗具有先進性和共享性，易擴充．易于改變教學項目，減少設備投入經費，使教學內容在虛擬的環境中不斷更新．使實驗實踐及時跟上技術的發展。但是在采用虛擬實驗進行教學的過程中，并不能完全代替真實實驗。虛擬實驗是虛擬的實驗，缺少“實物感”，正如在網上看書與拿真實的書看時，會覺得真實的書更實在。在網絡實驗中，用到的網絡設備像路由器、交換機等種類、型號都很多，在虛擬實驗中．學生很難見到這些設備，如果在真正的實踐中可能會無從下手。因此，在具體實施中，應該虛實進行結合。有目的地安排一些實驗在真實環境中操作，這樣，他們會對實驗的設備有親身的體會，更能加深實驗的印象，提高實驗的效果。
三、結束語
虛擬現實技術在計算機教育領域發展的潛力是巨大的，只有親身去經歷、親身去體驗去感受，比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動地觀看有質的不同。虛擬現實技術能形象、生動、逼真地表現教學內容，有效地營造一個發展的教學環境。提高學生掌握知識和技能的效率和積極性，達到優化教學過程、提高教學質量的目的，從而解決傳統教學方式無法解決的問題。隨著計算機網絡技術的飛速發展，基于WEB的虛擬現實遠程教育具有廣泛的應用前景，必將成為21世紀教育的主流。
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2.讓虛擬機技術為課堂教學服務。
在計算機網絡安全的整個教學過程中，教學者會對學生教授一些具有系統危險性的教學內容，比如：計算機木馬對系統造成的危害等。因此，教學者在這個時候，就可以把虛擬機技術合理地應用在實際的教學過程當中，并利用虛擬機對教學的內容進行現場演示。這樣一來，學生就能夠更加充分的認識到計算機網絡安全技術的具體操作過程。與此同時，學生在得知這些對計算機系統具有破壞性的病毒之后，也會引發其自身對這些知識點的思考，并從中挖掘出能夠有效預防這些病毒出現的方法，從而讓學生能夠更進一步的掌握到計算機網絡安全這一課程的精髓。
二、試析虛擬機技術在高職計算機網絡安全教學中應用的作用
現對虛擬機技術在高職計算機網絡安全教學中應用的作用進行簡單的分析，并將其概括成以下幾點：有利于提高教學者的教學水平。有利于學生更好地掌握計算機網絡安全技術。有利于高職院校培養出一批具有高素質和高計算機網絡安全技能的專業型人才。有利于促進我國教育事業的進一步發展。
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2.1橋接模式
橋接模式是虛擬化技術的一種表現形式，此種方式主要是利用虛擬化軟件在局域網基礎之上構建一個全新的虛擬服務器，保證為計算機用戶提供健全的網絡服務體系，并將虛擬機當做主機系統進行操作應用，與其他計算機硬件設備相連接。在同一網絡中，分配相應的網絡地址、子網掩護以及網關內容，確保每一項內容與實際運行并無差異，實現虛擬主機與主機的正常網絡訪問。
2.2網絡地址轉換模式
運用網絡地址轉換模式，可實現自動訪問局域網絡。采用此種工作方式，其根本目的在于虛擬技術接入到互聯網當中較為快捷，不需要進行額外的配置與具體操作，在宿主機能夠正常訪問網絡的基礎之上，達到訪問互聯網的目的。在這一方面，虛擬機則更像是一臺真實的計算機，通過DHCP獲取網絡參數[2]。
2.3主機模式
在計算機網絡環境下，想要實現特定環境下對真實與虛擬環境進行分析，運用主機模式較為快捷。運用此種方式，在保證主機與虛擬機有效隔離的同時，還能夠控制虛擬機的網絡訪問。在主機模式下，虛擬系統只能夠基于主機系統的基礎之上進行網絡訪問，基于DHCP服務器確定動態分配。
三、計算機技術中虛擬化技術的運用措施
3.1構建虛擬應用開發環境
虛擬應用開發環境的構建，是虛擬化技術在計算機技術當中運用的前提條件。良好的虛擬應用開發環境，對提升在計算機技術當中的應用效用至關重要。虛擬應用的開發條件，需摒棄傳統的觀念。因此，計算機操作人員可基礎虛擬化技術的研究下，在一定范圍內構建小規模的開發環境，為虛擬化技術的應用效果提供前提保障。
