【文章內(nèi)容簡介】 VR 技術(shù)的三個主要方面。 8 . 實物虛化 實物虛化是現(xiàn)實世界空間向多維信息化空間的一種映射，主要包括基本模型構(gòu)建，空間跟蹤，聲音定位，視覺跟蹤和視點感應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)使得真實感虛擬世界的生成， 虛擬環(huán)境對用戶操作的檢沒和操作數(shù)據(jù)的獲取成為可能。它的體系基于以下幾種技術(shù)： （ 1）基本模擬構(gòu)建技術(shù)。它是應(yīng)用計算機技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)，它將真實世界的對象物體在相應(yīng)的 3D虛擬世界中重構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)需保存部分物理屬性。例如車輛在柏油地，草地，沙地和泥地上行駛的情況會有所不同，或?qū)ο髷?shù)據(jù)進行建模生成虛擬環(huán)境的氣象情況（陰天，晴天，雨霧）等等。 （ 2）空間跟蹤技術(shù)。主要是通過頭盔顯示器，數(shù)據(jù)手套，數(shù)據(jù)衣等常用的交互設(shè)備上的空間傳感器，確定用戶的頭，手，軀體或其他操作物在 3D虛擬環(huán)境中的位置和方向。 （ 3）聲音跟蹤技術(shù)：利用不同聲源的聲音到達某一特定地點的時間差，相位差，聲壓差等進行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。 （ 4）視覺跟蹤與視點感應(yīng)技術(shù)。使用從視頻攝像機到 X－ Y 平面陣列，周圍光或者跟蹤光在圖像投影平面不同時刻和不同位置上的投影，計算被跟蹤對象的位置和方向。 . 虛擬實化 虛擬實化是指確保用戶從虛擬環(huán)境中獲取同真實環(huán)境中一樣或相似的視覺，聽覺，力覺和觸覺等感官認知的關(guān)鍵技術(shù)。能否讓參與者產(chǎn)生沉浸感的關(guān)鍵因素除了視覺和聽覺感知外，還有用戶能否在操縱虛擬物體的同時，感受到虛擬物體的反作用力，從而產(chǎn)生觸 覺和力覺感知。力覺感知主要由計算機通過力反饋手段，力反饋操縱桿對手指產(chǎn)生運動從而使用戶感受到作用力的方向和大小。觸覺反饋主要是基于視覺，氣壓感，振動觸感，電子觸感和神經(jīng)，肌肉模擬等方法來實現(xiàn)的。 . 高性能計算處理技術(shù) 高性能計算處理技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預處理技術(shù)；實時，逼真圖形圖像生成與顯示技術(shù)；多種聲音的合成與聲間空間化技術(shù)，多維信息數(shù)據(jù)的融合，數(shù)據(jù)壓縮以及數(shù)據(jù)庫的生成；包括命令識別，語音識別，以及手勢和人的面部表情信息的檢測等在內(nèi)的模式識別；分布式與并行計算，以及高速，大規(guī)模的遠程 網(wǎng)絡(luò)技 9 術(shù)。 10 3. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實是在計算機中構(gòu)造出一個形象逼真的模型。人與該模型可以進行交互，并產(chǎn)生與真實世界中相同的反饋信息，使人們獲得真實世界中一樣的感受。當人們需要構(gòu)造當前不存在的環(huán)境（合理 虛擬現(xiàn)實），人類不可能達到的環(huán)境（夸張?zhí)摂M現(xiàn)實）或構(gòu)造純粹虛構(gòu)的環(huán)境（虛幻虛擬現(xiàn)實）以取代需要耗資巨大的真實環(huán)境時，就可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)。因此，虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要在工程設(shè)計，計算機輔助設(shè)計（ CAD），數(shù)所據(jù)可視化，飛行模擬，多媒體遠程教育，遠程醫(yī)療，藝術(shù)創(chuàng)作，游戲，娛樂等方面。 . 虛擬顯示技術(shù)的應(yīng)用 . 