虚拟现实技术综述大全11篇

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中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：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、虚拟现实的概念

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射"到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。虚拟现实技术具有以下三个基本特征：

1.沉浸感(Immersion)―又称浸没感或临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。

2.交互性(Interactivity)―虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标对虚拟环境中的对象进行考察或操作，虚拟世界中的对象也能够实时的做出相应的反映。

3.构想性(Imagination)―虚拟现实不仅仅是一种媒体或用户的高速接口，而且还是针对某一特定领域、解决某些问题的应用，为了解决这些问题，不仅需要了解应用的需求，了解技术的能力，而且还需要有丰富的想象力。

二、虚拟实验室的概念

虚拟实验室(Virtual Laboratory)概念，是由美国的William Wolf教授1989年提出的，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。美国国家研究委员会的定义为：虚拟实验室是一个无墙的中心。研究人员能在其中从事科学研究和工程设计，不必顾及地理位置的限制，实现同行间、同事间的互动；共享仪器、设备、数据、计算资源以及数字图书馆的信息。虚拟实验室的特点

1.透明性：分布式虚拟实验室的所有数据库、硬软件集成于一个系统，使用标准的统一命令来实现功能服务。这种透明的结构决定了分布式虚拟实验室的透明特征。

2.资源共享性。

3.智能化：虚拟仪器技术与认知模拟方法的结合赋予虚拟实验室智能化的特性。

4.互操作性：虚拟实验一旦开放，即具有互动性，远程用户同样可以操作中心实验环境，同时用户之间也可以交流相关信息。互动性需要有一系列软硬件的支持，它们都是虚拟实验的组成部分。

5.客户定制性：允许用户定制自己的使用方式，允许用户通过设置限制来保护数据。

三、综合布线虚拟实验室的设计

（一）虚拟实验室体系结构的设计。整个系统采用C／S体系结构，以TCP／IP作为网络通信协议，构建了一个虚拟实验室系统。利用MAYA搭建场景，模拟现实环境，制作工具栏中的虚拟器件。利用C++语言设计前端的实验操作平台，主题框架界面采用SDI 单文档结构视图。实验者可选择虚实验场景，并在场景中对虚拟器件进行动态地拖拽、旋转、属性编辑等动作，随时随地进行综合布线的相关实验。它营造了一个逼真的实验环境和强大的交互功能，使实验可以取得真实的结果，并以电子实验报告的形式提交。

（二）虚拟实验室场景的设计。该实验室系统模拟现实中一幢正在建筑的6层楼房的场景，每层楼走廊左右各有3个房间，共6个房间。在走廊的尽头有个小储藏室，作为楼层配线设备（FD）工作室。一楼的一个房间作为建筑物配线设备(BD)工作室。该场景按照比例还原现实规模，使实验者有身临其境的感觉。

综合布线的器件将已工具栏的形式出现在系统中，包括线槽，线管，网线、电脑、电视、电话模块及面板，管卡，集线器，配线架。使用者可以点击工具栏中的器件在场景中施工。

（三）虚拟实验室功能的设计。在现实综合布线实验中，实验效果情况只能利用AUTOCAD软件制作平面图，无法看到真实线路的走向，信息点的摆放，耗材的使用，布线是否规范等情况。而常规的实验设备不能体现真实建筑物的特点，导致学生在布线中目的性不是很明确。

虚拟实验室模拟了现实场景，只要有布线要求，不论是文字说明的还是平面设计图，实验者都可以模拟布线。线路的走向，信息点的摆放一目了然，系统还封装了多个公式，有关布线器件的使用数量在实验最终的报告里都以电子表格的形式显示。最关键的是学生知道自己在做什么，知道线路为什么这么布，在以后工作中，就不会出现没学过这个知识的想法。系统还封装了多个综合布线工程施工中的规范，实验者在操作中，如果不符合规范，系统也会提示。

四、结束语

由于虚拟现实技术处于起步阶段，虚拟现实技术尚未能普及。随着虚拟现实技术的不断发展和完善，虚拟现实技术作为一个新型的媒体，以其自身强大的教学优势和潜力，将会在教学中得到广泛的应用。

参考文献：

[1]褚志涛.虚拟现实技术略论[J].南京广播电视大学学报,2007,4

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③资料来源：；杜江，杜伟庭.“VR+新闻”：虚拟现实报道的尝试，[J]青年记者，2016.

参考文献

[1]杜江，杜伟庭.VR+新闻：虚拟现实报道的尝试[J].青年记者，2016.

[2]董丹丹，生奇志.《纽约时报》尝试虚拟现实（VR）移动传播模式[J].记者摇篮，2016.

[3]邓建国.时空征服和感知重组[J].新闻记者，2016（5）：45-52.

[4]汪鑫.\析虚拟现实新闻的前景与困境[J].西部广播电视，2016（7）.

[5]袁素文.虚拟现实：传统文本报道的叙事延伸[J].现代视听，2015.

[6]朱颖，陈靖.浅议虚拟现实新闻的应用实践及发展趋势[J].东南传播，2016（6）.

[7]李晓芳.虚拟现实技术背景下沉浸式新闻的应用[J].声屏世界，2016（7）.

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1虚拟现实技术

虚拟现实技术（virtual reality，简称VR）是由美国VPL公司创始人加隆.拉尼尔在二十世纪八十年代提出的，它指的是综合利用计算机图形系统和各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术，其中计算机生成的、可交互的三维环境被称为虚拟环境（Virtual Environment，简称VE）。虚拟现实的三个基本特征是沉浸（Immersion）、交互（Interaction）和构想（Imagination）。与其它的计算机系统相比，虚拟现实系统能提供实时交互性操作、三维视觉空间和多通道的人机界面；目前虚拟现实主要限于视觉和听觉，但触觉和嗅觉方面的研究也取得了很大的进展。

2虚拟现实技术的具体形式之——增强现实技术

虚拟现实技术按照系统功能和实现方式的不同，又可以分成以下四种具体类型：沉浸式虚拟现实、桌面虚拟现实、分布式虚拟现实和增强现实。

增强现实（Augmented Reality，简称 AR）技术，是在二十世纪九十年代由波音公司的考德尔及其同事在设计一个辅助布线系统时提出的，它是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。随着随身移动电子设备运算能力的不断提升，增强现实技术的用途将会越来越广。

目前人们对于增强现实有两种通用的定义。一是北卡罗来纳大学的Ronald Azuma于1997年提出的，他认为增强现实包括三个方面的内容：Combines real and virtual（将虚拟物与现实结合）；Interactive in real time（即时互动）；Registered in 3-D（三维）。

另一种定义是1994年保罗·米尔格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）提出的现实-虚拟连续统（Milgram's Reality-Virtuality Continuum）。他们将真实环境和虚拟环境分别作为连续统的两端，位于它们中间的被称为“混合实境（Mixed Reality）”。其中靠近真实环境的是增强现实（Augmented Reality），靠近虚拟环境的则是扩增虚境（Augmented Virtuality）。

3增强现实系统的实现过程

虽然增强现实系统不需要显示完整的场景，但由于需要通过分析大量的定位数据和场景信息来保证由计算机生成的虚拟物体可以精确地定位在真实场景中，增强现实系统中一般都包含以下几个基本步骤：获得真实场景的信息；对真实场景和摄影机的位置信息进行分析；生成虚拟的景物；合并视频或直接显示，即图形系统首先根据摄影机的位置信息和真实场景中的定位标记来计算虚拟物体坐标到摄影机视平面的仿射变换，然后按照仿射变换矩阵在视平面上绘制虚拟物体，最后通过头戴式可视设备（Head Mount Display）直接显示或与真实场景的视频合并后，一起显示在显示器上。成像设备、跟踪与定位技术和交互技术是实现一个基本的增强现实系统的支撑技术。

4增强现实技术的具体研究内容

由于人们对增强现实技术的需求不断增长，研究人员对基于视觉的增强现实技术进行了很多研究，这些研究内容包括——增强现实系统中虚拟物体与真实场景融合技术的研究包括：3D虚拟物体注册技术、摄像机标定技术、摄像机的跟踪技术和基于视频的实景空间的建模技术，融合技术的研究主要包括：虚拟对象和真实场景的配准以及虚拟物体与真实场景之间的动态一致性、虚实物体之间的几何一致性和光照一致性——使得增强现实技术获得了飞速的发展。

