【文章內(nèi)容簡介】 坦克模擬器穿森林，過雪地。使用這種模擬器，可使受訓(xùn)者在1 h 內(nèi)獲得比6 個月實車駕駛還要多的經(jīng)驗。該系統(tǒng)被美國國會列為“絕對禁止出口”的項目。、進行軍事指揮人員訓(xùn)練 利用VR 技術(shù)，根據(jù)偵察情況資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓(xùn)指揮員通過傳感器裝置觀察雙方兵力部署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。美軍曾經(jīng)使用過許多作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)來培訓(xùn)軍事人員，并取得了顯著的效果。如美國海軍開發(fā)的“虛擬艦艇作戰(zhàn)指揮中心”【12】就能逼真地模擬與真實的艦艇作戰(zhàn)指揮中心幾乎完全相似的環(huán)境，生動的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓(xùn)軍官沉浸在“真實的”戰(zhàn)場之中。目前，美軍更進一步采取措施，通過設(shè)置“軍官虛擬現(xiàn)實教程”來強化人員培訓(xùn)。這種“軍官虛擬現(xiàn)實教程”的訓(xùn)練效果大大超過以往陸軍聯(lián)合訓(xùn)練中心所實施的作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練和實戰(zhàn)演習(xí)的方法，僅需5 個月左右時間就能培訓(xùn)出既具備戰(zhàn)術(shù)專家素質(zhì)，又能指揮與控制所屬部隊進行作戰(zhàn)的軍官。為了統(tǒng)一建模方法和數(shù)據(jù)格式，美陸軍部推行了“作戰(zhàn)模型改進計劃”，設(shè)想在一個統(tǒng)一的管理機構(gòu)下建立一個具有層次結(jié)構(gòu)的陸軍作戰(zhàn)模擬系列，將陸軍各兵種的作戰(zhàn)模型全部納入這個體系中，以培養(yǎng)適應(yīng)未來戰(zhàn)爭需要的陸軍軍官。 “Virtual warship mand center in battle”of U． S． Navy、提高指揮決策能力在作戰(zhàn)指揮決策領(lǐng)域，VR 技術(shù)的應(yīng)用主要包括兩個方面: 1) 通過對獲取的情報數(shù)據(jù)在三維戰(zhàn)場環(huán)境上合成逼真的三維戰(zhàn)場態(tài)勢場景，有利于指揮人員更加形象直觀地把握整個戰(zhàn)場態(tài)勢，輔助指揮人員進行決策。 2) 采用基于VR 技術(shù)的作戰(zhàn)方案分析系統(tǒng)對指揮決策人員提出的決策方案進行仿真分析，以便更好地為決策人員服務(wù)。美國海軍實驗室( NRL) 自主開發(fā)的Dragon 系統(tǒng)可以提供72 h 內(nèi)90 km 90 km 范圍內(nèi)的DTED( 數(shù)字地形數(shù)據(jù)) 5 級( 1 m 分辨率) 特征數(shù)據(jù)和圖像特征，在作戰(zhàn)之前就能夠快速將復(fù)雜戰(zhàn)場態(tài)勢可視化，使指揮員及其參謀人員能靈活使用二維或三維動態(tài)顯示系統(tǒng)，更有效地制定任務(wù)計劃和演練，評估行動路線，保持對戰(zhàn)場態(tài)勢的認(rèn)知。、縮短武器裝備的研制周期 眾所周知，在高新技術(shù)武器開發(fā)的過程中大量地采用VR 技術(shù)，設(shè)計者可方便自如地介入系統(tǒng)建模和仿真實驗全過程，讓研制者和用戶同時進入虛擬的作戰(zhàn)環(huán)境中操作武器系統(tǒng)，充分利用分布交互式網(wǎng)絡(luò)提供的各種虛擬環(huán)境，檢驗武器系統(tǒng)的設(shè)計方案和戰(zhàn)技術(shù)性能指標(biāo)及其操作的合理性，縮短了武器系統(tǒng)的研制周期，并能對武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進行合理評估，從而使武器的性能指標(biāo)更接近實戰(zhàn)要求。美國第四代戰(zhàn)斗機F － 22 和JSF 在研制的全過程中由于采用了VR 技術(shù)，實現(xiàn)了三維數(shù)字化設(shè)計和制造一體化，使研制周期縮短50%，節(jié)省的研制費用超過93%。