3.2對異構資源進行整合
虛擬化技術在當前計算機技術當中的應用，其中存在的主要問題是硬件不同品牌以及不同供貨商所能夠提供的硬件設備與資源不匹配，產生嚴重的功耗損耗。因此，對于上述問題，需要充分運用虛擬化技術，將異構資源進行整合，在降低成本的同時，為計算機用戶提供良好以及統一的系統環境，實現協調性發展。
3.3提升系統安全性
虛擬化技術在計算機技術當中的運用，其根本的阻礙因素是系統缺乏安全的環境，知識虛擬化技術安全問題得不到保障。對此方面的內容，計算機技術人員需要盡最大努力，提升系統安全性因素。可采取建立VMM，通過專業化手段為虛擬化技術在計算機技術中的運用提供安全可靠的數據平臺，基于安全角度提升系統實效性[3]。總之，提升系統的安全性不但為用戶提供了良好并安全的發展環境，還能夠推動虛擬化技術水平的健全與完善。上述三種方法，是基于計算機技術以及虛擬化技術的角度進行分析，提出具體建議。虛擬化技術在計算機技術當中的應用，涉及的內容以及涵蓋范圍較為廣泛，還需相關學者進一步研究，為虛擬化技術提供良好的發展環境。
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3D虛擬技術是一種多源信息融合交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，能夠生成一種逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環境，使用戶能夠進入到一個清晰度高、更新速度快的三維虛擬環境，并與之產生互動，由于3D虛擬技術在信息展示和交互方面具有更大優勢，被廣泛應用于建筑展示、軍事訓練、古跡遺址復原、工程演示、航空航天等諸多領域，將其應用于檔案服務，可以給用戶帶來全新體驗，滿足多層次用戶的多樣化需求。
（一）拓展了檔案服務的空間
傳統的實體檔案展館一般建設時間較長、展館面積有限、展品數量少、更新慢，而且展品的載體復雜多樣，不僅需要占用一定存放空間，還易發生毀壞、磨損、丟失等現象。若將3D虛擬技術運用到網上檔案展覽的制作或建造虛擬展館，對展覽主辦方而言，一方面可以避免實體展覽中實物調取擺放、展出安全、場地經費等問題，另一方面可以緩解建實體展館的資金和空間的壓力。對用戶而言，首先，在虛擬環境中可與信息平臺互動，其豐富的視覺效果、充分的互動效應能吸引更多觀眾參與其中；其次，用戶參觀展覽不受時間地域限制，參觀成本大大降低，可實現重復參觀，在便捷實體檔案服務利用的同時，又對實體檔案進行了備份，實施了保護，同時也擴大了檔案展覽的影響。
（二）創新檔案服務方式
傳統檔案館雖然擁有大量珍貴的館藏信息資源，但是由于不能被人及時、充分地感知和利用，無法發揮應有的作用。若應用3D虛擬技術建立虛擬檔案館，采用信息推送等方式主動將館藏信息資源公之于眾，能夠使被動服務變為不受時空限制的主動服務，能夠激發用戶的對檔案信息的利用需求，用戶隨時可以通過聯網終端的方式查閱所需要的檔案信息，可以最大化實現檔案信息資源的價值，這樣檔案信息服務就由單一服務變成了多元、多層次的服務，加強了檔案館與用戶之間的溝通和聯系，拓寬了檔案信息服務的范圍。
（三）提高檔案利用效果
傳統的檔案展覽是以實物形式再現檔案，普通的網頁是以平面圖形和文本的二維表現形式再現檔案，而利用3D虛擬技術來開發實體檔案，對檔案展品來說不僅是一種立體的展示，而且在展品的結構和空間信息的表現方面都具有更為明顯的優勢，用戶可以通過網頁在線瀏覽，觀察可交互的三維產品模型，通過點擊鼠標，可以旋轉、平移模型，從任意角度觀察，實現展品完美的三維真實感表現，若再配上音樂、導游解說和多媒體手法，使利用者足不出戶就能“身臨其境”，可以增加用戶的點擊率，留住和吸引越來越多的人來利用檔案。從而實現了檔案館（室）的文化休閑功能，在增加人們檔案意識的同時，檔案的價值也得到了更好的發揮。
