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中圖分類號(hào)：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 15-0000-01

Virtual Reality Technology Application in Vocational Courses of Integrated Wiring

Sun Qian,Huang Shuiping

(Zhejiang University of Technology,Hangzhou310014,China)

Abstract:This year,as China's emphasis on vocational education,more students studying in vocational schools,training conditions led to a serious shortage of schools,mainly in the lack of hardware facilities,teaching time,space is limited and other issues.This paper discusses the use of virtual reality technology,virtual laboratory to build vocational training system to solve the problem.

Keywords:Virtual reality;Characteristics;Virtual laboratory;Cabling

一、虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡稱VR)，是人們通過計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，而“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射"到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下三個(gè)基本特征：

1.沉浸感(Immersion)―又稱浸沒感或臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。

2.交互性(Interactivity)―虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)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(biāo)對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行考察或操作，虛擬世界中的對(duì)象也能夠?qū)崟r(shí)的做出相應(yīng)的反映。

3.構(gòu)想性(Imagination)―虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一種媒體或用戶的高速接口，而且還是針對(duì)某一特定領(lǐng)域、解決某些問題的應(yīng)用，為了解決這些問題，不僅需要了解應(yīng)用的需求，了解技術(shù)的能力，而且還需要有豐富的想象力。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念

虛擬實(shí)驗(yàn)室(Virtual Laboratory)概念，是由美國的William Wolf教授1989年提出的，用來描述一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。美國國家研究委員會(huì)的定義為：虛擬實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)無墻的中心。研究人員能在其中從事科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)，不必顧及地理位置的限制，實(shí)現(xiàn)同行間、同事間的互動(dòng)；共享儀器、設(shè)備、數(shù)據(jù)、計(jì)算資源以及數(shù)字圖書館的信息。虛擬實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)

1.透明性：分布式虛擬實(shí)驗(yàn)室的所有數(shù)據(jù)庫、硬軟件集成于一個(gè)系統(tǒng)，使用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一命令來實(shí)現(xiàn)功能服務(wù)。這種透明的結(jié)構(gòu)決定了分布式虛擬實(shí)驗(yàn)室的透明特征。

2.資源共享性。

3.智能化：虛擬儀器技術(shù)與認(rèn)知模擬方法的結(jié)合賦予虛擬實(shí)驗(yàn)室智能化的特性。

4.互操作性：虛擬實(shí)驗(yàn)一旦開放，即具有互動(dòng)性，遠(yuǎn)程用戶同樣可以操作中心實(shí)驗(yàn)環(huán)境，同時(shí)用戶之間也可以交流相關(guān)信息。互動(dòng)性需要有一系列軟硬件的支持，它們都是虛擬實(shí)驗(yàn)的組成部分。

5.客戶定制性：允許用戶定制自己的使用方式，允許用戶通過設(shè)置限制來保護(hù)數(shù)據(jù)。

三、綜合布線虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)

（一）虛擬實(shí)驗(yàn)室體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)采用C／S體系結(jié)構(gòu)，以TCP／IP作為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，構(gòu)建了一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。利用MAYA搭建場景，模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，制作工具欄中的虛擬器件。利用C++語言設(shè)計(jì)前端的實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)，主題框架界面采用SDI 單文檔結(jié)構(gòu)視圖。實(shí)驗(yàn)者可選擇虛實(shí)驗(yàn)場景，并在場景中對(duì)虛擬器件進(jìn)行動(dòng)態(tài)地拖拽、旋轉(zhuǎn)、屬性編輯等動(dòng)作，隨時(shí)隨地進(jìn)行綜合布線的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。它營造了一個(gè)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和強(qiáng)大的交互功能，使實(shí)驗(yàn)可以取得真實(shí)的結(jié)果，并以電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式提交。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)室場景的設(shè)計(jì)。該實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)模擬現(xiàn)實(shí)中一幢正在建筑的6層樓房的場景，每層樓走廊左右各有3個(gè)房間，共6個(gè)房間。在走廊的盡頭有個(gè)小儲(chǔ)藏室，作為樓層配線設(shè)備（FD）工作室。一樓的一個(gè)房間作為建筑物配線設(shè)備(BD)工作室。該場景按照比例還原現(xiàn)實(shí)規(guī)模，使實(shí)驗(yàn)者有身臨其境的感覺。

綜合布線的器件將已工具欄的形式出現(xiàn)在系統(tǒng)中，包括線槽，線管，網(wǎng)線、電腦、電視、電話模塊及面板，管卡，集線器，配線架。使用者可以點(diǎn)擊工具欄中的器件在場景中施工。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)室功能的設(shè)計(jì)。在現(xiàn)實(shí)綜合布線實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)效果情況只能利用AUTOCAD軟件制作平面圖，無法看到真實(shí)線路的走向，信息點(diǎn)的擺放，耗材的使用，布線是否規(guī)范等情況。而常規(guī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能體現(xiàn)真實(shí)建筑物的特點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生在布線中目的性不是很明確。

虛擬實(shí)驗(yàn)室模擬了現(xiàn)實(shí)場景，只要有布線要求，不論是文字說明的還是平面設(shè)計(jì)圖，實(shí)驗(yàn)者都可以模擬布線。線路的走向，信息點(diǎn)的擺放一目了然，系統(tǒng)還封裝了多個(gè)公式，有關(guān)布線器件的使用數(shù)量在實(shí)驗(yàn)最終的報(bào)告里都以電子表格的形式顯示。最關(guān)鍵的是學(xué)生知道自己在做什么，知道線路為什么這么布，在以后工作中，就不會(huì)出現(xiàn)沒學(xué)過這個(gè)知識(shí)的想法。系統(tǒng)還封裝了多個(gè)綜合布線工程施工中的規(guī)范，實(shí)驗(yàn)者在操作中，如果不符合規(guī)范，系統(tǒng)也會(huì)提示。

四、結(jié)束語

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)處于起步階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)尚未能普及。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)新型的媒體，以其自身強(qiáng)大的教學(xué)優(yōu)勢和潛力，將會(huì)在教學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（virtual reality，簡稱VR）是由美國VPL公司創(chuàng)始人加隆.拉尼爾在二十世紀(jì)八十年代提出的，它指的是綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)，其中計(jì)算機(jī)生成的、可交互的三維環(huán)境被稱為虛擬環(huán)境（Virtual Environment，簡稱VE）。虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)基本特征是沉浸（Immersion）、交互（Interaction）和構(gòu)想（Imagination）。與其它的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能提供實(shí)時(shí)交互性操作、三維視覺空間和多通道的人機(jī)界面；目前虛擬現(xiàn)實(shí)主要限于視覺和聽覺，但觸覺和嗅覺方面的研究也取得了很大的進(jìn)展。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的具體形式之——增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)按照系統(tǒng)功能和實(shí)現(xiàn)方式的不同，又可以分成以下四種具體類型：沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)、桌面虛擬現(xiàn)實(shí)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱 AR）技術(shù)，是在二十世紀(jì)九十年代由波音公司的考德爾及其同事在設(shè)計(jì)一個(gè)輔助布線系統(tǒng)時(shí)提出的，它是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。隨著隨身移動(dòng)電子設(shè)備運(yùn)算能力的不斷提升，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的用途將會(huì)越來越廣。

目前人們對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)有兩種通用的定義。一是北卡羅來納大學(xué)的Ronald Azuma于1997年提出的，他認(rèn)為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：Combines real and virtual（將虛擬物與現(xiàn)實(shí)結(jié)合）；Interactive in real time（即時(shí)互動(dòng)）；Registered in 3-D（三維）。

另一種定義是1994年保羅·米爾格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）提出的現(xiàn)實(shí)-虛擬連續(xù)統(tǒng)（Milgram's Reality-Virtuality Continuum）。他們將真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境分別作為連續(xù)統(tǒng)的兩端，位于它們中間的被稱為“混合實(shí)境（Mixed Reality）”。其中靠近真實(shí)環(huán)境的是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality），靠近虛擬環(huán)境的則是擴(kuò)增虛境（Augmented Virtuality）。

3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程

雖然增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不需要顯示完整的場景，但由于需要通過分析大量的定位數(shù)據(jù)和場景信息來保證由計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體可以精確地定位在真實(shí)場景中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中一般都包含以下幾個(gè)基本步驟：獲得真實(shí)場景的信息；對(duì)真實(shí)場景和攝影機(jī)的位置信息進(jìn)行分析；生成虛擬的景物；合并視頻或直接顯示，即圖形系統(tǒng)首先根據(jù)攝影機(jī)的位置信息和真實(shí)場景中的定位標(biāo)記來計(jì)算虛擬物體坐標(biāo)到攝影機(jī)視平面的仿射變換，然后按照仿射變換矩陣在視平面上繪制虛擬物體，最后通過頭戴式可視設(shè)備（Head Mount Display）直接顯示或與真實(shí)場景的視頻合并后，一起顯示在顯示器上。成像設(shè)備、跟蹤與定位技術(shù)和交互技術(shù)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的支撐技術(shù)。

4增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的具體研究內(nèi)容

由于人們對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的需求不斷增長，研究人員對(duì)基于視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行了很多研究，這些研究內(nèi)容包括——增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中虛擬物體與真實(shí)場景融合技術(shù)的研究包括：3D虛擬物體注冊技術(shù)、攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)、攝像機(jī)的跟蹤技術(shù)和基于視頻的實(shí)景空間的建模技術(shù)，融合技術(shù)的研究主要包括：虛擬對(duì)象和真實(shí)場景的配準(zhǔn)以及虛擬物體與真實(shí)場景之間的動(dòng)態(tài)一致性、虛實(shí)物體之間的幾何一致性和光照一致性——使得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。

5增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被逐步應(yīng)用到了很多行業(yè)當(dāng)中，逐漸進(jìn)入到我們的生活當(dāng)中，典型的案例包括：

醫(yī)療方面——北卡羅萊納大學(xué)的AR輔助B超檢查和胸部活組織切片；倫敦Guy’s醫(yī)院MAGI項(xiàng)目協(xié)助醫(yī)生從耳道中取出神經(jīng)瘤；卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的“魔眼”工程；布朗大學(xué)的外科手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)。