由于采用VR 技術(shù)，在系統(tǒng)設(shè)計的初期，就能夠向飛行員提供直接體驗新設(shè)計優(yōu)點的“虛擬”系統(tǒng)，并能隨時按照訂貨方要求現(xiàn)場修改設(shè)計，美軍利用這一技術(shù)成功設(shè)計了“阿帕奇”和“科曼奇”武裝直升機的電子座艙等【13】。 最近，美國諾斯羅普格魯曼造船公司正在使用VR 技術(shù)設(shè)計下一代航空母艦“吉拉德R福特”號。這是美國海軍40 多年以來第一次全程采用基于VR技術(shù)的計算機軟件而非圖紙進行設(shè)計的航空母艦。 The simulation training system for product design、信息網(wǎng)絡(luò)虛擬戰(zhàn) 信息網(wǎng)絡(luò)虛擬戰(zhàn)是以計算機成像、電子顯示、話音識別和合成、傳感等技術(shù)為基礎(chǔ)實施的信息欺騙。它通過信息網(wǎng)絡(luò)某一節(jié)點，把己方計算機與對方聯(lián)網(wǎng)，或戰(zhàn)前通過各種途徑將VR 技術(shù)植入敵方的指揮控制信息系統(tǒng)中，把己方的虛擬信息即假情報、假決心、假部署傳輸給敵方，迷惑敵人，誘敵判斷失誤。 向敵指揮官和士兵發(fā)布敵方軍官假命令，使敵軍事行動陷入混亂。這種戰(zhàn)法，能使敵方在三維聲像環(huán)境中，看到酷似實物的立體交戰(zhàn)圖像，使敵方不會產(chǎn)生錯覺，增大了欺騙的真實性。由于VR 技術(shù)在軍事上能把接受者投放到一種逼真的、為作戰(zhàn)而設(shè)置的現(xiàn)實中，可以模擬未來戰(zhàn)場各種復(fù)雜情況，從而使敵改變決心和部署。1994 年4月，隨著美軍第一支數(shù)字化部隊的建立，美軍就開始著手運用VR 技術(shù)進行模擬對抗性演習(xí)，并專門成立了“VR 技術(shù)欺騙戰(zhàn)”研究小組，由其具體負(fù)責(zé)技術(shù)研制和實驗。 美國國防科技委員會認(rèn)為: 美國在沙漠風(fēng)暴、巴爾干半島、阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭的低傷亡率，很大程度上是源于平時的作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練，在這種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中充分運用了VR 等一系列技術(shù)，全方位、多層次、多角度實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢的綜合表現(xiàn)。在美國國防科技委員會2000 年度的報告“Training Superiority and Training Surprise”中總結(jié)到“這個20 年前的新發(fā)明不用流一滴血就把我們的單兵和團隊訓(xùn)練成了戰(zhàn)場上的王牌”【14】。、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析、ChemLab ChemLab 由美國Corel 公司于1996 年推出。它是一個交互式的化學(xué)實驗?zāi)M工具， 通用的實驗裝置和步驟用于模擬一步一步執(zhí)行化學(xué)實驗， 所示。該軟件以任務(wù)為主線，首先，由教師制定一系列學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生在領(lǐng)會學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)的前提下，通過引導(dǎo)而最大程度地獨立完成實驗。ChemLab 的功能比較突出，但實驗器具和試劑偏少， 實驗?zāi)K之間的自由構(gòu)建功能體現(xiàn)不足，擴展功能也很有限并且不具備味覺和觸覺功能【15】。、IrYdium Chemistry Lab IrYdium Chemistry Lab 軟件由美國Carnegie Mellon大學(xué)基于Java 開發(fā)，有很好的跨平臺性，但運行速度不是很快。它的優(yōu)點在于學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)來查看學(xué)習(xí)進度，充分利用空閑時間進行自主學(xué)習(xí)；將化學(xué)藥品的屬性直接展現(xiàn)在屏幕上，方便學(xué)生直接使用， 所示。但是該軟件只設(shè)置了部分實驗，實驗藥品和裝置都不是很充足，在實驗范圍的廣度上有待提升；針對學(xué)習(xí)者在實驗中可能產(chǎn)生的錯誤沒有做出預(yù)測，缺乏錯誤的提示和糾正功能。 