虛擬現(xiàn)實在軍事的應(yīng)用 軍事是 VR 技術(shù)最早的研究與應(yīng)用的領(lǐng)域之一， 1983 的 DARPA 和美國陸軍共同制定的SIMNET（ SIMulator NETworking）研究計 劃，將分散在不同地點的地面坦克，車輛仿真器通過計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合在一起，進行各種復雜任務(wù)的訓練和作戰(zhàn)演練。 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬戰(zhàn)爭過程已成為最先進的多快好省的研究戰(zhàn)爭，培訓指揮員的方法。也是由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)達到很高水平，所以盡管不進行核試驗，也能不斷改進核武器。戰(zhàn)爭實驗室在檢驗預定方案用于實戰(zhàn)方面也能起巨大作用。 . 在產(chǎn)品設(shè)計與性能評價方面的應(yīng)用 波音 777由 300萬個零件組成，所有的設(shè)計在一個由數(shù)百臺工作站組成的虛擬環(huán)境中進行。設(shè)計師戴上頭盔顯示器后，可以穿行于設(shè)計中的虛擬 “飛機 ”，審視 “飛機 “的各項設(shè)計指標。 . 在教育行業(yè)的應(yīng)用 將 VR 技術(shù)應(yīng)用于教育可以使學生能夠游覽海底，遨游太空，觀摩歷史城堡，甚至深入原子內(nèi)部觀察電子的運動軌跡和體驗愛因斯坦的相對論世界，從而更形象地獲取知識，激發(fā)思維。 . 在娛樂行業(yè)的應(yīng)用 第一個大規(guī)模的 VR 娛樂系統(tǒng) “BettleTech“，將每個 ”座艙 “仿真器連網(wǎng)進行組之間的對抗，3D 逼真視景，游戲桿，油門，剎車和受到打擊時的晃動給用戶很強的感官刺激。也是虛擬現(xiàn)實最廣闊的用途。 11 . 高難度和危險作業(yè)環(huán)境下的訓練 VR 還可以應(yīng)用于高難度和危險環(huán)境下的作業(yè)訓練。如醫(yī)療手訓練的 VR 系統(tǒng)，用 CT 或MRI數(shù)據(jù)在計算機中重構(gòu)人體或某一器官的幾何模型，并賦于一定的物理特征（例如密度，韌度，組織比例等），通過機械手或數(shù)據(jù)手套等高精度的交互工具在計算機中模擬手術(shù)過程，以達到訓練研究的目的。一是虛擬人體，也就是數(shù)字化人體，這樣的人體模型醫(yī)生更容易了解人體的構(gòu)造和功能。另一種則是虛擬手術(shù)系統(tǒng)，可用于指導手術(shù)的進 行。對復雜過程進行事先規(guī)劃，在遠程醫(yī)療中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也很有潛力。美國的 NASA和歐洲空間局 ESA曾成功地將 VR 技術(shù)應(yīng)用于航天運載器的空間活動，空間站的操作對哈勃太空望遠鏡維修方面的地面訓練。 VR 技術(shù)在煤礦的應(yīng)用既屬于危險環(huán)境下的操作，也屬于 CAD，為煤礦安全生產(chǎn)，優(yōu)化設(shè)計和礦工技術(shù)培訓等提供了一種更為有效的手段。 . 在科研開發(fā)中的應(yīng)用 在科技開發(fā)上，虛擬現(xiàn)實可縮短開發(fā)周期，減少費用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學實驗一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。用它來設(shè)計新材料，可以預先了解 改變成分對材料性能的影響。在材料還沒有制造出來之前便知道用這種材料制造出來的零件在不同受力情況下是如何損壞的。 . 在對象可視化領(lǐng)域中的應(yīng)用 在對象可視化領(lǐng)域中， VR 技術(shù)應(yīng)用的例子是模擬風洞。模擬風洞可以讓用戶看到模擬的空氣流場，使他感到就像真的站在風洞里一樣。虛擬風洞的目的是讓工程師分析多旋渦的復雜三維性和效果、空氣循環(huán)區(qū)域、旋渦被破壞的亂流等。 . 