三、基于云計算和3D虛擬技術的智能化檔案信息服務的意義
云計算是一種商業計算模型，它可以將大量分布的資源連接在一起以提供各種IT服務，使各種用戶能夠根據需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務。云計算技術是檔案信息化發展的引擎和趨勢，我國改革開放以來，由于普遍重視經濟建設，而不能直接貢獻經濟建設的檔案管理長期處于被冷落地位，2013年從廣東軟件行業協會了解到的數據：全省1200多家軟件企業（通過雙軟認定），而從事檔案信息化方面的僅有3家，與500多家ERP軟件廠商形成鮮明的對比，可以說這是一個冷門行業，但也是潛力巨大的行業。云計算技術已經無容置疑，是當今IT業最熱門的技術，如果將云計算這項當今IT業最熱門的技術與檔案信息化這一最冷門的行業進行“聯姻”，再結合3D虛擬技術共同運用于數字檔案管理系統，將會給檔案界及檔案信息化應用帶來新的啟示。
（一）可以實現“低碳經濟”的檔案信息化建設模式
引入云計算這項技術，可以減少對硬件和軟件等檔案管理基礎設施的投入，節省資金，避免重復建設，提高效率，還可以緩解檔案部門開展檔案信息化對既懂檔案業務、又能精通計算機技術等這種復合性人才的需求。通過云計算技術可以實現基礎設施和基礎服務的統一管理，有效整合富余的計算機資源，按需合理分配，可以規范和統一不同系統之間數據交換和數據存儲的格式，提高不同設備的數據和應用的共享性，擴大檔案信息的外延，從而改變檔案信息獲取和知識傳播的方式，降低檔案信息化門檻，提高檔案信息化水平。
（二）可以實現檔案信息的可視化檢索
隨著信息技術的高速發展，目前國內很多企業和高校都建成了數字檔案館，但檔案信息利用率和檔案網頁的訪問率相對整個館藏量來說還是偏低，用戶對檔案信息的反映比較冷漠。檔案的數字化、網絡化雖然為信息檢索和查閱提供了便捷條件，卻不能滿足用戶直觀、智能化的需求。基于云計算和3D虛擬技術的文獻檢索，用戶可以用“所見即所需”的方式對館藏資源進行快速檢索，大幅提升檢索效率和準確性，與樹形分支檢索和對話框向導檢索方式相比，更為形象直觀，用戶可以快速定位所需信息，而且是最終信息，只需用鼠標點擊圖片、動畫或展品，在界面上就會彈出與該圖片、動畫或展品相關聯的圖、文、音、視等相關的信息集并提供與之相關的鏈接，實現的是云平臺上的知識集的展現，拓展了傳統檔案館的檢索功能。
（三）可以實現檔案信息的知識化
傳統的檔案編研多以文字為主，輔之以少量的圖片，且耗時，成本高，而利用云技術進行檔案信息化建設，能夠將各業務系統的數據集成到數字檔案管理系統中，對檔案信息進行全面收集和集中管理，實現超大規模的檔案信息資源共享，建設的是基于互聯網的相對開放的數字檔案館模式。再結合3D虛擬技術的在線編研可做到文字、聲音、影像、圖片、動畫等多種形式并用達到良好的藝術效果，增強了檔案匯編的可讀性和可視性，吸引更多的瀏覽者。同時保證檔案信息傳播的即時性與檔案信息大量性的傳播，也簡化了檔案匯編的出版流程，縮短了出版周期，加速了信息的傳遞速度，提高檔案信息的時效性，使檔案信息成為一種重要的知識資源，從而實現檔案價值和業務管理的緊密結合，提供的是主動式檔案編研成果服務和智能化內容導航。
（四）可以實現檔案信息利用的便捷性
在信息大爆炸時代，就必須吸引人的眼球，檔案信息要想引起人們的關注，就得提供有特色的、有個性的產品，以適應用戶多元化的服務需求。傳統的檔案文獻編輯、展覽和網站比較偏重于對檔案信息的加工，忽視了用戶的需求和與用戶的溝通，而基于云計算和3D虛擬技術的檔案信息服務正好填補了這一缺陷，也為檔案文獻編輯的咨詢服務和編研成果反饋提供了一種開放性的雙向信息傳播和溝通的渠道。首先，其直觀性能使原本枯燥的檔案信息變得生動，能夠提高人們利用檔案的興趣，激發用戶的潛在利用需求；其次，其互動交流平臺可以提供在線交流，可以提供用戶留言與聊天室等功能模塊，可以收集用戶信息，把信息傳遞給服務器端，再從服務器接受反饋信息，然后將處理好的信息發送回用戶界面，實現與用戶的互動。再次，云計算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應用服務，只需連接互聯網，就可以通過云平臺為用戶提供安全保障的個性化服務，這樣就能解決數字檔案館用戶終端局限性的問題。
