VR 虛擬現實

簡介

虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統它利用計算機生成一種模擬環境是一種多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶沉浸到該環境中。

虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網絡技術等多種技術的集合是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現實技術(VR)主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面。模擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應的數據，并對用戶的輸入作出實時響應，并分別反饋到用戶的五官。傳感設備是指三維交互設備。

技術應用

VR在醫學方面的應用具有十分重要的現實意義。在虛擬環境中，可以建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、感覺手套，學生可以很容易了解人體內部各器官結構，這比現有的采用教科書的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術訓練器，用于腿部及腹部外科手術模擬。這個虛擬的環境包括虛擬的手術臺與手術燈，虛擬的外科工具（如手術刀、注射器、手術鉗等），虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺手套，使用者可以對虛擬的人體模型進行手術。但該系統有待進一步改進，如需提高環境的真實感，增加網絡功能，使其能同時培訓多個使用者，或可在外地專家的指導下工作等。手術后果預測及改善殘疾人生恬狀況，乃至新型藥物的研制等方面，VR技術都有十分重要的意義。
在醫學院校，學生可在虛擬實驗室中，進行“尸體”解剖和各種手術練習。用這項技術，由于不受標本、場地等的限制，所以培訓費用大大降低。一些用于醫學培訓、實習和研究的虛擬現實系統，仿真程度非常高，其優越性和效果是不可估量和不可比擬的。例如，導管插入動脈的模擬器，可以使學生反復實踐導管插入動脈時的操作；眼睛手術模擬器，根據人眼的前眼結構創造出三維立體圖像，并帶有實時的觸覺反饋，學生利用它可以觀察模擬移去晶狀體的全過程，并觀察到眼睛前部結構的血管、虹膜和鞏膜組織及角膜的透明度等。還有麻醉虛擬現實系統、口腔手術模擬器等。
外科醫生在真正動手術之前，通過虛擬現實技術的幫助，能在顯示器上重復地模擬手術，移動人體內的器官，尋找最佳手術方案并提高熟練度。在遠距離遙控外科手術，復雜手術的計劃安排，手術過程的信息指導，手術后果預測及改善殘疾人生活狀況，乃至新藥研制等方面，虛擬現實技術都能發揮十分重要的作用。

娛樂

豐富的感覺能力與3D顯示環境使得VR成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂方面對VR的真實感要求不是太高，故近些年來VR在該方面發展最為迅猛。如Chicago（芝加哥）開放了世界上第一臺大型可供多人使用的VR娛樂系統，其主題是關于3025年的一場未來戰爭；英國開發的稱為“Virtuality”的VR游戲系統，配有HMD，大大增強了真實感；1992年的一臺稱為“Legeal Qust”的系統由于增加了人工智能功能，使計算機具備了自學習功能，大大增強了趣味性及難度，使該系統獲該年度VR產品獎。另外在家庭娛樂方面VR也顯示出了很好的前景。
作為傳輸顯示信息的媒體，VR在未來藝術領域方面所具有的潛在應用能力也不可低估。VR所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態的藝術（如油畫、雕刻等）轉化為動態的，可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術。另外，VR提高了藝術表現能力，如一個虛擬的音樂家可以演奏各種各樣的樂器，手足不便的人或遠在外地的人可以在他生活的居室中去虛擬的音樂廳欣賞音樂會等等。
對藝術的潛在應用價值同樣適用于教育，如在解釋一些復雜的系統抽象的概念如量子物理等方面，VR是非常有力的工具，Lofin等人在1993年建立了一個“虛擬的物理實驗室”，用于解釋某些物理概念，如位置與速度，力量與位移等。

軍事航天

模擬訓練一直是軍事與航天工業中的一個重要課題，這為VR提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰場系統，以提供坦克協同訓練，該系統可聯結200多臺模擬器。另外利用VR技術，可模擬零重力環境，替非標準的水下訓練宇航員的方法。