lrydium chemistry lad 的試驗界面、浙江大學(xué)有機化學(xué)虛擬實驗室 浙江大學(xué)有機化學(xué)虛擬實驗室，是基于Web 的虛擬實驗，如圖3 .，該系統(tǒng)的實驗內(nèi)容主要從基本操作、制備實驗和分離實驗三個方面， 實現(xiàn)對有機化學(xué)實驗的虛擬操作。整個實驗系統(tǒng)內(nèi)容全面、界面清晰、操作步驟明晰并伴有操作提示， 能夠讓學(xué)習(xí)者在提示作用下快速完成實驗內(nèi)容。但對于錯誤的實驗完全屏蔽并且每一步都有提示，缺乏對學(xué)習(xí)者能力的檢測與監(jiān)測。 減壓蒸餾試驗、金華科仿真化學(xué)實驗室 金華科仿真化學(xué)實驗室，軟件界面設(shè)計靈活，實驗內(nèi)容較豐富，實驗過程具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性和開放的交互性，既是化學(xué)課堂中的教學(xué)平臺，也是化學(xué)教師的課件制作平臺和學(xué)生的交互式學(xué)習(xí)平臺。該虛擬實驗系統(tǒng)由仿真化學(xué)實驗室、三維分子展示（）、中學(xué)化學(xué)小百科三部分組成。仿真化學(xué)實驗室的設(shè)計界面是二維結(jié)構(gòu)，用戶可以按照自己的需要搭建實驗器材，獨自進行實驗。在實驗整體性上有自己的優(yōu)勢， 并且能夠清晰地看到發(fā)光、氣泡等現(xiàn)象，不足之處在于它沒有對實驗過程中可能存在的錯誤進行分析，并給出錯誤提示和更正處理。、東師理想初中化學(xué)虛擬仿真實驗室軟件 東師理想初中化學(xué)虛擬仿真實驗室軟件， 囊括了整個初中化學(xué)實驗內(nèi)容， 對全部實驗儀器做了總結(jié)并給出了圖形介紹，每個實驗內(nèi)容實驗儀器展示、實驗介紹四個部分。該軟件通過實驗介紹闡述實驗的教學(xué)目標(biāo)以及實驗的實用性和重要性， 用語音和圖形把實驗操作和注意事項展現(xiàn)給學(xué)生，最后通過學(xué)生自己的虛擬操作達到理解實驗的目的。整個教學(xué)過程思路清晰、目標(biāo)明確，學(xué)生按照既定的操作步驟在操作提示的引導(dǎo)下自主搭建實驗器材， 獨立完成實驗，這既鍛煉了學(xué)生的動手能力，又能夠避免真實實驗的危險。此系統(tǒng)在實驗流程上還屬于線性的，缺乏發(fā)散思維和創(chuàng)新思維的引導(dǎo)， 通過既定的儀器完成既定的實驗任務(wù)是該系統(tǒng)的不足之處。從技術(shù)領(lǐng)域來說， 目前應(yīng)用于化學(xué)學(xué)科教學(xué)中的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)大部分都是二維的結(jié)構(gòu)， 金華科仿真化學(xué)實驗室以及東師理想初中化學(xué)虛擬仿真實驗室中涉及的分子結(jié)構(gòu)模型是三維呈現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)目前主要采用建模工具軟件，如3DS MAX、Multigen Creator、Maya、SolidWorks 等，進行環(huán)境建模；再利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)工具和平臺提供的強大引擎和SDK 工具包實現(xiàn)場景的實時繪制、仿真和交互操作等功能；最后優(yōu)化并生成特定文件格式的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品并發(fā)布。目前使用的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)工具和平臺有Java3D、Open GVS、VRML、Cult3D、EON、Quest3D、Virtools 等，不同的技術(shù)各有其特點。虛擬實驗系統(tǒng)在技術(shù)上已經(jīng)很容易實現(xiàn)， 但在教與學(xué)的方式還需要進一步改善。以上系統(tǒng)都只是采用傳統(tǒng)的以教為中心的教學(xué)模式，整個學(xué)習(xí)過程只是按照既定的教學(xué)步驟而進行，不能對學(xué)生的思維進行引導(dǎo)；實驗過程中不能突出對學(xué)生技能的訓(xùn)練，缺乏對學(xué)生的智慧技能以及協(xié)作學(xué)習(xí)能力的考察；對學(xué)生在實驗中所出現(xiàn)的錯誤沒有作出預(yù)測并及時更正也是以上系統(tǒng)所