時間：2023-12-11 10:05:34
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的特點，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；醫(yī)學(xué)教育；桌面式虛擬現(xiàn)實；沉浸式虛擬現(xiàn)實；增強(qiáng)現(xiàn)實
目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到娛樂、制造、軍工、醫(yī)療、教育等各個行業(yè)。醫(yī)學(xué)教育與其他教育有所不同，醫(yī)學(xué)教育不僅要講述醫(yī)學(xué)知識，還要結(jié)合醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)，更要著重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。醫(yī)學(xué)教育具有實驗資源和臨床機(jī)會有限、教學(xué)內(nèi)容抽象等特點，可通過具有虛擬性、沉浸性、互動性、多感性等特點的虛擬現(xiàn)實技術(shù)更真實、形象地展示教學(xué)內(nèi)容，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的積極性、提高其感知力和想像力，甚至可以讓學(xué)生自己調(diào)控學(xué)習(xí)節(jié)奏，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。
1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點與種類
虛擬現(xiàn)實是通過計算機(jī)技術(shù)生成一個接近于真實世界的虛擬環(huán)境。這個虛擬環(huán)境不僅可以提供逼真立體的視覺，還能提供聽覺、味覺、觸覺、嗅覺等多種感覺，使得用戶可以完全沉浸其中，并且可以與其進(jìn)行交互。通常根據(jù)用戶對虛擬世界沉浸度和交互方式的不同，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)分為三大類：桌面式虛擬現(xiàn)實、沉浸式虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實。本文詳細(xì)介紹這3種技術(shù)的概念和特征，分別探討這3種虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用及其優(yōu)缺點。
1.1桌面式虛擬現(xiàn)實
桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)利用計算機(jī)圖像等技術(shù)構(gòu)建一個模擬的3D空間，一般可通過顯示器在二維平面顯示三維模型圖像，通過鍵盤和鼠標(biāo)實現(xiàn)人機(jī)交互。桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)較為簡單、技術(shù)相對成熟，但它不能完全與現(xiàn)實空間相隔離，用戶還是會受到外界環(huán)境的干擾，與虛擬模型的交互也只是簡單的選擇、拖拽、旋轉(zhuǎn)等操作，相較于真實環(huán)境的互動還有很大差距。
1.2沉浸式虛擬現(xiàn)實
沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用計算機(jī)3D圖像處理技術(shù)、傳感技術(shù)、多媒體技術(shù)模擬產(chǎn)生一個3D的虛擬空間，用戶可以借助特定的輸入設(shè)備（工作站、虛擬現(xiàn)實手套、虛擬現(xiàn)實手柄、三維位置傳感器等）和輸出設(shè)備（頭盔顯示器、PC顯示器、手機(jī)、耳機(jī)等）與該虛擬空間進(jìn)行交互。通過3D圖像處理技術(shù)，用戶帶上頭盔顯示器能產(chǎn)生立體的視覺；通過音頻處理技術(shù)，用戶的左右耳可以感受到不同的立體聲音；在虛擬手套中增加觸點等方式讓用戶體驗到觸覺。因此，沉浸式虛擬現(xiàn)實使得用戶在虛擬空間中沉浸度更高，達(dá)到視覺、聽覺和觸覺等多感官的模擬。通過虛擬現(xiàn)實手柄和虛擬現(xiàn)實手套，用戶可以進(jìn)行自由操作；通過位置傳感器對用戶的運(yùn)動進(jìn)行實時跟蹤，根據(jù)用戶的運(yùn)動軌跡實時變換用戶的視角；通過虛擬現(xiàn)實手套實時獲得用戶手部的姿態(tài)；通過力學(xué)反饋裝置用戶可以施加不同大小的力，系統(tǒng)根據(jù)用戶力的大小使虛擬物體發(fā)生形變。因此，沉浸式的虛擬現(xiàn)實可以讓用戶實時操控一個虛擬世界，如同在真實世界中的互動。沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)與桌面式虛擬現(xiàn)實的區(qū)別在于：（1）多感知：桌面式虛擬現(xiàn)實只能給用戶提供視覺這一種感覺，而沉浸式虛擬現(xiàn)實通過虛擬現(xiàn)實頭盔提供視覺，通過耳機(jī)實現(xiàn)聽覺，通過虛擬現(xiàn)實手套實現(xiàn)觸覺，通過手柄實現(xiàn)力覺，可為用戶提供多種感覺的互動。（2）沉浸感：沉浸式虛擬現(xiàn)實完全與現(xiàn)實世界相隔離，創(chuàng)建的虛擬空間十分逼真，并通過多感知讓用戶如同在真實世界中。（3）交互性：沉浸式虛擬現(xiàn)實可讓用戶的手通過虛擬現(xiàn)實手套等設(shè)備在虛擬空間內(nèi)部與虛擬對象進(jìn)行交互，同時可感覺到虛擬對象的重量等。桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)只能通過鼠標(biāo)在虛擬對象的外部進(jìn)行操作。
1.3增強(qiáng)現(xiàn)實
增強(qiáng)現(xiàn)實（AugmentedReality，AR）技術(shù)是沉浸式虛擬現(xiàn)實的一種變體，區(qū)別在于增強(qiáng)現(xiàn)實將虛擬的3D對象和真實環(huán)境相結(jié)合[1]。AR技術(shù)仍需使用頭盔顯示器、虛擬現(xiàn)實手套等設(shè)備。AR技術(shù)還具備虛實結(jié)合、互動性、實時性和三維配準(zhǔn)的特點。（1）虛實結(jié)合：沉浸式虛擬現(xiàn)實形成了一個完全合成的3D空間，用戶無法感知到真實的世界。AR技術(shù)允許用戶看到真實的世界，它將虛擬出來的物體疊加到真實世界。（2）互動性和實時性：AR技術(shù)將現(xiàn)實和虛擬世界相結(jié)合，就需要AR技術(shù)可以準(zhǔn)確地根據(jù)現(xiàn)實世界的情況來合成虛擬對象，用戶借助虛擬對象來完成現(xiàn)實世界的任務(wù)，因此需要AR技術(shù)必須具備實時性和互動性。（3）三維配準(zhǔn)：可以實現(xiàn)虛擬對象和真實世界相互匹配，通過進(jìn)行三維坐標(biāo)的配準(zhǔn)來實現(xiàn)。
2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用及其優(yōu)勢
醫(yī)學(xué)教學(xué)存在專業(yè)名詞多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實驗對象特殊的特點。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教學(xué)一般采用理論及實驗教學(xué)的方法，教學(xué)資源有多媒體課件、教科書、圖譜、視頻、尸體標(biāo)本、教學(xué)模型等。這些傳統(tǒng)的教學(xué)資源一直沿用到現(xiàn)在，但在教學(xué)中存在一些問題，如教科書、圖譜、課件等只能呈現(xiàn)二維平面的圖像，沒有立體效果也不能進(jìn)行實時互動。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠克服這些缺點，為醫(yī)學(xué)教學(xué)提供先進(jìn)的教學(xué)方法。
2.1桌面式虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用及其優(yōu)勢
目前，桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)已經(jīng)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、中醫(yī)等多個領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)應(yīng)用較廣泛的是虛擬解剖人體。隨著美國、中國、韓國等相繼開發(fā)了本國的虛擬數(shù)字人，國內(nèi)外已經(jīng)先后建立了多套桌面式的人體解剖學(xué)虛擬仿真軟件，如中國數(shù)字人公司中國數(shù)字人系統(tǒng)、上海橋媒公司3Dbody軟件等。這些軟件既可以彌補(bǔ)尸體標(biāo)本的不足，方便教師進(jìn)行課堂教學(xué)，又可以更加直觀、靈活地讓學(xué)生進(jìn)行課堂和課外學(xué)習(xí)。除此之外，桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還包括基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗的仿真軟件、中醫(yī)穴位的虛擬仿真系統(tǒng)等。這些應(yīng)用可以作為學(xué)生實驗和操作前的指導(dǎo)工具，模擬實驗的操作過程，學(xué)生可以不限次數(shù)的重復(fù)操作演練虛擬模型，教師在一旁加以指導(dǎo)，糾正他們在操作過程中的錯誤。這樣既可以有效降低實驗風(fēng)險，又有助于提高教學(xué)質(zhì)量。在醫(yī)學(xué)教學(xué)中使用桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有以下優(yōu)勢：（1）使用方便：只需要一臺PC機(jī)就可以顯示出3D效果，方便教師進(jìn)行課堂教學(xué)和學(xué)生進(jìn)行課下學(xué)習(xí)。（2）立體直觀：桌面式虛擬現(xiàn)實軟件可以提供虛擬的3D場景，如在解剖學(xué)實驗中，學(xué)生可以看到各個組織器官的名稱、位置結(jié)構(gòu)以及周圍神經(jīng)血管的分布狀態(tài)，各個組織器官的位置關(guān)系，也可以移動、分割、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)各個組織器官。這樣學(xué)生可以非常直觀地學(xué)習(xí)人體結(jié)構(gòu)。（3）提高教學(xué)效率：桌面式虛擬現(xiàn)實可以提供多視角的3D模型，讓學(xué)生了解解剖結(jié)構(gòu)并建立組織器官之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，進(jìn)而加強(qiáng)對人體結(jié)構(gòu)名詞的記憶。學(xué)生可以反復(fù)在課下進(jìn)行醫(yī)學(xué)實驗的演練，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。（4）降低教學(xué)成本：桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)難度遠(yuǎn)低于沉浸式虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實，可以節(jié)約實驗資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與質(zhì)量。當(dāng)然，桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)也存在不足。在模擬實驗及手術(shù)時，桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)無法讓用戶觸摸到真實的物體，如在中醫(yī)針灸療法的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者無法感知到施針的方向和力度，僅能通過鼠標(biāo)進(jìn)行點擊，與醫(yī)學(xué)真實的實驗及手術(shù)差距較大。
2.2沉浸式虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用及其優(yōu)勢
隨著VR硬件設(shè)備的不斷升級和配套計算機(jī)技術(shù)的逐漸成熟，沉浸式虛擬現(xiàn)實在各領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品層出不窮。Google、Oculus、HTC等公司保持著高密度VR產(chǎn)品的推出，國內(nèi)也開發(fā)出了3Glasses、蟻視、暴風(fēng)魔鏡等VR頭盔顯示器。沉浸式虛擬現(xiàn)實硬件的價格逐漸降低，VR配套開發(fā)軟件逐漸成熟，開發(fā)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)和臨床手術(shù)指導(dǎo)的沉浸式虛擬系統(tǒng)已成為可能。在醫(yī)學(xué)教學(xué)實踐中，學(xué)生佩戴頭盔顯示器，通過沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，避免現(xiàn)實世界的干擾，完全沉浸在虛擬教學(xué)當(dāng)中，可以把書本的知識立體地呈現(xiàn)在三維場景當(dāng)中。2016年，DeFaria等[2]在進(jìn)行神經(jīng)解剖課程的教學(xué)中運(yùn)用了沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，采用VRWorx2.6軟件制作海馬體心室表面的虛擬現(xiàn)實3D互動視頻。學(xué)生在學(xué)習(xí)后分別進(jìn)行理論和實驗操作測試，結(jié)果顯示沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)教學(xué)而言，并不是單純地為了讓學(xué)生記憶人體解剖結(jié)構(gòu)名稱，而是讓學(xué)生更好地了解人體解剖結(jié)構(gòu)。2016年，HuangHM等[3]對使用VR4-MAX沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)進(jìn)行醫(yī)學(xué)課程學(xué)習(xí)的167名大學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，通過調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，發(fā)現(xiàn)沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)對學(xué)生的感知性有積極的影響。在臨床手術(shù)培訓(xùn)過程中，沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于眼科手術(shù)、微創(chuàng)手術(shù)、內(nèi)窺鏡手術(shù)、骨科手術(shù)、牙科手術(shù)等醫(yī)療培訓(xùn)[4]。
相比于桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)只能通過鼠標(biāo)在二維平面的拖拽進(jìn)行臨床操作，沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過VR圖像技術(shù)、力學(xué)反饋、運(yùn)動捕捉等模擬器創(chuàng)設(shè)更加真實的臨床實驗場景，該場景可無限次重復(fù)使用來彌補(bǔ)在臨床實踐中機(jī)會不均等、經(jīng)驗積累緩慢等不足，從而達(dá)到臨床技能培訓(xùn)的目的。2008年，MacielA等[5]開發(fā)了腹腔鏡手術(shù)的模擬器VBLAST。通過圖像處理技術(shù)、力學(xué)反饋設(shè)備和運(yùn)動捕捉系統(tǒng)構(gòu)建的虛擬腹腔鏡模擬器取代物理腹腔鏡手術(shù)模擬箱。外科醫(yī)生可以通過VBLAST實現(xiàn)腹腔鏡手術(shù)中縫合、剪切等基本操作的練習(xí)。該系統(tǒng)具有良好的圖形渲染、力學(xué)交互能力，可以根據(jù)力的方向和大小顯示物體形變過程，還能將手術(shù)操作技能進(jìn)行客觀量化并且能更好地適應(yīng)達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的使用。2011年，Chalasani等[6]開發(fā)了超聲引導(dǎo)下的前列腺活檢模擬器，它可以根據(jù)使用者的動作及技能好壞區(qū)分使用者是新手還是專家。隨著科技的發(fā)展，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)研究者又提出了虛擬現(xiàn)實自適應(yīng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以根據(jù)使用者的水平及使用需求制訂相應(yīng)難度的培訓(xùn)內(nèi)容[7]。在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)中，沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還有很多不足之處：（1）模型的真實度欠佳；（2）不具備對比和評判不同模型的教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)；（3）長期觀看VR圖像會造成視覺疲勞，力學(xué)反饋的真實度和實時性欠佳。
2.3增強(qiáng)現(xiàn)實的應(yīng)用及其優(yōu)勢
AR技術(shù)能增強(qiáng)用戶與現(xiàn)實世界的感知和互動，通過虛擬對象所傳遞的信息幫助用戶完成現(xiàn)實世界的任務(wù)。目前，AR在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用包括醫(yī)學(xué)可視化、手術(shù)輔助等。增強(qiáng)現(xiàn)實不僅僅是一項新的技術(shù)，它還可以用來提高醫(yī)學(xué)教育水平，最終影響患者的治療效果[8]。早在1992年，北科羅拉多大學(xué)就將超聲影像疊加在患者身上，使醫(yī)生具有“透視眼”。目前增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)已經(jīng)被醫(yī)生用作輔助手術(shù)的可視化工具。如可以幫助護(hù)士更好地找到靜脈；實時地采集MRI和CT數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像融合，與患者體表形態(tài)相對應(yīng)，還可以根據(jù)患者的運(yùn)動情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，呈現(xiàn)給醫(yī)生患者身體的內(nèi)部視圖。AR技術(shù)還被應(yīng)用于機(jī)器人輔助技術(shù)。Renaissance機(jī)器人被廣泛地應(yīng)用于脊柱外科手術(shù)當(dāng)中[9]。術(shù)前，將CT數(shù)據(jù)合成3D圖像，規(guī)劃手術(shù)區(qū)域和螺釘?shù)拈L度、方位和角度。術(shù)中，透視機(jī)器人軟件分析患者的患病位置，并與術(shù)前的CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，根據(jù)實際手術(shù)情況微調(diào)螺釘?shù)慕嵌燃拔恢?，機(jī)器人會自動置入螺釘。Renaissance機(jī)器人可以降低學(xué)習(xí)難度，幫助學(xué)習(xí)者建立脊柱立體概念，增強(qiáng)椎弓根置釘?shù)陌踩?，縮短學(xué)習(xí)周期[10]。MAKOplasty機(jī)器人手臂輔助醫(yī)生進(jìn)行膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)置換。術(shù)前通過CT數(shù)據(jù)建立3D視圖，手術(shù)中使用NDI運(yùn)動捕捉系統(tǒng)進(jìn)行三維配準(zhǔn)，機(jī)器人根據(jù)患者情況個性化精準(zhǔn)設(shè)計假體，真正實現(xiàn)手術(shù)的微創(chuàng)化和精準(zhǔn)化。隨著機(jī)器人輔助手術(shù)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有越來越多的基于AR技術(shù)的輔助手術(shù)機(jī)器人被投入臨床教學(xué)中。