室內設計

虛擬現實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式反映了設計者的思想，比如裝修房屋之前，你首先要做的事是對房屋的結構、外形做細致的構思，為了使之定量化，你還需設計許多圖紙，當然這
室內表現效果
室內表現效果(9張)
些圖紙只能內行人讀懂，虛擬現實可以把這種構思變成看得見的虛擬物體和環境，使以往只能借助傳統的設計模式提升到數字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設計和規劃的質量與效率。運用虛擬現實技術，設計者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設計的效果，直到滿意為止。既節約了時間，又節省了做模型的費用。

房產開發

隨著房地產業競爭的加劇，傳統的展示手段如平面圖、表現圖、沙盤、樣板房等已經遠遠無法滿足消費者的
需要。因此敏銳把握市場動向，果斷啟用最新的技術并迅速轉化為生產力，方可以領先一步，擊潰競爭對手。虛擬現實技術是集影視廣告、動畫、多媒體、網絡科技于一身的最新型的房地產營銷方式，在國內的廣州、上海、北京等大城市，國外的加拿大、美國等經濟和科技發達的國家都非常熱門，是當今房地產行業一個綜合實力的象征和標志，其最主要的核心是房地產銷售！同時在房地產開發中的其他重要環節包括申報、審批、設計、宣傳等方面都有著非常迫切的需求。

工業仿真

當今世界工業已經發生了巨大的變化，大規模人海戰術早已不再適應工業的發展，先進科學技術的應用顯現出巨大的威力，特別是虛擬現實技術的應用正對工業進行著一場前所未有的革命。虛擬現實已經被世界上一些大型企業廣泛地應用到工業的各個環節，對企業提高開發效率，加強數據采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低企業風險起到了重要的作用。虛擬現實技術的引入,將使工業設計的手段和思想發生質的飛躍,更加符合社會發展的需要,可以說在工業設計中應用虛擬現實技術是可行且必要的。
工業仿真系統不是簡單的場景漫游，是真正意義上用于指導生產的仿真系統，它結合用戶業務層功能和數據庫數據組建一套完全的仿真系統，可組建B/S、C/S兩種架構的應用，可與企業ERP、MIS系統無縫對接，支持SqlServer、Oracle、MySql等主流數據庫。
工業仿真所涵蓋的范圍很廣，從簡單的單臺工作站上的機械裝配到多人在線協同演練系統。下面列舉一些工業仿真的應用領域：

• 石油、電力、煤炭行業多人在線應急演練
• 市政、交通、消防應急演練
• 多人多工種協同作業（化身系統、機器人人工智能）
• 虛擬制造/虛擬設計/虛擬裝配（CAD/CAM/CAE）
• 模擬駕駛、訓練、演示、教學、培訓等
• 軍事模擬、指揮、虛擬戰場、電子對抗
• 地形地貌、地理信息系統（GIS）
• 生物工程（基因/遺傳/分子結構研究）
• 虛擬醫學工程（虛擬手術/解剖/醫學分析）
• 建筑視景與城市規劃、礦產、石油
• 航空航天、科學可視化

應急推演

防患于未然，是各行各業尤其是具有一定危險性行業（消防、電力、石油、礦產等）的關注
重點，如何確保在事故來臨之時做到最小的損失，定期的執行應急推演是傳統并有效地一種防患方式，但其弊端也相當明顯，投入成本高，每一次推演都要投入大量的人力、物力，大量的投入使得其不可能進行頻繁性的執行，虛擬現實的產生為應急演練提供了一種全新的開展模式，將事故現場模擬到虛擬場景中去，在這里人為的制造各種事故情況，組織參演人員做出正確響應。這樣的推演大大降低了投入成本，提高了推演實訓時間，從而保證了人們面對事故災難時的應對技能，并且可以打破空間的限制方便的組織各地人員進行推演，這樣的案例已有應用，必將是今后應急推演的一個趨勢。