5增强现实的应用

增强现实技术已经被逐步应用到了很多行业当中，逐渐进入到我们的生活当中，典型的案例包括：

医疗方面——北卡罗莱纳大学的AR辅助B超检查和胸部活组织切片；伦敦Guy’s医院MAGI项目协助医生从耳道中取出神经瘤；卡内基梅隆大学的“魔眼”工程；布朗大学的外科手术培训系统。

教育方面——欧洲计算机工业研究中心的机械模型注解。

工业方面——SONY公司TransVision增强现实样机系统。

商业方面——微软推增强现实技术——新应用-记事帖；日本新宿高岛屋百货公司内的数字化妆镜。

文化方面——希腊、土耳其的历史古迹数字重建；“数字敦煌”工程。

6总结

增强现实（Augmented Reality，AR）技术是近年来的研究热点，它是将计算机生成的虚拟物体或其它信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”，它是虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）的一个重要分支。增强现实综合了计算机图形、光电成像、融合显示、多传感器、图像处理、计算机视觉等多门学科。

参考文献：

[1]郭天太，王引童.虚拟现实技术与增强现实技术.机械制造，2003，41（6）：7-9.

[2]维基百科.

[3]R. Azuma， A Survey of Augmented Reality.Presence： Teleoperators and Virtual Environments， pp. 355–385， August 1997.

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虚拟现实即Virtual Reality ,简称VR,这个名词始创于上个世纪八十年代,由美国发明家Jaron Lanier提出,是一门崭新的综合性信息技术,而且已经成为当今计算机科学界最振奋人心的研究课题之一。

一、什么是虚拟现实

VR是指利用多媒体计算机技术生成一个具有逼真的视觉、听觉、触觉及嗅觉等的模拟现实环境,利用人的自然技能对这一虚拟出来的现实环境进行交互体验,体验的结果(即该虚拟的现实反应)与在相应的真实现实中的体验结果相似或完全相同。

二、虚拟现实技术的系统构成

如图所示,VR的系统由以下模块构成:

1.检测模块:检测用户的操作指令,并通过传感器模块作用于虚拟环境。

2. 反馈模块:接受来自传感器模块的信息,为用户提供动感、触觉、力觉等多方面感受的实时反馈。

3. 传感器模块:一方面接受来自用户的操作指令,并将其作用于虚拟环境;另一方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。

4. 控制模块:对传感器进行控制,使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。

5. 建模模块:运用知识库、模式识别、人工智能等技术,获取现实世界组成部分的三维表示,通过音响制作实现对现实世界的声音模拟,并由此构成对应的虚拟环境。

6. 三维模块:通过三维技术实现对虚拟环境的视觉模拟。

此外,在开放式的虚拟现实系统中,还可以通过传感装置与现实世界构成反馈闭环,在用户控制下,利用虚拟环境对现实世界进行直接操作或遥控操作。

三、虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术具有如下四个特征,即:多感知性、沉浸感、交互性、想象性。

1. 多感知性(Multi-Sensory)――所谓多感知性,是指通过多种媒体,产生视觉、听觉、触觉、力觉、和运动等的感知。理想的虚拟现实技术应该实现人所具有的一切感知功能。由于科技发展的局限性和不成熟,目前的虚拟现实技术所开发的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

2. 沉浸感(Immersion)――又称临场感,指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。当用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中时,眼睛看到的、耳朵听到的、鼻子闻到的、嘴巴尝到的、还有身体触摸到的等等,都跟在现实世界里体会到的感觉是一样的。

3. 交互性(Interactivity)――指用户对虚拟环境内的物体进行操作时,对象将给用户以感觉上的反馈。例如,在虚拟环境中参加足球比赛,当用户用脚去踢虚拟环境中的足球时,会产生触觉和力的反馈。

4. 构想性(Imagination)――强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

一般来说,“身临其境”般的沉浸感,友好亲切的人机交互性,和发人深思的构想性是虚拟现实的三大主要特征,亦即我们常说的“3I”特性。

四、虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术创建伊始,就承载着巨大的应用价值,它涉及科研、军事、航天、医学、教育、工程技术、影视娱乐等众多领域。典型的应用领域有:

1. 医学方面

虚拟现实技术在医学上的应用大致分为两类,一类是虚拟人体,也就是数字化人体,可用于构造人体模型,便于医生对人体构造和功能的辨识;另一类是虚拟手术系统,可用于指导高难度手术的进行。

2. 教育方面

在教育领域,虚拟现实技术具有广泛的作用和影响。基于虚拟现实技术带来的崭新的教育模式,使我们的教育理念和教育方法也在随之变革,授课内容以大量详实、生动、直观的虚拟情节出现,寓教于乐。

3. 娱乐方面

娱乐领域是虚拟现实技术的一个重要应用领域。它能够提供更为逼真的虚拟环境,借助于头盔显示器、数据服、立体声耳机、数据手套等传感装置,使人们能够享受到强烈的感官刺激,带来更好的娱乐感觉。

4.军事科研领域方面

军事和科研都是需要巨额资金投入的领域,而且难度大、危险系数高,在某种情况下,利用虚拟现实技术进行虚拟实验,既可以节省人力物力资源,打破时间和空间的限制,又可以缩短开发周期、提高生产效率、削减项目经费。

五、虚拟现实技术的发展前景

虚拟现实技术是许多相关学科领域集成、交叉的产物,它融合了人工智能、电子学、数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术、心理学等多个技术分支,大大推进了计算机科学软硬件技术的全面发展。虚拟现实技术的发展,从根本上改变了人们的工作方式和生活方式,将劳逸真正结合了起来,而且虚拟现实技术与美术、音乐等文化艺术的结合,将诞生出人类的第九大艺术,前景一片光明。而且虚拟现实技术继理论分析、科学实验之后,成为人类探索客观世界规律的又一手段和方式。

虽然虚拟现实领域的技术潜力是巨大的,应用前景也是很广阔的,但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论,目前虚拟现实技术所取得的成就,绝大部分来说,还只是扩展了计算机的接口能力,刚刚开始涉及到人的感知系统、肌肉系统与计算机的集合作用问题。只有当真正开始涉及并找到针对这些问题的技术实现途径时,人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底地克服。

六、小结

综上所述,无论是现在还是将来,虚拟现实技术在各行各业都将得到不同程度的发展,并且越来越显示出广阔的应用前景。虚拟城市、虚拟战场、虚拟校园、甚至“数字地球”都会不断涌现,带给我们一种全新的视觉、身心体验。虚拟现实技术将使众多传统行业和产业发生颠覆性的变革,给我们的生产和生活带来巨大的经济效益。

参考文献

[1] 刘锦德,敬万钧. 关于虚拟现实 ― 核心概念与工作定义. 计 算机应用,1997.5

[2] 刘惠芬. 什么是虚拟现实. 父母必读

[3] 周炎勋. 虚拟现实技术综述. 计算机仿真,1996.1

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前言

伴随着科学技术的不断发展， 人类社会步入了崭新的世纪， 经济的全球化和社会的信息化， 促使市场竞争日益激烈， 制造企业为了在竞争中求得生存和发展， 必须以最快的上市速度， 最好的质量， 最低的成本和最优的服务， 满足不同顾客的需求。这就要求企业生产活动必须具有高度的柔性， 对市场需求的变化做出快速反应， 虚拟现实技术由此产生。

1.虚拟现实的内涵和特点

虚拟现实是实际制造过程在计算机上的本质实现， 即采用计算机仿真与虚拟现实技术， 在计算机上群组协同工作， 实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程， 以增强制造过程各级的决策与控制能力。虚拟现实虽然不是实际的制造， 但却实现实际制造的本质过程， 是一种通过计算机虚拟现实来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题， 提高人们的预测和决策水平， 使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地， 发展到了全方位预报的新阶段。与实际制造相比较， 虚拟现实的主要特点是：