3結(jié)語
虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育可以提高教學(xué)質(zhì)量，豐富教學(xué)手段。本文提到的3種不同的虛擬現(xiàn)實技術(shù)有其各自的優(yōu)缺點，可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的實際情況設(shè)置不同的學(xué)習(xí)難度。桌面式虛擬現(xiàn)實設(shè)備價格較低廉、操作較簡單，通過二維平面展現(xiàn)3D圖像，更適用于醫(yī)學(xué)教學(xué)中基本概念的學(xué)習(xí)。沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)隨著硬件設(shè)備的不斷發(fā)展，設(shè)備的價格逐漸趨于大眾化。沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)創(chuàng)建的模型給學(xué)生提供的觸覺、聲音、圖像更加逼真，更接近真實的臨床、實驗場景。相比于桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，更適合啟發(fā)式教學(xué)。增強(qiáng)現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用是虛擬現(xiàn)實技術(shù)未來的發(fā)展方向，隨著醫(yī)學(xué)對精準(zhǔn)化的要求，增強(qiáng)現(xiàn)實仍需要解決一些問題，才能使其在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域應(yīng)用得更加廣泛和有效。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術(shù) 機(jī)電類專業(yè)課程 教學(xué)
【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
【文章編號】0450-9889（2012）09C-0183-02
虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR），又稱假象現(xiàn)實技術(shù)，是利用計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)合成的人工世界。它能夠刺激人的聽覺、觸覺、視覺等感覺器官，使人沉浸在這種現(xiàn)代技術(shù)所生成的虛擬環(huán)境中，產(chǎn)生與現(xiàn)實世界相類似的感官效果。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在很多領(lǐng)域替代或部分替代現(xiàn)實世界。如今，繼科學(xué)實驗、理論分析之后，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為人類探索客觀世界規(guī)律的第三大手段。
在高職機(jī)電類專業(yè)課程中引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能給復(fù)雜的技能訓(xùn)練、抽象的理論教學(xué)帶來革命性的變化。同時也將給機(jī)電類高職教育的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段以及教學(xué)理念等產(chǎn)生重要的影響。
一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職機(jī)電類專業(yè)課程中的應(yīng)用現(xiàn)狀
（一）應(yīng)用類型。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以分為桌面級虛擬現(xiàn)實、投入型虛擬現(xiàn)實、分布型虛擬現(xiàn)實、逼近現(xiàn)實型虛擬現(xiàn)實四種類型。投入型虛擬現(xiàn)實和桌面級虛擬現(xiàn)實的沉浸度比較低，但因其價格低廉，常被高職教育所采用。其中，桌面級的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件投入最少，甚至在個人電腦和比較低級的計算機(jī)工作站中就可以進(jìn)行仿真。利用它，學(xué)生可以通過操作鼠標(biāo)跟虛擬世界交互，盡管沉浸度比較低，但其性價比是高職院校所能接受的。與桌面級虛擬現(xiàn)實相比，投入型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能更為逼真地模擬現(xiàn)實世界，通過它用戶“以假亂真”的體驗更加明顯。它可以利用頭盔顯示器等設(shè)備，把學(xué)生的聽覺、視覺和其他感官體驗封閉起來，提供一個新的、虛幻的感覺空間。利用數(shù)據(jù)采集手套、位置傳感器、便攜式輸入系統(tǒng)等使學(xué)生產(chǎn)生一種身臨其境的虛幻效果。常見的系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)。目前，由于投入成本等方面的限制，我國高職教育多采用較為低端的投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。
（二）應(yīng)用方式。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職機(jī)電類專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用主要有三維演示、虛擬實驗、虛擬實訓(xùn)、仿真教學(xué)、虛擬維修等。三維演示利用簡易型虛擬現(xiàn)實技術(shù)表現(xiàn)機(jī)電設(shè)備、設(shè)備零部件的結(jié)構(gòu)和動態(tài)，便于學(xué)生深入地了解設(shè)備和每個零部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生理解設(shè)備的動作方式及工作原理。虛擬實驗是指把虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)虛擬實驗室、開發(fā)虛擬實驗軟件。通過這樣的平臺，學(xué)生可以身臨其境地對機(jī)電設(shè)備零部件進(jìn)行虛擬拆裝、對儀器儀表進(jìn)行操作等。虛擬實訓(xùn)集中體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸性和交互性的優(yōu)點，讓學(xué)生成為虛擬環(huán)境的積極參與者。通過虛擬實訓(xùn)，學(xué)生可以進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的安裝與調(diào)試、故障檢測與診斷、機(jī)床電控回路的仿真連接等職業(yè)技能訓(xùn)練，在取得接近于真實實訓(xùn)效果的同時，達(dá)到了降本運(yùn)作的目的。仿真教學(xué)則是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建學(xué)習(xí)情境，在情境中學(xué)生可以扮演職場角色，對未來職場的工作內(nèi)容進(jìn)行深入的體驗，很大的縮短了學(xué)生獲取職業(yè)崗位相關(guān)知識的時間。近年來，虛擬維修是虛擬技術(shù)的一個重要研究方向，其目的主要是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機(jī)上真實地展現(xiàn)設(shè)備的維修過程，增強(qiáng)設(shè)備維修的決策能力。現(xiàn)階段，虛擬維修在高職機(jī)電類課程的教學(xué)中，應(yīng)用得比較廣泛的是機(jī)電設(shè)備電控系統(tǒng)故障查找、機(jī)電設(shè)備液壓系統(tǒng)故障查找等比較初級的虛擬維修項目。
（三）應(yīng)用特點。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職機(jī)電類課程教學(xué)中的應(yīng)用具有職業(yè)性、實踐性、情境性、過程性、開放性等特點。職業(yè)性是指虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以比較真實地模擬高職機(jī)電類專業(yè)學(xué)生相關(guān)的職業(yè)崗位的工作環(huán)境，利用它可以使學(xué)生的各項職業(yè)技能的培訓(xùn)更為高效；實踐性是指虛擬現(xiàn)實技術(shù)能逼真地模擬現(xiàn)實世界的各種實踐操作，以最低的成本獲得最好的實踐效果；情境性是指利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，通過教學(xué)課件、課程網(wǎng)站等CAI手段，實現(xiàn)把抽象的內(nèi)容具體化，復(fù)雜的問題簡單化，不可見的結(jié)構(gòu)或動作可視化的教學(xué)效果；過程性是指利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)基于企業(yè)真實工作過程的項目教學(xué)，使教學(xué)的過程和內(nèi)容更加符合企業(yè)的崗位需求，學(xué)生通過這個環(huán)節(jié)可以了解企業(yè)真實的工作過程，走上工作崗位后能較快地適應(yīng)職業(yè)崗位要求；開放性則是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建學(xué)習(xí)情境并提供豐富的學(xué)習(xí)資源以滿足學(xué)生不同層次的需求，學(xué)生可以打破時間和空間的限制，獲得最大的個性化發(fā)展。
（四）應(yīng)用優(yōu)勢。首先，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展高職機(jī)電類專業(yè)課程教學(xué)，可以改善教學(xué)環(huán)境。機(jī)電類專業(yè)課程具有理論性、實踐性強(qiáng)等特點，虛擬現(xiàn)實技術(shù)使學(xué)生可以在虛擬的環(huán)境下，感受到職場的氛圍。操練職業(yè)技能，在不大幅增加實訓(xùn)設(shè)備的情況下，獲得最好的學(xué)習(xí)效果。其次，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以提高實訓(xùn)效率。學(xué)生在開展實訓(xùn)操作之前，先進(jìn)行虛擬實訓(xùn)，對操作要領(lǐng)和實訓(xùn)環(huán)節(jié)初步了解，可以較大地提高實訓(xùn)的效率和效果，并且還能降低對實訓(xùn)設(shè)備的損耗。最后，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以提升學(xué)生的職業(yè)技能。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以真實地再現(xiàn)各種場景，使得學(xué)生對機(jī)電專業(yè)課程的學(xué)習(xí)難度大為降低。虛擬實驗、實訓(xùn)的成本較之傳統(tǒng)的實驗和實訓(xùn)的成本低廉，使得實驗實訓(xùn)項目的開出率得以最大限度地保證。學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中“做中學(xué)，學(xué)中做”，能使專業(yè)能力、方法能力等方面的職業(yè)素養(yǎng)得以全面地提升。
二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職機(jī)電類專業(yè)課程教學(xué)的應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題
（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)存在局限性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身的局限性決定了它只能作為現(xiàn)實教學(xué)手段的輔助工具。任何先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，都無法構(gòu)建出與現(xiàn)實世界完全吻合的虛擬世界。它給參與者帶來的感官刺激無法取代現(xiàn)實世界所產(chǎn)生的真實自然的刺激。例如：在機(jī)床維修課程的教學(xué)中，常采用虛擬實訓(xùn)的方式讓學(xué)生進(jìn)行虛擬拆裝。學(xué)生通過拖動鼠標(biāo)等操作，把虛擬環(huán)境下的機(jī)床拆卸成為一個個的零部件，借以了解機(jī)床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是在這個過程中，學(xué)生無法獲取諸如“拆卸一個零部件，需要多大的力道？應(yīng)該使用何種工具？”，“如何保證在拆卸的過程中不會損壞所拆卸的零部件？”，“某個零部件的重量是多少？用什么材料制成的？”等方面的信息和經(jīng)驗。
（二）過度主張學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，教師引導(dǎo)作用難以發(fā)揮。在高職機(jī)電類專業(yè)課程中引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展教學(xué)的過程中，學(xué)生可以在教師的引導(dǎo)下利用豐富的教學(xué)資源，結(jié)合自身情況，選擇適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。這種不同于傳統(tǒng)教學(xué)方式的教學(xué)模式可以最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，非常有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型高技能人才。但在這種教學(xué)模式下，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力被過度強(qiáng)調(diào)，教師的引導(dǎo)作用無形中被弱化。在現(xiàn)實的教學(xué)過程中，由于學(xué)生的自由度過大，教師很難對學(xué)生實施有效地監(jiān)控，對于自我學(xué)習(xí)能力不足、自制能力差的學(xué)生，容易出現(xiàn)教學(xué)效果欠佳的情況。
（三）過度依賴虛擬現(xiàn)實技術(shù)，弱化團(tuán)隊的交流合作。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行高職機(jī)電類專業(yè)課程的教學(xué)，因其便利性與低成本的特點，多采用“一人一機(jī)”的教學(xué)方式。這種方式雖然能夠使每個學(xué)生個體得到最大限度的動手機(jī)會，卻削弱了團(tuán)隊間的直接交流，不利于團(tuán)隊精神的培養(yǎng)，不利于團(tuán)隊間的交流與合作，不利于學(xué)生社會能力的培養(yǎng)。
（四）教師引導(dǎo)不善，容易使學(xué)生養(yǎng)成不良的職業(yè)行為習(xí)慣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與現(xiàn)實的差異，決定了學(xué)生在虛擬環(huán)境中容易產(chǎn)生偏離現(xiàn)實環(huán)境中的行為。例如：電工課程的虛擬實訓(xùn)過程中，因為沒有現(xiàn)實操作的危險性，容易滋養(yǎng)學(xué)生恣意妄為的行為習(xí)慣，這種習(xí)慣帶到現(xiàn)實操作中，其后果無疑是非常嚴(yán)重的。這種情況在高職機(jī)電類其他專業(yè)課程的虛擬實訓(xùn)中普遍存在。
三、提高虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職機(jī)電類專業(yè)課程教學(xué)中應(yīng)用效果的對策
（一）提高專業(yè)教師的素質(zhì)，大力推進(jìn)高職機(jī)電類專業(yè)課程改革。高職院校應(yīng)當(dāng)對現(xiàn)時的機(jī)電類專業(yè)課程的教學(xué)體系和教學(xué)模式進(jìn)行改革，進(jìn)行基于工學(xué)結(jié)合的高職機(jī)電類專業(yè)課程建設(shè)。專業(yè)教師要能夠使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建基于企業(yè)真實工作過程的、真實模擬從業(yè)人員生產(chǎn)活動的虛擬環(huán)境。這需要專業(yè)教師能夠熟練地掌握虛擬平臺的開發(fā)和使用方法，引導(dǎo)學(xué)生解決虛擬實訓(xùn)過程中所碰到的問題，使學(xué)生能更好地融入到真實的工作情境當(dāng)中。
關(guān)鍵詞:建筑施工;特點;虛擬現(xiàn)實技術(shù);方案設(shè)計;人員培訓(xùn)
一、現(xiàn)代建筑施工的特點分析
第一、空間上的布置于時間上的排列的矛盾成為建筑施工中的主要矛盾,這主要是由于建筑工程的產(chǎn)品固定性與生產(chǎn)流動性之間的矛盾而導(dǎo)致的。
第二、建筑施工生產(chǎn)不僅具有長周期性、工序的繁雜性以及強(qiáng)綜合性的特點,同時,高空作業(yè)和地下作業(yè)也是建筑施工生產(chǎn)的主要構(gòu)成部分。
第三、在建筑施工任務(wù)中,人員關(guān)系具有復(fù)雜性,因而他們之間的配合關(guān)系也較為復(fù)雜,這主要是因為建筑施工生產(chǎn)任務(wù)較為復(fù)雜,其完成必須通過專業(yè)相異、工種不同的人員之間的交流、合作。再加上各種材料、機(jī)械和設(shè)施。
二、在施工方案設(shè)計中的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有兩個關(guān)鍵特性,一個是沉浸性,另一個是交互性,建筑施工方案設(shè)計在人機(jī)關(guān)系上的基本特征便是通過這兩個特性反映出來的,也就是說,設(shè)計者的主導(dǎo)作用通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的沉浸性和交互性而被充分反映出來。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中,設(shè)計者可以參與到整個計算過程中,而不是在計算結(jié)束后才能知曉計算結(jié)果;在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,方案設(shè)計以動態(tài)的優(yōu)化設(shè)計代替了員阿里的經(jīng)驗的、靜態(tài)的、類比的設(shè)計。換言之,在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,為了保證設(shè)計的方案最優(yōu)化,在分析和設(shè)計方案時,設(shè)計人員可以通過可視化的虛擬模型來適時的修改設(shè)計方案。