虛擬演練有著如下優勢：

仿真性
虛擬演練環境是以現實培演練環境為基礎進行搭建的，操作規則同樣立足于現實中實際的操作規范，理想的虛擬環境甚至可以達到使受訓者難辨真假的程度。
開放性
虛擬演練打破了演練空間上的限制，受訓者可以在任意的地理環境中進行集中演練，身處何地的人員，只要通過相關網絡通信設備即可進入相同的虛擬演練場所進行實時的集中化演練。
針對性
與現實中的真實演練相比，虛擬演練的一大優勢就是可以方便的模擬任何培訓科目，借助虛擬現實技術，受訓者可以將自身置于各種復雜、突發環境中去，從而進行針對性訓練，提高自身的應變能力與相關處理技能。
自主性
借助自身的虛擬演練系統，各單位可以根據自身實際需求在任何時間、任何地點組織相關培訓指導，受訓者等相關人員進行演練，并快速取得演練結果，進行演練評估和改進。受訓人員亦可以自發的進行多次重復演練，使受訓人員始終處于培訓的主導地位，掌握受訓主動權，大大增加演練時間和演練效果。
安全性
作為電力培訓中重中之重的安全性，虛擬的演練環境遠比現實中安全，培訓與受訓人員可以大膽的在虛擬環境中嘗試各種演練方案，即使創下“大禍”，也不會造成“惡果”，而是將這一切放入演練評定中去，作為最后演練考核的參考。這樣，在確保受訓人員人身安全萬無一失的情況下，受訓人員可以卸去事故隱患的包袱，盡可能極端的進行演練，從而大幅的提高自身的技能水平，確保在今后實際操作中的人身與事故安全。

結合以上特性，實際是將相關油氣田和電子設施數字化，為企業構建一套全數字開放式數字
資源庫，通過在數字虛擬空間內實時錄制、構建一套應急演練庫，并可在虛擬數字環境中再現相應應急演練流程，在虛擬的環境中提高員工的業務水平。
將虛擬現實技術應用于電力相關培訓中去，有著無可比擬的優勢，打造虛擬的演練平臺，無庸質疑的將是電力培訓的一個趨勢。

文物古跡

利用虛擬現實技術，結合網絡技術，可以將文物的展示、保護提高到一個嶄新的階段。首先表現在將文物
實體通過影像數據采集手段，建立起實物三維或模型數據庫，保存文物原有的各項型式數據和空間關系等重要資源，實現瀕危文物資源的科學、高精度和永久的保存。 其次利用這些技術來提高文物修復的精度和預先判斷、選取將要采用的保護手段，同時可以縮短修復工期。 通過計算機網絡來整合統一大范圍內的文物資源，并且通過網絡在大范圍內來利用虛擬技術更加全面、生動、逼真地展示文物，從而使文物脫離地域限制，實現資源共享，真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產。使用虛擬現實技術可以推動文博行業更快地進入信息時代，實現文物展示和保護的現代化。

游戲

三維游戲既是虛擬現實技術重要的應用方向之一，也為虛擬現實技術的快速發展起了巨大的需求牽引作用。 盡管存在眾多的技術難題，虛擬現實技術在競爭激烈的游戲市場中還是得到了越來越多的重視和應用?？梢哉f，電腦游戲自產生以來，一直都在朝著虛擬現實的方向發展，虛擬現實技術發展的最終目標已經成為三維游戲工作者的崇高追求。從最初的文字MUD游戲，到二維游戲、三維游戲，再到網絡三維游戲，游戲在保持其實時性和交互性的同時，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加強。我們相信，隨著三維技術的快速發展和軟硬件技術的不斷進步，在不遠的將來，真正意義上的虛擬現實游戲必將為人類娛樂、教育和經濟發展做出新的更大的貢獻。

道路橋梁

城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一，虛擬現實技術可以廣泛的應用在城市規劃的各個方面，并帶來切實且可觀的利益。虛擬現實技術在道路橋梁應用現狀在高速公路與橋梁建設中也得到了應用。由于道路橋梁需要同時處理大量的三維模型與紋理數據，導致這種形勢需要很高的計算機性能作為后臺支持，但隨著近些年來計算機軟硬件技術的提高，一些原有的技術瓶頸得到了解決，使虛擬現實的應用達到了前所未有的發展 。
在我國，許多學院和機構也一直在從事這方面的研究與應用。三維虛擬現實平臺軟件，可廣泛的應用于橋梁道路設計等行業。該軟件適用性強、操作簡單、功能強大、高度可視化、所見即所得，他的出現將給正在發展的VR產業注入新的活力。 虛擬現實技術在高速公路和道路橋梁建設方面有著非常廣闊的應用前景，可由后臺置入穩定的數據庫信息，便于大眾對各項技術指標進行實時的查詢，周邊再輔以多種媒體信息，如工程背景介紹,標段概況,技術數據,截面等,電子地圖,聲音、圖像、動畫，并與核心的虛擬技術產生交互，從而實現演示場景中的導航、定位與背景信息介紹等諸多實用、便捷的功能。