（1）产品与制造环境是虚拟现实， 在计算机上进行产品设计、制造、测试， 甚至设计人员或用户可“进入”虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作， 而不依赖于传统的原型样机的反复修改;还可将已开发的产品（部件）存放在计算机里， 不但大大节省仓储费用， 更能根据用户需求或市场变化快速改变设计， 快速投入批量生产， 从而能大幅度压缩新产品的开发时间， 提高质量、降低成本。

（2）可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个产品模型上同时工作、相互交流、信息共享， 减少大量的文档生成及其传递的时间和误差， 从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化。

2.虚拟现实技术在机械设计与制造中应用

（1）虚拟产品概念设计。概念设计（Conceptual Design）是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。概念设计是指对产品起始的设计构思，目的是为了捕捉产品的基本形态。概念设计是产品设计过程中的重要阶段，因为产品成本的60%～70%是概念设计决定的。虚拟概念设计使用虚拟现实技术，为设计者提供基于语言识别和手势跟踪的输入方式，设计者可随时、方便地在三维虚拟环境中操纵产品及零件并改变或修改产品的各种形态建模，并可以在三维空间中对设计对象进行观察和操作，其目的是获得足够多的有关产品式样和形状的信息，从而达到满意的效果。虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，使设计师的设计思路和设计表达更加清晰、形象、逼真，让人更多了一种直观的、亲切的交互的感受。这样的开发设计大大减少了投放市场的风险性，保证产品开发一次性成功。设计时可以针对不同用户及爱好者的需求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。

（2）虚拟设计。虚拟设计（Virtual Design）就是设计人员设计一个虚拟的产品，来分析、研究、检查所设计的产品是否满足设计要求，有问题及时修改，使产品设计更为完善，或者说虚拟现实技术用于产品的开发设计。虚拟设计涉及到许多的学科和专业技术，属于多学科交互技术，在工程设计上，目前提出两种基于虚拟现实的工程设计方法。一种是利用现有的CAD 系统产生模型，再将其转换成虚拟现实软件支持的格式，然后将模型输入到虚拟现实软件的环境中，完成虚拟产品的设计，用户充分利用各种增强的效果设备，如头盔显示器等产生临境感。另一种是VR-CAD 系统，将虚拟现实技术引入CAD 环境，这种设计环境中的对象不仅具有外形，而且还有重量、材料特性、表面硬度以及一些内在的物理性能、功能作用等信息。对象之间相互作用时能反映出对象内部结构状态等随外部输入的实时改变。设计者直接在虚拟环境中参与设计，采用虚拟设计可以对产品的外形设计、产品的布局设计、产品的运动和动力仿真设计，避免可能出现的干涉和其它不合理问题;同时可以检查运动构件工作时的运动协调关系。

（3）虚拟制造。虚拟制造（Virtual Manufacturing）是实际制造过程在计算机上的映射，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造技术在制造业中得以成功地推广应用，其中在航空航天、汽车等领域中的应用尤为典型。虚拟制造在汽车领域的应用涉及到汽车的整个生命周期，它可以在汽车生产设备、工装和模具，甚至校车的设计之前，很容易地生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。比如，通用电动车部（General Motors ElectroMotive Division，EMD）早在1997 年就利用UG II 软件，建成了第一个完全数字化的机车样机模型，并围绕这个数字模型并行地进行产品设计、分析、制造夹模具工装设计和可维修性设计。此举显著降低了研制费用及生产成本，大大增强了全球竞争能力。由此可见，虚拟制造用虚拟样机代替具体物理模型，对产品的全寿命周期进行展示、分析和测试，对存在问题的地方进行修改，提高产品一次试验成功率，减少设计制造费用，缩短设计开发周期，降低研发成本，提高研发水平，保证产品质量。

4.结束语

现在，虚拟现实技术在工业领域中获得较为成熟的运用，但仍是初级阶段。可以预见得到，虚拟现实技术将逐渐应用到设计制作的各个环节中，为设计制造业的蓬勃发展提供无限动力。

参考文献：

[1]戴晴华，易迪升，田文胜，周小青，喻江波.虚拟制造技术及其在工程机械中的应用[J].中国工程机械学报，2010（02）

[2]刘淑芬，高奇.虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用[J].装备制造技术，2009（06）

[3]王利华，包文育，张丹丹，侍红岩，刘丽娜.虚拟现实技术及其在机械设计与制造中的应用[J]. 内蒙古民族大学学报（自然科学版），2007（01）

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一、引言

虚拟现实技术（VR）是一门快速崛起的新型技术，它的出现对教育产生了深远的影响，改变了以往的一些教学观念和教学模式，开拓了现行教学手段的发展空间，为教学的创新提供了广阔的空间[1]。使我们教学工作和科研可以遵循“低成本、高性能”的原则，从软件、硬件上展开，逐步实现教学系统的动态环境建模技术、实时三维图形生成和显示技术以及三维交互系统的研制。

二、虚拟现实技术应用于教学科研的实现方法

首先利用现有的软硬件、网络环境和教学资源，包括各种相关技术专家和开发人员。本着自主研发和合作相结合的方向，完成各类医学和生物学教学场景虚拟实现和模型建立，从而完成相应的模型数据库的建设，根据不同的教学目标、科研方向和需求，逐步完善各学科教学课件的整合工作，包括医学诊治方案和试验场景再现的制作和标准化工作[2]。以期达到最佳的教学效果和目的。医学与其它学科不同，针对的对像是复杂的人体。因此其操作回馈，除去视觉之外，目前还没有太好的解决方案。即使在国外，亦没有多少可以借鉴的案例，要摸索的东西多。针对这些问题，最好的解决的方案是立足现有条件，从实际使用的可能性出发，制作不必求全求大，针对教学中的问题，用VR系统实现作精、作透。对于能够模拟的，尽量模拟，无法模拟的，则想办法模仿。虚拟教学系统应遵循合理整合现有软硬件资源，本着实用性，高效性，前瞻性的原则进行开发和研究。

1.利用虚拟现实技术，对学生进行技能训练。

虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，并全身心地投入到该学习环境中去，以达到动作技能类教学目标要求。利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练，如手术仿真，影像系统仿真，电子病历模拟等各种职业技能的训练[3]。学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。如学生利用虚拟教学系统做实验，先阅读实验指导书的实验说明和操作步骤，然后观察虚拟教学系统中的演示实验，再与模拟实验的多媒体课件进行交互“操作”，控制实验条件，采集实验数据，论证实验原理和规律，写出实验报告，分析实验结果。学生在实验过程中或实验结束后，随时可以由网上老师或计算机智能系统进行跟踪与纠错。

2.借助网络的虚拟化实现辅助教学。

随着虚拟现实技术以及网络技术的日益发展，借助于网络的虚拟化进行辅助教学，将是未来教育占据主导地位的一种全新教学方法、方式。建构主义主张学习情境和实际情境相结合，因为实际情境具有丰富性和生动性等特点，这对于学生高级认知能力的发展有促进作用。然而计算机教学的内容，特别是实践教学因场所等限制不是每时每刻都可以进行，它有空间和时间等因素的限制。而虚拟现实技术可以打破时空的限制，为学生提供一种可在课堂和实验室中就能找到的虚拟实现，还可以再现特定的环境。

3.构建虚拟现实的教学平台。

本研究结合虚拟现实和互联网技术，利用计算机教研室现有600台微机和6台服务器、创建.NET平台，在B/S架构上逐步开发出适合进行智能型的、交互式、分布式、图文并茂的教学软件，并通过互联网传输逼真的教学和学习环境。

4.虚拟现实技术在远程教学中的应用

在远程教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行[4]。利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。

图1 模块框架

三、虚拟教学系统实现的重点和难点

虚拟现实应用于教学中具有“减少实验经费开销”、“突破时空限制”等优点。在此基础上比较当前实现虚拟现实的几种解决方案，本项目并最终选择基于Flex的虚拟现实技术这一解决方案：利用3DS MAX进行建模、通过MXML+Action Script语言实现旋转、放缩等，并对该解决方案中的技术特性、方案可行性及应用于教学中的优势进行剖析;最后，借助软件工程的开发思想（准备阶段、分析阶段、设计阶段、开发阶段和实施阶段），设计出一个虚拟教学系统，并结合结构学的应用案例对该系统的部分功能进行开发，为虚拟教学系统建设提供一个新的开发途径和模式[5]。如对研究实体，通过3D MAX完成场景建模，再由VRML创建的三维虚拟现实场景，使学生通过网络就可以直接浏览并交互。模块框架如图1所示。