虛擬現(xiàn)實施工方案設(shè)計方法的實現(xiàn)過程為:在三維可視化虛擬環(huán)境中,設(shè)計人員可利用CAD設(shè)計軟件建立對象結(jié)構(gòu)實體模型,并將模型的幾何信息輸入有限元分析軟件(如AN-SYS等)中,建立三維可視化的有限元模型,然后對有限元模型i撕亍計算分析。有限元模型數(shù)據(jù)和分析結(jié)果數(shù)據(jù)分別存人相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。并轉(zhuǎn)化成圖形數(shù)據(jù)文件,表達(dá)為圖形或圖像的形式,使設(shè)計人員能沉浸在三維可視化的虛擬環(huán)境中觀察模型的模擬和計算,并實時地對模擬過程進(jìn)行修改,直到獲得滿意的方案。最后將最優(yōu)施工方案的結(jié)果存人數(shù)據(jù)庫,為繪制施工圖提供可靠依據(jù),優(yōu)化施工方案過程主要由計算機(jī)完成,并能充分利用設(shè)計人員的經(jīng)驗,而不是像傳統(tǒng)的施工方案設(shè)計只能依靠施工技術(shù)人員多年積累的實踐經(jīng)驗或習(xí)慣作法。
三、在施工人員培訓(xùn)中的應(yīng)用
在虛擬環(huán)境中對施工人員進(jìn)行培訓(xùn)是一種非常理想的培訓(xùn)方式,其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
第一、虛擬現(xiàn)實完全是交互式的,在虛擬環(huán)境中由用戶決定下一步做什么、如何做、可重復(fù)做;
第二、虛擬現(xiàn)實強(qiáng)調(diào)參與者的經(jīng)驗和理論知識,在有經(jīng)駿施工人員的參與下,可為缺乏經(jīng)驗的施工人員提供建筑施工的經(jīng)驗,在先期虛擬環(huán)境中認(rèn)識、學(xué)習(xí)、驗證建筑施工組織和管理;
第三、參與者和虛擬現(xiàn)實交互的方式和參與者在現(xiàn)實世界中的方式是完全相同的,虛擬現(xiàn)實中的任何事物很容易被參與者接收和理解,參與者不必學(xué)習(xí)任何操作計算機(jī)的技巧;
第四、虛擬現(xiàn)實提供的是一種有趣的、激動人心的培訓(xùn)工具,能通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對施工人員進(jìn)行培訓(xùn)。
通過對施工方案的動態(tài)模擬,施工人員可以隨意地選擇觀察點和角度,對施工現(xiàn)場進(jìn)行實時漫游,以獲得全面的印象,施工過程中,各工序間的協(xié)調(diào)配合是不容易做到的;而在虛擬施工中,可以對方案反復(fù)進(jìn)行試驗,得出一些具體參數(shù)用以指導(dǎo)施工。在虛擬施工中,還可以直觀地觀察到對象間相互的空間關(guān)系,對于接近可能干涉的對象,可提醒施工人員施工時特別小心,做到心中有數(shù)。
四、虛擬現(xiàn)實在筑施工中應(yīng)用研究的展望
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一個大型綜合集成環(huán)境,是一項集成性極強(qiáng)的高新信息技術(shù)。但是它還有諸多不完善的地方,為實現(xiàn)和推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑施工領(lǐng)域的運(yùn)用和發(fā)展,我們還需要做以下方面的工作:
第一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身是一門新興的學(xué)科,基于虛擬現(xiàn)實的虛擬施工也尚未形成一個完整的理論體系,雖然現(xiàn)階段在西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有關(guān)于它的一些報道和文章,但是學(xué)術(shù)界和技術(shù)界還沒有公認(rèn)的有關(guān)虛擬施工的定義。因此,必須加強(qiáng)對建筑施工理論的探索和研究,力求建筑施理論從本質(zhì)上得到突破。因為建筑施工理論奠定了基于虛擬現(xiàn)實的虛擬施工的理論基礎(chǔ)。
現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中，存在諸多影響教學(xué)效果的因素，其中最主要的因素之一就是缺乏交互作用。在遠(yuǎn)程教育的實踐中，人們越來越感到，要抑制和減少遠(yuǎn)程教育形式的固有弱點、保證遠(yuǎn)程教育的質(zhì)量，必須加強(qiáng)實施現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的交互手段，充分發(fā)揮交互作用的特點及其在遠(yuǎn)程教學(xué)中運(yùn)用的優(yōu)勢，這樣，對現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的交互作用進(jìn)行廣泛而深入的研究，就自然而然提到議事日程上來了。在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，遠(yuǎn)程教育中能夠運(yùn)用的以信息技術(shù)為依托的交互方式有很多，例如：Intemet網(wǎng)絡(luò)、視頻會議系統(tǒng)、交互式電視等。但是這些交互方式還是過于傳統(tǒng)，而且，在教學(xué)效果上做不到身臨其境，教學(xué)效果也就不能充分發(fā)揮。要充分提升遠(yuǎn)程教學(xué)教育效果，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是最好的解決之道。虛擬現(xiàn)實(VirtualReality)，簡稱VR技術(shù)、靈境技術(shù)或、幻真技術(shù)，它實際上是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界(VirtualWorld)的計算機(jī)系統(tǒng)。此種虛擬世界由計算機(jī)生成，可以是現(xiàn)實世界的再現(xiàn)，亦可以是構(gòu)想中的世界，用戶可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互。它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界，并通過頭盔顯示器(HMD)、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備，提供用戶一個觀測與該虛擬世界交互的三維界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化，產(chǎn)生沉浸感。VR技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)、計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)視覺、視覺生理學(xué)、視覺心理學(xué)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)、多媒體技術(shù)、信息技術(shù)、立體顯示技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、軟件工程、語音識別與合成技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工智能技術(shù)等多種高新技術(shù)集成之結(jié)晶。其逼真性和實時交互性為系統(tǒng)仿真技術(shù)提供有力的支撐。它同時具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性，使人們能沉浸其中，超越其上，出入自然，形成具有交互效能多維化信息環(huán)境。
1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成及技術(shù)特征
虛擬現(xiàn)實硬件主要由專業(yè)計算機(jī)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)、輸入設(shè)備和演示設(shè)備等組成，虛擬現(xiàn)實是離不開硬件的支持的，只有在硬件的輔助上才能將虛擬現(xiàn)實的優(yōu)越性最大程度的發(fā)揮出來．虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征之一就是人機(jī)之間的交互性．為了實現(xiàn)人機(jī)之間的充分交換信息，必須設(shè)計特殊輸入和演示設(shè)備，以影響各種操作和指令，且提供反饋信息，實現(xiàn)真正生動的交互效果。不同的項目可以根據(jù)實際的應(yīng)用可以有選擇的使用這些工具，主要包括：立體投影、立體眼鏡、頭盔顯示器、三維空間跟蹤定位器、數(shù)據(jù)手套、3D立體顯示器、三維空間交互球、多通道環(huán)幕系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實產(chǎn)生的視覺形式可分為平面型、桌面型、立體型三類。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下重要特征。
多感知性：在虛擬世界中可具有視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動感，甚至還包括味覺、嗅覺。沉浸感：用戶感到作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。交互性：用戶對虛擬環(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(包括實時性)。自主性：在虛擬環(huán)境中物體反映一般規(guī)律的真實程度和用戶在虛擬環(huán)境中應(yīng)遵循的一般準(zhǔn)則。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實際應(yīng)用已經(jīng)展開具體包括虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用、擬現(xiàn)實系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在樂、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在軍事與航天工業(yè)的應(yīng)用、擬現(xiàn)實系統(tǒng)在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系在房產(chǎn)開發(fā)中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在工業(yè)仿中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在軍事模擬中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在文物古跡中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實統(tǒng)在游戲中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在web3d／品／靜物展示中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在道路梁中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在地理中的應(yīng)用、擬現(xiàn)實系統(tǒng)在虛擬演播室中的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實統(tǒng)在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用。
2遠(yuǎn)程教育中虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用模型
虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成模型如圖l所示。通過對遠(yuǎn)程教育中虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用特殊性的分析，給出了如圖2的應(yīng)用模型圖2中，每個學(xué)生使用的客戶端都是一個獨立的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其組成與圖1中虛線內(nèi)部分相同。教師授課系統(tǒng)通過虛擬現(xiàn)實服務(wù)器上的應(yīng)用與虛擬現(xiàn)實客戶端進(jìn)行通信。學(xué)生在虛擬現(xiàn)實客戶端上進(jìn)行操作過程中形成的模擬數(shù)據(jù)上傳到虛擬現(xiàn)實服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，以供教師遠(yuǎn)程調(diào)閱，教師可根據(jù)調(diào)閱的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步或者異步的指導(dǎo)。教師可以通過遠(yuǎn)程通信的方式在虛擬現(xiàn)實服務(wù)器上為學(xué)生指定虛擬操作的內(nèi)容供學(xué)生在尋你客戶端進(jìn)行操作。教師可以在授課系統(tǒng)上進(jìn)行虛擬演示，演示過程上傳至虛擬現(xiàn)實服務(wù)器并間接在學(xué)生虛擬現(xiàn)實客戶端進(jìn)行直播，教師可以在操作的時候進(jìn)行同步解說。
3結(jié)束語
虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為參加遠(yuǎn)程教育的學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)壞境，學(xué)生能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，這對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點、難點，培養(yǎng)學(xué)生的技能，強(qiáng)化教學(xué)過程的互動都將起到積極的作用。
[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實設(shè)備教學(xué)
中圖分類號:TP-9文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210106-02
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,特別是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,帶動了各領(lǐng)域科研方式的全面革新。各種計算機(jī)輔助設(shè)計系統(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)實技術(shù)成為近幾年來國內(nèi)外科技界關(guān)注的一個熱點。目前,虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)實習(xí)、軍事訓(xùn)練、建筑設(shè)計、教育培訓(xùn)等眾多領(lǐng)域。
一、虛擬現(xiàn)實的概念以及特點
(一)基本概念
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種真實模擬人在自然環(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)用計算機(jī)圖形學(xué),人工智能,計算機(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)科知識在計算機(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
1.沉浸性:指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。虛擬現(xiàn)實技術(shù)根據(jù)人類各種感覺器官以及心理特點,經(jīng)由計算機(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)行交互行為時有一種身臨其境的感受。
2.交互性:指用戶對模擬環(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)動感知,甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應(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)境則是真實模擬還原現(xiàn)實客觀世界環(huán)境,強(qiáng)調(diào)三維顯示立體環(huán)境,更貼近于現(xiàn)實真實環(huán)境。
4.多感知性:是指除了一般計算機(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)到理論上的對人類感官的全面模擬,現(xiàn)今的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的感知功能僅限于通過視覺,聽覺,觸覺等。
二、虛擬現(xiàn)實分類
根據(jù)用戶參與的形式的不同,通常把虛擬現(xiàn)實分成四大類。桌面虛擬現(xiàn)實,沉浸的虛擬現(xiàn)實,增強(qiáng)現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實,分布式虛擬現(xiàn)實。
(一)桌面虛擬現(xiàn)實
桌面虛擬現(xiàn)實(PCVR)系統(tǒng),基本上是一套基于普通PC平臺的小型桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。其實就是使用個人計算機(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手控輸入設(shè)備,如數(shù)據(jù)手套和六個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
沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是一種高級的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),它提供一個完全沉浸的體驗,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)點是使用戶全身心地沉浸到虛擬世界中去,缺點是系統(tǒng)設(shè)備價格昂貴,難以普及推廣。
(三)增強(qiáng)現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實
增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是把真實環(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世界,同時也可以看到疊加在真實世界的虛擬對象,這種系統(tǒng)既可減少對構(gòu)成復(fù)雜真實環(huán)境的計算,又可對實際物體進(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
