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概念设计是工业设计领域中的一个重要方面。国外大公司的产品设计部门包括:1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(Manufacturingdesign)制造设计。由此可见，产品的概念设计的主导地位和重要性。
1概念设计的内涵
概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”，让学生进行座椅的开发设计。步骤是，首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理，并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事，从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为，在民间曾有这样一个说法，就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上，取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后，就断了药，从此不再吃药，这也意味着孩子走向健康。所以，将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时，用折断了的钥匙做椅架为主题，由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略)，于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。
这是传统的产品概念设计。当然，产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化，设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中，产品概念的构思是丰富的，人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。
2概念设计与产品市场
完成概念设计只是第一步，能不能进行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市场为开发商或企业带来效益等，这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距，是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中，只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中，如何减少做“分母”的被动，扩大见效益的百分比，仍是最关键的，是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。
为了更好地接近产品的市场需求，目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，计算机辅助工业设计的发展，尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品，让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，就大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程，保证产品开发一次性成功，加快开发进程，甚至使设计者和用户融为一体，设计出满足市场需要的产品。
二、虚拟现实技术与虚拟产品
1虚拟现实系统(VirtualReality，VR)
虚拟现实系统又称为虚拟现实环境，是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动，观察周围的景物，还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象，听到的是虚拟环境中的音响，感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)这种方法产生虚拟环境的步骤为:
①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;
②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;
③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。
2)基于图像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:
用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像，将获取的景物图像，通过图像处理技术，按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上，用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。
2虚拟现实系统的常用设备及要求
虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外，还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。
3虚拟产品(VirtualProduct，VP)
虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物，是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真，设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。
三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景
在概念设计中，如采用头脑风暴法进行方案创意时，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多地关注产品使用者的感受，而非产品本身。比如，针对不同用户及爱好者的要求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议，邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。
为了适应激烈的市场竞争，设计厂家不能坐等用户找上门订购产品，而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告，再与计算机网络技术结合起来，使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品，并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时，还可以通过Email对产品提出意见和建议，让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力，为设计厂家谋得更多的市场份额。
若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望，通过网上游览，将信息反馈到各商家，商家则会主动争先与厂家联系，网上定货，使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争，各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。
参考文献