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1.2虛擬專用撥號網技術
虛擬專用撥號網技術與虛擬網絡技術之間存在明顯差異,虛擬專用網絡撥號技術有其特殊性。在虛擬專用撥號網技術被廣泛應用的今天,計算機網絡信息技術可以實現資源共享,通過公共網絡平臺對資源進行共享,使計算機網絡公共平臺的不同使用者都可以獲得資源和信息,這在一定程度上突破了空間和時間的限制,使計算機網絡應用更加的方便高效。同時虛擬專用撥號網技術的信號是通過光纖進行傳遞的,對信號進行了加密處理,使得信息不容易泄露,保障了信息的安全,避免了因信息傳遞泄漏而造成的經濟損失和其他損失,達到了防止信息外泄的效果。因此,虛擬專用撥號網技術越來越受到計算機網絡技術用戶的喜愛,得到了廣泛的應用。此外,虛擬專用撥號網技術也為用戶提供了便利,既可以使信息傳遞更加高效、便捷,又保障了信息的安全性,避免了因信息泄露而給用戶造成的損失,同時也提高了網絡資源的應用率,降低了對其他介質資源的占用率。
2計算機網絡技術的發展前景
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虛擬現實也稱虛擬環境或虛擬真實環境,是迅速發展的一項綜合性計算機、圖形交互技術,它集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、多傳感器、網絡并行處理,利用計算機生成的三維空間形象實現的目標合成技術,通過視、聽、觸覺,以圖表及動畫方式呈現,讓觀看者“眼見為明”。它改變了傳統的計算機輔助設計被動靜態的信息傳遞方式。它的特性包括:(1)交互性(interactive);(2)想像性(imagination);(3)沉浸性(immersion)。虛擬現實就建筑視覺模擬的可行性而言,應用領域可包括:建筑物模擬、室內設計模擬、城市景觀模擬、施工過程模擬、物理環境模擬、防災模擬、歷史性建筑模擬等。在建筑設計中既要進行空間形象思維,又要考慮到以用戶的感受為核心,是一連串的創新過程,包括規劃、設計、建設施工、維護等。巨大的成本和不可逆的執行程序,不能出現過多的差錯,虛擬現實是一種可以創造和體現虛擬世界的計算機系統,虛擬世界是整體虛擬環境或給定仿真的對象的全體,充分利用計算機輔助設計和虛擬現實,可減輕設計人員的勞動強度,縮短設計周期,提高設計質量,節省投資。虛擬現實技術在建筑設計中應用廣泛。
2展示建筑物的整個信息
現階段的二維、三維的表達方式,只能傳遞建筑物部分屬性的信息,并且只能提供單一尺度的建筑物信息,使用虛擬現實技術可展示一棟活生生的虛擬建筑物,使人產生身臨其境之感,設計不僅僅是設計者的事,住戶、管理部門都可起到輔助決策的作用。
3遠距離瀏覽
設計者設計的建筑物與工程單位可以相互溝通交流,通過萬維網達到遠距離瀏覽,也可以以計算機語言開發與虛擬現實造型語言整合,虛擬現實用于Internet網中提高其普遍性與實用性。
4實時多方案比較
在建筑設計過程中,一般都會對設計的建筑物提出不同的設計方案,對未來建筑物的形象做多種設想,在虛擬的建筑三維空間中,可以實時地切換不同的方案,在同一個觀察點或同一個觀察序列中感受不同的建筑外觀,這樣,有助于比較不同的建筑方案的特點與不足,以便進一步進行決策。事實上,利用虛擬現實技術不但能夠對不同方案進行比較,而且可以對某個特定的局部作修改,并實時地與修改前的方案進行分析比較。
5專用的人機接互