具体技术路线为：

1.在.NET环境和B/S架构上建立教学虚拟现实系统平台。

2.从计算机虚拟教学课件着手，到逐步实现不同学科的虚拟实现的过度。其中包括国家精品课程教学课件的声、图和影像的多维虚拟实现（其中包括医学影像，电子病历，LIS，HIS，RIS等。

3.逐步实现临床诊疗（虚拟手术，仿真影响神经元信号传导的因素等）的网络虚拟教学和远程仿真实现。

4.整合人工智能、仿真技术、图形技术、显示技术、传感技术、网络等多种技术于一体[6]。通过硬件设备，计算机和网络技术的运用，实现听觉、视觉、嗅觉等多维信息通道获取信息的高级用户界面，从而为数字化教学的构想提供保证，填补一些国内在虚拟教学领域的空白，培养教研室科研队伍。

四、小结

虚拟现实技术是本世纪发展的重要技术之一，并发挥神奇的作用，二十一世纪将是虚拟现实技术的时代。而借助于虚拟现实技术，创建一个与现实社会逼真的虚拟学习环境，在这个学习环境中，知识以可视化的方式呈现，学习者可以进行自主学习，以自然的方式与学习内容交互，就是本研究的目的。

参考文献

[1]汤跃明.虚拟现实技术在教育中的应用[M].北京：科学出版社，2007：13-15.

[2]任建.从教学媒体的演变看教学设计的发展历史[J].电化教育研究，2012（8）：12.

[3]林利，李春梅，刘畅.基于计算机虚拟技术构建临床诊疗实践教学辅助手段探析[J].中国社会医学杂志，2011，28（3）：169-170.

[4]胡万祥.多媒体辅助教学中的虚拟现实技术[J].才智，2013（14）：38.

[5]曾祥翊.从国际学者对话透视教育技术发展[J].电化教育研究，2011（8）：9-15.

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中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：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

随着汽车产业的快速发展，各个汽车制造公司的竞争也日趋激烈，这就要求在汽车研发及生产的各个环节都能够保持高效快速应变，以适应市场环境的快速变化。汽车造型设计作为汽车研发的重要一环，面对外部市场环境快速变化的严峻挑战，对新科学技术的应用就更为迫切。

虚拟现实技术作为近年来发展最为迅猛的技术手段，将可能成为改变人类生活方式的一种新技术，而作为虚拟现实技术最重要的其中一种形式存在的头戴式虚拟现实技术自然是重中之重。

1 概述

虚拟现实的实质是“造个世界任我行”，它是以现代科学计算机技术为发展核心，融合相关学科技术，生成在视觉、听觉、触觉等方面逼近人类在真实世界中的感官感触的数字化虚拟世界，使用者借助相应设备，可以走进生成的数字化虚拟世界，并且可以与虚拟世界中的对象进行交互作用，产生身临其境的真实体验和感受。

（1）桌面式虚拟现实，这类型的虚拟技术要求相对较低，他只需要利用工作站作为运行设备，将计算机显示器作为用户观看虚拟数字世界的一个窗口，再通过鼠标等输入设备实现与虚拟数字世界的交互，用户可以通过输入设备对虚拟世界进行指令操作，通过显示设备进行对虚拟世界的观察。

（2）沉浸式虚拟现实，这一类型虚拟现实技术对虚拟现实硬件设备的要求较高，他是利用一种中间设备，例如头戴显示器，触觉手套等，将用户的视觉、听觉、触觉等感官感觉封锁起来，并通过中间传输设备，给用户提供一种全新的虚拟感觉，让用户沉浸其中。

（3）增强现实型虚拟现实，这一类型的虚拟现实能给用户提供平时或者是正常情况下难以观察到难以感受到的状态给呈现出来，是真实世界和虚拟世界的叠加，即“实中有虚”。

（4）分布式虚拟现实，他需要通过多个计算机设备连接在一起，共同建立一个虚拟世界，这时候的虚拟现实世界是一个真正意义上的多元世界，多个使用者可以对同一个虚拟世界进行操作。

1.1 什么是头戴式虚拟现实

头戴式虚拟现实是将数字化虚拟世界呈现给用户的一个窗口，用户可以通过头戴式虚拟现实设备将其对现实世界的视觉、听觉隔离起来，这时候就完全置身于虚拟世界了。头戴式虚拟现实显示根据人眼视觉原理左右眼成像不同，分别显示相应的左右眼图像，能让人感觉到虚拟世界的物体时有立体有深度信息的，从而传递给大脑一个真实的信息，在视觉层面上达到以假乱真的目的。

1.2 构成

一套完整的头戴式虚拟现实系统通常由以下几方面组成[1～2]：

（1）计算机硬件设备，它必须能承载庞大的数据量运转，快速生成图形图像并且能支持实时高速处理，高性能计算机设备是头戴式虚拟现实系统构成的基础也是关键。

（2）头戴式虚拟现实设备，它是人机交互的接口，使用者通过它可以对虚拟世界进行操作，虚拟世界也可以根据使用者的各项指令进行反馈，借助头戴式虚拟显示器，使用者可以看得见虚拟世界，并且^戴虚拟显示器中安装有定位器，当使用者行走的位置或者方向进行改变的时候，虚拟世界会相应变化。

（3）虚拟现实生成软件，它是虚拟世界得以实现的基础，你可以利用它构建真实世界场景的再现或是你所构想的虚拟世界，现阶段相关的虚拟现实生成软件游戏领域运用的比较多的是Virtools、Quest 3D等，在汽车设计领域用的比较多的有Alias、RTT等。

（4）虚拟现实三维数字模型。它是虚拟现实的内容也是载体，他可以是现实世界的再造，也可以是人们虚构的世界，它的状态决定是使用者所看到的内容。

1.3 成像原理

人们在观察周边世界的时候，能感受到物体的立体、远近、景深等效果主要是依靠于人眼强大的成像原理，人们由于两只眼睛的不同位置而产生眼距，在看同一件物体的时候得到两幅略微不同的图像，这两幅图像经过人的大脑的融合，形成一幅带有空间立体、距离远近等信息的景象，而头戴式虚拟现实显示器正是模仿人眼双目立体成像原理进行设计，头戴显示器有两个显示镜分别用来模拟人的左右眼，工作站根据后台数据输入指令，分别将左右眼画面输送给左右眼显示器，用户佩戴上头戴式虚拟显示器，就可以体验到虚拟的真实。

2 头戴式虚拟现实技术在汽车设计领域的影响

虚拟现实技术作为能够准确体现汽车造型设计、加快汽车研发进程的一种有效手段，自诞生以来就受到了各大主流汽车公司的广泛关注与应用，并且其带来的巨大效益也得到了行业内的广泛认可[3]。放眼国外主流的汽车厂商像奔驰、保时捷等，都建立有自己的虚拟现实实验室。在近两年头戴式虚拟现实技术风潮疯狂席卷全球态势下，很多汽车公司都纷纷加入了头戴式虚拟现实技术的研究，在美国通用公司的虚拟现实中心的虚拟现实设计实验室里，当用户进入该实验室，佩戴上头戴式虚拟现实显示器，预先设置好的虚拟现实世界就会呈现在用户身边，用户可以看到和真实汽车一样的包括尺寸大小、颜色、纹理一样的虚拟汽车，用户可以像实际观察汽车一样前后来回观察，可以查看车体的造型轮廓及线条流畅性，也可以坐到汽车座椅上观察仪表、方向盘、娱乐面板等细节的效果，以及模拟驾驶员视野的观察。

