目前，原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)作为一种针对纳米级样品的成像与操作工具，已被广泛应用于生物、医学、材料等工业领域之中。原子力显微镜虽然具有非常高的成像和操作精度（亚纳米级），但原子力显微镜在扫描和操作样品过程中缺乏视觉信息反馈却成为限制原子力显微镜应用的重要缺陷之一。在使用其进行纳米操作时，由于无法直接获得操作中间过程的样品表面的高度信息和受力信息，使得基于原子力显微镜的纳米操作效率非常低下。　　 针对以上问题，本文将虚拟现实技术用于原子力显微镜系统，设计了AFM扫描成像和纳米操作过程的虚拟现实系统，具体而言，该平台针对以下几个关键问题展开研究：　　 (1)首先，针对探针扫描过程不可视的问题，设计了AFM扫描成像过程的虚拟现实系统。该系统利用样品的高度信息三维动态显示样品表面形貌，同时用户可根据功能需求通过多种角度、方位及光照进行观察。在此基础上通过设计原子力显微镜与虚拟现实系统之间的接口，实现在快速扫描过程中，实时显示动态的扫描过程以及样品的表面变化过程。　　 (2)第二，重点研究并开发了AFM纳米操作过程的虚拟现实系统。在对探针理论受力分析的基础上，建立探针-微悬臂力学模型，研究探针在操作过程中X、Y、Z方向的受力情况，并分析微悬臂的弯曲形变和扭曲形变，同时使用细节层次算法简化微悬臂模型，在线改变其在虚拟场景中的位姿。在此基础上，对被操作对象进行表面硬度分析，辨识得到样品表面的杨氏模量，从而用于计算样品在操作过程中产生的形变量。　　 (3)最后，通过实验对以上开发的虚拟现实系统进行联调与测试。其中，利用AFM扫描样品，通过实时三维成像验证虚拟现实系统三维显示样品形貌的准确性。进而，利用探针进行纳米刻画和针刺过程的实验，验证探针受力分析与样品杨氏模量计算的准确性，并三维同步显示样品受力形变过程和探针操作过程，验证了该系统的有效性。