人機接口是使用者與計算機溝通的橋梁,它是代表使用者意圖的轉換及計算機程序的執行,良好的人機接口的建立,可減少使用者對系統的學習時間和增強系統的使用效率。在虛擬現實技術建筑設計中,必須有特定的人機接口模式:(1)使用者模式。使用者直接進入虛擬現實中,進行觀測
與互動操作,以第一人稱的觀測方式,進行虛擬現實的沉浸觀察,隱藏的接口,只有在使用時才出現;(2)者模式。在虛擬現實中,常因沉浸環境與現實環境的感性差距,而造成空間迷失現象,以至于使用者無法掌握虛擬現實中的狀態,以空間者的虛擬環境信息的提供,以第一和第二人稱的觀察方式,進行虛擬環境中的觀測;(3)監控模式。使用者以第三人稱的方式,監控虛擬現實中所有的現實狀態,并進行虛擬物的監視與控制,而接口的產生與虛擬現實的種類并無絕對的關系;(4)浸入操作模式。將控制虛擬現實物的接口,置于虛擬現實中,以進行仿真式的操作模擬,使用者以
第一人稱的操作方式,對虛擬物進行控制。從系統整合的觀點來分析建筑設計,系統的接口連結不
當,影響設計質量和施工程序。
虛擬現實系統基本上有兩種:模型式和圖像式。以模型式虛擬現實,以虛擬現實造型語言(簡稱VRML)為主要描述語言,使得建筑設計可用計算機進行三維建模,利用效果圖和三維施工圖與資料庫,并利用虛擬現實技術連結到資料庫作為實時模擬操作。虛擬現實造型語言,可用來在萬維網(3W)中定義與更多信息相關聯的三維世界的布局和內容,使之能夠在一個交互的三維空間中很容易地被表達出來。當虛擬現實造型語言瀏覽器啟動后,它會將虛擬現實造型語言中的信息解釋成虛擬現實造型語言空間中的建筑物的幾何形體的描述,一旦VRML空間被用戶的瀏覽器解釋,它將提供實時顯示,一秒鐘可以顯示多次,這樣,用戶的機器上將會有一個活動的場景。
6應用實例
荷蘭的虛擬現實技術起步較快,Eindoven大學的Calibre研究院已用虛擬現實技術進行設計和咨詢,他們開發的軟件包由一組類CAD的函數組成,稱為CAAD軟件,為建筑結構的創建、修改和可視化提供了工具包,它支持AutoCADDXF文件的輸入輸出,而且能夠用于虛擬環境中增加動畫和對象的動態行為。已用該系統模型化了一座小城市,具體目標是在河中小島上設計一棟博物館。這座城市由好幾百棟建筑物組成,坐落在河邊斜坡上,可以俯瞰小島。首先,數字化該城市的地圖,創建基本的AutoCAD模型;其次,按真實三維位置安排每棟建筑物,同時也考慮山坡的輪廓;再次,加上建筑細節,如門框和窗框設計,以便標準地表現該城市的美學特征。該應用實例讓人們領略了該領域和他們所取得的成果。
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2.1設計空間展示的全面性
傳統的表現形式只可以傳輸一種空間信息，而且無法做到完整性。虛擬現實技術利用三維立體的表現形式，可以完整地把每一個細節予以呈現，讓人有一種身臨其境的真實感，不再只是看著圖紙來想象，而是身臨其境進行感受。
2.2瀏覽的快捷性
利用發達的計算機網絡，設計者和施工單位可以聯系的更為快捷。設計者的“想法”不必親手送到施工單位，立體的設計樣品利用遠程瀏覽便可商榷，不但節省了時間，而且提高了工作效率。另外，瀏覽的快捷性還可以讓大部分群眾參與到決策中來，讓群眾在享受虛擬的園林設計活動中，可以提出自己的建議，有助于施工單位和設計者的工作。
2.3設計趨于完美性
虛擬現實技術具有很強的可操作性，設計者在整個風景園林的設計過程中能夠隨意進入任何一個設計階段進行切身的體驗，從而客觀地審查自己的作品，如果發現不足，可及時進行修改。此外，在虛擬的現實環境中審視自己的作品，有利于提高設計者的水平。
2.4決策的準確性
風景園林設計的實施過程中受到的影響因素較多，因為風景園林設計與周遭環境氛圍以及和大眾審美趣味是息息相關的。人們利用虛擬現實技術對園林設計的整體過程知曉的越來越多，越來越具體，就越能提出建設性的建議及意見。簡而言之，虛擬現實技術是連接大眾和設計者的紐帶。只有前期人們對園林設計進行了整體的了解，施工方的后期施工過程才能得到人們的寬容和見諒，此種人性化、大眾化的園林設計才能獲得雙贏。