分布式虛擬現(xiàn)實系統(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,多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)同時參加一個虛擬空間,共同體驗虛擬經(jīng)歷,對同一虛擬世界進(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)實的應(yīng)用提升到了一個更高的境界。
三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的實現(xiàn)意義
將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入學(xué)校教學(xué)是教育方法上的一次革命性的創(chuàng)新實踐。相對于傳統(tǒng)的教學(xué)模式中理論教學(xué)方面對知識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)實技術(shù)可以全方位的讓學(xué)生主動獲取知識,對知識體系有全方位的理解。而在實驗教學(xué)方面虛擬現(xiàn)實技術(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,讓學(xué)習(xí)者通過實際操作或親身體驗來接受相關(guān)知識內(nèi)容。例如在飛行員的培訓(xùn)中就可以引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn),從而降低了風(fēng)險以及教學(xué)成本。因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)在理論與實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中有以下優(yōu)勢及特征:
(一)理論教學(xué)方面
1.模擬實物立體模型:在教學(xué)中經(jīng)常要利用一些實物展示,以幫助學(xué)生形象的認(rèn)識知識對象。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時信息較為匱乏,學(xué)生無法獲取畫面之外的知識信息。
(2)利用實物展示。這種方法的缺點是學(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)無法實現(xiàn)動態(tài)交互,學(xué)生只能被動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。無法自己主動獲取所希望了解的相關(guān)方面知識。
但是通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)我們可以構(gòu)建與實物相同的三維物體。利用三維制作軟件制作模型,最后存儲為VRML格式,在VRML播放器中使用可以全面的認(rèn)識展示對象。如計算機(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。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)實中存在的或根據(jù)歷史資料在歷史中層真實存在的空間。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的知識親自觀察。這種教學(xué)方法無疑是對傳統(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)人類知識的結(jié)晶與藝術(shù)的瑰寶。但是大多數(shù)時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)實技術(shù)我們可以真實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。我們甚至可以從人們無法獲得視點來觀察。
(二)實驗教學(xué)方面
虛擬實驗是采用虛擬現(xiàn)實等技術(shù),模擬傳統(tǒng)實驗操作環(huán)節(jié)的軟硬件實驗環(huán)境,包括虛擬的實驗設(shè)備、實驗工具、實驗對象等。實驗過程主要是對虛擬對象的操作,實驗結(jié)果可以被處理、存儲,實驗過程可以不斷重復(fù)進(jìn)行,虛擬實驗注重的是實驗操作的交互性和實驗結(jié)果的仿真性。
虛擬實驗室是虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用研究的重要載體,是以計算機(jī)軟硬件技術(shù)為基礎(chǔ),使用軟件開發(fā)工具實現(xiàn)的一種虛擬實驗環(huán)境,通過開發(fā)一系列虛擬實驗?zāi)K來模擬真實的實驗環(huán)境、實驗設(shè)備和實驗過程,實驗者能夠進(jìn)行友好人機(jī)交互,真實感受互動的實驗過程,身臨其境地進(jìn)行實驗操作。虛擬實驗室與傳統(tǒng)實驗室相比有以下優(yōu)點:
1.打破了傳統(tǒng)實驗對地點和時間的限制:很多實驗都需要大量的時間來進(jìn)行操作,而且很多實驗對實驗地點的要求也很嚴(yán)格。但是結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù),我們可以突破時間的限制而在較短的時間內(nèi)獲得實驗結(jié)果,同時對一些特殊實驗環(huán)境也可以進(jìn)行模擬,打破了實驗的地點限制。
2.降低了實驗器械的損耗以及充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造力:在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進(jìn)行實驗,學(xué)生無需對損壞實驗器械而擔(dān)心?？梢苑判拇竽懙氖褂靡恍┛赡苁职嘿F的實驗器材。同時在虛擬的實驗環(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)費等硬件的限制。
4.降低操作風(fēng)險:在一些高危險性的實驗中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(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性的實驗:如核反應(yīng)實驗等涉及放射性元素的實驗課題。虛擬實驗教學(xué)應(yīng)用于實驗教學(xué)是教育技術(shù)發(fā)展的一個飛躍,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,從而得到新知識的學(xué)習(xí)模式。
四、結(jié)語
虛擬現(xiàn)實技術(shù)伴隨著計算機(jī)圖像技術(shù)和計算機(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)長的時間。但是隨著科技的日新月異的變革,我們的虛擬現(xiàn)實技術(shù)也將迎來一個快速發(fā)展的階段,使我們的虛擬現(xiàn)實中的場景更加真實,人物也更加生動形象,使之帶動教育教學(xué)手段上的革新。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞：現(xiàn)代教育技術(shù)；虛擬現(xiàn)實；教學(xué)模式；教育應(yīng)用
引言
新一輪的信息革命將深刻地改變傳統(tǒng)行業(yè)，逐漸克服技術(shù)難題之后，5G通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)都得到了長足的發(fā)展，研究者們開始關(guān)注虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，它在現(xiàn)代教育領(lǐng)域的運(yùn)用成了矚目的焦點。
1現(xiàn)代教育技術(shù)的特點和發(fā)展趨勢
現(xiàn)代教育技術(shù)是把現(xiàn)代教育理論應(yīng)用于教育、教學(xué)實踐的現(xiàn)代教育手段和方法的體系。它以實現(xiàn)教學(xué)過程、教學(xué)資源、教學(xué)效果、教學(xué)效率的最優(yōu)化為目的[1]。它的現(xiàn)代化體現(xiàn)在教學(xué)設(shè)計現(xiàn)代化、教學(xué)手段現(xiàn)代化、教學(xué)媒體現(xiàn)代化。隨著現(xiàn)代教育科學(xué)和現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代教育技術(shù)和教育聯(lián)系緊密，它增加了信息傳遞的方式與方法，提升了教學(xué)效果與效率?，F(xiàn)代教育技術(shù)與普通教育技術(shù)沒有本質(zhì)區(qū)別，突出”現(xiàn)代”一詞的目的是要更多地關(guān)注現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的相關(guān)問題，吸納新的科學(xué)技術(shù)成果和思維方式，凸顯教育技術(shù)的時代特色。目前，教育技術(shù)在教育中的應(yīng)用可以按照技術(shù)特點大致分為以下5類：（1）基于傳統(tǒng)媒介（如書本、圖片、畫冊、黑板、模型、實物、小型展覽）的常規(guī)教學(xué)模式；（2）基于視聽技術(shù)（計算機(jī)技術(shù)）的多媒體教學(xué)模式；（3）基于衛(wèi)星通信技術(shù)的遠(yuǎn)距離教學(xué)模式；（4）基于因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)模式；（5）基于三維仿真技術(shù)的“虛擬現(xiàn)實”的教學(xué)模式。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，許多新技術(shù)被用到教育教學(xué)實踐中，豐富了現(xiàn)代教育技術(shù)的內(nèi)涵。現(xiàn)代教育技術(shù)突破了傳統(tǒng)教育方式，正朝著多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、教育技術(shù)應(yīng)用模式多樣化和遠(yuǎn)程教育普及化的趨勢發(fā)展[2]。而“虛擬現(xiàn)實”的教學(xué)模式，具有多種教學(xué)模式的優(yōu)勢，試想一個場景——分散在世界各地學(xué)習(xí)者穿戴著虛擬現(xiàn)實設(shè)備，匯集到一個共同的虛擬社區(qū)，在這里自由交流與學(xué)習(xí)——這種美好的愿景并不遙遠(yuǎn)。
2虛擬現(xiàn)實的概念及特征
虛擬現(xiàn)實是一項融合了計算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)、心理學(xué)及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)發(fā)展起來的計算機(jī)綜合技術(shù)[3]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)有三大基本特征：沉浸感、交互性和想象力，它強(qiáng)調(diào)人在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的主導(dǎo)作用[4]。交互性是指用戶與虛擬空間中的虛擬物體的互動能力；沉浸性是指用戶在計算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，通過模擬視覺、聽覺等感官，給人以真實感覺；想象性是指用戶在虛擬環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境傳遞的信息以及自身沉浸在系統(tǒng)的行為，通過自己的邏輯判斷、聯(lián)想等思維過程，想象虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中并未直接呈現(xiàn)的畫面和信息。近年來，科技不斷發(fā)展，信息量呈爆炸式增長，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能有效地提高信息傳播和教學(xué)效率。虛擬實現(xiàn)的特性符合現(xiàn)代教育技術(shù)對提高教學(xué)水平的要求。
3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用途徑
3.1自主學(xué)習(xí)
虛擬現(xiàn)實提供了一種嶄新的交互方式，學(xué)生可以通過眼睛、耳朵等多種感覺器官與它進(jìn)行實時互動。學(xué)生憑借自然語言交互，以觸覺、視覺、聽覺作為媒介，和計算機(jī)進(jìn)行交流溝通。這種嶄新的人機(jī)交互方式，給與學(xué)習(xí)者全新的體驗：在這個虛構(gòu)的學(xué)習(xí)場景中，真實與虛擬模糊了邊界，理論知識和實踐操作同時進(jìn)步。虛擬現(xiàn)實模擬的環(huán)境大體可以分為三個層次：（1）“顯示現(xiàn)實”，還原真實的環(huán)境，但是一般人不容易直接接觸，如火山口的場景、銀河中的場景、危險的化學(xué)實驗室等；（2）“模擬現(xiàn)實”，模擬現(xiàn)實中不存在的環(huán)境、特殊條件下才會產(chǎn)生的事物，如仿真訓(xùn)練、模擬訓(xùn)練等；（3）“創(chuàng)造現(xiàn)實”，突破現(xiàn)實的制約，想象力有多大，創(chuàng)造力就有多大，一切現(xiàn)實法則都可以在虛擬空間中被顛覆，給學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力的機(jī)會，把好的創(chuàng)想在虛擬空間中盡情展現(xiàn)。
3.2虛擬實驗室
虛擬實驗室是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一大創(chuàng)新，學(xué)生可以在其中自由實驗，動手操作，觀察各種實驗反應(yīng)，擺脫常規(guī)實驗室的局限。在虛擬物理實驗室中，學(xué)生可以虛擬出各種物理現(xiàn)象，實驗效果直觀可見；可以看見現(xiàn)實中看不到的磁場，理解磁場變化的原理；可以感受橋梁大廈的建造與崩塌，分析其中的力學(xué)原理。身處虛擬生物實驗室內(nèi)，可以仔細(xì)觀察人體組織的切片結(jié)構(gòu)，各種骨骼結(jié)構(gòu)也變得清晰透明。在虛擬化學(xué)實驗室中，學(xué)生可以遠(yuǎn)離現(xiàn)實實驗室的各種危險，安全地操作天平、砝碼，觀察燃燒、爆炸等反應(yīng)現(xiàn)象；在虛擬地理實驗室中，學(xué)生可以進(jìn)行地震和火山爆發(fā)等實驗，瞬間遨游太空，瞬間又深潛入海底，盡情體驗地理科學(xué)的魅力。想象力的邊界才是虛擬實驗室的邊界，虛擬實驗室將成為學(xué)生們最喜愛的場所。
3.3技能訓(xùn)練
虛擬現(xiàn)實沉浸感和互動性的特性，可以使學(xué)習(xí)者全身心進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，在安全的虛擬環(huán)境中反復(fù)練習(xí)，不斷試錯，直到熟練掌握技能。例如，在虛擬射擊培養(yǎng)體系中，學(xué)生可以重復(fù)射擊，提高反應(yīng)能力，學(xué)習(xí)不同的掩體情況下的射擊方法，直到熟練掌握。運(yùn)用VR技術(shù)可以使醫(yī)務(wù)工作者反復(fù)操練，保障手術(shù)訓(xùn)練的實效。在教學(xué)技能訓(xùn)練方面，與傳統(tǒng)微格教室相比，在虛擬教室中，師范生可以自由選擇面對的學(xué)生人數(shù)，克服上臺教學(xué)的畏懼心理。但是值得注意的是，真實的情景也是技能訓(xùn)練不可或缺的內(nèi)容，需要合理安排虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)和真實情景練習(xí)，找到它們之間的平衡點，最大化利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢。
4虛擬現(xiàn)實教育應(yīng)用的展望
虛擬現(xiàn)實技術(shù)正處于高速發(fā)展階段，它會給教育帶來巨大的變革，未來的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能夠與通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等前沿科技緊密結(jié)合。在虛擬教育社區(qū)，每個學(xué)習(xí)者都有自己唯一的虛擬身份，能夠在虛擬的空間中與他人的虛擬角色互動交流，也能與人工智能的虛擬角色交流。人工智能虛擬學(xué)伴可以為學(xué)習(xí)者提供全程的學(xué)習(xí)規(guī)劃指導(dǎo)，制定個性化的培養(yǎng)方案；學(xué)習(xí)者的成長軌跡全程被記錄在虛擬世界之中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)制作的可穿戴設(shè)備，學(xué)習(xí)者的身體健康狀況也可以被詳實記錄。數(shù)字虛擬世界和真實世界共同培養(yǎng)人才，這正是未來智慧教育的圖景
［關(guān)鍵詞］虛擬現(xiàn)實;旅游管理;本科教學(xué);實驗實訓(xùn)
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐漸得到廣泛的重視和應(yīng)用．虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指利用包括集成技術(shù)和傳感設(shè)備在內(nèi)的新型信息技術(shù)模擬的一種多維度仿真、實時性強(qiáng)的虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment)．用戶可以利用計算機(jī)、電子設(shè)備在虛擬環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)實模擬，營造出一種身臨其境的感覺［1］．用戶不僅可以看到高仿真的圖像，還可以聽現(xiàn)實的聲音，甚至嗅到氣味，以及在虛擬環(huán)境中的交互操作．旅游業(yè)是一個參與主體多，業(yè)務(wù)范圍廣泛，信息處理強(qiáng)大的行業(yè)．利用計算機(jī)、傳感和測量技術(shù)、模擬技術(shù)和微電子技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，進(jìn)行旅游景觀、旅游業(yè)務(wù)的三維虛擬，再通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳播，將會有廣泛的用途．三維虛擬現(xiàn)實環(huán)境提供虛擬的旅游體驗，為旅游服務(wù)提供模擬研究環(huán)境．虛擬環(huán)境有利于對游客旅游決策過程、旅游線路規(guī)劃進(jìn)行模擬．三維虛擬技術(shù)在旅游業(yè)的廣泛應(yīng)用，逐漸形成虛擬旅游的概念．事實上，虛擬旅游不僅為旅游決策和旅游體驗提供了便利，而且為旅游專業(yè)教學(xué)提供了一個新的平臺．然而，如何使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行旅游管理本科教學(xué)很少討論．
1基于虛擬旅游專業(yè)教學(xué)的理論基礎(chǔ)
虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有三個基本特征，即浸入(Immersion)、互動(Interaction)和想象(Imagina-tion)．虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過全方位環(huán)境仿真、立體化界面人機(jī)交互、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)查詢分析功能，達(dá)到浸入、互動和想象三個特征，意味著可以真正實現(xiàn)在虛擬的數(shù)據(jù)環(huán)境對現(xiàn)實世界完全仿真．在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，人們不僅可以感知、瀏覽、查詢和分析虛擬現(xiàn)實對象基本屬性，如資源條件，地形參數(shù)，環(huán)境條件等，還可以進(jìn)行要素分析、綜合評估、規(guī)劃或決策．根據(jù)三維場景的生成底層技術(shù)，虛擬現(xiàn)實通過兩種技術(shù)途徑進(jìn)行環(huán)境仿真．一是基于圖像構(gòu)建虛擬環(huán)境，但信息豐度低．二是通過矢量建模方法構(gòu)建，特點是可計算性強(qiáng)，信息豐度較大．虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，從生產(chǎn)制造、模型設(shè)計、醫(yī)療衛(wèi)生、娛樂體驗到教育培訓(xùn)，幾乎包括生活的方方面面．相對于傳統(tǒng)應(yīng)用教學(xué)的信息技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有一些無法替代的優(yōu)點，包括:現(xiàn)場的逼真感、體驗的真實性、交互的可視化、分析的多維度．虛擬現(xiàn)實技術(shù)更能滿足旅游課程課堂教學(xué)、實驗教學(xué)要求實踐的可操作性、實訓(xùn)的現(xiàn)場感．因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用能夠在增強(qiáng)教學(xué)效果、培養(yǎng)實踐能力、強(qiáng)化師生互動、增強(qiáng)創(chuàng)新意識等方面發(fā)揮重要的作用．燕浩鵬(2008)提出虛擬現(xiàn)實旅游實驗系統(tǒng)可以實現(xiàn)教考結(jié)合、突破時空的限制、豐富教學(xué)手段、完善教學(xué)模式［2］．陳丹紅(2008)進(jìn)一步對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在旅游實驗教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了概括，主要體現(xiàn)為三個方面:虛擬訓(xùn)練教學(xué)系統(tǒng)、虛擬知識學(xué)習(xí)系統(tǒng)和虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)［3］．而魏凱(2007)將多媒體技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用效果進(jìn)行了對比，在肯定傳統(tǒng)教學(xué)模式和技術(shù)的前提下，提出虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以在旅游教學(xué)及實訓(xùn)中起到輔助作用［4］．張瑩(2008)則針對常規(guī)教學(xué)方法的三大矛盾———學(xué)生與教學(xué)內(nèi)容的矛盾、教師與教學(xué)手段的矛盾、教師與學(xué)生的矛盾［5］，提出虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為克服三大矛盾的突破點．
2基于虛擬旅游專業(yè)教學(xué)的技術(shù)基礎(chǔ)
隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GeographicInforma-tionSystem)、新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、三維可視化、大數(shù)據(jù)、仿真模型等技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和深入，計算機(jī)不僅用來處理文字、圖像、聲音、動畫、視頻等信息，而且用來將三維實體、四維環(huán)境等進(jìn)行動態(tài)仿真和環(huán)境實體模擬，包括虛擬銀行、虛擬城管、虛擬安防、虛擬城市、虛擬大學(xué)、虛擬商務(wù)、虛擬旅游．相應(yīng)地也出現(xiàn)虛擬技術(shù)提供商、虛擬服務(wù)開發(fā)商．虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為旅游管理專業(yè)開展虛擬旅游教學(xué)的重要技術(shù)基礎(chǔ)．基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建一個擴(kuò)展性強(qiáng)、功能完善的實驗實訓(xùn)平臺，是虛擬旅游教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)．利用接口嵌入的方法，可以實現(xiàn)虛擬旅游教學(xué)所需要的多樣化功能(表1)．
3基于虛擬旅游專業(yè)教學(xué)的優(yōu)勢
3．1虛擬旅游可以模擬旅游主、客、媒三體
旅游分為主體、客體、媒介，在地理位置上主體和客體是不重合的，必須通過旅游通道到達(dá)客體，再回到主體．虛擬旅游者自身的位置不會發(fā)生移動，但其所處情境會離開實際生活場景，到達(dá)所向往的地方．專業(yè)教學(xué)中學(xué)生可以分別虛擬主體、客體和媒介．
3．2虛擬旅游可以模擬旅游中的多感官體驗
旅游的感官感受，一般包括視、聽、觸、嗅，其中以視覺接觸為主．虛擬旅游也是以視覺為基礎(chǔ)，通過三維模擬實景，以及相應(yīng)的音樂設(shè)置來落實聽覺感受，置于虛幻的旅游地中，仿佛就到了旅游地所見所聞一樣．虛擬旅游不能模仿觸覺、嗅覺的缺陷，將由視圖提示、文字補(bǔ)充所彌補(bǔ)．虛擬旅游的充分自主性、互動性，使學(xué)生能夠獲得在實際景觀中更為自由的感受，對游客心理體驗體會得更為深刻．
3．3虛擬旅游有助于學(xué)生定性定量思維培養(yǎng)
底層數(shù)據(jù)庫為虛擬旅游系統(tǒng)提供了定性的感官信息和定量的數(shù)據(jù)資源．學(xué)生應(yīng)用虛擬旅游系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，除了通過直觀感知之外，還可以通過多種傳感器、多種信息查詢手段與虛擬環(huán)境發(fā)生多維度的交互作用，學(xué)生能夠從綜合集成的環(huán)境中獲得定性和定量信息，從而獲得感性和理性的認(rèn)識，并有助于深化對概念的認(rèn)識和萌發(fā)新意．
3．4虛擬旅游可以模擬多樣化的旅游活動
傳統(tǒng)的網(wǎng)上旅游只是提供信息、進(jìn)行交易的平臺，較為枯燥，在旅游系統(tǒng)中處于旅游媒介的作用．虛擬旅游提供了豐富多彩的以逼真旅游景區(qū)為背景的模擬旅游活動，完成旅游過程．虛擬旅游同時可以開發(fā)超現(xiàn)實、超時空的活動，拓寬了旅游教學(xué)手段的寬度、深度和廣度．
4基于虛擬旅游專業(yè)教學(xué)的功能分析
4．1多媒體信息查詢
在虛擬教學(xué)環(huán)境中可以查詢多維度、多媒體信息．應(yīng)用多媒體技術(shù)將文本、圖像、音頻、視頻等信息輸入后臺數(shù)據(jù)庫，不僅增強(qiáng)系統(tǒng)的可視性效果，而且既豐富、充實了旅游地理信息系統(tǒng)的內(nèi)容與功能，又有利于旅游教學(xué)的直觀效果．例如，旅游教學(xué)中通過針對某一景點的查詢，獲得有關(guān)該景點文本、語音介紹，以及關(guān)聯(lián)圖片檢索，并且可以調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)視頻和網(wǎng)絡(luò)視頻，使得查詢表現(xiàn)形式更加生動、直接和形象．
4．2旅游空間信息處理
虛擬旅游教學(xué)結(jié)合3S技術(shù)(遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng))可以增強(qiáng)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取和分析能力．全球定位系統(tǒng)(GPS)主要是為遙感信息數(shù)據(jù)定位，提供空間坐標(biāo)并更新數(shù)據(jù)［6］．遙感(RS)是一種遙遠(yuǎn)感知技術(shù)．隨著航空航天的進(jìn)步，遙感可以獲得地面高分辨率、多譜段、動態(tài)化的空間信息，并進(jìn)行圖像的糾偏、增強(qiáng)和呈現(xiàn)．全球定位系統(tǒng)和遙感系統(tǒng)開始廣泛應(yīng)用到旅游地理信息系統(tǒng)(TGIS)，為旅游行業(yè)中涉及到空間方面的問題，比如旅游資源調(diào)查、旅游路線規(guī)劃、旅游景區(qū)規(guī)劃、旅游空間效應(yīng)提供技術(shù)支持，并逐步在旅游教學(xué)軟件中普及應(yīng)用．
4．3旅游地理環(huán)境仿真
旅游地理環(huán)境仿真具有多種用途，可以進(jìn)行游客空間行為預(yù)測和模擬、游客體驗?zāi)M、導(dǎo)游路線模擬、突況處理模擬、停車場車位選擇模擬、自然災(zāi)害影響模擬、場館設(shè)施規(guī)劃模擬等功能．這些功能的模擬在教學(xué)中可以讓學(xué)生直觀體驗、參與和實控，并通過數(shù)據(jù)交互，獲得深層次的知識結(jié)構(gòu)．旅游地理環(huán)境仿真結(jié)合底層數(shù)據(jù)庫，形成一個可測量的虛擬環(huán)境，用于交互式觀察和分析．在教學(xué)中，定量數(shù)據(jù)還可以為師生探討式學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)，例如景區(qū)內(nèi)設(shè)施規(guī)劃，可以進(jìn)行模擬和仿真，并結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)不斷完善和優(yōu)化設(shè)計方案．
4．4網(wǎng)上旅游地理信息系統(tǒng)
隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)上旅游地理信息系統(tǒng)應(yīng)用越來越普遍．虛擬旅游系統(tǒng)不僅可以基于自身的數(shù)據(jù)庫，學(xué)生還可以通過虛擬平臺瀏覽服務(wù)器端口旅游地理信息系統(tǒng)站點中的各類信息，包括屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、各類專題地圖，并進(jìn)行相應(yīng)地理信息系統(tǒng)查詢和分析．學(xué)生可以利用旅游地理信息系統(tǒng)嵌入到掌上電腦、手機(jī)以及車載系統(tǒng)中，進(jìn)行信息集成能力的培養(yǎng)．
4．5旅游專家系統(tǒng)
專家系統(tǒng)是虛擬旅游平臺中一個問題解決方案庫，綜合集成旅游相關(guān)領(lǐng)域的專家知識和經(jīng)驗．專家系統(tǒng)是基于知識的程序設(shè)計方法構(gòu)架起來的計算機(jī)系統(tǒng)，通過結(jié)構(gòu)化語言、專家方案庫、人工智能，通過邏輯推理運(yùn)算尋求最佳解決方案．專家系統(tǒng)可以利用已有的人類智慧解決旅游業(yè)發(fā)展中遇到的復(fù)雜問題．在旅游教學(xué)中，基于專家系統(tǒng)可以開發(fā)二級系統(tǒng)———旅游資源評價系統(tǒng)、旅游生態(tài)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)、旅游規(guī)劃管理系統(tǒng)，從而模擬旅游資源合理開發(fā)和利用的科學(xué)決策過程．
4．6虛擬景點
虛擬景點不僅是場景模擬，而是涉及到整個景點的運(yùn)營和空間管理．虛擬景點還可以進(jìn)行旅游電子商務(wù)的模擬和拓展．利用網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)將虛擬的景點展現(xiàn)在虛擬三維空間，同時，利用最新的支付技術(shù)、社交媒體技術(shù)可以開展三維虛擬電子商務(wù)．學(xué)生可以借此模擬“導(dǎo)游”過程，同時可以實訓(xùn)三維虛擬商務(wù)．
5結(jié)論
虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有情境化、交互性、可測量、多感官等特點，對于重視旅游體驗?zāi)M、旅游實地規(guī)劃的旅游管理專業(yè)本科教學(xué)具有重要的價值．旅游管理實踐教學(xué)體系中虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用能夠增強(qiáng)教學(xué)效果、培養(yǎng)實踐能力、強(qiáng)化師生互動、增強(qiáng)創(chuàng)新意識．
［參考文獻(xiàn)］
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［2］燕浩鵬．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在旅游實驗教學(xué)體系中的應(yīng)用［J］．教育與職業(yè)，2008(30)．
［3］陳丹紅．運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)提升旅游管理實驗教學(xué)質(zhì)量［J］．教育探索，2008(3)．
［4］魏凱．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在旅游實訓(xùn)教學(xué)中的輔助作用［J］．山東省青年管理干部學(xué)院學(xué)報，2007(4)．
［5］張瑩．虛擬現(xiàn)實在旅游教學(xué)中的功能應(yīng)用研究［J］．才智，2008(24)．
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；實踐教學(xué)；應(yīng)用前景
中圖分類號：G4
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號： 16723198（2013）13013602
0 前言
虛擬現(xiàn)實，（Virtual Reality，簡稱VR），是剛剛出現(xiàn)的高新科技技術(shù)。它是利用計算機(jī)的三維圖形、環(huán)境建模、圖形繪制、虛擬音效、自然交互與傳感技術(shù)來模擬虛擬空間并與現(xiàn)實結(jié)合，在用戶的視覺、聽覺、觸覺等感官上進(jìn)行模擬，讓使用者身臨其境，沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的任何事物。它主要分為沉浸式和非沉浸式兩種。沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是一種實用、高級、典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。它以大幅面的顯示方式進(jìn)行投影，使交互的虛擬三維空間高度逼真的展現(xiàn)在觀看者的眼前，并且可以從任何角度、位置，通過外接設(shè)備與虛擬空間進(jìn)行實施漫游和交互。而非沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，主要是通過軟件技術(shù)來實現(xiàn)的。主要對觸覺、聽覺等感官進(jìn)行模擬，為用戶呈現(xiàn)一個優(yōu)質(zhì)的虛擬界面。其特點是價格低廉、使用方便，而且運(yùn)用廣泛。
1 國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究狀況簡述
美國是VR技術(shù)的發(fā)源地，至今已有60多年的研究歷史，代表了國際VR的最先進(jìn)的技術(shù)水平。目前美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。
日本在虛擬現(xiàn)實技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的研究中，也是一個具有先進(jìn)技術(shù)實力的國家之一。他們主要致力于建立大規(guī)模VR知識庫的研究。并且，在音樂和游戲方面，他們對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用研究也做了很多貢獻(xiàn)。但日本大部分虛擬現(xiàn)實硬件主要是從美國進(jìn)口的。
日本在虛擬現(xiàn)實技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的研究中，也是一個具有先進(jìn)技術(shù)實力的國家之一。它在建立大規(guī)模VR知識庫的研究中做出了巨大的貢獻(xiàn)。此外，在音樂和游戲方面，他們對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現(xiàn)實硬件主要是從美國進(jìn)口的。
在歐洲，英國在虛擬現(xiàn)實的分布并行處理、輔助設(shè)備（包括觸覺反饋）設(shè)計和應(yīng)用研究方面是領(lǐng)先的。目前，英國已有六個主要從事VR的研發(fā)中心，分別是WIndustries（工業(yè)集團(tuán)公司），British Aerospace（英國航空公司），Dimension International，Division Ltd，Advanced Robotics Research Center和Virtual Presence Ltd。其相關(guān)產(chǎn)品主要應(yīng)用于娛樂、軍事、建筑、汽車等行業(yè)中。還有德國、法國、瑞典等國家也在進(jìn)行相應(yīng)的研究。
目前，我國的VR技術(shù)還處于發(fā)展階段，得到了政府有關(guān)部門的支持和專家的高度重視，大力開展了VR技術(shù)的開發(fā)與研究。例如，“973”計劃、國家“863”計劃、國家自然科學(xué)基金、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃等都把VR列入了重要科研項目。國內(nèi)一些重點院校的重點實驗室，開展虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和戰(zhàn)略高技術(shù)研究，為相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域的某些問題的解決提供了有力支撐，其虛擬現(xiàn)實技術(shù)目前也成為了越來越熱門的熱點學(xué)科。
2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域
目前VR技術(shù)的應(yīng)用除了軍事領(lǐng)域外，主要集中在以下幾個方面：
（1）在產(chǎn)品的開發(fā)過程，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運(yùn)用可以便于設(shè)計人員對產(chǎn)品和系統(tǒng)建模，同時可以對其進(jìn)行修改和優(yōu)化。運(yùn)用沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行檢查、動態(tài)仿真、性能評估，很好的解決設(shè)計中存在的問題，縮短了模型設(shè)計、檢驗、校核的時間，降低了產(chǎn)品研發(fā)成本。波音777飛機(jī)的設(shè)計便是一個虛擬原型機(jī)的典型應(yīng)用實例。