1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究，1999，6
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目前，相关软件发展迅速、种类较多，其中常用的软件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我国图灵公司的VRMAP、适普公司的IMAGIS等。
1．1模型构建软件
MultiGenCreator是美国MultiGenParadigm公司开发的三维建模软件，广泛用于视景仿真、虚拟城市、模拟设计、交互式游戏等。它在满足实时性的前提下可生成逼真的场景，可进行多边形建模、矢量建模和地形生成。它的层次细节、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级、自由度设置等高级功能使得其数据格式OpenFlight在实时三维领域成为流行的图像生成格式。该软件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的数据与AutoCAD和GIS软件结合方便。
1．2支持视景生成的语言——OpenGL
应该使用已有的商品化或标准化的图形库和程序设计语言来设计与实现虚拟环境，其中OpenGI(服务器)及其支持系统就是这样一种可选用的图形生成环境。OpenGI可按函数库的形式被C语言调用，也可以被窗口系统直接调用。OpenGI是使用专用图形处理软件接口，该接口目前由几百个过程函数组成，用以支持用户对高质量三维对象的图形和图像进行操作。
()penGI指令的模型是客户／服务器模式，即一个程序(客户)提供指令，该指令由OpenGI解释并处理，它直接执行3D及2D图型的基本操作。这些操作包括转换矩阵、光照模型和光线跟踪、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持双缓冲技术，该技术提供了生成动画效果图形所需要的机制，使所生成的图形能够像电影一样平滑运动。
1．3视景漫游软件
Vega是MultiGen--Paradigm公司开发的应用于实时视景、声音仿真和虚拟现实等领域的高性能软件环境和开发平台，由Lynx图形化用户接口和Vega库组成。利用Vega库函数可在Lynx中建立漫游所需要的场景、窗口、通道、运动和碰撞方式，可以定义对象的初始化参数并建立对象之间的相互联系。
2地质构造情况的模拟
对于矿山技术人员来说地质构造情况非常重要，如果对煤层、岩层、含水层、流沙层以及断层和褶曲等情况的推断有偏差，或图形表现不直观易懂，则在建井或生产过程中就可能发生塌方、突水等事故，造成人员伤亡和经济损失。应用虚拟现实软件可以根据地质体的三维分布，使矿井的规划设计更加直观方便。
综合国内外现状，三维地质体的绘制有块段、表面、实体和断面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面数据是ded或。dem格式，使用GIS软件Arolnfo、用插值方法生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式，将其导入Creator就可以生成煤层曲面。然后，通过光照、着色、纹理、渲染等处理三维地质体更加逼真。
3地形地貌及地物的模拟
地形地貌和地物的建立需要相应的三维数据。如果有研究区域的纸质地形图，可以用扫描数字化的方法得到平面数据，按照图上的标注得到高程数据；如果已有该区域的电子地图，则可直接使用或通过数据格式转换得到需要的数据；如果没有上述数据源，则需要由野外测量获得。
地形生成与地质曲面生成过程类似，先用ArcInfo将地形图上的等高线和高程点进行数字化，把图上标注的高程值输入到属性表中，生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式将其导入Creator生成三维地形。
对于建筑物、道路、围墙、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD进行数字化，得到其平面位置。将得到的*．def文件导入Creator，并与地形匹配。如果建筑物比较规则，则直接将其底面按照高度拉伸为立体，如果建筑物造型比较复杂，则需要分成规则的几部分进行构建。
4矿山井下巷道建模
目前，矿山信息主要是通过CAD格式的双线采掘工程平面图来表达。首先根据采掘工程平面图上的高程信息，利用CAD中的三维多线段重新描绘巷道，同时将高程信息赋予每个节点，实现巷道的单线显示，井筒和巷道设计要布置合理，尽量避免穿过断层、褶曲、含水层等不良地质构造，尽量减少矿井建设和生产地面的影响。
使用MultiGenCreator进行设计，用圆柱体表示井简，用半圆型截面的柱体表示岩巷，然后进行模拟生产，以发现生产中可能遇到的问题，对设计方案进行比较和选择。设计方案完成后可模拟不同设备、不同开采方式的生产系统进行生产，从而达到优化矿井设计和生产系统的目的。综合考虑地质和技术条件、经济、环境等各种因素，选择合理的方案。
5虚拟巷道系统的建立
虚拟巷道系统是对矿井真实巷道多分辨率的三维虚拟表示，建立的主要任务之一是实现基于web环境下的可交互的、真实巷道的三维可视化表达，用户可以从各个角度对巷道虚拟环境进行任意的浏览和观察，并可通过网络进行各种交互。
5．1矿井巷道的建模
矿井中各种实体大多是三维实体，其表面为不规则曲面，且内部矿体品位分布不均匀。对于矿体的外形，可用一个不规则的封闭曲面来确定。为确定矿体的范围，要经地表勘查、地下勘探及推估等手段来完成。在浏览器上三维实体模型，可通过将现有的三维矿体模型中存储的信息按照一定的规范转换为系统可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中构建三维矿井巷道模型，首先应进行简单的坐标转换，这是因为MuhiGenCreator中采用的坐标系和地学中实际采用的坐标系的含义有所不同。MultiGenCreator中采用的坐标系为符合右手规则的空间坐标系，是以MuhiGenCreator浏览器中用户区的中作为其坐标系的圆心，基底坐标为XOZ面，y表示高程。其坐标长度以米为单位，标准角度以弧度为单位。因此，为使它与人们通常采用的地学坐标系保持一致，应将原来矿井三维实体的(，Y，：)坐标转换为MuhiGenCreator坐标系中的(，Y，Z)。转换后的三维实体坐标应满足虚拟场景中所采用的局部坐标系显示的需要。由于矿井实体坐标的数值一般相当大，而实际显示坐标值的前几位高位数据对图形形状不产生任何影响，因此可将地理坐标数据各分量同时做一预选。
5．2虚拟巷道场景的绘制
对于规则格网构成的矿山地表模型及矿井实体的顶底板数字表面模型，可用ElevationGrid节点构建。该节点能很容易有效地设计创建一个位于局部坐标系X()Z平面上高低起伏的地域造型。该造型用高度值组成的标量阵列描述，阵列指定了表面每个格网点上的高度。和z方向的栅格点数量可以分别用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了栅格行和列之间的空间。Height域的值指定了每一个栅格点的海拔高度，基底上的每一个栅格点都与height矩阵中的一个海拔值相对应；colorPerVertex域指定为TRUE或FAISE，表示color域中指定的颜色是用到ElevationGrid节点的每个顶点上(TRUE)，还是应用到每个四边形上(FAISE)；此外，通过建立solid域值，所有的海拔栅格都可以当作实体。
对于由不同的三角面构成的复杂地表模型，则需要用MUITIGENCREATO提供的万能几何节点IndexedFaceSet来创建，它有coord与coordlndex两个域，与IndexedFaceSet节点中的两个域类似，前者提供了一个节点，列出了构造面几种所有面的坐标。Coordlndex域的值提供了一张描述一张或多张面周界的列表。其中每一个值都是整型索引，并且每个索引都指定了在coord域内的坐标列表中的一个坐标。在实际的创建过程中，要求建立三角网的各个三角面按照法线方向向外的法则。