3應用的展望
3.1不斷進行創新
首先要加快計算機技術的創新和革新，不斷發展現代虛擬技術系統，制造出高性能、低成本的計算機設備，要在技術層面為虛擬現實技術的發展提供有力的支持。此外，在運用過程中，要根據風景園林設置的理念進行再創新，使其具備風景園林設計的特色。技術的創新是風景園林設計的內核動力，是虛擬現實技術進步發展的源泉。
3.2加強參與的大眾化程度
要充分利用虛擬現實技術的自身優越性，讓更多的人們參與到風景園林設計中來。利用虛擬現實技術可以通過網絡傳播，利用各種網絡、電視等新媒體進行更大、更廣范圍內的網絡虛擬活動，使園林設計有更多的大眾參與，這樣將有助于決策者的科學準確決策，最終得出既科學準確而又人性化的風景園林設計方案。
3.3充分利用其他科學技術發展自身
例如，與環境和空間技術的結合，便能夠應用到城市的規劃、修復與重建、城市的綠化等各個方面，這不但可以使虛擬現實技術的應用更加科學化，而且更加人性化、更加環保。
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2.1實驗目的及要求該實驗要求配置靜態路由以實現3個IP子網的連接，網絡拓撲結構如圖1所示。分別登陸router1、router2，利用路由和遠程訪問服務實現軟路由，把相鄰兩個子網連接起來，從而使相鄰兩子網內計算機互相通信。測試pc1和pc2的連接，發現連接失敗。從圖1網絡拓撲結構可知，router1連接子網192.168.80.0和192.168.81.0，router2連接子網192.168.81.0和192.168.82.0。因此，要實現3個子網連接，只要在router1上添加子網192.168.82.0的靜態路由，并在router2上添加子網192.168.80.0的靜態路由。
2.2配置具有靜態路由的多IP子網使用VMware構建圖1所示復雜網絡,并且在虛擬機中配置路由和遠程訪問、靜態路由功能,使3個子網中的虛擬機間能進行通信。如圖2所示，構建該網絡需要3臺虛擬交換機和4臺虛擬機，其網絡配置如下。（1）創建4臺虛擬機：即VMa、VMb、VMc、VMd。VMa、VMb分別為子網1、3中的虛擬機，VMc、VMd為子網2中的虛擬機需要配置為軟路由。（2）子網1、2、3分屬不同網段，均采用VMnet1虛擬交換機和Host-only網絡連接方式。（3）設置VMc、VMd的虛擬網絡連接方式。VMc配置NIC1、NIC2兩塊網卡，NIC1連接子網1中的VMnet1，NIC2連接子網2中的VMnet1。VMd同樣配置NIC1、NIC2兩塊網卡，NIC1連接子網2中的VM-net1，NIC2連接子網3中的VMnet1。（4）各虛擬機及網絡配置，如附表所示。（5）增加VMc、VMd的軟路由功能，保證子網1、2中的虛擬機，子網2、3中虛擬機能夠相互通信。步驟如下：Step1：在VMc、VMd上，單擊“開始”“管理工具”“路由和遠程訪問”，啟動“路由和遠程訪問”控制臺，在控制臺選擇服務器右擊，選擇“配置并啟用路由和遠程訪問”。Step2：在打開的配置頁面中，選擇將要配置軟路由類型。這里單擊“自定義配置”“LAN路由”定義為局域網路由類型。Step3：VMc、VMd已配置成路由器，可查看其路由信息。命令為：c:\>routeprint（6）為使VMa、VMb能互相訪問，需要修改VMc、VMd上的路由表，在路由表中添加靜態路由信息，命令如下：VMc：c:\>routeadd192.168.82.0mask255.255.255.0192.168.81.2VMd：c:\>routeadd192.168.80.0mask255.255.255.0192.168.81.1（7）結果測試。在VMa上用ping命令測試與VMb連接，發現連接成功，TTL值為126，表明VMc、VMd上添加的靜態路由已經生效。