3 头戴式虚拟现实系统在汽车设计中的应用探索

头戴式虚拟现实技术的出现，对汽车设计领域的原有设计流程及验证方法有了很大改进，在汽车研发过程中，汽车造型设计是很重要一环，汽车设计师的造型构想如何快速的让用户看得见并且喜爱是决定造型设计成败的关键。一个产品的设计流程往往需要经过几轮甚至十几轮反复推敲，时间成本比较高，难以跟上快速变化的市场环境，因此在设计过程中如何简化设计流程并且客观真实的反应汽车造型状态尤为重要，而头戴式虚拟现实系统能够在造型效果图之后就迅速加入设计流程，并且用虚拟的环境客观真实的还原实际状态，让用户所看即所得，而完成一套虚拟现实系统不仅需要硬件系统的支持，也需要软件的配合，而所观察到的内容则需要设计师前期虚拟现实数据的制作。

4 面临的问题与发展方向

头戴式虚拟现实技术在汽车设计领域中的运用，让使用者能够以比较真实自然的方式与虚拟世界进行交互，提高了人机交互的真实性，但受限于当下科技水平、计算机仿真技术、人机交互技术等各方面的影响，仍存在一定程度上的虚拟世界不真实、人机交互程度不够以及用户共享性不足等题[4]。目前来看，一套头戴式虚拟现实设备同时只能支持一位用户观察使用，因此在用户共享体验上不够。

在将来科学技术水平、计算机仿真技术等各方面技术发展越来越成熟的时候，头戴式虚拟现实技术可以朝分布式虚拟现实技术发展，通过多个计算机设备共同建立一个虚拟现实世界，多个使用者可以对同一个虚拟世界进行操作，这时候的虚拟现实世界是一个真正意义上的多元世界。

5 结语

随着科技水平的发展，虚拟现实技术的发展也随之日渐成熟，并且由于其为人类生活生产方面带来的巨大效益越来越被接受，头戴式虚拟现实技术在汽车设计领域的运用作为即Powerwall桌面式虚拟现实之后的另一先进技术，能极大的优化汽车设计流程、缩短研发时间、有效提高汽车设计水平 ，给使用者提供真实的用户反馈，也越来越被汽车设计公司所青睐，虽然受限于当下科技发展水平等各方面因素的影响，头戴式虚拟现实技术在使用体验上仍有些不足，但随着科技的进步以及巨大市场资金的投入必定能推动这一技术的长足发展。

参考文献

[1]周忠，周颐，肖江剑.虚拟现实增强技术综述[J].信息科学，2015，45（2）：157～180.

篇（8）

一、引言

教育技术的发展紧紧伴随着技术进步的步伐发展，随着信息技术的飞速发展现代教育技术也呈现出日新月异的局面。有研究表明，随着通信技术和信息技术的不断发展，有关教育技术特别是远程教育技术的研究呈现出由电视技术到计算机技术再到网络技术的发展路径。例如美国早期的教育技术研究集中在视听教育方面，对电视媒体比较关注。90年代以后，计算机逐渐普及应用，教育技术相关的新词语，如“Courseware”“Hypermedia”和“ComputerSoftware”等大幅度出现。今天，随着新教育理念和教育技术的发展，特别是虚拟现实和数字媒体技术的发展，“远程网络教育平台”“MOOC课程”“虚拟教室”“虚拟实验”等新术语又不断出现在现代教育技术研究的舞台上，呈现出新的发展局面。我国是教育大国，发展现代远程教育已成为我国教育发展的一项战略措施。近年来，在我国教育技术主要的研究刊物中，包括《电化教育研究》《中国电化教育》《中国远程教育》《开放教育研究》《现代教育技术》《现代远距离教育》，对包括虚拟现实技术在内的新的信息技术应用做了大量研究。本文在综合分析相关文献的基础上，分别论述虚拟现实技术主要的应用特点、虚拟现实在教育技术中的应用模式和关键技术。

二、虚拟现实技术应用于远程教育的主要优势

我国的远程教育经历了三个发展阶段：一是主要依靠邮政通讯手段进行函授教育；二是利用广播和电视开展广播电视教育；三是以信息为基础开展的现代远程教育。特别是20世纪90年代以来，随着计算机网络为代表的远程传输技术和移动计算技术的发展，随着多媒体、虚拟现实等新型媒体技术的发展和应用，现代远程教育成功突破了传统面授教育的局限，提供了一种突破时空界限、资源共享、交互沉浸式的学习环境。其中，虚拟现实技术发挥着重要的作用。“虚拟现实技术”是一种利用计算机为用户生成模拟人物和场景的技术，该模拟的人物和场景非常相似于所对应的现实世界人物和场景，使用户能够得到一种类似真实世界所能给与的感受和体验。所以又称为虚拟现实技术可以虚拟出“一个真实的世界”。虚拟现实技术同时还具有鲜明的特色—3I特性：“沉浸(Immersion)”“交互(Interaction)”和“想象(Imagination)”。虚拟现实技术首先追求的是能够达到沉浸的“真实”体验，能够提供有效的人机“交互”，能够为用户提供一种甚至超越现实意境的“想象”空间。虚拟现实技术是一门综合性的技术，不仅包括图形学、图像处理、模式识别、网络技术、并行计算技术、人工智能等特殊的信息技术，而且涉及数学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关知识。如果真的能够方便地生成各种虚拟的现实世界，同时又具有3I特性，必将在远程教育中发挥重要的作用。

三、虚拟现实技术在远程教育领域的主要应用模式

前一个时期，我国远程教育技术大多还是基于网页的远程教育平台，依靠文字和平面动画提供在线的教育服务。由于教育者和学习者的时空相对分离而无法提供身临其境的学习环境，也由于教育内容更多属于单向的线性播放模式而无法提供人机交互环境，还由于只是通过视频进行演示教学而无法提供真实的实验教学环境，大大降低了学习的主动性，已无法激起学生的学习兴趣和积极性。现代远程教育的发展趋势是网络化、智能化、虚拟化。虚拟现实技术因其特有的多感知性、浸没感、交互性和想象性等特点，在远程教育中具有强大优势和潜力。虚拟现实技术本身也在发展之中，基于虚拟现实技术的应用也在实践探索之中。从目前情况看，虚拟现实技术在远程教育中的主要应用可以分为两个层面：一是简单应用，基本上是在教室教学资料中运用虚拟现实技术制作课件，将抽象问题和复杂问题直观化、可视化。例如医学教育中的人体结构和各类生命循环系统功能演示等。二是高级应用，所谓高级是用虚拟现实技术专门制作特殊功能的系统，并在远程教育平台上使用。这类高级的虚拟现实应用主要包括三个方面：一是虚拟训练场和虚拟实验室。专门提供规模较大的分布式专业训练和实验环境。例如军事训练环境，运用军事仿真技术、虚拟现实技术和分布计算技术，构建真实的军事对抗训练环境，这已经是成功的应用模式了。同样，在一般的学科专业教学中，可以通过建构虚拟实验室，使得许多现实的实验室功能可以虚拟化。二是虚拟教室和学习环境。这类应用主要是提供虚拟的数字校园，在网络化的数字校园里有着许多不同授课内容的“教室”，有着虚拟化的校园、图书馆和学科专业网站，甚至有着同类学员的学习“社区”。三是虚拟创新设计环境。现代教育提倡的创新学习，随着虚拟现实技术的运用也逐渐成为了可能。利用虚拟现实技术可以建立实际动手设计环境，学生可以开展近乎真实的创新设计。如服装设计、艺术设计和科技产品设计。如果再能够利用产学研结合的机制，这样的设计环境将会是非常有意义的。总之，运用虚拟现实技术人们可以虚拟出一个真实的校园环境或者构建一个虚拟的学习环境，经过实时渲染的分布式虚拟现实环境将会让学生在虚拟现实空间中学习的感受就如同在3D游戏中一样，他们可以实时地进行三维交互、实时地参与教学活动、与教师进行沟通。

