【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 坦克模擬器穿森林，過(guò)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(gè)月實(shí)車駕駛還要多的經(jīng)驗(yàn)。該系統(tǒng)被美國(guó)國(guó)會(huì)列為“絕對(duì)禁止出口”的項(xiàng)目。、進(jìn)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(chǎng)全景圖，讓受訓(xùn)指揮員通過(guò)傳感器裝置觀察雙方兵力部署和戰(zhàn)場(chǎng)情況，以便判斷敵情，定下正確決心。美軍曾經(jīng)使用過(guò)許多作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)來(lái)培訓(xùn)軍事人員，并取得了顯著的效果。如美國(guó)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(shí)的艦艇作戰(zhàn)指揮中心幾乎完全相似的環(huán)境，生動(dòng)的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓(xùn)軍官沉浸在“真實(shí)的”戰(zhàn)場(chǎng)之中。目前，美軍更進(jìn)一步采取措施，通過(guò)設(shè)置“軍官虛擬現(xiàn)實(shí)教程”來(lái)強(qiáng)化人員培訓(xùn)。這種“軍官虛擬現(xiàn)實(shí)教程”的訓(xùn)練效果大大超過(guò)以往陸軍聯(lián)合訓(xùn)練中心所實(shí)施的作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)演習(xí)的方法，僅需5 個(gè)月左右時(shí)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(duì)進(jìn)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(jìn)計(jì)劃”，設(shè)想在一個(gè)統(tǒng)一的管理機(jī)構(gòu)下建立一個(gè)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(gè)體系中，以培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)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(gè)方面: 1) 通過(guò)對(duì)獲取的情報(bào)數(shù)據(jù)在三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境上合成逼真的三維戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)場(chǎng)景，有利于指揮人員更加形象直觀地把握整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，輔助指揮人員進(jìn)行決策。 2) 采用基于VR 技術(shù)的作戰(zhàn)方案分析系統(tǒng)對(duì)指揮決策人員提出的決策方案進(jìn)行仿真分析，以便更好地為決策人員服務(wù)。美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)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(jí)( 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(chǎng)態(tài)勢(shì)可視化，使指揮員及其參謀人員能靈活使用二維或三維動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)，更有效地制定任務(wù)計(jì)劃和演練，評(píng)估行動(dòng)路線，保持對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)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(guò)程中大量地采用VR 技術(shù)，設(shè)計(jì)者可方便自如地介入系統(tǒng)建模和仿真實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，讓研制者和用戶同時(shí)進(jìn)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(yàn)武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行合理評(píng)估，從而使武器的性能指標(biāo)更接近實(shí)戰(zhàn)要求。美國(guó)第四代戰(zhàn)斗機(jī)F － 22 和JSF 在研制的全過(guò)程中由于采用了VR 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造一體化，使研制周期縮短50%，節(jié)省的研制費(fèi)用超過(guò)93%。由于采用VR 技術(shù)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初期，就能夠向飛行員提供直接體驗(yàn)新設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)的“虛擬”系統(tǒng)，并能隨時(shí)按照訂貨方要求現(xiàn)場(chǎng)修改設(shè)計(jì)，美軍利用這一技術(shù)成功設(shè)計(jì)了“阿帕奇”和“科曼奇”武裝直升機(jī)的電子座艙等【13】。 最近，美國(guó)諾斯羅普格魯曼造船公司正在使用VR 技術(shù)設(shè)計(jì)下一代航空母艦“吉拉德R福特”號(hào)。這是美國(guó)海軍40 多年以來(lái)第一次全程采用基于VR技術(shù)的計(jì)算機(jī)軟件而非圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)成像、電子顯示、話音識(shí)別和合成、傳感等技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)施的信息欺騙。它通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)某一節(jié)點(diǎn)，把己方計(jì)算機(jī)與對(duì)方聯(lián)網(wǎng)，或戰(zhàn)前通過(guò)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(bào)、假?zèng)Q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(dòng)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(shí)物的立體交戰(zhàn)圖像，使敵方不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)覺，增大了欺騙的真實(shí)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(shí)中，可以模擬未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)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(duì)的建立，美軍就開始著手運(yùn)用VR 技術(shù)進(jìn)行模擬對(duì)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(shí)驗(yàn)。 美國(guó)國(guó)防科技委員會(huì)認(rèn)為: 美國(guó)在沙漠風(fēng)暴、巴爾干半島、阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的低傷亡率，很大程度上是源于平時(shí)的作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練，在這種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中充分運(yùn)用了VR 等一系列技術(shù)，全方位、多層次、多角度實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的綜合表現(xiàn)。在美國(guó)國(guó)防科技委員會(huì)2000 年度的報(bào)告“Training Superiority and Training Surprise”中總結(jié)到“這個(gè)20 年前的新發(fā)明不用流一滴血就把我們的單兵和團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練成了戰(zhàn)場(chǎng)上的王牌”【14】。、虛擬現(xiàn)實(shí)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(guó)Corel 公司于1996 年推出。