教育方面——?dú)W洲計(jì)算機(jī)工業(yè)研究中心的機(jī)械模型注解。

工業(yè)方面——SONY公司TransVision增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)樣機(jī)系統(tǒng)。

商業(yè)方面——微軟推增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)——新應(yīng)用-記事帖；日本新宿高島屋百貨公司內(nèi)的數(shù)字化妝鏡。

文化方面——希臘、土耳其的歷史古跡數(shù)字重建；“數(shù)字敦煌”工程。

6總結(jié)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)是近年來的研究熱點(diǎn)，它是將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體或其它信息疊加到真實(shí)場景中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的“增強(qiáng)”，它是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）的一個(gè)重要分支。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)綜合了計(jì)算機(jī)圖形、光電成像、融合顯示、多傳感器、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺等多門學(xué)科。

參考文獻(xiàn)：

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虛擬現(xiàn)實(shí)即Virtual Reality ,簡稱VR,這個(gè)名詞始創(chuàng)于上個(gè)世紀(jì)八十年代,由美國發(fā)明家Jaron Lanier提出,是一門嶄新的綜合性信息技術(shù),而且已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)界最振奮人心的研究課題之一。

一、什么是虛擬現(xiàn)實(shí)

VR是指利用多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)具有逼真的視覺、聽覺、觸覺及嗅覺等的模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境,利用人的自然技能對(duì)這一虛擬出來的現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行交互體驗(yàn),體驗(yàn)的結(jié)果(即該虛擬的現(xiàn)實(shí)反應(yīng))與在相應(yīng)的真實(shí)現(xiàn)實(shí)中的體驗(yàn)結(jié)果相似或完全相同。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

如圖所示,VR的系統(tǒng)由以下模塊構(gòu)成:

1.檢測模塊:檢測用戶的操作指令,并通過傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。

2. 反饋模塊:接受來自傳感器模塊的信息,為用戶提供動(dòng)感、觸覺、力覺等多方面感受的實(shí)時(shí)反饋。

3. 傳感器模塊:一方面接受來自用戶的操作指令,并將其作用于虛擬環(huán)境;另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶。

4. 控制模塊:對(duì)傳感器進(jìn)行控制,使其對(duì)用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用。

5. 建模模塊:運(yùn)用知識(shí)庫、模式識(shí)別、人工智能等技術(shù),獲取現(xiàn)實(shí)世界組成部分的三維表示,通過音響制作實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的聲音模擬,并由此構(gòu)成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。

6. 三維模塊:通過三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬環(huán)境的視覺模擬。

此外,在開放式的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,還可以通過傳感裝置與現(xiàn)實(shí)世界構(gòu)成反饋閉環(huán),在用戶控制下,利用虛擬環(huán)境對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行直接操作或遙控操作。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有如下四個(gè)特征,即:多感知性、沉浸感、交互性、想象性。

1. 多感知性(Multi-Sensory)――所謂多感知性,是指通過多種媒體,產(chǎn)生視覺、聽覺、觸覺、力覺、和運(yùn)動(dòng)等的感知。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)人所具有的一切感知功能。由于科技發(fā)展的局限性和不成熟,目前的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所開發(fā)的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)等幾種。

2. 沉浸感(Immersion)――又稱臨場感,指用戶感到作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度。當(dāng)用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中時(shí),眼睛看到的、耳朵聽到的、鼻子聞到的、嘴巴嘗到的、還有身體觸摸到的等等,都跟在現(xiàn)實(shí)世界里體會(huì)到的感覺是一樣的。

3. 交互性(Interactivity)――指用戶對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操作時(shí),對(duì)象將給用戶以感覺上的反饋。例如,在虛擬環(huán)境中參加足球比賽,當(dāng)用戶用腳去踢虛擬環(huán)境中的足球時(shí),會(huì)產(chǎn)生觸覺和力的反饋。

4. 構(gòu)想性(Imagination)――強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想象空間,可拓寬人類認(rèn)知范圍,不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境,也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

一般來說,“身臨其境”般的沉浸感,友好親切的人機(jī)交互性,和發(fā)人深思的構(gòu)想性是虛擬現(xiàn)實(shí)的三大主要特征,亦即我們常說的“3I”特性。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建伊始,就承載著巨大的應(yīng)用價(jià)值,它涉及科研、軍事、航天、醫(yī)學(xué)、教育、工程技術(shù)、影視娛樂等眾多領(lǐng)域。典型的應(yīng)用領(lǐng)域有:

1. 醫(yī)學(xué)方面

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用大致分為兩類,一類是虛擬人體,也就是數(shù)字化人體,可用于構(gòu)造人體模型,便于醫(yī)生對(duì)人體構(gòu)造和功能的辨識(shí);另一類是虛擬手術(shù)系統(tǒng),可用于指導(dǎo)高難度手術(shù)的進(jìn)行。

2. 教育方面

在教育領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣泛的作用和影響。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶來的嶄新的教育模式,使我們的教育理念和教育方法也在隨之變革,授課內(nèi)容以大量詳實(shí)、生動(dòng)、直觀的虛擬情節(jié)出現(xiàn),寓教于樂。

3. 娛樂方面

娛樂領(lǐng)域是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。它能夠提供更為逼真的虛擬環(huán)境,借助于頭盔顯示器、數(shù)據(jù)服、立體聲耳機(jī)、數(shù)據(jù)手套等傳感裝置,使人們能夠享受到強(qiáng)烈的感官刺激,帶來更好的娛樂感覺。

4.軍事科研領(lǐng)域方面

軍事和科研都是需要巨額資金投入的領(lǐng)域,而且難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高,在某種情況下,利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),既可以節(jié)省人力物力資源,打破時(shí)間和空間的限制,又可以縮短開發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率、削減項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)。

五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展前景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域集成、交叉的產(chǎn)物,它融合了人工智能、電子學(xué)、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、心理學(xué)等多個(gè)技術(shù)分支,大大推進(jìn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)軟硬件技術(shù)的全面發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展,從根本上改變了人們的工作方式和生活方式,將勞逸真正結(jié)合了起來,而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與美術(shù)、音樂等文化藝術(shù)的結(jié)合,將誕生出人類的第九大藝術(shù),前景一片光明。而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)繼理論分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后,成為人類探索客觀世界規(guī)律的又一手段和方式。

雖然虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的技術(shù)潛力是巨大的,應(yīng)用前景也是很廣闊的,但仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術(shù)障礙。客觀而論,目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所取得的成就,絕大部分來說,還只是擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的接口能力,剛剛開始涉及到人的感知系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的集合作用問題。只有當(dāng)真正開始涉及并找到針對(duì)這些問題的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑時(shí),人和信息處理系統(tǒng)間的隔閡才有可能被徹底地克服。

六、小結(jié)

綜上所述,無論是現(xiàn)在還是將來,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行各業(yè)都將得到不同程度的發(fā)展,并且越來越顯示出廣闊的應(yīng)用前景。虛擬城市、虛擬戰(zhàn)場、虛擬校園、甚至“數(shù)字地球”都會(huì)不斷涌現(xiàn),帶給我們一種全新的視覺、身心體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將使眾多傳統(tǒng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)生顛覆性的變革,給我們的生產(chǎn)和生活帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉錦德,敬萬鈞. 關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí) ― 核心概念與工作定義. 計(jì) 算機(jī)應(yīng)用,1997.5

[2] 劉惠芬. 什么是虛擬現(xiàn)實(shí). 父母必讀

[3] 周炎勛. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜述. 計(jì)算機(jī)仿真,1996.1

篇（5）

前言

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， 人類社會(huì)步入了嶄新的世紀(jì)， 經(jīng)濟(jì)的全球化和社會(huì)的信息化， 促使市場競爭日益激烈， 制造企業(yè)為了在競爭中求得生存和發(fā)展， 必須以最快的上市速度， 最好的質(zhì)量， 最低的成本和最優(yōu)的服務(wù)， 滿足不同顧客的需求。這就要求企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)必須具有高度的柔性， 對(duì)市場需求的變化做出快速反應(yīng)， 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)由此產(chǎn)生。

1.虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)涵和特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)是實(shí)際制造過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)， 即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)， 在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程， 以增強(qiáng)制造過程各級(jí)的決策與控制能力。虛擬現(xiàn)實(shí)雖然不是實(shí)際的制造， 但卻實(shí)現(xiàn)實(shí)際制造的本質(zhì)過程， 是一種通過計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題， 提高人們的預(yù)測和決策水平， 使得制造技術(shù)走出主要依賴于經(jīng)驗(yàn)的狹小天地， 發(fā)展到了全方位預(yù)報(bào)的新階段。與實(shí)際制造相比較， 虛擬現(xiàn)實(shí)的主要特點(diǎn)是：

（1）產(chǎn)品與制造環(huán)境是虛擬現(xiàn)實(shí)， 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測試， 甚至設(shè)計(jì)人員或用戶可“進(jìn)入”虛擬的制造環(huán)境檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)、加工、裝配和操作， 而不依賴于傳統(tǒng)的原型樣機(jī)的反復(fù)修改;還可將已開發(fā)的產(chǎn)品（部件）存放在計(jì)算機(jī)里， 不但大大節(jié)省倉儲(chǔ)費(fèi)用， 更能根據(jù)用戶需求或市場變化快速改變設(shè)計(jì)， 快速投入批量生產(chǎn)， 從而能大幅度壓縮新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間， 提高質(zhì)量、降低成本。

（2）可使分布在不同地點(diǎn)、不同部門的不同專業(yè)人員在同一個(gè)產(chǎn)品模型上同時(shí)工作、相互交流、信息共享， 減少大量的文檔生成及其傳遞的時(shí)間和誤差， 從而使產(chǎn)品開發(fā)以快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中應(yīng)用