地理

應用虛擬現實技術，將三維地面模型、正射影像和城市街道、建筑物及市政設施的三維立體模型融合在一起，再現城市建筑及街區景觀，用戶在顯示屏上可以很直觀地看到生動逼真的城市街道景觀，可以進行諸如查詢、量測、漫游、飛行瀏覽等一系列操作，滿足數字城市技術由二維GIS向三維虛擬現實的可視化發展需要，為城建規劃、社區服務、物業管理、消防安全、旅游交通等提供可視化空間地理信息服務。
電子地圖技術是集地理信息系統技術、數字制圖技術、多媒體技術和虛擬現實技術等多項現代技術為一體的綜合技術。電子地圖是一種以可視化的數字地圖為背景，用文本、照片、圖表、聲音、動畫、視頻等多媒體為表現手段展示城市、企業、旅游景點等區域綜合面貌的現代信息產品，它可以存貯于計算機外存，以只讀光盤、網絡等形式傳播，以桌面計算機或觸摸屏計算機等形式提供大眾使用。由于電子地圖產品結合了數字制圖技術的可視化功能、數據查詢與分析功能以及多媒體技術和虛擬現實技術的信息表現手段，加上現代電子傳播技術的作用，它一出現就贏得了社會的廣泛興趣!

教育

虛擬現實應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。它營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。
它主要具體應用在以下幾個方面：
1科技研究
當前許多高校都在積極研究虛擬現實技術及其應用，并相繼建起了虛擬現實與系統仿真的研究室，將科研成果迅速轉化實用技術，如北京航天航空大學在分布式飛行模擬方面的應用；浙江大學在建筑方面進行虛擬規劃、虛擬設計的應用；哈爾濱工業大學在人機交互方面的應用；清華大學對臨場感的研究等都頗具特色。有的研究室甚至已經具備獨立承接大型虛擬現實項目的實力。 虛擬學習環境虛擬現實技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環境，如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結構顯示等，在廣泛的科目領域提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學生學習知識的過程。親身去經歷、親身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的灌輸，有本質的差別。虛擬實驗利用虛擬現實技術，可以建立各種虛擬實驗室，如地理、物理、化學、生物實驗室等等，擁有傳統實驗室難以比擬的優勢：

1、節省成本通常我們由于設備、場地、經費等硬件的限制。許多實驗都無法進行。而利用虛擬現實系統，學生足不出戶便可以做各種實驗，獲得與真實實驗一樣的體會。在保證教學效果的前提下，極大的節省了成本。

2、規避風險真實實驗或操作往往會帶來各種危險，利用虛擬現實技術進行虛擬實驗，學生在虛擬實驗環境中，可以放心地去做各種危險的實驗。例如：虛擬的飛機駕駛教學系統，可免除學員操作失誤而造成飛機墜毀的嚴重事故。

3、打破空間、時間的限制利用虛擬現實技術，可以徹底打破時間與空間的限制。大到宇宙天體，小至原子粒子，學生都可以進入這些物體的內部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現實技術，可以在很短的時間內呈現給學生觀察。例如，生物中的孟德爾遺傳定律，用果蠅做實驗往往要幾個月的時間，而虛擬技術在一堂課內就可以實現。