它是一個(gè)交互式的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M工具， 通用的實(shí)驗(yàn)裝置和步驟用于模擬一步一步執(zhí)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)， 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(huì)學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)的前提下，通過(guò)引導(dǎo)而最大程度地獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。ChemLab 的功能比較突出，但實(shí)驗(yàn)器具和試劑偏少， 實(shí)驗(yàn)?zāi)K之間的自由構(gòu)建功能體現(xiàn)不足，擴(kuò)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(guó)Carnegie Mellon大學(xué)基于Java 開發(fā)，有很好的跨平臺(tái)性，但運(yùn)行速度不是很快。它的優(yōu)點(diǎn)在于學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)查看學(xué)習(xí)進(jìn)度，充分利用空閑時(shí)間進(jìn)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)藥品和裝置都不是很充足，在實(shí)驗(yàn)范圍的廣度上有待提升；針對(duì)學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤沒有做出預(yù)測(cè)，缺乏錯(cuò)誤的提示和糾正功能。 lrydium chemistry lad 的試驗(yàn)界面、浙江大學(xué)有機(jī)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室 浙江大學(xué)有機(jī)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室，是基于Web 的虛擬實(shí)驗(yàn)，如圖3 .，該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要從基本操作、制備實(shí)驗(yàn)和分離實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面， 實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的虛擬操作。整個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容。但對(duì)于錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)完全屏蔽并且每一步都有提示，缺乏對(duì)學(xué)習(xí)者能力的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)。 減壓蒸餾試驗(yàn)、金華科仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 金華科仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，軟件界面設(shè)計(jì)靈活，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較豐富，實(shí)驗(yàn)過(guò)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(tái)，也是化學(xué)教師的課件制作平臺(tái)和學(xué)生的交互式學(xué)習(xí)平臺(tái)。該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)界面是二維結(jié)構(gòu)，用戶可以按照自己的需要搭建實(shí)驗(yàn)器材，獨(dú)自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)整體性上有自己的優(yōu)勢(shì)， 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(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在的錯(cuò)誤進(jìn)行分析，并給出錯(cuò)誤提示和更正處理。、東師理想初中化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟件 東師理想初中化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟件， 囊括了整個(gè)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容， 對(duì)全部實(shí)驗(yàn)儀器做了總結(jié)并給出了圖形介紹，每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)儀器展示、實(shí)驗(yàn)介紹四個(gè)部分。該軟件通過(guò)實(shí)驗(yàn)介紹闡述實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)以及實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性和重要性， 用語(yǔ)音和圖形把實(shí)驗(yàn)操作和注意事項(xiàng)展現(xiàn)給學(xué)生，最后通過(guò)學(xué)生自己的虛擬操作達(dá)到理解實(shí)驗(yàn)的目的。整個(gè)教學(xué)過(guò)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(shí)驗(yàn)器材， 獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，這既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，又能夠避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)。此系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)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(guò)既定的儀器完成既定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)是該系統(tǒng)的不足之處。從技術(shù)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)， 目前應(yīng)用于化學(xué)學(xué)科教學(xué)中的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)大部分都是二維的結(jié)構(gòu)， 金華科仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及東師理想初中化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室中涉及的分子結(jié)構(gòu)模型是三維呈現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前主要采用建模工具軟件，如3DS MAX、Multigen Creator、Maya、SolidWorks 等，進(jìn)行環(huán)境建模；再利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)工具和平臺(tái)提供的強(qiáng)大引擎和SDK 工具包實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的實(shí)時(shí)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(shí)產(chǎn)品并發(fā)布。目前使用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)工具和平臺(tái)有Java3D、Open GVS、VRML、Cult3D、EON、Quest3D、Virtools 等，不同的技術(shù)各有其特點(diǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在技術(shù)上已經(jīng)很容易實(shí)現(xiàn)， 但在教與學(xué)的方式還需要進(jìn)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(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程只是按照既定的教學(xué)步驟而進(jìn)行，不能對(duì)學(xué)生的思維進(jìn)行引導(dǎo)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能突出對(duì)學(xué)生技能的訓(xùn)練，缺乏對(duì)學(xué)生的智慧技能以及協(xié)作學(xué)習(xí)能力的考察；對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的錯(cuò)誤沒有作出預(yù)測(cè)并及時(shí)更正也是以上系統(tǒng)所