（1）虛擬產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)（Conceptual Design）是創(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn)，概念產(chǎn)品是一種理想化的物質(zhì)形式。概念設(shè)計(jì)是指對(duì)產(chǎn)品起始的設(shè)計(jì)構(gòu)思，目的是為了捕捉產(chǎn)品的基本形態(tài)。概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的重要階段，因?yàn)楫a(chǎn)品成本的60%～70%是概念設(shè)計(jì)決定的。虛擬概念設(shè)計(jì)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為設(shè)計(jì)者提供基于語言識(shí)別和手勢跟蹤的輸入方式，設(shè)計(jì)者可隨時(shí)、方便地在三維虛擬環(huán)境中操縱產(chǎn)品及零件并改變或修改產(chǎn)品的各種形態(tài)建模，并可以在三維空間中對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行觀察和操作，其目的是獲得足夠多的有關(guān)產(chǎn)品式樣和形狀的信息，從而達(dá)到滿意的效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)表達(dá)更加清晰、形象、逼真，讓人更多了一種直觀的、親切的交互的感受。這樣的開發(fā)設(shè)計(jì)大大減少了投放市場的風(fēng)險(xiǎn)性，保證產(chǎn)品開發(fā)一次性成功。設(shè)計(jì)時(shí)可以針對(duì)不同用戶及愛好者的需求，在不同的虛擬環(huán)境中，讓他們親自體驗(yàn)修改模型的感受，充分感受了自己所喜愛的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的“真實(shí)”情況。

（2）虛擬設(shè)計(jì)。虛擬設(shè)計(jì)（Virtual Design）就是設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬的產(chǎn)品，來分析、研究、檢查所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否滿足設(shè)計(jì)要求，有問題及時(shí)修改，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更為完善，或者說虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。虛擬設(shè)計(jì)涉及到許多的學(xué)科和專業(yè)技術(shù)，屬于多學(xué)科交互技術(shù)，在工程設(shè)計(jì)上，目前提出兩種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的工程設(shè)計(jì)方法。一種是利用現(xiàn)有的CAD 系統(tǒng)產(chǎn)生模型，再將其轉(zhuǎn)換成虛擬現(xiàn)實(shí)軟件支持的格式，然后將模型輸入到虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的環(huán)境中，完成虛擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，用戶充分利用各種增強(qiáng)的效果設(shè)備，如頭盔顯示器等產(chǎn)生臨境感。另一種是VR-CAD 系統(tǒng)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入CAD 環(huán)境，這種設(shè)計(jì)環(huán)境中的對(duì)象不僅具有外形，而且還有重量、材料特性、表面硬度以及一些內(nèi)在的物理性能、功能作用等信息。對(duì)象之間相互作用時(shí)能反映出對(duì)象內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)等隨外部輸入的實(shí)時(shí)改變。設(shè)計(jì)者直接在虛擬環(huán)境中參與設(shè)計(jì)，采用虛擬設(shè)計(jì)可以對(duì)產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的布局設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力仿真設(shè)計(jì)，避免可能出現(xiàn)的干涉和其它不合理問題;同時(shí)可以檢查運(yùn)動(dòng)構(gòu)件工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系。

（3）虛擬制造。虛擬制造（Virtual Manufacturing）是實(shí)際制造過程在計(jì)算機(jī)上的映射，即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作，將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過程與技術(shù)集成在三維的、動(dòng)態(tài)的仿真真實(shí)過程的實(shí)體數(shù)字模型之上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，以增強(qiáng)制造過程各級(jí)的決策與控制能力。虛擬制造技術(shù)在制造業(yè)中得以成功地推廣應(yīng)用，其中在航空航天、汽車等領(lǐng)域中的應(yīng)用尤為典型。虛擬制造在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用涉及到汽車的整個(gè)生命周期，它可以在汽車生產(chǎn)設(shè)備、工裝和模具，甚至校車的設(shè)計(jì)之前，很容易地生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝過程進(jìn)行建模、修改、分析及優(yōu)化。比如，通用電動(dòng)車部（General Motors ElectroMotive Division，EMD）早在1997 年就利用UG II 軟件，建成了第一個(gè)完全數(shù)字化的機(jī)車樣機(jī)模型，并圍繞這個(gè)數(shù)字模型并行地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、制造夾模具工裝設(shè)計(jì)和可維修性設(shè)計(jì)。此舉顯著降低了研制費(fèi)用及生產(chǎn)成本，大大增強(qiáng)了全球競爭能力。由此可見，虛擬制造用虛擬樣機(jī)代替具體物理模型，對(duì)產(chǎn)品的全壽命周期進(jìn)行展示、分析和測試，對(duì)存在問題的地方進(jìn)行修改，提高產(chǎn)品一次試驗(yàn)成功率，減少設(shè)計(jì)制造費(fèi)用，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高研發(fā)水平，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4.結(jié)束語

現(xiàn)在，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中獲得較為成熟的運(yùn)用，但仍是初級(jí)階段。可以預(yù)見得到，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將逐漸應(yīng)用到設(shè)計(jì)制作的各個(gè)環(huán)節(jié)中，為設(shè)計(jì)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展提供無限動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴晴華，易迪升，田文勝，周小青，喻江波.虛擬制造技術(shù)及其在工程機(jī)械中的應(yīng)用[J].中國工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2010（02）

[2]劉淑芬，高奇.虛擬制造技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2009（06）

[3]王利華，包文育，張丹丹，侍紅巖，劉麗娜.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（01）

篇（6）

一、引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是一門快速崛起的新型技術(shù)，它的出現(xiàn)對(duì)教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，改變了以往的一些教學(xué)觀念和教學(xué)模式，開拓了現(xiàn)行教學(xué)手段的發(fā)展空間，為教學(xué)的創(chuàng)新提供了廣闊的空間[1]。使我們教學(xué)工作和科研可以遵循“低成本、高性能”的原則，從軟件、硬件上展開，逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成和顯示技術(shù)以及三維交互系統(tǒng)的研制。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)科研的實(shí)現(xiàn)方法

首先利用現(xiàn)有的軟硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和教學(xué)資源，包括各種相關(guān)技術(shù)專家和開發(fā)人員。本著自主研發(fā)和合作相結(jié)合的方向，完成各類醫(yī)學(xué)和生物學(xué)教學(xué)場景虛擬實(shí)現(xiàn)和模型建立，從而完成相應(yīng)的模型數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)、科研方向和需求，逐步完善各學(xué)科教學(xué)課件的整合工作，包括醫(yī)學(xué)診治方案和試驗(yàn)場景再現(xiàn)的制作和標(biāo)準(zhǔn)化工作[2]。以期達(dá)到最佳的教學(xué)效果和目的。醫(yī)學(xué)與其它學(xué)科不同，針對(duì)的對(duì)像是復(fù)雜的人體。因此其操作回饋，除去視覺之外，目前還沒有太好的解決方案。即使在國外，亦沒有多少可以借鑒的案例，要摸索的東西多。針對(duì)這些問題，最好的解決的方案是立足現(xiàn)有條件，從實(shí)際使用的可能性出發(fā)，制作不必求全求大，針對(duì)教學(xué)中的問題，用VR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)作精、作透。對(duì)于能夠模擬的，盡量模擬，無法模擬的，則想辦法模仿。虛擬教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)遵循合理整合現(xiàn)有軟硬件資源，本著實(shí)用性，高效性，前瞻性的原則進(jìn)行開發(fā)和研究。

1.利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行技能訓(xùn)練。

虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，并全身心地投入到該學(xué)習(xí)環(huán)境中去，以達(dá)到動(dòng)作技能類教學(xué)目標(biāo)要求。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以做各種各樣的技能訓(xùn)練，如手術(shù)仿真，影像系統(tǒng)仿真，電子病歷模擬等各種職業(yè)技能的訓(xùn)練[3]。學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。如學(xué)生利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)做實(shí)驗(yàn)，先閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的實(shí)驗(yàn)說明和操作步驟，然后觀察虛擬教學(xué)系統(tǒng)中的演示實(shí)驗(yàn)，再與模擬實(shí)驗(yàn)的多媒體課件進(jìn)行交互“操作”，控制實(shí)驗(yàn)條件，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，論證實(shí)驗(yàn)原理和規(guī)律，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中或?qū)嶒?yàn)結(jié)束后，隨時(shí)可以由網(wǎng)上老師或計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤與糾錯(cuò)。

2.借助網(wǎng)絡(luò)的虛擬化實(shí)現(xiàn)輔助教學(xué)。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展，借助于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化進(jìn)行輔助教學(xué)，將是未來教育占據(jù)主導(dǎo)地位的一種全新教學(xué)方法、方式。建構(gòu)主義主張學(xué)習(xí)情境和實(shí)際情境相結(jié)合，因?yàn)閷?shí)際情境具有豐富性和生動(dòng)性等特點(diǎn)，這對(duì)于學(xué)生高級(jí)認(rèn)知能力的發(fā)展有促進(jìn)作用。然而計(jì)算機(jī)教學(xué)的內(nèi)容，特別是實(shí)踐教學(xué)因場所等限制不是每時(shí)每刻都可以進(jìn)行，它有空間和時(shí)間等因素的限制。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以打破時(shí)空的限制，為學(xué)生提供一種可在課堂和實(shí)驗(yàn)室中就能找到的虛擬實(shí)現(xiàn)，還可以再現(xiàn)特定的環(huán)境。

3.構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)平臺(tái)。

本研究結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)教研室現(xiàn)有600臺(tái)微機(jī)和6臺(tái)服務(wù)器、創(chuàng)建.NET平臺(tái)，在B/S架構(gòu)上逐步開發(fā)出適合進(jìn)行智能型的、交互式、分布式、圖文并茂的教學(xué)軟件，并通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸逼真的教學(xué)和學(xué)習(xí)環(huán)境。

4.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用

在遠(yuǎn)程教學(xué)中，往往會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場地、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等方面的原因，而使一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行[4]。利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)這些方面的不足，學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的實(shí)驗(yàn)，獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì)，從而豐富感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。