6结语
应用虚拟现实技术，生成一个逼真的矿山虚拟环境(VirtualEnvironment)。这样在矿山设计或研究阶段，科研人员可以置身于矿山虚拟环境下直观审视矿山，按照设计给定的工艺方法和参数，选择设备及确定生产模式。从基建到闭坑的全过程实时监控，发现问题进行实时修正。设计结束后，设计单位、矿山企业可向审查者、公众展示一个三维和动态的矿山。总之，虚拟现实技术在矿山设计、技术改造、生产中可广泛应用。
参考文献：
[1]古德生．金属矿山深部开采中的科学问题[A]．香山科学会议第175次学术讨论会[c]．北京：2001．
[2]乔林，费广正等．OpenGI程序设计[M]．北京：科学出版社，2002：130～134．
[3]齐安文等．三维地学模拟述评及其矿山应用关键问题．《中国矿业》．2001(5)：10．
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随着虚拟技术的发展和教学要求的不断提高，虚拟技术已进入教育领域，并且已成为完成教育工作的一种有效方式。例如利用化学教育软件，展示化学实验的流程和结果。学生可以通过使用该软件，了解和掌握整个实验过程，然后再进行实践操作。这样，既可以减少实验的危险性，又可以提高学生的学习兴趣和效率，减少不必要的浪费。再如利用物理教学软件，开展“欧姆定律”的讲解，其效果生动，且学生便于理解。
1.2生物制药领域
虚拟技术在生物制药方面的应用主要是在药物的设计阶段：采用相关的分子设计软件，设计药物小分子，模拟小分子与受体的相互作用，预测小分子的生物活性、毒性、排泄、吸收、代谢途径、代谢物及其各类性质。目前，这种药物设计模式已被国际专业制药公司在研发新药时采用，并与实验相结合，以达到减少研发消耗，提高研发成功率的目标。1.3医疗领域虚拟技术在医疗领域的应用主要有：手术培训、手术模拟、医学影像检查和临床诊断。已经报道的“上海交通大学附属第九人民医院骨科专家成功完成真正意义上的3D打印骨盆重建手术”，是虚拟技术在医疗领域成功应用的又一案例。
2、化学信息学
化学信息学的研究领域并未经过刻意界定，很多化学家在各自不同的研究领域中力争发展和采用计算机的方法来处理大量涌现的化学信息，建立化合物的结构与性质的关系。在20世纪60年代，化学信息学的发展已初见端倪，到了70年代开始出现了飓风式的发展。因此，相关的化学信息学的定义有多种。
比较典型的有以下一些论述。
（1）采用分子模拟和数据分析技术与高分辨图形显示组合，得到了令人惊讶的结果。因此，化学信息学是通过应用信息技术帮助化学家研究新问题、组织并分析科学数据，以研发新化合物、新材料的过程。
（2）很多人认为化学信息学是化学信息的扩展，它涵盖了与化学结构、数据存储和计算方法相关的领域，如化合物登记系统、在线化学文献、结构-活性关系分析和分子性质计算[3]。化学信息学作为一个学科名称来说是很新的，但我们可以体会到，它存在于我们周围已经有了一段时间。不同的阶段常会给出不同的化学信息学的定义。
所以，在讨论这些不同观点的时候，我们认为“化学信息学是一门应用信息学方法和计算机技术来辅助解决化学问题的学科”[4]这个论述更具有普适性。
化学信息学方法主要有三种，即基于数据、基于逻辑和基于原理。
（1）基于数据的方法建立和利用多种化学数据库管理系统和化学数据库中的数据。该方法主要的作用是在数据库中获得已记录的相关信息。
（2）基于逻辑的方法利用已有的化学数据库中的数据，并在此基础上，利用归纳、推理和分类等方法将数据转化为知识，并对知识实施有效的管理，以便于知识得到广泛的应用。最终，能用于解决实际的化学问题。该方法适用于大量数据的处理，对象具有比较强的规律性。同时，它能解决数据库系统不能解决的问题。
（3）基于原理的方法利用已有的量子化学的理论，对化学对象作相关的量化计算，并根据计算结果，研究对应的化学问题。该方法能从原理上解释化学问题，但不适用于大批数据和大的体系的处理。在化学研究中，这三种方法相辅相成。对于不同的研究对象或不同的研究阶段，采用对应的方法组合。
3、化学研究
化学是研究物质的组成、结构、性质和变化规律的科学。有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性质、用途和有关理论的一门学科，由于有机化合物都含有碳，同时以碳、氢化合物为母体，因此这门学科又可称为“碳化合物的化学”或“碳氢化合物及其衍生物的化学”，随着这门学科的发展，诞生出了高分子化学、元素有机化学等新学科，为合成染料、橡胶、纤维、药物、塑料等有机化学工业建立了理论基础。化学的研究内容主要可归纳为三部分：分子设计、合成设计和结构确定。利用相关技术设计具有特定功能的化合物即为分子设计[5]；利用相关技术设计特定化合物的合成路线即是合成设计；结构确定包括两部分：结构解析和谱图模拟。结构解析是根据已有的化学谱图，推测对应的化学结构。谱图模拟是基于化合物的化学结构，预测其化学谱图。化学是重要的基础科学之一，它也是一门建立在实验基础上的科学。在化学研究中实验和理论这两方面一直是相互依赖、彼此促进的。化学是一门古老而历史悠久的科学，它的研究模式为灵感、经验和实验（见图1）。长期实验数据的积累，为现在和今后的化学研究提供了宝贵的财富。截至2013年12月，已有记载的小分子化合物达7600多万个，化学反应约5580万个。要有效应用如此大量的研究和实验数据，只有采用信息技术才能实现。在此，我们提出了化学研究的现代模式，即在化学研究的传统模式中融入虚拟技术（见图2）。分子设计是化学研究的内容之一。传统模式的分子设计流程如图3所示，某种化合物的性质，通常是在得到化合物之后，经过实验测试才可获得对应的性质。现代模式的分子设计流程如图4所示，化合物的性质，可以用相关软件预测获得。根据获得的预测结果和经验，决定是否要合成该化合物。图3和图4中的分子设计流程显示，两者的差异主要在合成之前。传统模式在合成之前的分析工作仅以文献信息作为判断依据。而现代模式，既以文献信息作为判断依据，又以软件预测结果作为分析判断依据。从原理上讲，采用现代模式合成的化合物，其符合需求的成功率要高于传统模式，研究过程中产生污染的几率要比传统模式的低。
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（一）虚拟化技术提高灾备效率
虚拟化技术的一个重要特点是能实现管理集中化和恢复自动化，可以改变传统的灾备方式，减少数据备份和恢复的代价，提高灾备效率和数据完整性、可用性和高可用性。传统的灾备需要复杂的备份服务器、存储设备及网络设施，还需根据数据量增大扩容硬件设备。但采用虚拟化技术后，能快速把工作负载自动转移到其他资源，能把操作系统和应用转移到异地的虚拟机，使应用快速恢复。VMware是目前先进的虚拟化技术，VMwarevCenterSiteRecoveryManager软件能为所有虚拟化应用提供简单可靠的灾难保护。vCenterSiteRecoveryManager利用经济高效的vSphereReplication或基于存储的复制功能来集中管理恢复计划，实现无中断测试，并自动实施站点恢复和迁移过程。vCenterSiteRecoveryManager可与vCenterServer紧密集成的界面轻松设置集中式自动恢复计划，仅需花数分钟可完成。启动灾难故障切换时，只需简单干预即可自动恢复业务服务。VMwareConsolidatedBackup是另外一个工具，直接在底层的虚拟层上进行数据的备份，避免了在每台虚拟机上进行备份，减轻ESXServer上的负载，使得虚拟机可以运行更多应用，提高资源利用率。
（二）虚拟化技术减少系统运维压力，提高信息安全水平
随着信息技术的发展和虚拟化应用的深入，在当今IT行业，虚拟化技术广泛用于整合IT基础设施和优化业务管理，它通过将传统物理资源抽象成逻辑资源，让1台服务器同时作为多台逻辑上隔离的虚拟服务器，将主机CPU、主机内存、磁盘空间等硬件通过1个资源池管理，重点监控应用真正使用到的逻辑资源，如CPU主频Hz、内存使用情况、磁盘空间使用情况以及存储状态等，实现物理资源统一动态管理。通过服务器虚拟化整合现有硬件资源，构建虚拟资源池和集中部署，减轻了运维压力，提高信息安全水平，同时降低数据分中心的运行和维护成本。