2虛擬實訓基地：
利用虛擬現實技術建立起來的虛擬實訓基地，其“設備”與“部件”多是虛擬的，可以根據隨時生成新的設備。教學內容可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術的發展。同時，虛擬現實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環境中去，這非常有利于學生的技能訓練。包括軍事作戰技能、外科手術技能、教學技能、體育技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技、電器維修技能等各種職業技能的訓練，由于虛擬的訓練系統無任何危險，學生可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。例如：在虛擬的飛機駕駛訓練系統中，學員可以反復操作控制設備，學習在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落，通過反復訓練，達到熟練掌握駕駛技術的目的。
3虛擬仿真校園：
教育部在一系列相關的文件中，多次涉及到了虛擬校園，闡明了虛擬校園的地位和作用。虛擬校園也是虛擬現實技術在教育培訓中最早的具體應用，它由淺至深有三個應用層面，分別適應學校不同程度的需求：簡單的虛擬我們的校園環境供游客瀏覽 基于教學、教務、校園生活，功能相對完整的三維可視化虛擬校園 以學員為中心，加入一系列人性化的功能，以虛擬現實技術作為遠程教育基礎平臺 虛擬遠程教育虛擬現實可為高校擴大招生后設置的分校和遠程教育教學點提供可移動的電子教學場所，通過交互式遠程教學的課程目錄和網站，由局域網工具作校園網站的鏈接，可對各個終端提供開放性的、遠距離的持續教育，還可為社會提供新技術和高等職業培訓的機會，創造更大的經濟效益與社會效益。隨著虛擬現實技術的不斷發展和完善，以及硬件設備價格的不斷降低，我們相信，虛擬現實技術以其自身強大的教學優勢和潛力，將會逐漸受到教育工作者的重視和青睞，最終在教育培訓領域廣泛應用并發揮其重要作用。

演播室

隨著計算機網絡和三維圖形軟件等先進信息技術的發展，電視節目制作方式發生了很大的變化。視覺和聽覺效果以及人類的思維都可以靠虛擬現實技術來實現。它升華了人類的邏輯思維。虛擬演播室則是虛擬現實技術與人類思維相結合在電視節目制作中的具體體現。虛擬演播系統的主要優點是它能夠更有效地表達新聞信息，增強信息的感染力和交互性。傳統的演播室對節目制作的限制較多。虛擬演播系統制作的布景是合乎比例的立體設計，當攝像機移動時，虛擬的布景與前景畫面都會出現相應的變化，從而增加了節目的真實感。用虛擬場景在很多方面成本效益顯著。如它具有及時更換場景的能力，在演播室布景制作中節約經費。不必移動和保留景物，因此可減輕對雇員的需求壓力。對于單集片，虛擬制作不會顯出很大的經濟效益，但在使用背景和攝像機位置不變的系列節目中它可以節約大量的資金。另外，虛擬演播室具有制作優勢。當考慮節目格局時，制作人員的選擇余地大，他們不必過于受場景限制。對于同一節目可以不用同一演播室，因為背景可以存入磁盤。它可以充分發揮創作人員的藝術創造力與想象力，利用現有的多種三維動畫軟件，創作出高質量的背景。

水文地質

虛擬現實技術是利用計算機生成的虛擬環境逼真地模擬人在自然環境中的視覺、聽覺、運動等行為的人機界面的新技術。利用虛擬現實技術沉浸感、與計算機的交互功能和實時表現功能，建立相關的地質、水文地質模型和專業模型，進而實現對含水層結構、地下水流、地下水質和環境地質問題（例如地面沉降、海水入侵、土壤沙漠化、鹽漬化、沼澤化及區域降落漏斗擴展趨勢）的虛擬表達。具體實現步驟包括建立虛擬現實數據庫、三維地質模型、地下水水流模型、專業模型和實時預測模型。

維修

虛擬維修是虛擬技術近年來的一個重要研究方向，目的是通過采用計算機仿真和虛擬現實技術在計算機上真實展現裝備的維修過程，增強裝備壽命周期各階段關于維修的各種決策能力，包括維修性設計分析、維修性演示驗證、維修過程核查、維修訓練實施等。
虛擬維修是虛擬現實技術在設備維修中的應用, 在現代化煤礦、核電站等安全性要求高的場所, 或在設備快速搶修之前, 進行維修預演和仿真。突破了設備維修在空間和時間上的限制, 可以實現逼真的設備拆裝、故障維修等操作, 提取生產設備的已有資料、狀態數據, 檢驗設備性能。虛擬維修技術還可以通過仿真操作過程, 統計維修作業的時間、維修工種的配置、維修工具的選擇、設備部件拆卸的順序、維修作業所需的空間、預計維修費用。