圖1 模塊框架

三、虛擬教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教學(xué)中具有“減少實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)開銷”、“突破時(shí)空限制”等優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上比較當(dāng)前實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的幾種解決方案，本項(xiàng)目并最終選擇基于Flex的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這一解決方案：利用3DS MAX進(jìn)行建模、通過MXML+Action Script語言實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、放縮等，并對(duì)該解決方案中的技術(shù)特性、方案可行性及應(yīng)用于教學(xué)中的優(yōu)勢進(jìn)行剖析;最后，借助軟件工程的開發(fā)思想（準(zhǔn)備階段、分析階段、設(shè)計(jì)階段、開發(fā)階段和實(shí)施階段），設(shè)計(jì)出一個(gè)虛擬教學(xué)系統(tǒng)，并結(jié)合結(jié)構(gòu)學(xué)的應(yīng)用案例對(duì)該系統(tǒng)的部分功能進(jìn)行開發(fā)，為虛擬教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)提供一個(gè)新的開發(fā)途徑和模式[5]。如對(duì)研究實(shí)體，通過3D MAX完成場景建模，再由VRML創(chuàng)建的三維虛擬現(xiàn)實(shí)場景，使學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)就可以直接瀏覽并交互。模塊框架如圖1所示。

具體技術(shù)路線為：

1.在.NET環(huán)境和B/S架構(gòu)上建立教學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)平臺(tái)。

2.從計(jì)算機(jī)虛擬教學(xué)課件著手，到逐步實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科的虛擬實(shí)現(xiàn)的過度。其中包括國家精品課程教學(xué)課件的聲、圖和影像的多維虛擬實(shí)現(xiàn)（其中包括醫(yī)學(xué)影像，電子病歷，LIS，HIS，RIS等。

3.逐步實(shí)現(xiàn)臨床診療（虛擬手術(shù)，仿真影響神經(jīng)元信號(hào)傳導(dǎo)的因素等）的網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)和遠(yuǎn)程仿真實(shí)現(xiàn)。

4.整合人工智能、仿真技術(shù)、圖形技術(shù)、顯示技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)于一體[6]。通過硬件設(shè)備，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)聽覺、視覺、嗅覺等多維信息通道獲取信息的高級(jí)用戶界面，從而為數(shù)字化教學(xué)的構(gòu)想提供保證，填補(bǔ)一些國內(nèi)在虛擬教學(xué)領(lǐng)域的空白，培養(yǎng)教研室科研隊(duì)伍。

四、小結(jié)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是本世紀(jì)發(fā)展的重要技術(shù)之一，并發(fā)揮神奇的作用，二十一世紀(jì)將是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的時(shí)代。而借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)社會(huì)逼真的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，在這個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境中，知識(shí)以可視化的方式呈現(xiàn)，學(xué)習(xí)者可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，以自然的方式與學(xué)習(xí)內(nèi)容交互，就是本研究的目的。

參考文獻(xiàn)

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篇（7）

中圖分類號(hào)：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）06-0022-02

Abstract：This paper introduces the composition， classification and characteristics of virtual reality technology and head mounted virtual reality system， described the application of head mounted virtual reality system in automobile design， compared with the traditional virtual reality techniques in the area of automotive design， the head-mounted virtual reality system has both advantages and disadvantages. According to the corresponding problems， the corresponding solutions are put forward.

Key words：Virtual Reality； head-mounted virtual reality system； automotive design； adhibition

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各個(gè)汽車制造公司的競爭也日趨激烈，這就要求在汽車研發(fā)及生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能夠保持高效快速應(yīng)變，以適應(yīng)市場環(huán)境的快速變化。汽車造型設(shè)計(jì)作為汽車研發(fā)的重要一環(huán)，面對(duì)外部市場環(huán)境快速變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對(duì)新科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用就更為迫切。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為近年來發(fā)展最為迅猛的技術(shù)手段，將可能成為改變?nèi)祟惿罘绞降囊环N新技術(shù)，而作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的其中一種形式存在的頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自然是重中之重。

1 概述

虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)是“造個(gè)世界任我行”，它是以現(xiàn)代科學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)為發(fā)展核心，融合相關(guān)學(xué)科技術(shù)，生成在視覺、聽覺、觸覺等方面逼近人類在真實(shí)世界中的感官感觸的數(shù)字化虛擬世界，使用者借助相應(yīng)設(shè)備，可以走進(jìn)生成的數(shù)字化虛擬世界，并且可以與虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互作用，產(chǎn)生身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)和感受。

（1）桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)，這類型的虛擬技術(shù)要求相對(duì)較低，他只需要利用工作站作為運(yùn)行設(shè)備，將計(jì)算機(jī)顯示器作為用戶觀看虛擬數(shù)字世界的一個(gè)窗口，再通過鼠標(biāo)等輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬數(shù)字世界的交互，用戶可以通過輸入設(shè)備對(duì)虛擬世界進(jìn)行指令操作，通過顯示設(shè)備進(jìn)行對(duì)虛擬世界的觀察。

（2）沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)，這一類型虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備的要求較高，他是利用一種中間設(shè)備，例如頭戴顯示器，觸覺手套等，將用戶的視覺、聽覺、觸覺等感官感覺封鎖起來，并通過中間傳輸設(shè)備，給用戶提供一種全新的虛擬感覺，讓用戶沉浸其中。

（3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型虛擬現(xiàn)實(shí)，這一類型的虛擬現(xiàn)實(shí)能給用戶提供平時(shí)或者是正常情況下難以觀察到難以感受到的狀態(tài)給呈現(xiàn)出來，是真實(shí)世界和虛擬世界的疊加，即“實(shí)中有虛”。

（4）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)，他需要通過多個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備連接在一起，共同建立一個(gè)虛擬世界，這時(shí)候的虛擬現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)真正意義上的多元世界，多個(gè)使用者可以對(duì)同一個(gè)虛擬世界進(jìn)行操作。

1.1 什么是頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)是將數(shù)字化虛擬世界呈現(xiàn)給用戶的一個(gè)窗口，用戶可以通過頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備將其對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的視覺、聽覺隔離起來，這時(shí)候就完全置身于虛擬世界了。頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示根據(jù)人眼視覺原理左右眼成像不同，分別顯示相應(yīng)的左右眼圖像，能讓人感覺到虛擬世界的物體時(shí)有立體有深度信息的，從而傳遞給大腦一個(gè)真實(shí)的信息，在視覺層面上達(dá)到以假亂真的目的。

1.2 構(gòu)成

一套完整的頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通常由以下幾方面組成[1～2]：

（1）計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，它必須能承載龐大的數(shù)據(jù)量運(yùn)轉(zhuǎn)，快速生成圖形圖像并且能支持實(shí)時(shí)高速處理，高性能計(jì)算機(jī)設(shè)備是頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)也是關(guān)鍵。

（2）頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，它是人機(jī)交互的接口，使用者通過它可以對(duì)虛擬世界進(jìn)行操作，虛擬世界也可以根據(jù)使用者的各項(xiàng)指令進(jìn)行反饋，借助頭戴式虛擬顯示器，使用者可以看得見虛擬世界，并且^戴虛擬顯示器中安裝有定位器，當(dāng)使用者行走的位置或者方向進(jìn)行改變的時(shí)候，虛擬世界會(huì)相應(yīng)變化。

（3）虛擬現(xiàn)實(shí)生成軟件，它是虛擬世界得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，你可以利用它構(gòu)建真實(shí)世界場景的再現(xiàn)或是你所構(gòu)想的虛擬世界，現(xiàn)階段相關(guān)的虛擬現(xiàn)實(shí)生成軟件游戲領(lǐng)域運(yùn)用的比較多的是Virtools、Quest 3D等，在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域用的比較多的有Alias、RTT等。

（4）虛擬現(xiàn)實(shí)三維數(shù)字模型。它是虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容也是載體，他可以是現(xiàn)實(shí)世界的再造，也可以是人們虛構(gòu)的世界，它的狀態(tài)決定是使用者所看到的內(nèi)容。

1.3 成像原理

人們在觀察周邊世界的時(shí)候，能感受到物體的立體、遠(yuǎn)近、景深等效果主要是依靠于人眼強(qiáng)大的成像原理，人們由于兩只眼睛的不同位置而產(chǎn)生眼距，在看同一件物體的時(shí)候得到兩幅略微不同的圖像，這兩幅圖像經(jīng)過人的大腦的融合，形成一幅帶有空間立體、距離遠(yuǎn)近等信息的景象，而頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器正是模仿人眼雙目立體成像原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，頭戴顯示器有兩個(gè)顯示鏡分別用來模擬人的左右眼，工作站根據(jù)后臺(tái)數(shù)據(jù)輸入指令，分別將左右眼畫面輸送給左右眼顯示器，用戶佩戴上頭戴式虛擬顯示器，就可以體驗(yàn)到虛擬的真實(shí)。

2 頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的影響

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為能夠準(zhǔn)確體現(xiàn)汽車造型設(shè)計(jì)、加快汽車研發(fā)進(jìn)程的一種有效手段，自誕生以來就受到了各大主流汽車公司的廣泛關(guān)注與應(yīng)用，并且其帶來的巨大效益也得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可[3]。放眼國外主流的汽車廠商像奔馳、保時(shí)捷等，都建立有自己的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室。在近兩年頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)風(fēng)潮瘋狂席卷全球態(tài)勢下，很多汽車公司都紛紛加入了頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，在美國通用公司的虛擬現(xiàn)實(shí)中心的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室里，當(dāng)用戶進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)室，佩戴上頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器，預(yù)先設(shè)置好的虛擬現(xiàn)實(shí)世界就會(huì)呈現(xiàn)在用戶身邊，用戶可以看到和真實(shí)汽車一樣的包括尺寸大小、顏色、紋理一樣的虛擬汽車，用戶可以像實(shí)際觀察汽車一樣前后來回觀察，可以查看車體的造型輪廓及線條流暢性，也可以坐到汽車座椅上觀察儀表、方向盤、娛樂面板等細(xì)節(jié)的效果，以及模擬駕駛員視野的觀察。