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虚拟仿真软件中元件采用的是元器件符号，仪器仪表采用例化的符号，界面方便整洁、易于调试，但是对于学生认知的能力帮助不大;虚拟实验管理平台内部的元器件和仪表仪器，是按照实际器件模型来进行建模。比如对于电阻来说，采用和实际实物相同的色环电阻，这对于学生认识实验器件和设备具有很大的帮助作用，对于仪器仪表也都是采用和实际仪表相同的操作界面，直观性强，可操作性高，避免了学生在实际实物操作过程中因为不熟悉实验设备而产生损失。虚拟实验管理平台中，在设计搭建电路之前要考虑元器件在整个区域的排放位置，如果摆放不正确就需要删除后重新搭建，这类似于在实际面包板中搭建电路，在设计电路之前必须先对整体进行布局思考;在仿真软件中搭建电路的整体摆放特别方便，如果有错误也可以进行整体移动。从这一点来说，采用虚拟实验管理平台没有采用虚拟仿真软件方便快捷，但是有利于学生提前思考能力的培养，尽量把问题解决在发生之前。对于虚拟实验管理平台和虚拟仿真软件相比，仿真软件的功能更强大，虚拟实验管理平台更加针对学生日常实验，而仿真软件更针对学生进行大型设计。在仿真软件中，如果有两条导线相连一般通过节点的方式，在虚拟实验管理平台中一般通过接到连接的器件管脚的方式，因为在实际中用面包板，不能够使用裸线，因此它们之间的相连是通过接到对应器件节点的方式。针对模拟电子技术课程中的三极管放大电路分别采用虚拟仿真软件和虚拟实验管理平台进行实验，并在学生实验后针对这两种方法和采用硬件实验进行了比较，95%以上的学生认为采用虚拟实验管理平台的方式比采用虚拟仿真软件的方式更加接近真实实验环境，如果能在课程实验中先进行虚拟平台实验，再进行真实实验互补的实验的模式能更加有效地促进实验能力。
篇6
随着我国教育的不断改革和科学技术的飞速发展，络教育的出现改变了传统的教学方式。尤其是计算机更新速度非常快的特点使得传统的教学方式难以满足学习的需要。虚拟现实技术作为一门新的技术，它在教育领域的发展将为教育提供新的活力。本文主要从虚拟现实技术特征和VRML语言的角度探讨其在计算机专业教育中的应用。
一、虚拟现实技术
多媒体技术与网络技术的发展为现代教育手段的现代化带来了新的机遇和挑战。随着计算机技术的快速发展，现代教育技术的应用已不再是停留在音像技术课堂中应用的常规模式层次上．而是朝着多媒体化、网络化、信息化、教育技术应用模式多样化和远程教育普及化的趋势发展，特别是基于计算机仿真技术的虚拟教学形式，是一种最新出现的教学模式，具有广阔的发展前景，代表了教育的未来和发展的方向。
1．1虚拟现实技术概念
虚拟现实(VirtualReality，简称VR)，又称为灵境技术，毕业论文它汇集了数字图象处理、计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术，以及人体行为学等多项天技术．是计算机技术的综合应用。具体地说，就是采川以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用，相互影响，从而产生如同真实环境的感受和体验。尽管该环境并不真实存在，但它作为一个逼真的三维环境．仿佛就在我们周围。由于用户对计算机环境中的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存存意识或幻觉，从而使得用户在计算机所创建的维虚拟环境中处于一种全身心投入的状态。
1．2虚拟现实系统的构成
一个虚拟现实系统由以下几部分组成：
(1)虚拟环境。它由虚拟环境发生器所产生，且可让使用者通过传感器件和作用器件与之交互，这种交互的结果是使用者有全身心进入这一环境的感觉。
(2)传感器件。它将虚拟环境中的物体的形、动作、声音等进行转换，使人能获得视觉、听觉、触觉等多方面的感觉。这些感觉与他以往在实际环境中的感觉一致。
(3)作用器件。它将人的一些约定动作(如行走、手势等)变成作用的信息，让虚拟环境有所察觉。
(4)人。虚拟现实实质上是一内含反馈的闭环系统，只有人的存在才能使这一反馈环路有效成立。硕士论文所以人是VR系统中不可缺少的成分。人通过传感器件感受虚拟环境的存在．又通过作用器件去影响虚拟环境，使其作出相应的变化。
(5)虚拟环境发生器。它能产生使用者所需要的虚拟环境，且能通过作用器件传来的作用信息。了解使用者的位置和动作。并对已产生的虚拟环境作出相应的修改。
1．3虚拟现实技术基本特征
(1)沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。当使用者移动头部时。虚拟环境中的图像也实时地跟随变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。
(2)交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互．使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能．就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
(3)多感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
1．4虚拟现实系统的类型
虚拟现实技术按其功能，可分为以下几种类型：
(1)沉浸式虚拟现实系统
沉浸式虚拟现实系统是利用头盔显示器、数据手套、三维鼠标等传感跟踪装置与虚拟世界进行交互。由于这种系统把人的视觉、听觉和其它感觉封闭在虚拟的感觉空间，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之处在于专用设备复杂而且昂贵，难以在教育行业普及推广。
(2)桌面式虚拟现实系统
桌面式虚拟现实系统是运用软件编程的方法在显示器上显示三维场景．用户通过键盘、鼠标等简单的设备与虚拟场景进行交互。这种系统由于用户坐在显示器前，通过屏幕观察虚拟世界并与之交互，往往会受到周围环境的影响，难以做到完全投入．但是结构简单、成本较低，易于普及推广。
(3)分布式虚拟现实系统
分布式虚拟系统是多个用户通过网络共享一个虚拟空间，共同参与虚拟活动。
(4)增强现实性虚拟现实系统
增强现实性的虚拟现实系统不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知的感受。
1．5虚拟现实造型语言VRML
VRML(VirtualRealityModelingLanguage1即虚拟现实建模语言，是一项和多媒体通讯、因特网、虚拟现实等领域相关的，在Intemet上营造虚拟环境的技术。它用来在网络上创建可导航的、超链接的三维虚拟场景。
VRML的基本工作原理可概括为：文本描述、远程传输和本地计算生成。所谓文本描述，是指VRML并不是用三维坐标点的数据来描述三维物体的，因为这样会有很大的数据量．在Intemet上传输会遇到很多困难．VRML是用类似HTML的标记文本语言来描述三维场景．就像我们的编程语言。比如，一个立方体的描述文本是：Box(size3.03.03.0)。VRML就是一种描述语言标准，规定了用来描述三维场景的文本描述语言。远程传输是指用户浏览VRML描述的虚拟场景时，需要通过Intemet将描述场景的文本传送到本地。一般来说，文本描述是嵌在WEB页面中，在浏览器请求相应页面时与页面描述文本一起传送本地。本地计算生成是指描述虚拟场景的数据传送到本地后，浏览器对它进行解释计算，动态地生成虚拟场景。比如，描述球形的文本，浏览器会在屏幕上绘制一个立体的球形。概括地说，就是用文本信息描述三维场景．在Intemet网上传输，在本地机上由VRML的浏览器解释生成三维场景．解释生成的标准规范即是VRML规范。