培訓實訓

在一些重大安全行業，例如石油、天然氣、軌道交通、航空航天等領域，正式上崗前的培訓工作變得異常重要，但傳統的培訓方式顯然不適合高危行業的培訓需求。虛擬現實技術的引入使得虛擬培訓成為現實。
結合動作捕捉高端交互設備及3D立體顯示技術，為培訓者提供一個和真實環境完全一致的虛擬環境。培訓者可以在這個具有真實沉浸感與交互性的虛擬環境中，通過人機交互設備和場景里所有物件進行交互，體驗實時的物理反饋，進行多種實驗操作。
通過虛擬培訓，不但可以加速學員對產品知識的掌握，直觀學習，提高從業人員的實際操作能力，還大大降低了公司的教學、培訓成本，改善培訓環境。最主要的是，虛擬培訓顛覆了原有枯燥死板的教學培訓模式，探索出了一條低成本、高效率的培訓之路。

船舶制造

通過虛擬現實技術不僅能提前發現和解決實船建造中的問題，還為管理提供了充分的信息，從而真正實現船體建造、舾裝、涂裝一體化和設計、制造、管理一體化。在船舶設計領域，虛擬設計涵蓋了建造、
維護、設備使用、客戶需求等傳統設計方法無法實現的領域，真正做到產品的全壽期服務。因此，通過對面向船舶整個生命周期的船舶虛擬設計系統的開發，可大大提高船舶設計的質量，減少船舶建造費用，縮短船舶建造周期。

汽車仿真

汽車虛擬開發工程即在汽車開發的整個過程中，全面采用計算機輔助技術，在轎車開發的造型、設計、計
算、試驗直至制模、沖壓、焊接、總裝等各個環節中的計算機模擬技術聯為一體的綜合技術，使汽車的開發、制造都置于計算機技術所構造的嚴格的數據環境中，虛擬現實技術的應用，大大縮短了設計周期，提高了市場反應能力。

軌道交通

軌道交通仿真就是運用三維虛擬與仿真技術模擬出從軌道交通工具的設計制造到運行維護等各階段、各環節的三維環境，用戶在該環境中可以“全身心的”投入到軌道交通的整個工程之中進行各種操作，從而拓展相關從業人員的認知手段和認知領域，為軌道交通建設的整個工程節約成本與時間，提高效率與質量。
其包括三部分內容：
◆虛擬設計
虛擬設計包括軌道設計，軌道交通工具設計及軌道交通環境的設計。虛擬現實技術在軌道交通設計中并不直接參與設計，而是作為設計者的一個高效輔助工具，幫助設計師節約設計時間，提高設計產品的質量。
◆虛擬裝配
為保證軌道交通工具的設計符合流體力學、工程力學等各種學科的要求，利用計算機技術實現各部件的虛擬裝配，方便的檢查出各個部件之間的嵌合度和兼容性；此外，虛擬裝配還可以深入發展為交互式三維虛擬培訓環境，讓受訓人員在沉浸式環境中熟悉各個部件及裝配過程，提高學員的設備裝配能力。
◆虛擬運行
在列車投入使用前，利用三維虛擬仿真技術模擬出列車運行時的狀態、各部件變化情況及周邊環境變化情況，檢查列車運行可行性；還可以利用計算機更改部分數據，觀測列車因數據變化而受到的連動影響，從而總結出更多列車運行經驗，有效的規避列車正式投入使用后的風險，提高相關工作人員應對突發情況的處理能力。

能源領域

能源的開采和開發涉及到很多模塊，很多行業，常常需要對大量數據進行分析管理，并且由于職業的特殊性，對員工的業務素質也有很高要求。運用三維虛擬技術不但能夠實現龐大數據的有效管理，還能夠創建一個具有高度沉浸感的三維虛擬環境，滿足企業對石油礦井、電力、天然氣等高要求、高難度職位的培訓要求，有效提高員工的培訓效率，提升員工的業務素質。