3 頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探索

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的原有設(shè)計(jì)流程及驗(yàn)證方法有了很大改進(jìn)，在汽車研發(fā)過程中，汽車造型設(shè)計(jì)是很重要一環(huán)，汽車設(shè)計(jì)師的造型構(gòu)想如何快速的讓用戶看得見并且喜愛是決定造型設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程往往需要經(jīng)過幾輪甚至十幾輪反復(fù)推敲，時(shí)間成本比較高，難以跟上快速變化的市場環(huán)境，因此在設(shè)計(jì)過程中如何簡化設(shè)計(jì)流程并且客觀真實(shí)的反應(yīng)汽車造型狀態(tài)尤為重要，而頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠在造型效果圖之后就迅速加入設(shè)計(jì)流程，并且用虛擬的環(huán)境客觀真實(shí)的還原實(shí)際狀態(tài)，讓用戶所看即所得，而完成一套虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅需要硬件系統(tǒng)的支持，也需要軟件的配合，而所觀察到的內(nèi)容則需要設(shè)計(jì)師前期虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的制作。

4 面臨的問題與發(fā)展方向

頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的運(yùn)用，讓使用者能夠以比較真實(shí)自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，提高了人機(jī)交互的真實(shí)性，但受限于當(dāng)下科技水平、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等各方面的影響，仍存在一定程度上的虛擬世界不真實(shí)、人機(jī)交互程度不夠以及用戶共享性不足等題[4]。目前來看，一套頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備同時(shí)只能支持一位用戶觀察使用，因此在用戶共享體驗(yàn)上不夠。

在將來科學(xué)技術(shù)水平、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等各方面技術(shù)發(fā)展越來越成熟的時(shí)候，頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以朝分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展，通過多個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備共同建立一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)世界，多個(gè)使用者可以對(duì)同一個(gè)虛擬世界進(jìn)行操作，這時(shí)候的虛擬現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)真正意義上的多元世界。

5 結(jié)語

隨著科技水平的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展也隨之日漸成熟，并且由于其為人類生活生產(chǎn)方面帶來的巨大效益越來越被接受，頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用作為即Powerwall桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)之后的另一先進(jìn)技術(shù)，能極大的優(yōu)化汽車設(shè)計(jì)流程、縮短研發(fā)時(shí)間、有效提高汽車設(shè)計(jì)水平 ，給使用者提供真實(shí)的用戶反饋，也越來越被汽車設(shè)計(jì)公司所青睞，雖然受限于當(dāng)下科技發(fā)展水平等各方面因素的影響，頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在使用體驗(yàn)上仍有些不足，但隨著科技的進(jìn)步以及巨大市場資金的投入必定能推動(dòng)這一技術(shù)的長足發(fā)展。

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篇（8）

一、引言

教育技術(shù)的發(fā)展緊緊伴隨著技術(shù)進(jìn)步的步伐發(fā)展，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展現(xiàn)代教育技術(shù)也呈現(xiàn)出日新月異的局面。有研究表明，隨著通信技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，有關(guān)教育技術(shù)特別是遠(yuǎn)程教育技術(shù)的研究呈現(xiàn)出由電視技術(shù)到計(jì)算機(jī)技術(shù)再到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展路徑。例如美國早期的教育技術(shù)研究集中在視聽教育方面，對(duì)電視媒體比較關(guān)注。90年代以后，計(jì)算機(jī)逐漸普及應(yīng)用，教育技術(shù)相關(guān)的新詞語，如“Courseware”“Hypermedia”和“ComputerSoftware”等大幅度出現(xiàn)。今天，隨著新教育理念和教育技術(shù)的發(fā)展，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)和數(shù)字媒體技術(shù)的發(fā)展，“遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)”“MOOC課程”“虛擬教室”“虛擬實(shí)驗(yàn)”等新術(shù)語又不斷出現(xiàn)在現(xiàn)代教育技術(shù)研究的舞臺(tái)上，呈現(xiàn)出新的發(fā)展局面。我國是教育大國，發(fā)展現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育已成為我國教育發(fā)展的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。近年來，在我國教育技術(shù)主要的研究刊物中，包括《電化教育研究》《中國電化教育》《中國遠(yuǎn)程教育》《開放教育研究》《現(xiàn)代教育技術(shù)》《現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育》，對(duì)包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在內(nèi)的新的信息技術(shù)應(yīng)用做了大量研究。本文在綜合分析相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分別論述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要的應(yīng)用特點(diǎn)、虛擬現(xiàn)實(shí)在教育技術(shù)中的應(yīng)用模式和關(guān)鍵技術(shù)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育的主要優(yōu)勢

我國的遠(yuǎn)程教育經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：一是主要依靠郵政通訊手段進(jìn)行函授教育；二是利用廣播和電視開展廣播電視教育；三是以信息為基礎(chǔ)開展的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育。特別是20世紀(jì)90年代以來，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為代表的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)和移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，隨著多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等新型媒體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育成功突破了傳統(tǒng)面授教育的局限，提供了一種突破時(shí)空界限、資源共享、交互沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”是一種利用計(jì)算機(jī)為用戶生成模擬人物和場景的技術(shù)，該模擬的人物和場景非常相似于所對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)世界人物和場景，使用戶能夠得到一種類似真實(shí)世界所能給與的感受和體驗(yàn)。所以又稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以虛擬出“一個(gè)真實(shí)的世界”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)同時(shí)還具有鮮明的特色—3I特性：“沉浸(Immersion)”“交互(Interaction)”和“想象(Imagination)”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)首先追求的是能夠達(dá)到沉浸的“真實(shí)”體驗(yàn)，能夠提供有效的人機(jī)“交互”，能夠?yàn)橛脩籼峁┮环N甚至超越現(xiàn)實(shí)意境的“想象”空間。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，不僅包括圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行計(jì)算技術(shù)、人工智能等特殊的信息技術(shù)，而且涉及數(shù)學(xué)、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學(xué)、心理學(xué)和社會(huì)學(xué)等相關(guān)知識(shí)。如果真的能夠方便地生成各種虛擬的現(xiàn)實(shí)世界，同時(shí)又具有3I特性，必將在遠(yuǎn)程教育中發(fā)揮重要的作用。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域的主要應(yīng)用模式

前一個(gè)時(shí)期，我國遠(yuǎn)程教育技術(shù)大多還是基于網(wǎng)頁的遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，依靠文字和平面動(dòng)畫提供在線的教育服務(wù)。由于教育者和學(xué)習(xí)者的時(shí)空相對(duì)分離而無法提供身臨其境的學(xué)習(xí)環(huán)境，也由于教育內(nèi)容更多屬于單向的線性播放模式而無法提供人機(jī)交互環(huán)境，還由于只是通過視頻進(jìn)行演示教學(xué)而無法提供真實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，大大降低了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，已無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)化、智能化、虛擬化。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其特有的多感知性、浸沒感、交互性和想象性等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程教育中具有強(qiáng)大優(yōu)勢和潛力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身也在發(fā)展之中，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用也在實(shí)踐探索之中。從目前情況看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的主要應(yīng)用可以分為兩個(gè)層面：一是簡單應(yīng)用，基本上是在教室教學(xué)資料中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作課件，將抽象問題和復(fù)雜問題直觀化、可視化。例如醫(yī)學(xué)教育中的人體結(jié)構(gòu)和各類生命循環(huán)系統(tǒng)功能演示等。二是高級(jí)應(yīng)用，所謂高級(jí)是用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專門制作特殊功能的系統(tǒng)，并在遠(yuǎn)程教育平臺(tái)上使用。這類高級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用主要包括三個(gè)方面：一是虛擬訓(xùn)練場和虛擬實(shí)驗(yàn)室。專門提供規(guī)模較大的分布式專業(yè)訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)環(huán)境。例如軍事訓(xùn)練環(huán)境，運(yùn)用軍事仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和分布計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建真實(shí)的軍事對(duì)抗訓(xùn)練環(huán)境，這已經(jīng)是成功的應(yīng)用模式了。同樣，在一般的學(xué)科專業(yè)教學(xué)中，可以通過建構(gòu)虛擬實(shí)驗(yàn)室，使得許多現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)室功能可以虛擬化。二是虛擬教室和學(xué)習(xí)環(huán)境。這類應(yīng)用主要是提供虛擬的數(shù)字校園，在網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字校園里有著許多不同授課內(nèi)容的“教室”，有著虛擬化的校園、圖書館和學(xué)科專業(yè)網(wǎng)站，甚至有著同類學(xué)員的學(xué)習(xí)“社區(qū)”。三是虛擬創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)境。現(xiàn)代教育提倡的創(chuàng)新學(xué)習(xí)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用也逐漸成為了可能。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以建立實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)環(huán)境，學(xué)生可以開展近乎真實(shí)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。如服裝設(shè)計(jì)、藝術(shù)設(shè)計(jì)和科技產(chǎn)品設(shè)計(jì)。如果再能夠利用產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的機(jī)制，這樣的設(shè)計(jì)環(huán)境將會(huì)是非常有意義的。總之，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)人們可以虛擬出一個(gè)真實(shí)的校園環(huán)境或者構(gòu)建一個(gè)虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，經(jīng)過實(shí)時(shí)渲染的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境將會(huì)讓學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中學(xué)習(xí)的感受就如同在3D游戲中一樣，他們可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行三維交互、實(shí)時(shí)地參與教學(xué)活動(dòng)、與教師進(jìn)行溝通。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的問題