VRML文件主要包括四个主要成分：VRML文件头、原型、造型节点、脚本和路由。在这四个要素中．医学论文只有文件头部分是必须的，它用来告诉浏览器该文件符合的规范标准以及使用的字符集等信息。原型定义了创建带有指定名称、接口和整体的新节点类型。一旦成功地定义了原型，它就可以在VRML文件的其他地方随意使用。造型节点是VRML中的基本建造模块．它构成了VRML文件的主体部分，正是由于造型节点定义而产生了虚拟的VRML空间。脚本可以看作是一个节点的外壳，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身没有任何动作．然而你可以通过程序脚本来赋予你脚本节点的动作。程序脚本实际上是一种简化了的应用程序，一个典型的脚本是由Java或javascript编程语言写成的程序。路由是一种文本描述的消息．一旦在两个节点之间创建了一个路由．第一个节点可以顺着路由传递消息给第二个节点，这样的消息被称为事件。VRML还可以包含下列条目：注释、节点和域值、定义的节点名、使用的节点名等。
设计VRML虚拟场景时。最简单的方法是直接使用文本编辑器来编辑描述文本，它类似于程序设计，这种方法简单方便．但不是很直观．对设计者的空间想象能力要求也较高，设计的效率不高。现在有很多的可视化的VRML设计工具，如CosmoWorld和WebWorld等．这些工具将VRML的标准节点都做成可视的组件，用户设计时，只需要将这些组件组全自己需要的虚拟场景就可以了．而且设计的效果在设计时就可以看到。设计完毕后，系统自动将这些可视的虚拟场景生成标准的VRML描述文本，这样，这些文本传送到用户的浏览器后．便会在用户的屏幕上重现这个虚拟场景。
VRML使得Intemet的平面世界出现了三维场景。它的问世在世界上引起了极大的反响．得到众多的软硬件厂商的支持，成为了Intemet上最有发展前景的新兴技术。VRML在各方面都展现出了强大的应用可能性。蕴藏了无限生机。在教育领域的WEB站点中，它可广泛用于学习情景创设上，以增加学习内容的形象性和趣味性。例如：创建网上三维图书馆，它的好处就在于书籍归类整理更接近真实并将高于真实，汇编或查阅时书籍只需要鼠标轻轻地点击对应的虚拟图书。另外，使用VRML做模拟训练是一种可行性极高的措施，它不仅可以减少某些情况下现实空间中操作的难度和危险。
更为重要的是它可以使训练造价得到大幅度降低，这样就使得在教育方面的应用成为可能。由于这种模拟系统具有高度的真实性，所以并不会因为没有真实系统介入而造成较差的训练效果。现在虚拟校园、虚拟考场也已经陆续地出现在网络中，这些新兴的教育形式必将因其优越的一面而在未来教育领域中占有一席之地。
二、虚拟现实技术在计算机专业教育中的应用
2．1虚拟现实技术在辅助课堂教学中的应用
众所周知，计算机课程实践性很强，在书本上体现难免会给人们的理解带来困难。利用虚拟现实技术制作的课件能够很好地解决这一问题。例如，在计算机基础课程中介绍计算机中各个组件的结构和讲解计算机组装的过程时，书本的文字难以让学习者了解组件结构和组装的过程。利用虚拟现实技术可以将文字、声音、图片、动画等几种媒体表现形式有机地结合，设计出生动活泼的界面。制作出一些三维的、交式的、具有沉浸感的内容，满足学习者从各个角度观察和学习，仿佛身临其境，更好地理解学习的内容。
制作VRML课件的基本思路是：
(1)制作一系列空间形体的三维造型和动画．并且为这些造型指定所需要的颜色、大小等。
(2)引入VRML的相关节点，建立虚拟运动空间。实现课件多媒体功能。
(3)优化VRML场景，即在构建场景的过程中，利用VRML提供的高级造型技术适当优化程序。
(4)VRML文件的输出，将已创建的空间场景输出为．wrl形式的文件。
例如，设计VRML课件来实现网上虚拟计算机组件结构和组装的辅助教学。
首先，在介绍计算机组件选择知识同时。可以在网上从各个角度来观察VRML制作的计算机组件的造型．增强感性认识，并使学习者对怎样组装计算机有个初步的了解。利用VRML的造型设计和VRMLScript的动画链接．虚拟出组装计算机过程中所需的主要硬件，再通过把VRML文件嵌入到网页的方法，使学习者既能在网页中看到二维不同型号硬件的图片和一些描述硬件的文字．又能看到三维的虚拟制作出来的硬件模型。这样使学习者能真切地、直观地感受到二维和三维的不同．感受到虚拟世界的美妙。然后，通过文字和图片向学习者介绍如何将各计算机组件组装到一起。接着，通过VRML的动画节点控制和VRMLScript的结合。制作出安装、注释和视点切换的效果，然后按照六个安装步骤：第一，机箱、主板的安装；第二，风扇、内存的安装；第三，光驱、软驱、硬盘的安装；第四，声卡、显卡的安装；第五，电源的安装；
第六。显示器、键盘、鼠标的安装，组合完成整个在虚拟三维世界中组装计算机的过程。
在学习的过程中，只要点击相应的按钮，就可以按相应的步骤进行安装。拖动鼠标或按钮可以随意地移动计算机组件到指定的位置进行安装。在安装完光驱和软驱后，点击光驱的开、关键，光盘托会自动拖出和送入，点击软驱的按钮，软盘会自动取出．使学习者能动态地观看到效果。有一种身临其境的感觉来完成学习的过程。
通过VRMLScript语言的链接。制作出生动有趣的动画效果和逼真的声音效果。例如．当你点击软驱上的按钮，会发出声音并弹出一张软盘；当你点击光驱按钮时，盘盒会自动地弹缩并发出逼真的声音。为了方便学习。还可以实现注释信息，当学习者的鼠标碰到硬件设备时。在对象的旁边会出现一个注释信息，说明该对象名称。
又如，在《数据结构》课程中，对于常用的数据结构的算法思想．由于其抽象程度高。使得学生很难理解。我们也可以通过虚拟技术将其制作成课件进行教学。将抽象的算法过程以浅显易懂、形象直观的形式展现出来。例如，递归算法是学生比较难理解的，因为其算法是靠隐形调用堆栈来实现，而通过虚拟技术可以将堆栈内部情况的变化动态、直观、形象地表现出来，这样学生就很容易理解。同样在讲解树和图的遍历时，可以从可视化的角度观察遍历的顺序。二叉树与树的概念的区别、Hanoi塔等问题都可以直观地表现。方便教师的教学和学生的理解。
总之，通过制作课件来辅助课堂的教学，能为学习者提供生动、逼真的感性学习材料，使抽象的学习直观化、形象化，帮助学习者解决学习中的重点和难点，提高学习者的积极性。
2．2虚拟现实技术在计算机实验中的应用
由虚拟现实技术生成的适用于进行虚拟实验的实验系统，包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象。以及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实再现。也可以是虚拟构想的实验室。例如，在城域网和广域网的网络建设过程中，不必真正把网络构建起来就可以亲身体验，犹如进行现场的操作。在数字电路的课程实验中，可以通过虚拟的电路器件来达到电路设计的目的，而没有购买器件问题所带来的麻烦。在电子商务课程实验中，可以虚拟商务环境，让学生进入这个虚拟环境。身临其境地体验现场交易的气氛和参与交易的过程。计算机操作系统的安装是比较基础但又是难做好的一个实验。由于在计算机上安装新的操作系统不可避免地会对原有的操作系统产生影响。
使用虚拟计算机来进行操作系统的安装试验就十分的方便了。工作总结使用虚拟机的软件VMware可以创建与真实计算机一模一样的虚拟机。创建的虚拟机有自己的CPU、内存、硬盘、光驱，在这个虚拟机上，可以安装Windows、Linux等真实的操作系统以及各种应用程序。通过在虚拟的操作系统环境中进行操作，熟悉操作和新技术，达到事半功倍的效果。VMware只是一个软件。可以帮助你在一个操作系统的环境下安装另一个操作系统，而不会对当前的操作系统产生影响。
虚拟现实技术还可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟．通过虚拟系统便可以直接地观察到这一假设所产生的结果或效果。利用虚拟技术。学生还可以进行网络设备设计、电路设计等方面的学习探索，设计出新型的网络设备和电子器件．从而激发学生的创造性思维，培养学生的创造能力。:
通过虚拟的实验室进行实验，既可以缩短实验的时间，又可以获得直观、真实的效果，还能对那些不可见的结构原理和不可重组的精密设备进行仿真实训，避免真实实验操作带来的各种危险。并且，虚拟实验具有先进性和共享性，易扩充．易于改变教学项目，减少设备投入经费，使教学内容在虚拟的环境中不断更新．使实验实践及时跟上技术的发展。但是在采用虚拟实验进行教学的过程中，并不能完全代替真实实验。虚拟实验是虚拟的实验，缺少“实物感”，正如在网上看书与拿真实的书看时，会觉得真实的书更实在。在网络实验中，用到的网络设备像路由器、交换机等种类、型号都很多，在虚拟实验中．学生很难见到这些设备，如果在真正的实践中可能会无从下手。因此，在具体实施中，应该虚实进行结合。有目的地安排一些实验在真实环境中操作，这样，他们会对实验的设备有亲身的体会，更能加深实验的印象，提高实验的效果。
三、结束语
虚拟现实技术在计算机教育领域发展的潜力是巨大的，只有亲身去经历、亲身去体验去感受，比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动地观看有质的不同。虚拟现实技术能形象、生动、逼真地表现教学内容，有效地营造一个发展的教学环境。提高学生掌握知识和技能的效率和积极性，达到优化教学过程、提高教学质量的目的，从而解决传统教学方式无法解决的问题。随着计算机网络技术的飞速发展，基于WEB的虚拟现实远程教育具有广泛的应用前景，必将成为21世纪教育的主流。
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2.让虚拟机技术为课堂教学服务。
在计算机网络安全的整个教学过程中，教学者会对学生教授一些具有系统危险性的教学内容，比如：计算机木马对系统造成的危害等。因此，教学者在这个时候，就可以把虚拟机技术合理地应用在实际的教学过程当中，并利用虚拟机对教学的内容进行现场演示。这样一来，学生就能够更加充分的认识到计算机网络安全技术的具体操作过程。与此同时，学生在得知这些对计算机系统具有破坏性的病毒之后，也会引发其自身对这些知识点的思考，并从中挖掘出能够有效预防这些病毒出现的方法，从而让学生能够更进一步的掌握到计算机网络安全这一课程的精髓。
二、试析虚拟机技术在高职计算机网络安全教学中应用的作用
现对虚拟机技术在高职计算机网络安全教学中应用的作用进行简单的分析，并将其概括成以下几点：有利于提高教学者的教学水平。有利于学生更好地掌握计算机网络安全技术。有利于高职院校培养出一批具有高素质和高计算机网络安全技能的专业型人才。有利于促进我国教育事业的进一步发展。
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边防部队计算机通信实践中采用虚拟现实技术可全面提升部队信息化工作效率，使工作人员整体技术水平不断增强，更新以往滞后的管理工作模式与日常办公手段，符合目前计算机通信应用的现实需要，可保证边防部队计算机通信应用的整体安全。引入虚拟现实技术至计算机通信领域，还可进一步完善计算机通信体制，预防计算机通信形成更大的漏洞、提升边防部队计算机系统服务器的综合应用率，节省硬件设施的成本投入、缩减系统能耗成本。通过将各类计算机通信系统的整合处理使之在单独服务器之中进行运行，还可全面提升计算机通信整体安全工作水平。
3计算机通信中虚拟现实技术应用
3.1硬件组成
采用Vmware虚拟机通过桥接模式进行连接，该处理方式之下，便要求用户通过手工操作配置虚拟系统IP地址并设定子网掩码。同时，还要令其同宿主系统同处在相同的网段之中，方能完成两者间的通信应用。另外，倘若该虚拟系统处在局域网之中单独的主机系统内，则用户便可通过手工方式进行网络通讯协议的配置，进而可通过局域网网关或是路由器完成网络登录访问。另外，应用虚拟现实技术还要拥有属于自身的硬盘、光驱以及网卡等必要硬件设施，完成计算机通信信息资源的实时全面共享。还可对其完成分区操作、进行格式化处理。采用的传输模式应是全双工或者半双工，工作温度则要控制在零摄氏度至四十摄氏度、支持网管，对网络地址进行科学的规划，唯有如此方能保证网络系统的顺畅有序运行，全面提升通信系统自动化工作水平。
3.2VPN确保通信系统安全
虚拟现实技术应用阶段中，采用量子秘钥模式的VPN技术，可确保计算机通信应用的可靠安全，提升网络信息传输效率。倘若在计算机通信阶段中引发泄露现象，则此泄露出来的信息也仅仅是量子信息各个分块之中的一个单元，并不会对整体量子秘钥的可靠安全形成较大程度的影响。同时，针对窃听人的相关信息也并非全面的，可能有所增加或缩减，为此窃听人获取数据资源欠缺准确性。这样一来可全面预防秘钥窃听现象，确保VPN网络信息的完整与安全。另外，该系统模式还体现了抗攻击性特征，可全面提升分配秘钥的处理效率，通过相空间重构方式，并借助混沌系统以确保量子秘钥的可靠安全，提升虚拟现实技术的综合安全性。
3.3完成目标定位、进行虚拟化平台管理
计算机通信中需要借助GIS虚拟现实技术，将GPS设施用作移动终端进行导航与定位，发挥数字地图处理功能，以完成动态的电子图件传输，令人们可借助系统全面明确现场具体状况。该过程之中需要首先将项目图件、信息导入至系统内，变化为图形与相应的GIS格式，透过自动化处理以及手工方法掌握GPS有关位置信息，并利用网络系统设施传播，以细致全面的记录边防现场管理状况。计算机通信应用过程中采取虚拟现实技术完成有序管控，并借助语音应答、多媒体系统、数据库系统以及镜像功能取代人工作业，使边防部队计算机通信系统之中的人资管理职能有效的划分出来。借助计算机系统的更强大的存储功能可存储海量信息，并设定统一模式，透过远程监控系统召开视频会议、进行远距离的查哨，借助微波通信完成自动化的报警处理，并透过具备抵御干扰影响以及辐射作用的高清晰视频快速传递边防现场具体图像信息，完成快速的数据收集以及视频传输，透过虚拟现实技术使得工作路程更加优化，以加快整体工作业务的处理进度。
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3D虚拟技术是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，能够生成一种逼真的，具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，使用户能够进入到一个清晰度高、更新速度快的三维虚拟环境，并与之产生互动，由于3D虚拟技术在信息展示和交互方面具有更大优势，被广泛应用于建筑展示、军事训练、古迹遗址复原、工程演示、航空航天等诸多领域，将其应用于档案服务，可以给用户带来全新体验，满足多层次用户的多样化需求。
（一）拓展了档案服务的空间
传统的实体档案展馆一般建设时间较长、展馆面积有限、展品数量少、更新慢，而且展品的载体复杂多样，不仅需要占用一定存放空间，还易发生毁坏、磨损、丢失等现象。若将3D虚拟技术运用到网上档案展览的制作或建造虚拟展馆，对展览主办方而言，一方面可以避免实体展览中实物调取摆放、展出安全、场地经费等问题，另一方面可以缓解建实体展馆的资金和空间的压力。对用户而言，首先，在虚拟环境中可与信息平台互动，其丰富的视觉效果、充分的互动效应能吸引更多观众参与其中；其次，用户参观展览不受时间地域限制，参观成本大大降低，可实现重复参观，在便捷实体档案服务利用的同时，又对实体档案进行了备份，实施了保护，同时也扩大了档案展览的影响。
（二）创新档案服务方式
传统档案馆虽然拥有大量珍贵的馆藏信息资源，但是由于不能被人及时、充分地感知和利用，无法发挥应有的作用。若应用3D虚拟技术建立虚拟档案馆，采用信息推送等方式主动将馆藏信息资源公之于众，能够使被动服务变为不受时空限制的主动服务，能够激发用户的对档案信息的利用需求，用户随时可以通过联网终端的方式查阅所需要的档案信息，可以最大化实现档案信息资源的价值，这样档案信息服务就由单一服务变成了多元、多层次的服务，加强了档案馆与用户之间的沟通和联系，拓宽了档案信息服务的范围。
（三）提高档案利用效果