生物力學

生物力學仿真就是應用力學原理和方法并結合虛擬現實技術，實現對生物體中的力學原理進行虛擬分析與仿真研究。利用虛擬仿真技術研究和表現生物力學，不但可以提高運動物體的真實感，滿足運動生物力學專家的計算要求，還可以大大節約研發成本，降低數據分析難度，提高研發效率。這一技術現已廣泛應用于外科醫學、運動醫學、康復醫學、人體工學、創傷與防護學等領域。
◆人體模擬
遵循人體關節運動的骨架結構和肌肉組織，在計算機中生成具有物理屬性的人體?？赏ㄟ^計算機實現對該數字人體的參數化改造，從而開展骨肌系統外科學與運動醫學、植入物設計、體育運動與藝術力學、人體工程學、航空航天、虛擬士兵等領域的科學研究。
◆力學可視化
人體中各個骨骼、關節及肌肉都有一個特定的長度及自由度，而數字人體中的任何一個數據的變化都會對若干相關部件產生影響。結合數據可視化技術，以一種更形象、更直觀的方式展現人體各關節的數據結構及相對運動關系，研究者可據此輕松讀懂繁瑣數據，從而實現力學相互作用關系研究的便捷化、可視化。
◆運動設計模擬
通過對人體骨骼及人體關節之間相互作用關系的分析，結合人機工程學原理，利用計算機技術計算和分析數據，依據計算結果為運動員、戰士、病人等群體制定靈活科學的運動方案，合理指導各種訓練活動。此外，還可以據此分析出相關疾?。ㄈ珙i椎病、骨折、腰肌勞損等）產生的原因及有效的康復方法，設計出更為科學、有效的運動保健器材。

康復訓練

康復訓練包括身體康復訓練和心理康復訓練，是指有各種運動障礙（動作不連貫、不能隨心所動）和心理障礙的人群，通過在三維虛擬環境中做自由交互以達到能夠自理生活、自由運動、解除心理障礙的訓練。
傳統的康復訓練不但耗時耗力，單調乏味，而且訓練強度和效果得不到及時評估，很容易錯失訓練良機，而結合三維虛擬與仿真技術的康復訓練就很好的解決了這一問題，并且還適用于心理患者的康復訓練，對完全喪失運動能力的患者也有獨特效果。
◆虛擬身體康復訓練
身體康復訓練是指使用者通過輸入設備（如數據手套、動作捕捉儀）把自己的動作傳入計算機，并從輸出反饋設備得到視覺、聽覺或觸覺等多種感官反饋，最終達到最大限度的恢復患者的部分或全部機體功能的訓練活動。這種訓練方法，不但大大節約了訓練的人力物力，而且有效增加了治療的趣味性，激發了患者參與治療的積極性，變被動治療為主動治療，提高治療的效率。
◆虛擬心理康復訓練
狹義的虛擬心理康復訓練是指利用搭建的三維虛擬環境治療諸如恐高癥之類的心理疾病。廣義上的虛擬心理康復訓練還包括搭配“腦—機接口系統”、“虛擬人”等先進技術進行的腦信號人機交互心理訓練。這種訓練就是采用患者的腦電信號控制虛擬人的行為，通過分析虛擬人的表現實現對患者心理的分析，從而制定有效地康復課程。此外，還可以通過顯示設備把虛擬人的行為展現出來，讓患者直接學習某種心理活動帶來的結果，從而實現對患者的治療。這種心理訓練方法為更多復雜的心理疾病指明了一條新穎、高效的訓練之路。

數字地球

數字地球建設是一場意義深遠的科技革命，也是地球科學研究的一場縱深變革。人類迫切需要更深入地了解地球、理解地球，進而管理好地球。
擁有數字地球等于占據了現代社會的信息戰略制高點。從戰略角度來說，數字地球是全球性的科技發展戰略目標，數字地球是未來信息資源的綜合平臺和集成，現代社會擁有信息資源的重要性更基于工業經濟社會擁有自然資源的重要性。
而從科技角度分析，數字地球是國家的重要基礎設施，是遙感、地理信息系統、全球定位系統、互聯網—萬維網、仿真與虛擬現實技術等的高度綜合與升華，是人類定量化研究地球、認識地球、科學利用地球的先進工具。