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有非常理想的發(fā)展前景，但是仍處于快速發(fā)展的階段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于遠(yuǎn)程教育，應(yīng)該分別從技術(shù)和應(yīng)用兩個(gè)方面關(guān)注以下問題。從技術(shù)的角度，要重點(diǎn)關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的動(dòng)態(tài)。要想理想地用計(jì)算機(jī)生成真實(shí)感很強(qiáng)的虛擬世界，并且能夠在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)交互使用，技術(shù)難度是很大的。目前大多數(shù)人認(rèn)為有五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)正在積極突破。（一）動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)一般說環(huán)境建模比對(duì)象個(gè)體建模復(fù)雜，而動(dòng)態(tài)的環(huán)境建模更具有挑戰(zhàn)。動(dòng)態(tài)環(huán)境建模目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。（二）實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)目前三維圖形技術(shù)盡管已經(jīng)較為成熟，但是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)”生成仍然是挑戰(zhàn)。（三）立體顯示技術(shù)目前虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力主要依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)。但現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。（四）系統(tǒng)開發(fā)工具和運(yùn)行平臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的開發(fā)比較復(fù)雜，效率和質(zhì)量保證也很困難，網(wǎng)絡(luò)化的運(yùn)行平臺(tái)也很難滿足廣域網(wǎng)環(huán)境。目前還必須重點(diǎn)研究虛擬現(xiàn)實(shí)的有效開發(fā)工具和高效分布式運(yùn)行平臺(tái)。（五）系統(tǒng)集成技術(shù)集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別和合成技術(shù)等等。由于虛擬現(xiàn)實(shí)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成也非常復(fù)雜。從應(yīng)用角度，要更新教育觀念并能夠有效運(yùn)用建模技術(shù)構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境。包括如何運(yùn)用建模技術(shù)構(gòu)建與教學(xué)相關(guān)的對(duì)象和場景，如何構(gòu)建以學(xué)生為主體的自主學(xué)習(xí)過程，如何設(shè)計(jì)人機(jī)交互環(huán)節(jié)等等。當(dāng)然熟練掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)字媒體技術(shù)是重要的應(yīng)用基礎(chǔ)。正像高質(zhì)量的動(dòng)漫游戲制作非常不易一樣，好的虛擬現(xiàn)實(shí)教育作品的研發(fā)也是具有挑戰(zhàn)性的。

五、結(jié)語

現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用逐漸呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、智能化和虛擬化的重要趨勢。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域的主要應(yīng)用模式包括：虛擬訓(xùn)練場和虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬教室和學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)境。當(dāng)前相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)和新的應(yīng)用模式都還在積極的發(fā)展之中，有著良好的前景。

作者:鄒玲 單位:北京電影學(xué)院數(shù)字媒體學(xué)院

參考文獻(xiàn)

[1]魏順平.國外教育技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢[J].開放教育研究,2010(2).

篇（9）

中圖分類號(hào)：G726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、引言

教育技術(shù)的發(fā)展緊緊伴隨著技術(shù)進(jìn)步的步伐發(fā)展，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展現(xiàn)代教育技術(shù)也呈現(xiàn)出日新月異的局面。有研究表明，隨著通信技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，有關(guān)教育技術(shù)特別是遠(yuǎn)程教育技術(shù)的研究呈現(xiàn)出由電視技術(shù)到計(jì)算機(jī)技術(shù)再到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展路徑。例如美國早期的教育技術(shù)研究集中在視聽教育方面，對(duì)電視媒體比較關(guān)注。90年代以后，計(jì)算機(jī)逐漸普及應(yīng)用，教育技術(shù)相關(guān)的新詞語，如“Courseware”“Hypermedia”和“ComputerSoftware”等大幅度出現(xiàn)。今天，隨著新教育理念和教育技術(shù)的發(fā)展，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)和數(shù)字媒體技術(shù)的發(fā)展，“遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)”“MOOC課程”“虛擬教室”“虛擬實(shí)驗(yàn)”等新術(shù)語又不斷出現(xiàn)在現(xiàn)代教育技術(shù)研究的舞臺(tái)上，呈現(xiàn)出新的發(fā)展局面。我國是教育大國，發(fā)展現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育已成為我國教育發(fā)展的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。近年來，在我國教育技術(shù)主要的研究刊物中，包括《電化教育研究》《中國電化教育》《中國遠(yuǎn)程教育》《開放教育研究》《現(xiàn)代教育技術(shù)》《現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育》，對(duì)包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在內(nèi)的新的信息技術(shù)應(yīng)用做了大量研究。本文在綜合分析相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分別論述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要的應(yīng)用特點(diǎn)、虛擬現(xiàn)實(shí)在教育技術(shù)中的應(yīng)用模式和關(guān)鍵技術(shù)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育的主要優(yōu)勢

我國的遠(yuǎn)程教育經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段： 一是主要依靠郵政通訊手段進(jìn)行函授教育；二是利用廣播和電視開展廣播電視教育；三是以信息為基礎(chǔ)開展的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育。特別是20世紀(jì)90年代以來，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為代表的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)和移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，隨著多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等新型媒體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育成功突破了傳統(tǒng)面授教育的局限，提供了一種突破時(shí)空界限、資源共享、交互沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。

“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”是一種利用計(jì)算機(jī)為用戶生成模擬人物和場景的技術(shù)，該模擬的人物和場景非常相似于所對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)世界人物和場景，使用戶能夠得到一種類似真實(shí)世界所能給與的感受和體驗(yàn)。所以又稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以虛擬出“一個(gè)真實(shí)的世界”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)同時(shí)還具有鮮明的特色―3I特性：“沉浸（Immersion）”“交互（Interaction）”和“想象（Imagination）”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)首先追求的是能夠達(dá)到沉浸的“真實(shí)”體驗(yàn)，能夠提供有效的人機(jī)“交互”，能夠?yàn)橛脩籼峁┮环N甚至超越現(xiàn)實(shí)意境的“想象”空間。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，不僅包括圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行計(jì)算技術(shù)、人工智能等特殊的信息技術(shù)，而且涉及數(shù)學(xué)、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學(xué)、心理學(xué)和社會(huì)學(xué)等相關(guān)知識(shí)。如果真的能夠方便地生成各種虛擬的現(xiàn)實(shí)世界，同時(shí)又具有3I特性，必將在遠(yuǎn)程教育中發(fā)揮重要的作用。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域的主要應(yīng)用模式

前一個(gè)時(shí)期，我國遠(yuǎn)程教育技術(shù)大多還是基于網(wǎng)頁的遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，依靠文字和平面動(dòng)畫提供在線的教育服務(wù)。由于教育者和學(xué)習(xí)者的時(shí)空相對(duì)分離而無法提供身臨其境的學(xué)習(xí)環(huán)境，也由于教育內(nèi)容更多屬于單向的線性播放模式而無法提供人機(jī)交互環(huán)境，還由于只是通過視頻進(jìn)行演示教學(xué)而無法提供真實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，大大降低了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，已無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)化、智能化、虛擬化。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其特有的多感知性、浸沒感、交互性和想象性等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程教育中具有強(qiáng)大優(yōu)勢和潛力。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身也在發(fā)展之中，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用也在實(shí)踐探索之中。從目前情況看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的主要應(yīng)用可以分為兩個(gè)層面：一是簡單應(yīng)用，基本上是在教室教學(xué)資料中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作課件，將抽象問題和復(fù)雜問題直觀化、可視化。例如醫(yī)學(xué)教育中的人體結(jié)構(gòu)和各類生命循環(huán)系統(tǒng)功能演示等。二是高級(jí)應(yīng)用，所謂高級(jí)是用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專門制作特殊功能的系統(tǒng)，并在遠(yuǎn)程教育平臺(tái)上使用。這類高級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用主要包括三個(gè)方面：

一是虛擬訓(xùn)練場和虛擬實(shí)驗(yàn)室。專門提供規(guī)模較大的分布式專業(yè)訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)環(huán)境。例如軍事訓(xùn)練環(huán)境，運(yùn)用軍事仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和分布計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建真實(shí)的軍事對(duì)抗訓(xùn)練環(huán)境，這已經(jīng)是成功的應(yīng)用模式了。同樣，在一般的學(xué)科專業(yè)教學(xué)中，可以通過建構(gòu)虛擬實(shí)驗(yàn)室，使得許多現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)室功能可以虛擬化。

二是虛擬教室和學(xué)習(xí)環(huán)境。這類應(yīng)用主要是提供虛擬的數(shù)字校園，在網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字校園里有著許多不同授課內(nèi)容的“教室”，有著虛擬化的校園、圖書館和學(xué)科專業(yè)網(wǎng)站，甚至有著同類學(xué)員的學(xué)習(xí)“社區(qū)”。

三是虛擬創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)境。現(xiàn)代教育提倡的創(chuàng)新學(xué)習(xí)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用也逐漸成為了可能。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以建立實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)環(huán)境，學(xué)生可以開展近乎真實(shí)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。如服裝設(shè)計(jì)、藝術(shù)設(shè)計(jì)和科技產(chǎn)品設(shè)計(jì)。如果再能夠利用產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的機(jī)制，這樣的設(shè)計(jì)環(huán)境將會(huì)是非常有意義的。

總之，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)人們可以虛擬出一個(gè)真實(shí)的校園環(huán)境或者構(gòu)建一個(gè)虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，經(jīng)過實(shí)時(shí)渲染的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境將會(huì)讓學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中學(xué)習(xí)的感受就如同在3D游戲中一樣，他們可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行三維交互、實(shí)時(shí)地參與教學(xué)活動(dòng)、與教師進(jìn)行溝通。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的問題

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有非常理想的發(fā)展前景，但是仍處于快速發(fā)展的階段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于遠(yuǎn)程教育，應(yīng)該分別從技術(shù)和應(yīng)用兩個(gè)方面關(guān)注以下問題。

從技術(shù)的角度，要重點(diǎn)關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的動(dòng)態(tài)。要想理想地用計(jì)算機(jī)生成真實(shí)感很強(qiáng)的虛擬世界，并且能夠在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)交互使用，技術(shù)難度是很大的。目前大多數(shù)人認(rèn)為有五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)正在積極突破。

（一）動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)

一般說環(huán)境建模比對(duì)象個(gè)體建模復(fù)雜，而動(dòng)態(tài)的環(huán)境建模更具有挑戰(zhàn)。動(dòng)態(tài)環(huán)境建模目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。

（二）實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)

目前三維圖形技術(shù)盡管已經(jīng)較為成熟，但是如何實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)”生成仍然是挑戰(zhàn)。

（三）立體顯示技術(shù)

目前虛擬現(xiàn)實(shí)的交互能力主要依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)。但現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。

（四）系統(tǒng)開發(fā)工具和運(yùn)行平臺(tái)

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的開發(fā)比較復(fù)雜，效率和質(zhì)量保證也很困難，網(wǎng)絡(luò)化的運(yùn)行平臺(tái)也很難滿足廣域網(wǎng)環(huán)境。目前還必須重點(diǎn)研究虛擬現(xiàn)實(shí)的有效開發(fā)工具和高效分布式運(yùn)行平臺(tái)。