（2）其次是教育行業(yè)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為了國內(nèi)的首創(chuàng)專業(yè)，它是將力學(xué)與計算機(jī)兩大領(lǐng)域進(jìn)行結(jié)合，主要是對工程中力學(xué)問題的數(shù)值計算與仿真。培養(yǎng)掌握高新科學(xué)技術(shù)，勇于創(chuàng)新，精于研究，基礎(chǔ)扎實，從事虛擬仿真工程設(shè)計，適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要的新興應(yīng)用型人才。學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)面廣，能夠從事力學(xué)分析、產(chǎn)品設(shè)計、系統(tǒng)動態(tài)仿真、虛擬產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)等方面的理論研究與實際應(yīng)用。并結(jié)合力學(xué)學(xué)科的專業(yè)知識，對虛擬仿真工程中的力學(xué)問題的解決提供有力的科學(xué)論證。
（3）VR還可以應(yīng)用于高難度和危險環(huán)境下的作業(yè)訓(xùn)練。例如，對礦井開采進(jìn)行模擬。由英國諾丁漢大學(xué)的人工智能及其礦業(yè)應(yīng)用研究室（簡稱AIMS）開發(fā)研制的房柱式開采模擬VR-MINE系統(tǒng)可以對礦井開采進(jìn)行動態(tài)三維實時模擬，根據(jù)模擬礦井結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)的設(shè)計可以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的目的。其主要特點在于系統(tǒng)的的真實性和人機(jī)交互性。比建立任何系統(tǒng)模型所達(dá)到的效果還要好。顯然，這類系統(tǒng)還可用于礦井開采計算機(jī)輔助設(shè)計、生產(chǎn)監(jiān)控、管理和技術(shù)培訓(xùn)等方面?？梢詫γ旱V設(shè)備進(jìn)行虛擬制造，節(jié)省了對人員技術(shù)培訓(xùn)的費用，以及對突發(fā)事故進(jìn)行調(diào)查和研究提供相關(guān)線索依據(jù)。
3 高等教育在教學(xué)中存在的問題
目前，高等教育在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)存在的諸多問題，可以列舉為以下幾項：
（1）在實訓(xùn)課程現(xiàn)場教學(xué)的過程中，受到場地的限制，某些大型設(shè)備占用比較大的場地，只有在設(shè)備附近的少數(shù)學(xué)生能明白老師的講課內(nèi)容。
（2）實驗設(shè)備僅僅用于實驗教學(xué)，相對于加工生產(chǎn)比較少，所以導(dǎo)致設(shè)備更新的速度相對滯后于技術(shù)更新的速度。如果不斷進(jìn)行實驗設(shè)備的更新，將會造成投入巨大，由此造成不必要的浪費也是非常嚴(yán)重的。
（3）比較高端的設(shè)備價格較高、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為擴(kuò)大教學(xué)規(guī)模而增加設(shè)備的臺數(shù)勢必大幅度增加教學(xué)經(jīng)費，而且每次使用機(jī)器成本較大。這里包括原材料、電力、機(jī)器損耗和設(shè)備日常維修包養(yǎng)費用，而實驗的產(chǎn)品是不能投放市場產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的。而且學(xué)生由于操作失誤容易造成設(shè)備故障和損耗，同樣也會產(chǎn)生比較高的維修費用。
（4）在文理科專業(yè)的教學(xué)中，存在單純依靠理論講授、實踐不足等現(xiàn)象。使學(xué)生對知識點的掌握不是很牢固，在處理問題時，有些知識點不能靈活的運(yùn)用。
（5）教師有時只能對機(jī)械外表或者部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解，而對機(jī)器的運(yùn)作原理及內(nèi)部運(yùn)作情況在運(yùn)轉(zhuǎn)時是不能拆開機(jī)殼的，老師在這種情況下的講授有一定的局限性，老師往往采用演示或組織學(xué)生觀看多媒體的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生往往很難獲得感性認(rèn)識，導(dǎo)致實驗效果不理想。
4 虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)具體實例
在學(xué)習(xí)數(shù)控加工課程期間，學(xué)生按照老師的要求在斯沃?jǐn)?shù)控仿真系統(tǒng)軟件上對數(shù)控銑床進(jìn)行了仿真實驗。首先，學(xué)生要掌握計算機(jī)輔助銑削加工的基本方法，了解數(shù)控銑床操作面板各按鍵的功用，以及數(shù)控銑床的調(diào)整及加工前的準(zhǔn)備工作；然后對給出零件圖形進(jìn)行手工編程，用txt格式文本進(jìn)行傳輸，并模擬銑削出指定的零件。右圖就是進(jìn)行模擬實驗的斯沃?jǐn)?shù)控仿真系統(tǒng)軟件。
在使用過程中，該軟件真實感強(qiáng)，具有目前各種主流的數(shù)控系統(tǒng)和操作面板，效果逼真。用戶可以在PC機(jī)上模擬操作機(jī)床，能在短時間內(nèi)掌握各種系統(tǒng)的數(shù)控車、數(shù)控銑及加工中心等操作。軟件同時具有手動編程和導(dǎo)入程序模擬加工。在斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件網(wǎng)絡(luò)版中，服務(wù)器可隨時獲取客戶端操作信息，并具有考試、練習(xí)以及廣播功能等。
5 虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點
目前，國外很多高校已經(jīng)將虛擬技術(shù)成功的應(yīng)用在教學(xué)環(huán)節(jié)上面，并且開發(fā)出許多功能性虛擬教學(xué)軟件和虛擬仿真教學(xué)平臺。按照教學(xué)任務(wù)可以選取典型的實驗，確定虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的功能、組成和體系結(jié)構(gòu)，確定實驗路線，選取相應(yīng)的開發(fā)工具并進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)、測試等。教學(xué)的實驗和實踐可以在虛擬實驗室中進(jìn)行，從而不必購置昂貴的數(shù)控設(shè)備，同時在實驗過程中培養(yǎng)和提高了學(xué)生的動手能力、實驗?zāi)芰?、分析問題和解決問題的能力。
虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)主要采用非沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，應(yīng)用軟件手段進(jìn)行視覺、聽覺等感覺的模擬。采用虛擬實驗教學(xué)具有諸多優(yōu)勢。首先，教學(xué)內(nèi)容可視化，虛擬教學(xué)系統(tǒng)可以添加大量多媒體素材，能夠說明系統(tǒng)的工作原理，以及展示設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。良好的人機(jī)交互性使用戶能夠動手操作，確保實驗學(xué)習(xí)的互動性和真實性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率以及對知識點的掌握，學(xué)生自己也可以自己動手進(jìn)行大膽的嘗試。同時，教學(xué)系統(tǒng)可以節(jié)省大量的教學(xué)成本，提高課堂教學(xué)效率。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，學(xué)生在實驗室可以通過老師的講解自己進(jìn)行虛擬仿真試驗，并獲得比較真實的操作體驗。而且，如果實驗操作具有一定的操作危險，如車間車床的切削加工、電火花切割加工、液壓傳動試驗等諸多實驗設(shè)備在工作過程中存在潛在的危險和安全隱患，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行虛擬實驗，學(xué)生在虛擬實驗環(huán)境中，可以全身心進(jìn)行課程項目實訓(xùn)，大大降低教學(xué)風(fēng)險，確保人身和設(shè)備安全。
此外，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)同時還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，由局域網(wǎng)或因特網(wǎng)作虛擬實驗室或校園的鏈接，可對各個終端提供開放性的、遠(yuǎn)距離的持續(xù)教育，還可為社會提供廣大的就業(yè)和培訓(xùn)的機(jī)會，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
6 結(jié)論：如何提升產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力
文章給出了虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。對于當(dāng)前的國內(nèi)的形勢，虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)有很大的發(fā)展空間，作者覺得應(yīng)該采取以下措施來提高產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力：
（1）針對高等教育教學(xué)的特點和背景，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)合起來，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)的集成性，控制性和交互性優(yōu)勢，可以幫助學(xué)生培養(yǎng)和提高實踐操作技能和職業(yè)能力，保證教學(xué)效果和人才質(zhì)量。
（2）不斷擴(kuò)大虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)的使用功能和范圍，不僅僅局限于教育領(lǐng)域。同一種產(chǎn)品可以滿足不同需求，能夠提高工業(yè)、醫(yī)療、生物等領(lǐng)域的生產(chǎn)加工的周期和效率。
（3）面向未來的產(chǎn)品可以建立一個更復(fù)雜的虛擬實驗系統(tǒng)，在目前的虛擬組合下提升一個更復(fù)雜的軟件工具，提供更好的性能。學(xué)校和企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)，并且能夠共享必要的信息軟件和系統(tǒng)。
（4）對于虛擬教學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)過程中的使用狀況要不斷進(jìn)行跟蹤調(diào)查和反饋。因為VR系統(tǒng)可以用于教學(xué)實驗和其他項目的評估檢測，所以要對產(chǎn)品隨時進(jìn)行產(chǎn)品更新和升級。
（5）不斷提高VR系統(tǒng)的交互性、真實性和沉浸感，在新型傳感和感知機(jī)理、幾何與物理建模新方法、高性能計算，特別是高速圖形圖像處理等方面還有許多挑戰(zhàn)性的問題有待解決。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實;美術(shù)教學(xué);應(yīng)用
引言
隨著各種高新技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用,數(shù)字信息時代在方方面面深刻影響著我們。在教學(xué)形式上更是發(fā)生了不可忽視的變化,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)上的應(yīng)用就是典型的例子。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本特征很大程度上影響其在教育教學(xué)中的現(xiàn)實存在意義和價值。
一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)
1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù)英文簡稱VR,是20世紀(jì)80年代末90年代初崛起的一種高科技實用技術(shù)。它是由算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、計算機(jī)硬件、軟件構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境――虛擬環(huán)境,可以真實的模擬現(xiàn)實世界可以實現(xiàn)的(甚至是不可實現(xiàn)的)物理上的、功能上的事物和環(huán)境。
2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本特征
從本質(zhì)上說,虛擬現(xiàn)實就是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口,它通過給用戶同時提供視、聽、觸等各種直觀而又自然的實時感知交互手段、最大限度地方便用戶的操作、從而減輕用戶的負(fù)擔(dān),提高整個系統(tǒng)的工作效率。
二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在美術(shù)教育中的應(yīng)用優(yōu)勢
隨著計算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)作為一種高效能的信息傳播工具,在教育教學(xué)過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)營造了新的靈活互動的教學(xué)場景,打破傳統(tǒng)教學(xué)在空間、時間上的限制。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),學(xué)生不需要在特定的教室和特定的時間進(jìn)行學(xué)習(xí),不受時間和空間的限制,學(xué)生可以在互動裝置藝術(shù)作品里行走、觸摸甚至操作控制;也可以進(jìn)入物體的內(nèi)部進(jìn)行觀察。
2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建了開放自由的遠(yuǎn)程教育和網(wǎng)上查詢學(xué)習(xí)方式。 運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù),遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)以自學(xué)為主,不受教科書的限制,使每一位學(xué)習(xí)者都可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)特點,在自己方便的時間從互聯(lián)網(wǎng)上自由地選擇適合的學(xué)習(xí)資源,這種探索性的學(xué)習(xí),有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維,使學(xué)習(xí)者在具體情境中通過主動的探索獲得知識,從而提高學(xué)習(xí)者的動力。
3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)豐富了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)內(nèi)容和展示多面的教學(xué)內(nèi)容。
利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),可豐富教學(xué)內(nèi)容,將設(shè)計實訓(xùn)等技能訓(xùn)練搬到課堂中進(jìn)行,由于這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險,學(xué)生可以反復(fù)練習(xí),直至掌握操作技能為止。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù),還可恰如其分地演示一些復(fù)雜的、抽象的、不宜直接觀察的自然過程和現(xiàn)象,全方位、多角度地展示教學(xué)內(nèi)容。
三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在美術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用
作為傳輸數(shù)字信息的媒體,VR在未來藝術(shù)領(lǐng)域方面所具有的潛在應(yīng)用能力也不可低估。在美術(shù)教學(xué)上的應(yīng)用同樣不可低估.VR所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術(shù)(如油畫、雕刻等)轉(zhuǎn)化為動態(tài)的,可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術(shù)。
虛擬現(xiàn)實在設(shè)計教學(xué)中的運(yùn)用
1.傳統(tǒng)設(shè)計教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)。
首先,傳統(tǒng)設(shè)計教學(xué)模式的特點就是由教師通過講授、板書及教學(xué)媒體的輔助,把教學(xué)內(nèi)容傳遞給學(xué)生或者灌輸給學(xué)生。老師是整個教學(xué)過程的主宰,學(xué)生則處于被動接受老師灌輸知識的地位。其次,傳統(tǒng)設(shè)計教學(xué)需要投入大量的經(jīng)費制作相關(guān)教學(xué)模型,而目前教育經(jīng)費普遍投入不足,因此造成了實踐課程大量減少,實踐內(nèi)容大大削減,學(xué)生的實際動手能力不足,不符合我國教育發(fā)展與改革的方向。
2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)計教學(xué)中的優(yōu)點與應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實本身的特點決定了其在設(shè)計教學(xué)中的諸多先天性優(yōu)勢:(1) 逼真 “虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過軟硬件平臺的搭建可以形成逼真的虛擬環(huán)境,可以對學(xué)生產(chǎn)生視覺、聽覺、觸覺等各種感觀刺激信息。(2) 交互 信息社會的發(fā)展要求我們的教育對象具備良好的溝通能力,而虛擬現(xiàn)實正好提供了這方面的訓(xùn)練。構(gòu)建一個更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性、引導(dǎo)學(xué)習(xí)者主動學(xué)習(xí)的虛擬環(huán)境,從而改變傳統(tǒng)教學(xué)的灌輸式教學(xué)” 。 (3) 合作 隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會分工愈來愈細(xì),要求培養(yǎng)的學(xué)生具有良好的合作能力。