传统的档案展览是以实物形式再现档案，普通的网页是以平面图形和文本的二维表现形式再现档案，而利用3D虚拟技术来开发实体档案，对档案展品来说不仅是一种立体的展示，而且在展品的结构和空间信息的表现方面都具有更为明显的优势，用户可以通过网页在线浏览，观察可交互的三维产品模型，通过点击鼠标，可以旋转、平移模型，从任意角度观察，实现展品完美的三维真实感表现，若再配上音乐、导游解说和多媒体手法，使利用者足不出户就能“身临其境”，可以增加用户的点击率，留住和吸引越来越多的人来利用档案。从而实现了档案馆（室）的文化休闲功能，在增加人们档案意识的同时，档案的价值也得到了更好的发挥。
三、基于云计算和3D虚拟技术的智能化档案信息服务的意义
云计算是一种商业计算模型，它可以将大量分布的资源连接在一起以提供各种IT服务，使各种用户能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。云计算技术是档案信息化发展的引擎和趋势，我国改革开放以来，由于普遍重视经济建设，而不能直接贡献经济建设的档案管理长期处于被冷落地位，2013年从广东软件行业协会了解到的数据：全省1200多家软件企业（通过双软认定），而从事档案信息化方面的仅有3家，与500多家ERP软件厂商形成鲜明的对比，可以说这是一个冷门行业，但也是潜力巨大的行业。云计算技术已经无容置疑，是当今IT业最热门的技术，如果将云计算这项当今IT业最热门的技术与档案信息化这一最冷门的行业进行“联姻”，再结合3D虚拟技术共同运用于数字档案管理系统，将会给档案界及档案信息化应用带来新的启示。
（一）可以实现“低碳经济”的档案信息化建设模式
引入云计算这项技术，可以减少对硬件和软件等档案管理基础设施的投入，节省资金，避免重复建设，提高效率，还可以缓解档案部门开展档案信息化对既懂档案业务、又能精通计算机技术等这种复合性人才的需求。通过云计算技术可以实现基础设施和基础服务的统一管理，有效整合富余的计算机资源，按需合理分配，可以规范和统一不同系统之间数据交换和数据存储的格式，提高不同设备的数据和应用的共享性，扩大档案信息的外延，从而改变档案信息获取和知识传播的方式，降低档案信息化门槛，提高档案信息化水平。
（二）可以实现档案信息的可视化检索
随着信息技术的高速发展，目前国内很多企业和高校都建成了数字档案馆，但档案信息利用率和档案网页的访问率相对整个馆藏量来说还是偏低，用户对档案信息的反映比较冷漠。档案的数字化、网络化虽然为信息检索和查阅提供了便捷条件，却不能满足用户直观、智能化的需求。基于云计算和3D虚拟技术的文献检索，用户可以用“所见即所需”的方式对馆藏资源进行快速检索，大幅提升检索效率和准确性，与树形分支检索和对话框向导检索方式相比，更为形象直观，用户可以快速定位所需信息，而且是最终信息，只需用鼠标点击图片、动画或展品，在界面上就会弹出与该图片、动画或展品相关联的图、文、音、视等相关的信息集并提供与之相关的链接，实现的是云平台上的知识集的展现，拓展了传统档案馆的检索功能。
（三）可以实现档案信息的知识化
传统的档案编研多以文字为主，辅之以少量的图片，且耗时，成本高，而利用云技术进行档案信息化建设，能够将各业务系统的数据集成到数字档案管理系统中，对档案信息进行全面收集和集中管理，实现超大规模的档案信息资源共享，建设的是基于互联网的相对开放的数字档案馆模式。再结合3D虚拟技术的在线编研可做到文字、声音、影像、图片、动画等多种形式并用达到良好的艺术效果，增强了档案汇编的可读性和可视性，吸引更多的浏览者。同时保证档案信息传播的即时性与档案信息大量性的传播，也简化了档案汇编的出版流程，缩短了出版周期，加速了信息的传递速度，提高档案信息的时效性，使档案信息成为一种重要的知识资源，从而实现档案价值和业务管理的紧密结合，提供的是主动式档案编研成果服务和智能化内容导航。
（四）可以实现档案信息利用的便捷性
在信息大爆炸时代，就必须吸引人的眼球，档案信息要想引起人们的关注，就得提供有特色的、有个性的产品，以适应用户多元化的服务需求。传统的档案文献编辑、展览和网站比较偏重于对档案信息的加工，忽视了用户的需求和与用户的沟通，而基于云计算和3D虚拟技术的档案信息服务正好填补了这一缺陷，也为档案文献编辑的咨询服务和编研成果反馈提供了一种开放性的双向信息传播和沟通的渠道。首先，其直观性能使原本枯燥的档案信息变得生动，能够提高人们利用档案的兴趣，激发用户的潜在利用需求；其次，其互动交流平台可以提供在线交流，可以提供用户留言与聊天室等功能模块，可以收集用户信息，把信息传递给服务器端，再从服务器接受反馈信息，然后将处理好的信息发送回用户界面，实现与用户的互动。再次，云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务，只需连接互联网，就可以通过云平台为用户提供安全保障的个性化服务，这样就能解决数字档案馆用户终端局限性的问题。
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1.2虚拟专用拨号网技术
虚拟专用拨号网技术与虚拟网络技术之间存在明显差异,虚拟专用网络拨号技术有其特殊性。在虚拟专用拨号网技术被广泛应用的今天,计算机网络信息技术可以实现资源共享,通过公共网络平台对资源进行共享,使计算机网络公共平台的不同使用者都可以获得资源和信息,这在一定程度上突破了空间和时间的限制,使计算机网络应用更加的方便高效。同时虚拟专用拨号网技术的信号是通过光纤进行传递的,对信号进行了加密处理,使得信息不容易泄露,保障了信息的安全,避免了因信息传递泄漏而造成的经济损失和其他损失,达到了防止信息外泄的效果。因此,虚拟专用拨号网技术越来越受到计算机网络技术用户的喜爱,得到了广泛的应用。此外,虚拟专用拨号网技术也为用户提供了便利,既可以使信息传递更加高效、便捷,又保障了信息的安全性,避免了因信息泄露而给用户造成的损失,同时也提高了网络资源的应用率,降低了对其他介质资源的占用率。
2计算机网络技术的发展前景
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虚拟现实也称虚拟环境或虚拟真实环境,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术,它集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络并行处理,利用计算机生成的三维空间形象实现的目标合成技术,通过视、听、触觉,以图表及动画方式呈现,让观看者“眼见为明”。它改变了传统的计算机辅助设计被动静态的信息传递方式。它的特性包括:(1)交互性(interactive);(2)想像性(imagination);(3)沉浸性(immersion)。虚拟现实就建筑视觉模拟的可行性而言,应用领域可包括:建筑物模拟、室内设计模拟、城市景观模拟、施工过程模拟、物理环境模拟、防灾模拟、历史性建筑模拟等。在建筑设计中既要进行空间形象思维,又要考虑到以用户的感受为核心,是一连串的创新过程,包括规划、设计、建设施工、维护等。巨大的成本和不可逆的执行程序,不能出现过多的差错,虚拟现实是一种可以创造和体现虚拟世界的计算机系统,虚拟世界是整体虚拟环境或给定仿真的对象的全体,充分利用计算机辅助设计和虚拟现实,可减轻设计人员的劳动强度,缩短设计周期,提高设计质量,节省投资。虚拟现实技术在建筑设计中应用广泛。
2展示建筑物的整个信息
现阶段的二维、三维的表达方式,只能传递建筑物部分属性的信息,并且只能提供单一尺度的建筑物信息,使用虚拟现实技术可展示一栋活生生的虚拟建筑物,使人产生身临其境之感,设计不仅仅是设计者的事,住户、管理部门都可起到辅助决策的作用。
3远距离浏览
设计者设计的建筑物与工程单位可以相互沟通交流,通过万维网达到远距离浏览,也可以以计算机语言开发与虚拟现实造型语言整合,虚拟现实用于Internet网中提高其普遍性与实用性。
4实时多方案比较