四、虚拟现实技术应用于远程教育应该重点关注的问题

虚拟现实技术具有非常理想的发展前景，但是仍处于快速发展的阶段。虚拟现实技术运用于远程教育，应该分别从技术和应用两个方面关注以下问题。从技术的角度，要重点关注虚拟现实关键技术发展的动态。要想理想地用计算机生成真实感很强的虚拟世界，并且能够在广域网范围内交互使用，技术难度是很大的。目前大多数人认为有五项关键技术正在积极突破。（一）动态环境建模技术一般说环境建模比对象个体建模复杂，而动态的环境建模更具有挑战。动态环境建模目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。（二）实时三维图形生成技术目前三维图形技术尽管已经较为成熟，但是如何实现“实时”生成仍然是挑战。（三）立体显示技术目前虚拟现实的交互能力主要依赖于立体显示和传感器技术。但现有的虚拟现实还远远不能满足需要，虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。（四）系统开发工具和运行平台虚拟现实应用的开发比较复杂，效率和质量保证也很困难，网络化的运行平台也很难满足广域网环境。目前还必须重点研究虚拟现实的有效开发工具和高效分布式运行平台。（五）系统集成技术集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成也非常复杂。从应用角度，要更新教育观念并能够有效运用建模技术构建学习环境。包括如何运用建模技术构建与教学相关的对象和场景，如何构建以学生为主体的自主学习过程，如何设计人机交互环节等等。当然熟练掌握虚拟现实技术和数字媒体技术是重要的应用基础。正像高质量的动漫游戏制作非常不易一样，好的虚拟现实教育作品的研发也是具有挑战性的。

五、结语

现代教育技术的应用逐渐呈现出网络化、智能化和虚拟化的重要趋势。虚拟现实技术在现代远程教育领域的主要应用模式包括：虚拟训练场和虚拟实验室、虚拟教室和学习环境、虚拟创新设计环境。当前相关的关键技术和新的应用模式都还在积极的发展之中，有着良好的前景。

作者:邹玲 单位:北京电影学院数字媒体学院

参考文献

[1]魏顺平.国外教育技术研究现状与趋势[J].开放教育研究,2010(2).

篇（9）

中图分类号：G726 文献标识码：A

一、引言

教育技术的发展紧紧伴随着技术进步的步伐发展，随着信息技术的飞速发展现代教育技术也呈现出日新月异的局面。有研究表明，随着通信技术和信息技术的不断发展，有关教育技术特别是远程教育技术的研究呈现出由电视技术到计算机技术再到网络技术的发展路径。例如美国早期的教育技术研究集中在视听教育方面，对电视媒体比较关注。90年代以后，计算机逐渐普及应用，教育技术相关的新词语，如“Courseware”“Hypermedia”和“ComputerSoftware”等大幅度出现。今天，随着新教育理念和教育技术的发展，特别是虚拟现实和数字媒体技术的发展，“远程网络教育平台”“MOOC课程”“虚拟教室”“虚拟实验”等新术语又不断出现在现代教育技术研究的舞台上，呈现出新的发展局面。我国是教育大国，发展现代远程教育已成为我国教育发展的一项战略措施。近年来，在我国教育技术主要的研究刊物中，包括《电化教育研究》《中国电化教育》《中国远程教育》《开放教育研究》《现代教育技术》《现代远距离教育》，对包括虚拟现实技术在内的新的信息技术应用做了大量研究。本文在综合分析相关文献的基础上，分别论述虚拟现实技术主要的应用特点、虚拟现实在教育技术中的应用模式和关键技术。

二、虚拟现实技术应用于远程教育的主要优势

我国的远程教育经历了三个发展阶段： 一是主要依靠邮政通讯手段进行函授教育；二是利用广播和电视开展广播电视教育；三是以信息为基础开展的现代远程教育。特别是20世纪90年代以来，随着计算机网络为代表的远程传输技术和移动计算技术的发展，随着多媒体、虚拟现实等新型媒体技术的发展和应用，现代远程教育成功突破了传统面授教育的局限，提供了一种突破时空界限、资源共享、交互沉浸式的学习环境。其中，虚拟现实技术发挥着重要的作用。

“虚拟现实技术”是一种利用计算机为用户生成模拟人物和场景的技术，该模拟的人物和场景非常相似于所对应的现实世界人物和场景，使用户能够得到一种类似真实世界所能给与的感受和体验。所以又称为虚拟现实技术可以虚拟出“一个真实的世界”。虚拟现实技术同时还具有鲜明的特色―3I特性：“沉浸（Immersion）”“交互（Interaction）”和“想象（Imagination）”。虚拟现实技术首先追求的是能够达到沉浸的“真实”体验，能够提供有效的人机“交互”，能够为用户提供一种甚至超越现实意境的“想象”空间。

虚拟现实技术是一门综合性的技术，不仅包括图形学、图像处理、模式识别、网络技术、并行计算技术、人工智能等特殊的信息技术，而且涉及数学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关知识。如果真的能够方便地生成各种虚拟的现实世界，同时又具有3I特性，必将在远程教育中发挥重要的作用。

三、虚拟现实技术在远程教育领域的主要应用模式

前一个时期，我国远程教育技术大多还是基于网页的远程教育平台，依靠文字和平面动画提供在线的教育服务。由于教育者和学习者的时空相对分离而无法提供身临其境的学习环境，也由于教育内容更多属于单向的线性播放模式而无法提供人机交互环境，还由于只是通过视频进行演示教学而无法提供真实的实验教学环境，大大降低了学习的主动性，已无法激起学生的学习兴趣和积极性。现代远程教育的发展趋势是网络化、智能化、虚拟化。虚拟现实技术因其特有的多感知性、浸没感、交互性和想象性等特点，在远程教育中具有强大优势和潜力。

虚拟现实技术本身也在发展之中，基于虚拟现实技术的应用也在实践探索之中。从目前情况看，虚拟现实技术在远程教育中的主要应用可以分为两个层面：一是简单应用，基本上是在教室教学资料中运用虚拟现实技术制作课件，将抽象问题和复杂问题直观化、可视化。例如医学教育中的人体结构和各类生命循环系统功能演示等。二是高级应用，所谓高级是用虚拟现实技术专门制作特殊功能的系统，并在远程教育平台上使用。这类高级的虚拟现实应用主要包括三个方面：

一是虚拟训练场和虚拟实验室。专门提供规模较大的分布式专业训练和实验环境。例如军事训练环境，运用军事仿真技术、虚拟现实技术和分布计算技术，构建真实的军事对抗训练环境，这已经是成功的应用模式了。同样，在一般的学科专业教学中，可以通过建构虚拟实验室，使得许多现实的实验室功能可以虚拟化。

二是虚拟教室和学习环境。这类应用主要是提供虚拟的数字校园，在网络化的数字校园里有着许多不同授课内容的“教室”，有着虚拟化的校园、图书馆和学科专业网站，甚至有着同类学员的学习“社区”。

三是虚拟创新设计环境。现代教育提倡的创新学习，随着虚拟现实技术的运用也逐渐成为了可能。利用虚拟现实技术可以建立实际动手设计环境，学生可以开展近乎真实的创新设计。如服装设计、艺术设计和科技产品设计。如果再能够利用产学研结合的机制，这样的设计环境将会是非常有意义的。

总之，运用虚拟现实技术人们可以虚拟出一个真实的校园环境或者构建一个虚拟的学习环境，经过实时渲染的分布式虚拟现实环境将会让学生在虚拟现实空间中学习的感受就如同在3D游戏中一样，他们可以实时地进行三维交互、实时地参与教学活动、与教师进行沟通。

四、虚拟现实技术应用于远程教育应该重点关注的问题

虚拟现实技术具有非常理想的发展前景，但是仍处于快速发展的阶段。虚拟现实技术运用于远程教育，应该分别从技术和应用两个方面关注以下问题。

从技术的角度，要重点关注虚拟现实关键技术发展的动态。要想理想地用计算机生成真实感很强的虚拟世界，并且能够在广域网范围内交互使用，技术难度是很大的。目前大多数人认为有五项关键技术正在积极突破。

（一）动态环境建模技术

一般说环境建模比对象个体建模复杂，而动态的环境建模更具有挑战。动态环境建模目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。

（二）实时三维图形生成技术

目前三维图形技术尽管已经较为成熟，但是如何实现“实时”生成仍然是挑战。

（三）立体显示技术

目前虚拟现实的交互能力主要依赖于立体显示和传感器技术。但现有的虚拟现实还远远不能满足需要，虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高。