（五）系統(tǒng)集成技術(shù)

集成技術(shù)包括信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別和合成技術(shù)等等。由于虛擬現(xiàn)實(shí)中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成也非常復(fù)雜。

從應(yīng)用角度，要更新教育觀念并能夠有效運(yùn)用建模技術(shù)構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境。包括如何運(yùn)用建模技術(shù)構(gòu)建與教學(xué)相關(guān)的對(duì)象和場景，如何構(gòu)建以學(xué)生為主體的自主學(xué)習(xí)過程，如何設(shè)計(jì)人機(jī)交互環(huán)節(jié)等等。當(dāng)然熟練掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)字媒體技術(shù)是重要的應(yīng)用基礎(chǔ)。正像高質(zhì)量的動(dòng)漫游戲制作非常不易一樣，好的虛擬現(xiàn)實(shí)教育作品的研發(fā)也是具有挑戰(zhàn)性的。

五、Y語

現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用逐漸呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、智能化和虛擬化的重要趨勢。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域的主要應(yīng)用模式包括：虛擬訓(xùn)練場和虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬教室和學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)境。當(dāng)前相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)和新的應(yīng)用模式都還在積極的發(fā)展之中，有著良好的前景。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào):TP-9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1210106-02

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,帶動(dòng)了各領(lǐng)域科研方式的全面革新。各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)相繼出現(xiàn),給科研工作帶來了極大便利。而其中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為近幾年來國內(nèi)外科技界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。目前,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)實(shí)習(xí)、軍事訓(xùn)練、建筑設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)等眾多領(lǐng)域。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)的概念以及特點(diǎn)

(一)基本概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種真實(shí)模擬人在自然環(huán)境中視覺,聽覺以及行為舉止的一種人機(jī)交互界面。它運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué),人工智能,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),傳感技術(shù),顯示技術(shù),網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及心理學(xué)等各種學(xué)科知識(shí)在計(jì)算機(jī)中構(gòu)成與外在自然環(huán)境相同的虛擬環(huán)境。它使得用戶可以用自然方式與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互操作。

(二)特點(diǎn)

1.沉浸性:指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)根據(jù)人類各種感覺器官以及心理特點(diǎn),經(jīng)由計(jì)算機(jī)模擬還原出逼真的三維立體圖像,讓使用者在與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互行為時(shí)有一種身臨其境的感受。

2.交互性:指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)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(biāo)進(jìn)行交互,而且能夠通過特殊頭盔,數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)行交互。

多感知性――是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外,還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知,甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動(dòng)覺的傳感及反應(yīng)裝置,因此,使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺等多種感知,從而達(dá)到身臨其境的感。

3.構(gòu)想性:傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中是將三維場景在顯示器上進(jìn)行二維環(huán)境顯示處理。但是虛擬環(huán)境則是真實(shí)模擬還原現(xiàn)實(shí)客觀世界環(huán)境,強(qiáng)調(diào)三維顯示立體環(huán)境,更貼近于現(xiàn)實(shí)真實(shí)環(huán)境。

4.多感知性:是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外,還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知,甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。但是由于傳感技術(shù)的限制,我們無法達(dá)到理論上的對(duì)人類感官的全面模擬,現(xiàn)今的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的感知功能僅限于通過視覺,聽覺,觸覺等。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)分類

根據(jù)用戶參與的形式的不同,通常把虛擬現(xiàn)實(shí)分成四大類。桌面虛擬現(xiàn)實(shí),沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí),增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí),分布式虛擬現(xiàn)實(shí)。

(一)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)(PCVR)系統(tǒng),基本上是一套基于普通PC平臺(tái)的小型桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其實(shí)就是使用個(gè)人計(jì)算機(jī)即PC機(jī)或PC工作站去產(chǎn)生仿真,桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的參與者是不完全沉浸的,他要求參與者使用標(biāo)準(zhǔn)的CRT顯示器和立體顯示技CJFD2000以及位置跟蹤器和另外一個(gè)手控輸入設(shè)備,如數(shù)據(jù)手套和六個(gè)自由度的三維空間鼠標(biāo)器,戴上立體眼鏡坐在監(jiān)視器前,在一些專業(yè)軟件的幫助下,但可以通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界。

(二)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),它提供一個(gè)完全沉浸的體驗(yàn),使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備,把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來,并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間,并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。沉浸式虛擬系統(tǒng)是一套比較復(fù)雜的系統(tǒng),它的優(yōu)點(diǎn)是使用戶全身心地沉浸到虛擬世界中去,缺點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格昂貴,難以普及推廣。

(三)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)

增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起的一種系統(tǒng),它既允許用戶看到真實(shí)世界,同時(shí)也可以看到疊加在真實(shí)世界的虛擬對(duì)象,這種系統(tǒng)既可減少對(duì)構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的計(jì)算,又可對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行操作,真正達(dá)到亦真亦幻的境界。

(四)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò),將異地的不同用戶聯(lián)結(jié)起來,多個(gè)用戶通過網(wǎng)絡(luò)同時(shí)參加一個(gè)虛擬空間,共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷,對(duì)同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作,達(dá)到協(xié)同工作的目的,從而將虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用提升到了一個(gè)更高的境界。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的實(shí)現(xiàn)意義

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入學(xué)校教學(xué)是教育方法上的一次革命性的創(chuàng)新實(shí)踐。相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式中理論教學(xué)方面對(duì)知識(shí)的傳授僅限于口述以及靜態(tài)圖像展示的教學(xué)方法而言,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以全方位的讓學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí),對(duì)知識(shí)體系有全方位的理解。而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬出逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境,并且提供多種學(xué)習(xí)交互活動(dòng),讓學(xué)習(xí)者通過實(shí)際操作或親身體驗(yàn)來接受相關(guān)知識(shí)內(nèi)容。例如在飛行員的培訓(xùn)中就可以引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn),從而降低了風(fēng)險(xiǎn)以及教學(xué)成本。因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中有以下優(yōu)勢及特征:

(一)理論教學(xué)方面

1.模擬實(shí)物立體模型:在教學(xué)中經(jīng)常要利用一些實(shí)物展示,以幫助學(xué)生形象的認(rèn)識(shí)知識(shí)對(duì)象。傳統(tǒng)的展示手段有:

(1)利用圖像與投影儀等設(shè)備。但是這種靜止圖像在傳遞知識(shí)時(shí)信息較為匱乏,學(xué)生無法獲取畫面之外的知識(shí)信息。

(2)利用實(shí)物展示。這種方法的缺點(diǎn)是學(xué)生全面觀察較為困難,在不同角度獲得的信息各不相同。且展示物品無法制作較大使得后排學(xué)生難以看清楚。

(3)通過三維模型動(dòng)畫軟件制作模型展示。雖然這種方法可以較為完整的還原物體,且各方面信息也都可以獲得,但是使用此類模型進(jìn)行教學(xué)無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互,學(xué)生只能被動(dòng)接受事先安排好的內(nèi)容順序,最多進(jìn)行暫停與播放操作。無法自己主動(dòng)獲取所希望了解的相關(guān)方面知識(shí)。

但是通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)我們可以構(gòu)建與實(shí)物相同的三維物體。利用三維制作軟件制作模型,最后存儲(chǔ)為VRML格式,在VRML播放器中使用可以全面的認(rèn)識(shí)展示對(duì)象。如計(jì)算機(jī)教學(xué)中硬件部分教學(xué)中就可以制作出相關(guān)硬件部分的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)。讓學(xué)生近距離全方位的觀察。

2.立體空間的展示:立體空間是指現(xiàn)實(shí)中存在的或根據(jù)歷史資料在歷史中層真實(shí)存在的空間。在教學(xué)中由于受到條件的限制,學(xué)生無法親歷這些空間,只能靠老師語言描述或繪畫描繪等方法來激發(fā)學(xué)生想象,讓學(xué)生在自己的腦海中抽象的構(gòu)建相關(guān)的空間。但是依靠虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)我們可以不僅僅讓學(xué)生在腦海中想象,還可以讓學(xué)生聽的到,看的到,甚至摸的到。例如在地理課程中描述火山地形,傳統(tǒng)教學(xué)手法無法讓學(xué)生親臨火山去觀察,但是結(jié)合虛擬顯示技術(shù)就可以全方位的觀察火山地形以及火山噴發(fā)過程。同事結(jié)合虛擬向?qū)У恼Z音描述,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以結(jié)合向?qū)v的知識(shí)親自觀察。這種教學(xué)方法無疑是對(duì)傳統(tǒng)書本授課教學(xué)的革新與挑戰(zhàn)。

3.展品介紹:人類發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)千年,在這數(shù)千年里有無數(shù)人類知識(shí)的結(jié)晶與藝術(shù)的瑰寶。但是大多數(shù)時(shí)候我們都無法親眼目睹這些寶貴的文化遺產(chǎn),往往是通過圖片或者視頻來了解認(rèn)識(shí)它們。比如巴黎的埃菲爾鐵塔,我們又有多少人能去法國,親自站在埃菲爾鐵塔下面去從下而上的觀賞它。大多數(shù)人都是通過照片來觀看埃菲爾鐵塔的正面。但是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)我們可以真實(shí)的模擬出埃菲爾鐵塔來,從而全方位的觀察它,不僅僅是我們正常的視點(diǎn)。我們甚至可以從人們無法獲得視點(diǎn)來觀察。

(二)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面

虛擬實(shí)驗(yàn)是采用虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù),模擬傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的軟硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境,包括虛擬的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)工具、實(shí)驗(yàn)對(duì)象等。實(shí)驗(yàn)過程主要是對(duì)虛擬對(duì)象的操作,實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以被處理、存儲(chǔ),實(shí)驗(yàn)過程可以不斷重復(fù)進(jìn)行,虛擬實(shí)驗(yàn)注重的是實(shí)驗(yàn)操作的交互性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的仿真性。

虛擬實(shí)驗(yàn)室是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用研究的重要載體,是以計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)為基礎(chǔ),使用軟件開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)的一種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,通過開發(fā)一系列虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K來模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)過程,實(shí)驗(yàn)者能夠進(jìn)行友好人機(jī)交互,真實(shí)感受互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)過程,身臨其境地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。虛擬實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比有以下優(yōu)點(diǎn):