四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在美術(shù)教育應(yīng)用中的局限性和展望
虛擬現(xiàn)實在教育中的運(yùn)用不可忽視,帶來了快速方便的學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)方法。我們也不能忽視目前的虛擬現(xiàn)實技術(shù)還存在一些問題,主要表現(xiàn)在:
虛擬環(huán)境與真實生產(chǎn)的差異:虛擬現(xiàn)實是一種技術(shù)不是真實環(huán)境。虛擬現(xiàn)實的虛擬效果還有待進(jìn)一步加強(qiáng):虛擬現(xiàn)實的表示側(cè)重于幾何表示,缺乏逼真的實體、行為模型,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在感知方面,視覺合成研究的較多,聽覺、觸覺關(guān)注較少,真實性與實時性不足,其虛擬的效果還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。 虛擬現(xiàn)實的硬件與軟件成本的逐漸降低,這種新的教學(xué)媒體必將廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)中,最終在現(xiàn)代教育領(lǐng)域中發(fā)揮其重要作用。
五,結(jié)語
虛擬現(xiàn)實在美術(shù)教育上的應(yīng)用,具有互動、便捷、構(gòu)想和多感知的特點和優(yōu)勢,也就擴(kuò)大了藝術(shù)教育的范圍,增加了學(xué)生對美術(shù)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣。提高了教學(xué)質(zhì)量達(dá)到預(yù)期教學(xué)目的。虛擬現(xiàn)實――教育事業(yè)的“催化劑”,大大改善教學(xué)環(huán)境,更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性,從而能顯著提高教學(xué)效果。將虛擬現(xiàn)實在教學(xué)中的運(yùn)用和傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)合去來揚(yáng)長避短,將二者的優(yōu)勢發(fā)揮出來,更大的促進(jìn)人類教育事業(yè),特別是美術(shù)教育。
參考文獻(xiàn)
[1]《虛擬現(xiàn)實技術(shù)___全息語言與藝術(shù)》王立群陳德陸
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；房地產(chǎn)；展示
一、 引言
虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR），是模擬人類視覺、聽覺、力覺、觸覺等感知行為的高度逼真的人機(jī)交互技術(shù)。它具有沉浸感、交互性、構(gòu)想性，可以把抽象、復(fù)雜的計算機(jī)數(shù)據(jù)空間表示為直觀的、用戶熟悉的實物。利用這種計算機(jī)生成的交互式三維環(huán)境，不僅使參與者能夠感到景物或模型十分逼真地存在，而且能對參與者的運(yùn)動和操作做出實時準(zhǔn)確的響應(yīng)。
二、虛擬現(xiàn)實房地產(chǎn)展示系統(tǒng)的特點
近年來，房地產(chǎn)業(yè)競爭的愈演愈烈，沙盤、模型、表現(xiàn)圖、樣板房等做為房地產(chǎn)展示的傳統(tǒng)手段，已經(jīng)無法滿足消費者和行業(yè)的需要。由于沙盤要經(jīng)過比例縮小，無法以正常人的視角來看到小區(qū)的建筑空間，更無法獲得人身臨其境的感覺。樣板房雖然能給顧客提供真實的房屋空間結(jié)構(gòu)，但是成本太高，造成很大的資源浪費。效果圖它只能提供靜態(tài)局部的視覺體驗。三維動畫雖有較強(qiáng)的三維效果，但觀察者只能按事先規(guī)定好的路線和角度瀏覽固定的內(nèi)容，很被動，信息很不全面。
虛擬現(xiàn)實作為全新的房地產(chǎn)營銷方式已成為房地產(chǎn)企業(yè)節(jié)約宣傳費用，提高宣傳效果的首選途徑，使電子商務(wù)網(wǎng)上售房成為現(xiàn)實，適合大型城市多點銷售甚至改變了現(xiàn)有銷售模式。銷售人員可帶購房者在電腦上的樣板房間虛擬房產(chǎn)展示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)中漫游，并同時進(jìn)行有關(guān)戶型相關(guān)信息的實時查詢，使購房者坐在家中能細(xì)細(xì)觀看小區(qū)全貌、房型結(jié)構(gòu)空間布局或者直接從網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行觀看。
三、虛擬房地產(chǎn)展示系統(tǒng)中的虛擬場景設(shè)計
首先是對整個小區(qū)所處地理環(huán)境進(jìn)行地形建模，然后在地形上鋪設(shè)道路，利用主干道路將小區(qū)劃分成若干區(qū)塊，確定各片分區(qū)中的主要建筑與景觀，對各區(qū)塊中的主要建筑分別進(jìn)行三維建模。要選擇有代表性的建筑建模，利用它進(jìn)行改造可得到其他建筑的模型，然后進(jìn)行修改即可獲得其他樓的模型。
模型建好之后，需要對各組模型進(jìn)行有效組織，然后按照平面規(guī)劃圖的位置將其集成到房間模型上，組成總體場景模型。進(jìn)行場景建模時要充分利用建模技術(shù)，在不大幅削弱場景的逼真性，又降低場景復(fù)雜度，有效減輕場景實時渲染的負(fù)擔(dān)。
虛擬場景模型的優(yōu)化對演示速度影響很大，合理的模型優(yōu)化是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實時性的保證。前期如果不對場景的模型進(jìn)行很好的優(yōu)化，到了制作后期再對模型進(jìn)一行優(yōu)化時就需要重新回到3DMAX中里重新修改模型，并進(jìn)行重新烘焙后再導(dǎo)入到VRP場景里，就出現(xiàn)了重復(fù)工作情況，大大降低了工作效率。
通過三維建模得到場景數(shù)據(jù)模型后，需要導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實制作軟件中進(jìn)行互動等設(shè)計。這些工作可以通過漫游引擎來完成，首先要能夠?qū)?shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換到漫游引擎中，然后利用相機(jī)控制，使得場景隨用戶視點轉(zhuǎn)移進(jìn)行變換，還要實現(xiàn)碰撞檢測及時響應(yīng)等，保證系統(tǒng)在虛擬空間漫游時的交互性和真實感。
四、虛擬房產(chǎn)展示系統(tǒng)的主要功能
虛擬房產(chǎn)展示系統(tǒng)主要功能及實現(xiàn)的功能有：
（1）交互式漫游。可以通過鍵盤控制視點移動和漫游狀態(tài)切換，用戶在漫游時可用鍵盤來控制視點的移動，上下左右鍵或者利用W、S、A、D鍵可控制視點的前進(jìn)、后退、左平行、右平行。
（2）路徑漫游。系統(tǒng)可以按照指定路徑進(jìn)行漫游，不加人為干預(yù)，自動對整個場景進(jìn)行漫游。
（3）多媒體信息功能，包括文字介紹。為了豐富房展的展現(xiàn)手法，可對每一個房間都做了交互功能，當(dāng)瀏覽者進(jìn)入該房間時，就可以看到與之對應(yīng)的解說，這樣就較好地模擬來一種導(dǎo)游效果，使得該系統(tǒng)更加接近于真實，可用性也更強(qiáng)。文字介紹主要是對房間等做一些簡要的說明，來彌補(bǔ)聲音、圖片等信息表達(dá)的不足。
（4）碰撞檢測功能。碰撞檢測對增強(qiáng)虛擬場景漫游的真實感和逼真感有重要作用。在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，由于用戶的交互和物體的運(yùn)動，物體間經(jīng)?？赡馨l(fā)生碰撞，此時為保持環(huán)境的真實性，需要及時檢測到這些碰撞，并計算相應(yīng)的碰撞反映，更新繪制結(jié)果，否則物體間會發(fā)生穿透現(xiàn)象，破壞虛擬環(huán)境的真實感和用戶的沉浸感。當(dāng)碰撞發(fā)生時，進(jìn)行碰撞避免處理。
五、總結(jié)
虛擬現(xiàn)實房地產(chǎn)展示系統(tǒng)與傳統(tǒng)的售樓推介方式相比較，具有明顯優(yōu)勢。它將大大提高項目規(guī)劃設(shè)計的質(zhì)量，降低成本，減少風(fēng)險，加快項目進(jìn)度，加強(qiáng)各相關(guān)部門的協(xié)調(diào)，極大的提升房地產(chǎn)項目的品質(zhì)，帶來更多的效益。相信隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，在未來的建筑領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將有著極其廣泛的前景。
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[關(guān)鍵詞] 虛擬現(xiàn)實沉浸感交互虛擬商品
一、虛擬現(xiàn)實的概念
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)是在計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門高新技術(shù)。1965年，美國學(xué)者Ivan Sutherland(((The Ultimate Display))，揭開了虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的序幕。從20世紀(jì)80年代末到90年代初，它逐漸開始作為一門較完整的體系而受到人們的極大關(guān)注。和其它許多新興交叉學(xué)科一樣，虛擬現(xiàn)實尚沒有統(tǒng)一的定義，一般理解為虛擬現(xiàn)實是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口，它將人和外部世界隔離開來，通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺和觸覺等各種直觀、自然的實時感知交互手段，使用戶具有身臨其境的感覺，從而能夠更逼真地觀察所研究的對象，更自然、更真實地與對象進(jìn)行交互。與傳統(tǒng)的人一機(jī)界面如鍵盤、鼠標(biāo)器、圖形用戶界面以及流行的Windows等相比，虛擬現(xiàn)實在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。
虛擬現(xiàn)實是一門實用性技術(shù)，它的系統(tǒng)工作環(huán)境包括頭盔式顯示裝置、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣以及其他傳感裝置。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到教育培訓(xùn)、工程設(shè)計、軍事、醫(yī)學(xué)和娛樂等眾多領(lǐng)域，被專家學(xué)者們公認(rèn)為21世紀(jì)最有可能促使社會發(fā)生巨大變化的幾大技術(shù)之一。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運(yùn)用使得顧客在商場中購物時，通過虛擬現(xiàn)實設(shè)備對商品進(jìn)行查詢，既增強(qiáng)了趣味性，又不至于在過大的商場行走太疲勞，同時有利于在銷售旺季人過多造成的種種不便。更為重要的是如果商品在本商場沒有，也可通過網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實來跨商場查詢，以方便顧客的需要，意義較為深遠(yuǎn)。
二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點
1.沉浸感(Immersion)。用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中，通過多維方式與計算機(jī)所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，產(chǎn)生身臨其境的感覺，與虛擬環(huán)境融為一體。
2.交互性(Interaction)。即用戶從虛擬環(huán)境獲得反饋的自然程度和對虛擬對象的可操作性。計算機(jī)應(yīng)能夠響應(yīng)用戶的輸入并實時改變虛擬場景的狀態(tài)，否則用戶會產(chǎn)生不舒適感和對虛擬環(huán)境的排斥感。
3.想象力(Imagination)。用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位地獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求解答，形成新的概念。
4.多感知性(Multi perceives)。也稱為全息性，即虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能提供的感覺通道和獲取信息的廣度和深度。虛擬現(xiàn)實旨在提供多維感覺通道和類似現(xiàn)實世界的全面信息，使用戶達(dá)到身臨其境的感受。多感知性無疑是人們?nèi)硇某两罨镜那疤釛l件和技術(shù)基礎(chǔ)。
其中沉浸感是核心，是我們在現(xiàn)代商場中所要實現(xiàn)功能的核心，也有人稱為“臨境感”，“投入”，或“存在感(Presence)”等。我們在此的目標(biāo)是力圖使顧客在計算機(jī)所創(chuàng)造的三維虛擬商場環(huán)境中處于一種“全身心投入”的感覺狀態(tài)，有身臨其境的感覺，即所謂“沉浸感”，而不是像看書或查閱資料一樣買商品。在該環(huán)境中的一切，看上去是真的、聽起來是真的、動起來也是真的，一切感覺逼真。用戶覺得自己是虛擬環(huán)境中的一部分，而不是旁觀者。他感到被虛擬商場所包圍，可以在這一環(huán)境中左顧右盼、自由走動，與物體相互作用，如同在已有經(jīng)驗的現(xiàn)實世界中一樣。這種使用戶感到作為一個主角沉浸在模擬環(huán)境中的真實程度，對理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用者難分辨真假的程度。如可視場景應(yīng)隨著顧客買商品的視點的變化而變化，有比現(xiàn)實更逼真的照明和音響效果等，甚至比真的場景還“真”。導(dǎo)致“沉浸感”的原因是用戶對計算機(jī)環(huán)境的虛擬物體產(chǎn)生了類似于對現(xiàn)實物體的存在意識或幻覺。
三、虛擬現(xiàn)實在現(xiàn)代商場中應(yīng)用實現(xiàn)的技術(shù)可能
商場虛擬商品的生成是整個虛擬商場的環(huán)境基礎(chǔ)，所有商場虛擬商品的設(shè)計與交互都是在這個虛擬商場的環(huán)境空間進(jìn)行的。
1.商場虛擬商品建模生成技術(shù)研究。用VRML建立復(fù)雜三維模型是相當(dāng)繁難的，雖然VRML提供了構(gòu)造虛擬世界的簡單方法，但就是因為它自身的特點，我們在利用它構(gòu)造虛擬世界的時候，必須手工編寫冗長的代碼，而且還無法直觀地對構(gòu)造的虛擬世界進(jìn)行即時修改。因此在構(gòu)造虛擬場景時期，使用一些三維建模工具可以大大提高開發(fā)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的效率，如：3D Studio MAX、maya、lightwave等。因它們強(qiáng)大的三維建模和動畫制作功能恰好可以彌補(bǔ)VRML這方面的不足。研究商場虛擬商品的三維建模是商場虛擬商品設(shè)計空間生成的前提。
2.三維商品造型的輔助設(shè)計。目前運(yùn)行在PC系統(tǒng)上最流行的三維建模軟件是3D Studio MAX，其對虛擬場景的渲染效果已經(jīng)具有工作站的水準(zhǔn)。在建模的過程中，多處對于復(fù)雜形體的建模使用了3D Studio MAX中的VRML格式造型工具進(jìn)行建模。由于造型軟件的直觀和便捷，大大提高了系統(tǒng)構(gòu)造的效率。在使用VRML構(gòu)造虛擬三維商品的時候，可以通過下面的途徑，使用3D Studio MAX進(jìn)行產(chǎn)品建模的輔助設(shè)計，賦予其各種屬性然后用3DStudio MAX系統(tǒng)提供的導(dǎo)出(export)功能將場景文件直接轉(zhuǎn)換成VRML格式的文件。這種方法帶有一些風(fēng)險，因為這種格式上非規(guī)范的倒換會丟失3D Studio MAX中建立的許多物體對象屬性的信息，但對于很多比較簡單的商品這種導(dǎo)出相對比較適宜，我們所設(shè)計的商場商品不是很復(fù)雜，成本不能太高，商品的更換頻率高，所以運(yùn)用此種方法較為適宜。
3.虛擬商場的交互技術(shù)平臺。虛擬商場的交互技術(shù)開發(fā)有很多軟件，我們在此設(shè)計運(yùn)用WorIdTooIKit(WTK)軟件平臺。WTK是一種高級的跨平臺虛擬現(xiàn)實開發(fā)系統(tǒng)。它提供了1000多個C語言寫成的函數(shù)，支持用戶快速開發(fā)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用程序。WTK所創(chuàng)建的虛擬世界可以仿真具有各種特性和行為的對象，用戶可以通過輸入輸出傳感器來控制對象的行為，使用計算機(jī)顯示器和帶頭部跟蹤的立體顯示設(shè)備(HMD或者立體眼鏡)在虛擬環(huán)境中漫游和觀察。WTK程序的核心是仿真流程，主要包括接受外部事件、更新對象狀態(tài)、觸發(fā)事件處理三個過程，最終完成場景對象的各種行為描述。WTK本身并沒有采用對象繼承，但是它的設(shè)計和實現(xiàn)中處處體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮乃枷搿TK支持幾乎市面上所有的虛擬現(xiàn)實硬件，常見設(shè)備，包括CrystalEyes、Polhemus Fastrak/Isotrak和Thrustmaster、ierial Joystick等。WTK是一個跨平臺的開發(fā)引擎，支持Windowns、Linux、SGI IRIX和SLTNSolaris等多種操作系統(tǒng)。因此，我們選擇WTK作為開發(fā)平臺。
四、結(jié)語
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；電視節(jié)目制作；實驗教學(xué)
中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2011)19-4779-02
Application of Virtual Reality Technology in the Experiment Teaching of TV Program Edit Course
WU Shun-bi
(Communication Media College of Guizhou University for Nationalities, Guiyang 550025, China)
Abstract: This paper introduces the concept and feature of virtual reality technology. According to experiment teaching characteristics of TV program edit course, this paper discusses the method of construct experiment teaching environment based on the desktop virtual reality technology.