（四）系统开发工具和运行平台

虚拟现实应用的开发比较复杂，效率和质量保证也很困难，网络化的运行平台也很难满足广域网环境。目前还必须重点研究虚拟现实的有效开发工具和高效分布式运行平台。

（五）系统集成技术

集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成也非常复杂。

从应用角度，要更新教育观念并能够有效运用建模技术构建学习环境。包括如何运用建模技术构建与教学相关的对象和场景，如何构建以学生为主体的自主学习过程，如何设计人机交互环节等等。当然熟练掌握虚拟现实技术和数字媒体技术是重要的应用基础。正像高质量的动漫游戏制作非常不易一样，好的虚拟现实教育作品的研发也是具有挑战性的。

五、Y语

现代教育技术的应用逐渐呈现出网络化、智能化和虚拟化的重要趋势。虚拟现实技术在现代远程教育领域的主要应用模式包括：虚拟训练场和虚拟实验室、虚拟教室和学习环境、虚拟创新设计环境。当前相关的关键技术和新的应用模式都还在积极的发展之中，有着良好的前景。

参考文献

篇（10）

中图分类号:TP-9文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210106-02

随着科学技术的迅猛发展,特别是计算机科学技术的飞速发展,带动了各领域科研方式的全面革新。各种计算机辅助设计系统相继出现,给科研工作带来了极大便利。而其中的虚拟现实技术成为近几年来国内外科技界关注的一个热点。目前,虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、军事训练、建筑设计、教育培训等众多领域。

一、虚拟现实的概念以及特点

(一)基本概念

虚拟现实技术是一种真实模拟人在自然环境中视觉,听觉以及行为举止的一种人机交互界面。它运用计算机图形学,人工智能,计算机仿真技术,传感技术,显示技术,网络技术以及心理学等各种学科知识在计算机中构成与外在自然环境相同的虚拟环境。它使得用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作。

(二)特点

1.沉浸性:指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。虚拟现实技术根据人类各种感觉器官以及心理特点,经由计算机模拟还原出逼真的三维立体图像,让使用者在与虚拟环境进行交互行为时有一种身临其境的感受。

2.交互性:指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互,使用者不仅可以利用电脑键盘,鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔,数据手套等传感设备进行交互。

多感知性――是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置,因此,使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉等多种感知,从而达到身临其境的感。

3.构想性:传统的计算机图形学中是将三维场景在显示器上进行二维环境显示处理。但是虚拟环境则是真实模拟还原现实客观世界环境,强调三维显示立体环境,更贴近于现实真实环境。

4.多感知性:是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。但是由于传感技术的限制,我们无法达到理论上的对人类感官的全面模拟,现今的虚拟现实技术的感知功能仅限于通过视觉,听觉,触觉等。

二、虚拟现实分类

根据用户参与的形式的不同,通常把虚拟现实分成四大类。桌面虚拟现实,沉浸的虚拟现实,增强现实性的虚拟现实,分布式虚拟现实。

(一)桌面虚拟现实

桌面虚拟现实(PCVR)系统,基本上是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。其实就是使用个人计算机即PC机或PC工作站去产生仿真,桌面虚拟现实的参与者是不完全沉浸的,他要求参与者使用标准的CRT显示器和立体显示技CJFD2000以及位置跟踪器和另外一个手控输入设备,如数据手套和六个自由度的三维空间鼠标器,戴上立体眼镜坐在监视器前,在一些专业软件的帮助下,但可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界。

(二)沉浸式虚拟现实

沉浸式虚拟现实系统是一种高级的虚拟现实系统,它提供一个完全沉浸的体验,使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备,把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来,并提供一个新的、虚拟的感觉空间,并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。沉浸式虚拟系统是一套比较复杂的系统,它的优点是使用户全身心地沉浸到虚拟世界中去,缺点是系统设备价格昂贵,难以普及推广。

(三)增强现实性的虚拟现实

增强式虚拟现实系统是把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统,它既允许用户看到真实世界,同时也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象,这种系统既可减少对构成复杂真实环境的计算,又可对实际物体进行操作,真正达到亦真亦幻的境界。

(四)分布式虚拟现实

分布式虚拟现实系统是利用远程网络,将异地的不同用户联结起来,多个用户通过网络同时参加一个虚拟空间,共同体验虚拟经历,对同一虚拟世界进行观察和操作,达到协同工作的目的,从而将虚拟现实的应用提升到了一个更高的境界。

三、虚拟现实技术在教学中的实现意义

将虚拟现实技术引入学校教学是教育方法上的一次革命性的创新实践。相对于传统的教学模式中理论教学方面对知识的传授仅限于口述以及静态图像展示的教学方法而言,虚拟现实技术可以全方位的让学生主动获取知识,对知识体系有全方位的理解。而在实验教学方面虚拟现实技术可以模拟出逼真的学习环境,并且提供多种学习交互活动,让学习者通过实际操作或亲身体验来接受相关知识内容。例如在飞行员的培训中就可以引入虚拟现实技术进行培训,从而降低了风险以及教学成本。因此虚拟现实技术在理论与实验教学环节中有以下优势及特征:

(一)理论教学方面

1.模拟实物立体模型:在教学中经常要利用一些实物展示,以帮助学生形象的认识知识对象。传统的展示手段有:

(1)利用图像与投影仪等设备。但是这种静止图像在传递知识时信息较为匮乏,学生无法获取画面之外的知识信息。

(2)利用实物展示。这种方法的缺点是学生全面观察较为困难,在不同角度获得的信息各不相同。且展示物品无法制作较大使得后排学生难以看清楚。

(3)通过三维模型动画软件制作模型展示。虽然这种方法可以较为完整的还原物体,且各方面信息也都可以获得,但是使用此类模型进行教学无法实现动态交互,学生只能被动接受事先安排好的内容顺序,最多进行暂停与播放操作。无法自己主动获取所希望了解的相关方面知识。

但是通过虚拟现实技术我们可以构建与实物相同的三维物体。利用三维制作软件制作模型,最后存储为VRML格式,在VRML播放器中使用可以全面的认识展示对象。如计算机教学中硬件部分教学中就可以制作出相关硬件部分的桌面虚拟现实。让学生近距离全方位的观察。

2.立体空间的展示:立体空间是指现实中存在的或根据历史资料在历史中层真实存在的空间。在教学中由于受到条件的限制,学生无法亲历这些空间,只能靠老师语言描述或绘画描绘等方法来激发学生想象,让学生在自己的脑海中抽象的构建相关的空间。但是依靠虚拟现实技术我们可以不仅仅让学生在脑海中想象,还可以让学生听的到,看的到,甚至摸的到。例如在地理课程中描述火山地形,传统教学手法无法让学生亲临火山去观察,但是结合虚拟显示技术就可以全方位的观察火山地形以及火山喷发过程。同事结合虚拟向导的语音描述,学生在学习过程中可以结合向导所讲的知识亲自观察。这种教学方法无疑是对传统书本授课教学的革新与挑战。

3.展品介绍:人类发展经历了数千年,在这数千年里有无数人类知识的结晶与艺术的瑰宝。但是大多数时候我们都无法亲眼目睹这些宝贵的文化遗产,往往是通过图片或者视频来了解认识它们。比如巴黎的埃菲尔铁塔,我们又有多少人能去法国,亲自站在埃菲尔铁塔下面去从下而上的观赏它。大多数人都是通过照片来观看埃菲尔铁塔的正面。但是利用虚拟现实技术我们可以真实的模拟出埃菲尔铁塔来,从而全方位的观察它,不仅仅是我们正常的视点。我们甚至可以从人们无法获得视点来观察。

(二)实验教学方面

虚拟实验是采用虚拟现实等技术,模拟传统实验操作环节的软硬件实验环境,包括虚拟的实验设备、实验工具、实验对象等。实验过程主要是对虚拟对象的操作,实验结果可以被处理、存储,实验过程可以不断重复进行,虚拟实验注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。

虚拟实验室是虚拟现实技术应用研究的重要载体,是以计算机软硬件技术为基础,使用软件开发工具实现的一种虚拟实验环境,通过开发一系列虚拟实验模块来模拟真实的实验环境、实验设备和实验过程,实验者能够进行友好人机交互,真实感受互动的实验过程,身临其境地进行实验操作。虚拟实验室与传统实验室相比有以下优点:

1.打破了传统实验对地点和时间的限制:很多实验都需要大量的时间来进行操作,而且很多实验对实验地点的要求也很严格。但是结合虚拟现实技术,我们可以突破时间的限制而在较短的时间内获得实验结果,同时对一些特殊实验环境也可以进行模拟,打破了实验的地点限制。

2.降低了实验器械的损耗以及充分发挥学生创造力:在虚拟现实环境中进行实验,学生无需对损坏实验器械而担心。可以放心大胆的使用一些可能十分昂贵的实验器材。同时在虚拟的实验环境中,学生也可以自由发挥自己的想象力,创造力。

3.节省成本,突破设备、场地、经费等硬件的限制。

4.降低操作风险:在一些高危险性的实验中运用虚拟现实技术可以避免因操作失误而带来的人身事故。而且也可以进行一些学校无法提供的高危险性的实验:如核反应实验等涉及放射性元素的实验课题。虚拟实验教学应用于实验教学是教育技术发展的一个飞跃,它营造了“自主学习”的环境,由传统的“以教促学”的学习模式变为学生与虚拟环境的交互,从而得到新知识的学习模式。

四、结语

虚拟现实技术伴随着计算机图像技术和计算机网络技术的不断发展,从开始产生到现在经历了一段相当长的时间。但是随着科技的日新月异的变革,我们的虚拟现实技术也将迎来一个快速发展的阶段,使我们的虚拟现实中的场景更加真实,人物也更加生动形象,使之带动教育教学手段上的革新。

参考文献:

[1]胡小强,虚拟现实技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]韩强,虚拟实验室在高校实践教学中的应用与研究[J].吉林工程技术师范学院学报,2007(6).

篇（11）

收稿日期：2007―09―28

作者简介：梅婷（1984―），女，汉族，浙江省杭州市人，浙江工业大学职业技术教育研究所，硕士研究生，主要研究方向：高等职业技术教育。

李海宗（1963―），男，汉族，甘肃省陇西人，浙江工业大学职业技术教育研究所，副教授，主要研究方向：高等职业技术教育、教育教学评价。

计算机和互联网络的发展对传统的教育思想、教育观念、教育模式和教育方法等都带来了革命性的影响。分析职业技术教育本身的特点，结合新兴的技术手段，探求两者的完美结合，也许可以打开制约职业教育实训课程实施的瓶颈，寻找新的突破口。

一、什么是虚拟现实技术

虚拟现实技术是利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，并通过使用传感设备与之相互作用的新技术。它为用户提供了一种临境（immersible）和多感觉通道（multi-sensory）的体验，是计算机与用户之间的一种更为理想化的人―机界面形式。虚拟现实技术与传统的模拟技术完全不同，是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置，将操作者置身于计算机生成的三维虚拟环境中。操作者通过传感装置与虚拟环境交互作用，可获得视觉、听觉、触觉等多种感知，并允许操作和改变其中的“物体”。 与传统计算机相比，虚拟现实技术具有“3I”特点：强烈的“身临其境”的沉浸感（Immersion）；友好亲切的人机交互性（Interaction）；发人想像的刺激性（Imagination）。

目前，随着信息处理技术的不断进步，虚拟现实系统也在逐步发展和完善，按照系统实现的功能不同，虚拟现实技术主要有以下四种基本应用类型：

（一）桌面型虚拟现实系统（Desktop VR）。桌面型虚拟现实系统实现较为容易，设备造价低，普及性好。

（二）沉浸型虚拟现实系统（Immersible VR）。沉浸型虚拟现实系统是一套技术复杂、设备造价较为昂贵的高级系统。

（三）分布式虚拟现实系统（Distributed VR）。

（四）增强型虚拟现实系统（Augmented VR）。

二、为什么要应用虚拟现实技术

职业教育有别于普通教育的一个重要特点就是在保证理论教学基础上，突出强调实践教学，让学生不但掌握一定的应知理论，更重要的是学会一种实际的应用能力。

实训是职业技能实践训练的简称，是指在学校能控制状态下，按照人才培养规律与目标，对学生进行职业技术应用能力训练的教学过程。

实训是培养学生专业知识综合应用能力，熟练掌握岗位技能的关键教学环节。实训课程开设的成功与否，直接关系到学生的操作技能、创新精神、职业习惯与道德等综合素质的培养。

近年来，各地政府与学校都逐渐认识到实训课程在职业教育中的重要作用，都不同程度地加大了实训场地的硬件建设。然而，由于某些方面的原因，实训课程的开展依然不尽如人意。比如：

（一）我国各地经济发展差距大，职业技术教育发展亦不平衡。很多地区虽然加大了投入力度，但由于实训课程的前期投入与后期消耗都非常大，且随技术的发展，常需要更新换代，因此仍然存在资金欠缺的问题。

（二）一些实践活动存在一定的危险性。如：可能会产生有害物质，易危害人体健康；容易发生短路、爆炸等状况。

（三）一些项目的运作成本高昂。比如：所需的设备复杂、价格昂贵、器械损耗较大，且使用的原材料亦属昂贵、消耗量大之类物质，以及因学生的误操作而带来的损耗。

因此，既然从资金上无法做到无穷满足实训课程顺利的开展，那么，从科学技术上寻求一种新型的、实用的方法手段，作为突破口，从另一维度来解决这一系列的问题，也许是职业教育走出实训困境的一条出路。

三、虚拟现实技术的优势

将虚拟现实技术应用于职业教育实训课程中，区别于传统实训课程，有下列一些优势：

（一）效率高。在应用虚拟现实技术营造的仿真环境下开展实训课程，精确性高，突发事件发生的可能性小，因此要比采用实际装置或设备效率更高。

（二）投资少。相对于实际实训场所的建设投资，建立一套相应的虚拟现实系统的投资要小得多，通常，虚拟现实系统的投资是实际系统投资的几十分之一，且面对设备更新换代，采用虚拟现实技术的实训基地在原有基础上改进、完善的投入更可以大幅度降低。

（三）消耗低。虚拟现实系统通常是以软件的形式在计算机上运行，其使用的材料、能耗都很低，设备维修几率小，即使出故障，也较易解决。

（四）应用面广。可以将一些危险性高、开展难度大、相对比较难控制的项目先用虚拟现实系统进行练习，待熟练掌握后，再去现实环境中操作，既解决了现实中无法开展的难题，又在一定程度上保证了安全性。

（五）灵活性好。对过程中间或者局部的一些重点与难点，在虚拟现实系统中，可以人为进行记录与重现，多加演练，或者细节放大，且可以因人而异，自主调节系统速度，便于学生较好掌握，还可以设置一些意外情境，培养学生的应变能力。

（六）集成度高。可以在虚拟环境下完成整个工艺的设计、制造、修理、检验等过程，做到真正一体化。

（七）开展难度小。虚拟现实技术与多媒体的有机结合，使得整个操作过程形象、生动、有趣，较易吸引学生的学习兴趣，激发学生的学习热情。

四、应用虚拟现实技术还应注意的问题

尽管虚拟现实技术在工科实训课程中拥有各种明显优势，但因为技术本身仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未攻克的技术难题，在应用与进一步推广过程中，仍然需要注意以下几个方面：

首先，虚拟现实系统软硬件技术平台较高，技术设备复杂，造价昂贵，职业技术院校应该考虑本校的财力、技术力量和实训目的来选择虚拟现实系统，

其次，虚拟现实技术所营造的环境毕竟与实际有一定的差距，在配备了虚拟现实系统后，决不能忽视学生在实际现场中的体验。

此外，需要重视专业教师和实习指导教师在推广虚拟现实技术工作中的作用。

作为一项新兴的科学技术，虚拟现实技术还处于探索前进与不断完善阶段，与教育、培训等领域也正开始适应、磨合，在实际应用中，还存在很多需要解决的理论与技术上的问题。但从虚拟现实技术本身的特点、优势，以及职业技术教育中存在的薄弱环节上，我们有理由相信，虚拟现实技术在职业技术教育实训课程领域的应用前景还是相当广阔、具有发展潜力的。

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