1.打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)地點(diǎn)和時(shí)間的限制:很多實(shí)驗(yàn)都需要大量的時(shí)間來進(jìn)行操作,而且很多實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的要求也很嚴(yán)格。但是結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),我們可以突破時(shí)間的限制而在較短的時(shí)間內(nèi)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果,同時(shí)對(duì)一些特殊實(shí)驗(yàn)環(huán)境也可以進(jìn)行模擬,打破了實(shí)驗(yàn)的地點(diǎn)限制。

2.降低了實(shí)驗(yàn)器械的損耗以及充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造力:在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),學(xué)生無需對(duì)損壞實(shí)驗(yàn)器械而擔(dān)心。可以放心大膽的使用一些可能十分昂貴的實(shí)驗(yàn)器材。同時(shí)在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,學(xué)生也可以自由發(fā)揮自己的想象力,創(chuàng)造力。

3.節(jié)省成本,突破設(shè)備、場地、經(jīng)費(fèi)等硬件的限制。

4.降低操作風(fēng)險(xiǎn):在一些高危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以避免因操作失誤而帶來的人身事故。而且也可以進(jìn)行一些學(xué)校無法提供的高危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn):如核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)等涉及放射性元素的實(shí)驗(yàn)課題。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍,它營造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境,由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)模式變?yōu)閷W(xué)生與虛擬環(huán)境的交互,從而得到新知識(shí)的學(xué)習(xí)模式。

四、結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)伴隨著計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,從開始產(chǎn)生到現(xiàn)在經(jīng)歷了一段相當(dāng)長的時(shí)間。但是隨著科技的日新月異的變革,我們的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也將迎來一個(gè)快速發(fā)展的階段,使我們的虛擬現(xiàn)實(shí)中的場景更加真實(shí),人物也更加生動(dòng)形象,使之帶動(dòng)教育教學(xué)手段上的革新。

參考文獻(xiàn):

[1]胡小強(qiáng),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]韓強(qiáng),虛擬實(shí)驗(yàn)室在高校實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2007(6).

篇（11）

收稿日期：2007―09―28

作者簡介：梅婷（1984―），女，漢族，浙江省杭州市人，浙江工業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)教育研究所，碩士研究生，主要研究方向：高等職業(yè)技術(shù)教育。

李海宗（1963―），男，漢族，甘肅省隴西人，浙江工業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)教育研究所，副教授，主要研究方向：高等職業(yè)技術(shù)教育、教育教學(xué)評(píng)價(jià)。

計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)的教育思想、教育觀念、教育模式和教育方法等都帶來了革命性的影響。分析職業(yè)技術(shù)教育本身的特點(diǎn)，結(jié)合新興的技術(shù)手段，探求兩者的完美結(jié)合，也許可以打開制約職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)課程實(shí)施的瓶頸，尋找新的突破口。

一、什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成一個(gè)逼真的三維虛擬環(huán)境，并通過使用傳感設(shè)備與之相互作用的新技術(shù)。它為用戶提供了一種臨境（immersible）和多感覺通道（multi-sensory）的體驗(yàn)，是計(jì)算機(jī)與用戶之間的一種更為理想化的人―機(jī)界面形式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)完全不同，是將模擬環(huán)境、視景系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)合三為一，并利用頭盔顯示器、圖形眼鏡、數(shù)據(jù)服、立體聲耳機(jī)、數(shù)據(jù)手套及腳踏板等傳感裝置，將操作者置身于計(jì)算機(jī)生成的三維虛擬環(huán)境中。操作者通過傳感裝置與虛擬環(huán)境交互作用，可獲得視覺、聽覺、觸覺等多種感知，并允許操作和改變其中的“物體”。 與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有“3I”特點(diǎn)：強(qiáng)烈的“身臨其境”的沉浸感（Immersion）；友好親切的人機(jī)交互性（Interaction）；發(fā)人想像的刺激性（Imagination）。

目前，隨著信息處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也在逐步發(fā)展和完善，按照系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能不同，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要有以下四種基本應(yīng)用類型：

（一）桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（Desktop VR）。桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較為容易，設(shè)備造價(jià)低，普及性好。

（二）沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（Immersible VR）。沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一套技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備造價(jià)較為昂貴的高級(jí)系統(tǒng)。

（三）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（Distributed VR）。

（四）增強(qiáng)型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（Augmented VR）。

二、為什么要應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

職業(yè)教育有別于普通教育的一個(gè)重要特點(diǎn)就是在保證理論教學(xué)基礎(chǔ)上，突出強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生不但掌握一定的應(yīng)知理論，更重要的是學(xué)會(huì)一種實(shí)際的應(yīng)用能力。

實(shí)訓(xùn)是職業(yè)技能實(shí)踐訓(xùn)練的簡稱，是指在學(xué)校能控制狀態(tài)下，按照人才培養(yǎng)規(guī)律與目標(biāo)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力訓(xùn)練的教學(xué)過程。

實(shí)訓(xùn)是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用能力，熟練掌握崗位技能的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)訓(xùn)課程開設(shè)的成功與否，直接關(guān)系到學(xué)生的操作技能、創(chuàng)新精神、職業(yè)習(xí)慣與道德等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

近年來，各地政府與學(xué)校都逐漸認(rèn)識(shí)到實(shí)訓(xùn)課程在職業(yè)教育中的重要作用，都不同程度地加大了實(shí)訓(xùn)場地的硬件建設(shè)。然而，由于某些方面的原因，實(shí)訓(xùn)課程的開展依然不盡如人意。比如：

（一）我國各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展差距大，職業(yè)技術(shù)教育發(fā)展亦不平衡。很多地區(qū)雖然加大了投入力度，但由于實(shí)訓(xùn)課程的前期投入與后期消耗都非常大，且隨技術(shù)的發(fā)展，常需要更新?lián)Q代，因此仍然存在資金欠缺的問題。

（二）一些實(shí)踐活動(dòng)存在一定的危險(xiǎn)性。如：可能會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，易危害人體健康；容易發(fā)生短路、爆炸等狀況。

（三）一些項(xiàng)目的運(yùn)作成本高昂。比如：所需的設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴、器械損耗較大，且使用的原材料亦屬昂貴、消耗量大之類物質(zhì)，以及因?qū)W生的誤操作而帶來的損耗。

因此，既然從資金上無法做到無窮滿足實(shí)訓(xùn)課程順利的開展，那么，從科學(xué)技術(shù)上尋求一種新型的、實(shí)用的方法手段，作為突破口，從另一維度來解決這一系列的問題，也許是職業(yè)教育走出實(shí)訓(xùn)困境的一條出路。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)課程中，區(qū)別于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)課程，有下列一些優(yōu)勢：

（一）效率高。在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)營造的仿真環(huán)境下開展實(shí)訓(xùn)課程，精確性高，突發(fā)事件發(fā)生的可能性小，因此要比采用實(shí)際裝置或設(shè)備效率更高。

（二）投資少。相對(duì)于實(shí)際實(shí)訓(xùn)場所的建設(shè)投資，建立一套相應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的投資要小得多，通常，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的投資是實(shí)際系統(tǒng)投資的幾十分之一，且面對(duì)設(shè)備更新?lián)Q代，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)訓(xùn)基地在原有基礎(chǔ)上改進(jìn)、完善的投入更可以大幅度降低。

（三）消耗低。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通常是以軟件的形式在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，其使用的材料、能耗都很低，設(shè)備維修幾率小，即使出故障，也較易解決。

（四）應(yīng)用面廣。可以將一些危險(xiǎn)性高、開展難度大、相對(duì)比較難控制的項(xiàng)目先用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行練習(xí)，待熟練掌握后，再去現(xiàn)實(shí)環(huán)境中操作，既解決了現(xiàn)實(shí)中無法開展的難題，又在一定程度上保證了安全性。

（五）靈活性好。對(duì)過程中間或者局部的一些重點(diǎn)與難點(diǎn)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，可以人為進(jìn)行記錄與重現(xiàn)，多加演練，或者細(xì)節(jié)放大，且可以因人而異，自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度，便于學(xué)生較好掌握，還可以設(shè)置一些意外情境，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力。

（六）集成度高。可以在虛擬環(huán)境下完成整個(gè)工藝的設(shè)計(jì)、制造、修理、檢驗(yàn)等過程，做到真正一體化。

（七）開展難度小。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體的有機(jī)結(jié)合，使得整個(gè)操作過程形象、生動(dòng)、有趣，較易吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

四、應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還應(yīng)注意的問題

盡管虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工科實(shí)訓(xùn)課程中擁有各種明顯優(yōu)勢，但因?yàn)榧夹g(shù)本身仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未攻克的技術(shù)難題，在應(yīng)用與進(jìn)一步推廣過程中，仍然需要注意以下幾個(gè)方面：

首先，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟硬件技術(shù)平臺(tái)較高，技術(shù)設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)昂貴，職業(yè)技術(shù)院校應(yīng)該考慮本校的財(cái)力、技術(shù)力量和實(shí)訓(xùn)目的來選擇虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，

其次，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所營造的環(huán)境畢竟與實(shí)際有一定的差距，在配備了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)后，決不能忽視學(xué)生在實(shí)際現(xiàn)場中的體驗(yàn)。

此外，需要重視專業(yè)教師和實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師在推廣虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)工作中的作用。

作為一項(xiàng)新興的科學(xué)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處于探索前進(jìn)與不斷完善階段，與教育、培訓(xùn)等領(lǐng)域也正開始適應(yīng)、磨合，在實(shí)際應(yīng)用中，還存在很多需要解決的理論與技術(shù)上的問題。但從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身的特點(diǎn)、優(yōu)勢，以及職業(yè)技術(shù)教育中存在的薄弱環(huán)節(jié)上，我們有理由相信，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)技術(shù)教育實(shí)訓(xùn)課程領(lǐng)域的應(yīng)用前景還是相當(dāng)廣闊、具有發(fā)展?jié)摿Φ摹?/p>

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