在建筑设计过程中,一般都会对设计的建筑物提出不同的设计方案,对未来建筑物的形象做多种设想,在虚拟的建筑三维空间中,可以实时地切换不同的方案,在同一个观察点或同一个观察序列中感受不同的建筑外观,这样,有助于比较不同的建筑方案的特点与不足,以便进一步进行决策。事实上,利用虚拟现实技术不但能够对不同方案进行比较,而且可以对某个特定的局部作修改,并实时地与修改前的方案进行分析比较。
5专用的人机接互
人机接口是使用者与计算机沟通的桥梁,它是代表使用者意图的转换及计算机程序的执行,良好的人机接口的建立,可减少使用者对系统的学习时间和增强系统的使用效率。在虚拟现实技术建筑设计中,必须有特定的人机接口模式:(1)使用者模式。使用者直接进入虚拟现实中,进行观测
与互动操作,以第一人称的观测方式,进行虚拟现实的沉浸观察,隐藏的接口,只有在使用时才出现;(2)者模式。在虚拟现实中,常因沉浸环境与现实环境的感性差距,而造成空间迷失现象,以至于使用者无法掌握虚拟现实中的状态,以空间者的虚拟环境信息的提供,以第一和第二人称的观察方式,进行虚拟环境中的观测;(3)监控模式。使用者以第三人称的方式,监控虚拟现实中所有的现实状态,并进行虚拟物的监视与控制,而接口的产生与虚拟现实的种类并无绝对的关系;(4)浸入操作模式。将控制虚拟现实物的接口,置于虚拟现实中,以进行仿真式的操作模拟,使用者以
第一人称的操作方式,对虚拟物进行控制。从系统整合的观点来分析建筑设计,系统的接口连结不
当,影响设计质量和施工程序。
虚拟现实系统基本上有两种:模型式和图像式。以模型式虚拟现实,以虚拟现实造型语言(简称VRML)为主要描述语言,使得建筑设计可用计算机进行三维建模,利用效果图和三维施工图与资料库,并利用虚拟现实技术连结到资料库作为实时模拟操作。虚拟现实造型语言,可用来在万维网(3W)中定义与更多信息相关联的三维世界的布局和内容,使之能够在一个交互的三维空间中很容易地被表达出来。当虚拟现实造型语言浏览器启动后,它会将虚拟现实造型语言中的信息解释成虚拟现实造型语言空间中的建筑物的几何形体的描述,一旦VRML空间被用户的浏览器解释,它将提供实时显示,一秒钟可以显示多次,这样,用户的机器上将会有一个活动的场景。
6应用实例
荷兰的虚拟现实技术起步较快,Eindoven大学的Calibre研究院已用虚拟现实技术进行设计和咨询,他们开发的软件包由一组类CAD的函数组成,称为CAAD软件,为建筑结构的创建、修改和可视化提供了工具包,它支持AutoCADDXF文件的输入输出,而且能够用于虚拟环境中增加动画和对象的动态行为。已用该系统模型化了一座小城市,具体目标是在河中小岛上设计一栋博物馆。这座城市由好几百栋建筑物组成,坐落在河边斜坡上,可以俯瞰小岛。首先,数字化该城市的地图,创建基本的AutoCAD模型;其次,按真实三维位置安排每栋建筑物,同时也考虑山坡的轮廓;再次,加上建筑细节,如门框和窗框设计,以便标准地表现该城市的美学特征。该应用实例让人们领略了该领域和他们所取得的成果。
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2.1设计空间展示的全面性
传统的表现形式只可以传输一种空间信息，而且无法做到完整性。虚拟现实技术利用三维立体的表现形式，可以完整地把每一个细节予以呈现，让人有一种身临其境的真实感，不再只是看着图纸来想象，而是身临其境进行感受。
2.2浏览的快捷性
利用发达的计算机网络，设计者和施工单位可以联系的更为快捷。设计者的“想法”不必亲手送到施工单位，立体的设计样品利用远程浏览便可商榷，不但节省了时间，而且提高了工作效率。另外，浏览的快捷性还可以让大部分群众参与到决策中来，让群众在享受虚拟的园林设计活动中，可以提出自己的建议，有助于施工单位和设计者的工作。
2.3设计趋于完美性
虚拟现实技术具有很强的可操作性，设计者在整个风景园林的设计过程中能够随意进入任何一个设计阶段进行切身的体验，从而客观地审查自己的作品，如果发现不足，可及时进行修改。此外，在虚拟的现实环境中审视自己的作品，有利于提高设计者的水平。
2.4决策的准确性
风景园林设计的实施过程中受到的影响因素较多，因为风景园林设计与周遭环境氛围以及和大众审美趣味是息息相关的。人们利用虚拟现实技术对园林设计的整体过程知晓的越来越多，越来越具体，就越能提出建设性的建议及意见。简而言之，虚拟现实技术是连接大众和设计者的纽带。只有前期人们对园林设计进行了整体的了解，施工方的后期施工过程才能得到人们的宽容和见谅，此种人性化、大众化的园林设计才能获得双赢。
3应用的展望
3.1不断进行创新
首先要加快计算机技术的创新和革新，不断发展现代虚拟技术系统，制造出高性能、低成本的计算机设备，要在技术层面为虚拟现实技术的发展提供有力的支持。此外，在运用过程中，要根据风景园林设置的理念进行再创新，使其具备风景园林设计的特色。技术的创新是风景园林设计的内核动力，是虚拟现实技术进步发展的源泉。
3.2加强参与的大众化程度
要充分利用虚拟现实技术的自身优越性，让更多的人们参与到风景园林设计中来。利用虚拟现实技术可以通过网络传播，利用各种网络、电视等新媒体进行更大、更广范围内的网络虚拟活动，使园林设计有更多的大众参与，这样将有助于决策者的科学准确决策，最终得出既科学准确而又人性化的风景园林设计方案。
3.3充分利用其他科学技术发展自身
例如，与环境和空间技术的结合，便能够应用到城市的规划、修复与重建、城市的绿化等各个方面，这不但可以使虚拟现实技术的应用更加科学化，而且更加人性化、更加环保。
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2.1实验目的及要求该实验要求配置静态路由以实现3个IP子网的连接，网络拓扑结构如图1所示。分别登陆router1、router2，利用路由和远程访问服务实现软路由，把相邻两个子网连接起来，从而使相邻两子网内计算机互相通信。测试pc1和pc2的连接，发现连接失败。从图1网络拓扑结构可知，router1连接子网192.168.80.0和192.168.81.0，router2连接子网192.168.81.0和192.168.82.0。因此，要实现3个子网连接，只要在router1上添加子网192.168.82.0的静态路由，并在router2上添加子网192.168.80.0的静态路由。
2.2配置具有静态路由的多IP子网使用VMware构建图1所示复杂网络,并且在虚拟机中配置路由和远程访问、静态路由功能,使3个子网中的虚拟机间能进行通信。如图2所示，构建该网络需要3台虚拟交换机和4台虚拟机，其网络配置如下。（1）创建4台虚拟机：即VMa、VMb、VMc、VMd。VMa、VMb分别为子网1、3中的虚拟机，VMc、VMd为子网2中的虚拟机需要配置为软路由。（2）子网1、2、3分属不同网段，均采用VMnet1虚拟交换机和Host-only网络连接方式。（3）设置VMc、VMd的虚拟网络连接方式。VMc配置NIC1、NIC2两块网卡，NIC1连接子网1中的VMnet1，NIC2连接子网2中的VMnet1。VMd同样配置NIC1、NIC2两块网卡，NIC1连接子网2中的VM-net1，NIC2连接子网3中的VMnet1。（4）各虚拟机及网络配置，如附表所示。（5）增加VMc、VMd的软路由功能，保证子网1、2中的虚拟机，子网2、3中虚拟机能够相互通信。步骤如下：Step1：在VMc、VMd上，单击“开始”“管理工具”“路由和远程访问”，启动“路由和远程访问”控制台，在控制台选择服务器右击，选择“配置并启用路由和远程访问”。Step2：在打开的配置页面中，选择将要配置软路由类型。这里单击“自定义配置”“LAN路由”定义为局域网路由类型。Step3：VMc、VMd已配置成路由器，可查看其路由信息。命令为：c:\>routeprint（6）为使VMa、VMb能互相访问，需要修改VMc、VMd上的路由表，在路由表中添加静态路由信息，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）结果测试。在VMa上用ping命令测试与VMb连接，发现连接成功，TTL值为126，表明VMc、VMd上添加的静态路由已经生效。