Key words: virtual reality technology; TV program edit; experiment teaching
實驗教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗室，加強(qiáng)學(xué)生實驗技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是計算機(jī)技術(shù)在實驗教學(xué)中應(yīng)用的必然趨勢?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》明確提出：加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)，引進(jìn)國際優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源，建立數(shù)字圖書館和虛擬實驗室，建立開放靈活的教育資源公共服務(wù)平臺，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享。注重學(xué)思結(jié)合，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)；注重知行統(tǒng)一。堅持教育教學(xué)與生產(chǎn)勞動、社會實踐相結(jié)合；注重因材施教。由此可見，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的發(fā)展方向是明確的。
“電視節(jié)目制作”是一門實踐性很強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的集體授課方式比較抽象，很難滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。而操作實驗課則對硬件性能要求較高，往往占用較多的時間，影響了整體的教學(xué)進(jìn)度。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗教學(xué)環(huán)境，可以結(jié)合兩者的優(yōu)勢，能讓學(xué)生直觀地看到自己的操作效果。該文介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念及特征，并針對“電視節(jié)目制作”課程的特點，探討了基于桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建實驗教學(xué)環(huán)境的方法。
1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)及特征
虛擬現(xiàn)實是在計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科,對該技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代, 90年代初,虛擬現(xiàn)實技術(shù)開始作為一門較完整的體系受到人們極大的關(guān)注。
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality),簡單地說是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)。作為一種先進(jìn)的人機(jī)交互技術(shù),虛擬現(xiàn)實技術(shù)拋棄了鍵盤、鼠標(biāo)等傳統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)備,取而代之的是更加具有真實感的虛擬環(huán)境,充分調(diào)動人的各種感覺器官,使參與虛擬體驗的人們能夠最大程度地參與其中。從本質(zhì)上來說,虛擬現(xiàn)實就是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口,它通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀而又自然的實時感知交互手段,最大限度地方便用戶的操作。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于軍事模擬、視景仿真、飛機(jī)汽車制造、科學(xué)可視化等領(lǐng)域。其特性可以概括為3個I: Immersion (沉浸),指虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以是參與的人們完全沉浸在由虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所創(chuàng)建的環(huán)境中；Interactive (交互)指人們在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中可以和周圍的物體發(fā)生互動；Imagination (想象),指創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實環(huán)境的工作者必須有著豐富的現(xiàn)象力。[1]
根據(jù)對虛擬環(huán)境的不同要求和對于使用目的和應(yīng)用對象的不同要求，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可分為四類：桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)[2]。目前普遍應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要還是桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利用個人計算機(jī)和低級工作站進(jìn)行仿真，將計算機(jī)屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口，通過各種輸入設(shè)備實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實環(huán)境的充分交互。它允許參與者通過計算機(jī)屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并可以使用輸入設(shè)備與虛擬場景交互并操縱其中的物體，但這時參與者缺少完全的沉浸感，因為它仍然會受到周圍現(xiàn)實環(huán)境的干擾。但是又因為桌面虛擬現(xiàn)實不需要附屬的硬件和設(shè)備，易于實現(xiàn)，開發(fā)成本也相對低廉，所以被廣泛應(yīng)用。
2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于“電視節(jié)目制作”實驗教學(xué)的現(xiàn)實意義
“電視節(jié)目制作”是廣播電視新聞學(xué)、廣播電視編導(dǎo)以及教育技術(shù)學(xué)等專業(yè)的核心課程，它強(qiáng)調(diào)技術(shù)和藝術(shù)相結(jié)合，實踐性強(qiáng)?！半娨暪?jié)目制作”的學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)知識一般由電視攝像、電視編輯和電視照明三方面的知識內(nèi)容構(gòu)成，學(xué)習(xí)內(nèi)容具有鮮明的視聽覺形象材料和時空運(yùn)動思維過程。然而現(xiàn)行的“電視節(jié)目制作”課程的學(xué)習(xí)教材一般都是以文字教材為主，甚至在教材中少有圖形圖像加以解釋。目前，新聞傳播類專業(yè)的實驗教學(xué)仍采用傳統(tǒng)模式,拘泥于對專業(yè)技能簡單機(jī)械的模仿和學(xué)科理論重復(fù)式的驗證,難以完成學(xué)生實驗操作能力和掌握電視節(jié)目制作流程的教學(xué)目標(biāo)?！半娨暪?jié)目制作”課程中攝像機(jī)的使用、演播室節(jié)目拍攝、場面調(diào)度、電視照明、電視畫面剪輯等教學(xué)內(nèi)容，能充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，可以把不同知識點和技能要點貫穿綜合起來,使學(xué)生在獲得專業(yè)技能訓(xùn)練的同時，獲得對電視節(jié)目制作專業(yè)知識的系統(tǒng)理解與整體把握,使學(xué)生搭建起從事電視節(jié)目后期制作所需的知識結(jié)構(gòu)與能力體系。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運(yùn)用可以使學(xué)生真正成為虛擬環(huán)境的參與者與虛擬事件中的角色扮演者,營造了一種“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境,改變了學(xué)生在傳統(tǒng)實驗教學(xué)中的被動地位。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以讓信息的表現(xiàn)形式豐富多彩，實現(xiàn)了用可視、可聽的信息來代替只能閱讀的信息，用簡潔形象的三維信息來代替抽象冗長的文字信息，用生動的動畫形式來表現(xiàn)難以理解的文字?jǐn)⑹?，為計算機(jī)輔助教育帶來了生機(jī)和活力，促進(jìn)了教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段的改變。通過構(gòu)建虛擬實驗教學(xué)場景，讓學(xué)習(xí)者沉浸在虛擬的真實情景中，動手操作相關(guān)實驗設(shè)備，改變以往獲得知識的以間接知識經(jīng)驗為主的現(xiàn)狀，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對知識的理解。因此,虛擬現(xiàn)實技術(shù)對“電視節(jié)目制作”課程的實驗內(nèi)容和實踐方法產(chǎn)生積極的影響,是改變新聞傳播專業(yè)實驗現(xiàn)狀的重要舉措。
3 “電視節(jié)目制作”虛擬實驗教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建
“電視節(jié)目制作”虛擬實驗室首先進(jìn)行三維建模，然后利用桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)學(xué)習(xí)者與虛擬實驗環(huán)境的交互。在設(shè)計過程中有如下具體的技術(shù)問題需要解決：
3.1 虛擬實驗環(huán)境的構(gòu)建
用于開發(fā)三維模型的軟件最常見主要3DS Max，MAYA，Softimage XSI等。本項目建模采用的是具有強(qiáng)大建模功能的3DS Max軟件。建模是虛擬實驗室建設(shè)的一項基礎(chǔ)工作，“電視節(jié)目制作”虛擬實驗環(huán)境的建模主要是用3DS Max制作，如虛擬實驗環(huán)境、攝像機(jī)、三腳架等。通過模型設(shè)計、模塊組合和圓滑鏈接，較直觀、形象地展現(xiàn)了實驗環(huán)境與實驗設(shè)備的三維效果。
3.2 虛擬實驗的交互設(shè)計
用于虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)較多，比如Flash、VRML、Cult3D等。不同的技術(shù)在開發(fā)特定的實驗方面有獨特的優(yōu)勢，開發(fā)工具的選取是否合適，對能否實現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)非常重要。適合于教育應(yīng)用的虛擬環(huán)境開發(fā)軟件可以從三個方面考慮：首先是具有便捷、高效的交互性；其次是基于Web的可擴(kuò)展性和易用性；第三是能有效創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，具有一定的先進(jìn)性。
考慮到虛擬實驗的數(shù)據(jù)處理量大、交互頻繁，本項目采用Virtools Dev作為開發(fā)平臺，主要基于以下五個方面的考慮：[3]
1) Virtools的三維引擎已經(jīng)成為微軟Xbox認(rèn)可系統(tǒng)，具有全三維的開發(fā)環(huán)境，使用可視化的、交互的方式將現(xiàn)有常用的文件格式整合在一起，如三維模型、二維圖形或音效等。便捷的開發(fā)模式和強(qiáng)大的編輯功能使其廣泛應(yīng)用于三維游戲、影視數(shù)字藝術(shù)、虛擬仿真、虛擬博物館、虛擬漫游、工業(yè)設(shè)計、交互多媒體、教育訓(xùn)練等等多個領(lǐng)域中。
2) Virtools在3D互動展示方面技術(shù)強(qiáng)大、組成完善，主要由創(chuàng)作應(yīng)用程序、動作引擎、渲染引擎、Web播放器、軟件開發(fā)工具包構(gòu)成。
3) 除了自身的3D/VR開發(fā)平臺Virtools Dev外，還有五個可選模塊:網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器Virtools Server、物理屬性Physics Pack、人工智能AI Pack、游戲開發(fā)Xbox Kit和沉浸式開發(fā)平臺VR Pack，為虛擬實驗室的預(yù)期功能實現(xiàn)及拓展開發(fā)提供了技術(shù)保障。
4) 直觀式圖形開發(fā)接口以及內(nèi)建超過600多個行為模塊大大降低了程序開發(fā)的復(fù)雜性，開發(fā)者可以按照自己的需求設(shè)計完整的實現(xiàn)某個功能的交互模塊，還可以保存成Virtools Script 方便重復(fù)使用、編輯。開發(fā)人員只需利用拖拉的方式將互動行為模塊賦予在適當(dāng)對象或角色上，以流程圖的方式處理行為模塊的先后順序，逐漸編輯成一個完整的交互式虛擬世界。可滿足無程序背景的設(shè)計人員以及高級程序設(shè)計師的需要，讓3D美術(shù)設(shè)計與程序設(shè)計人員進(jìn)行良好的分工與合作，有效縮短開發(fā)流程，避免了繁復(fù)冗長的動態(tài)交互設(shè)定與程序代碼的編寫，提高效率。
5) Virtools最大的特色在于其除了可以編譯成單個運(yùn)行的可執(zhí)行文件外，還可以將作品輸出成網(wǎng)絡(luò)瀏覽的格式，這樣作者便可以將作品輸出成可以在因特網(wǎng)普通網(wǎng)頁中瀏覽的互動式虛擬現(xiàn)實，或進(jìn)一步編輯。
3.3 系統(tǒng)開發(fā)流程[3]
1) 素材獲取及處理。此階段主要是使用數(shù)碼相機(jī)現(xiàn)場拍攝實驗室現(xiàn)場紋理和實驗儀器不同角度的照片，通過Photoshop軟件對獲得的照片進(jìn)行處理以備后期使用。2)模型構(gòu)建。此階段主要是使用3DS Max軟件構(gòu)建實驗室場景和實驗儀器模型，創(chuàng)建場景燈光、賦予模型貼圖材質(zhì)等使整個場景盡可能的逼真。3)場景導(dǎo)出。此階段主要是使用導(dǎo)出插件把在 3DSMax軟件中創(chuàng)建的模型導(dǎo)出為Virtools軟件可讀的.NMO格式的文件，并在Virtool中建立資源庫。4)交互設(shè)計。此階段是整個設(shè)計過程中的最主要階段，使用Virtools軟件為模型添加交互行為實現(xiàn)模擬實驗操作的各種功能。5)系統(tǒng)。此階段是把最后完成的虛擬實驗室成網(wǎng)頁文件或者打包成可執(zhí)行文件，使學(xué)習(xí)者能夠通過網(wǎng)絡(luò)就可以瀏覽使用虛擬實驗室。6)測試及應(yīng)用。此階段通過對虛擬實驗室進(jìn)行測試及教育教學(xué)應(yīng)用，根據(jù)反饋信息對虛擬實驗室作進(jìn)一步的完善。
參考文獻(xiàn)：
[1] 梁宇濤.虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室技術(shù)與管理,2006(3):81-85.
[2] 李欣.虛擬現(xiàn)實及其教育應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2004.