我國虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用現(xiàn)狀 VR 技術(shù)是一項投資大，具有高難度的科技領(lǐng)域，和一些發(fā)達國家相比，我國還有一定的差距，但已引起我國政府有關(guān)部門 和科學家們的高度重視。根據(jù)我國國情，制定了開展 VR技術(shù)的研究，例如： “九五 “攻關(guān)計劃，國家 863計劃，國家自然科學基金會等都把 VR 技術(shù)的研究列入了資助范圍。我國軍方對 VR 技術(shù)的發(fā)展關(guān)注較早，而且支持研究開發(fā)的力度也越來越大。 在緊跟國際新技術(shù)的同時，我們國內(nèi)的一些院校和科研單位，陸續(xù)開展了 VR 技術(shù)的研究，而且可喜的是，已經(jīng)實現(xiàn)或是正在研制的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)也有不少。 12 4. 虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng) 多媒體技術(shù)（ MT）和信息技術(shù)（ IT）為教學，實驗和實訓的發(fā)展帶來了新的契機，同時也為高等教育的現(xiàn)代化帶來了新的機遇，需求和挑戰(zhàn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)進入高校教學能形象生動地表現(xiàn)教學內(nèi)容，有效地營造一個跟隨技術(shù)發(fā)展的教學環(huán)境，提高學生掌握知識，代替學生較困難的實習，提高學生掌握知識，技能的效率，達到優(yōu)化教學過程，提高教學質(zhì)量的目的。 . 虛擬現(xiàn)實對高校教學的影響 . 有利于挖掘高校潛能 引入虛擬現(xiàn)實高技術(shù)可改善高等教育的教學環(huán)境，擴大更高的承載能力，適合目前我國高校擴招的發(fā)展 要求。 . 建設(shè) “常新 “型的實驗實訓基地 利用多媒體技術(shù)，半實物仿真與虛擬現(xiàn)實相結(jié)合的方法，建造虛擬演練的現(xiàn)代化實驗實訓基地，其 “設(shè)備 “或 ”部件 “多是 ”虛擬 “的，可根據(jù)發(fā)展需要重新 ”生成 “新設(shè)備，也可使 ”設(shè)備 “和教學內(nèi)容在虛擬環(huán)境中不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術(shù)的發(fā)展，以培養(yǎng)高素質(zhì)的畢業(yè)生，保證知識型的技術(shù)人才和管理人才能滿足經(jīng)濟發(fā)展的要求。 . 促進數(shù)字化校園的建設(shè) 虛擬現(xiàn)實所需的超高速，多媒體的數(shù)據(jù)傳輸，大容量的數(shù)據(jù)存儲，以太數(shù)據(jù)的分布式與并行化無疑是促進高校信息化建設(shè)的催 化劑。它能為教育技術(shù)專業(yè)隊伍提供一個高起點的科研環(huán)境，促進教育技術(shù)學的學科建設(shè)更上一個新的層次。 . 發(fā)展虛擬教學 課堂教學不再局限于有形的教室中，教學活動的空間和時間得到了無形擴展，將進一步向虛擬課堂，虛擬大學發(fā)展。虛擬現(xiàn)實也將為高校擴大招生后設(shè)置的分校和遠程教育教學點提供可移動的電子教學場所，使資源由一校 “獨占 “變?yōu)槎嘈?”共享 “。通過交互式遠程教學的課程目錄和網(wǎng)站，由局域網(wǎng)工具變?yōu)樾@網(wǎng)站鏈接，可對各個行業(yè)提供開放性的，遠距離的繼續(xù)教育，及其急需的課程教學，還可為社會提供新技術(shù)和高等職業(yè)培 訓的機會，促進全國教育水平的提高。 . 虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教學的影響 13 教學改革的目標是實現(xiàn)教學現(xiàn)代化，提高教學效益和質(zhì)量，全面提高學生素質(zhì)。然而，教學現(xiàn)代化并非只是設(shè)備的現(xiàn)代化，它應(yīng)包含更深刻的含義，包括：教學觀念現(xiàn)代化，教學內(nèi)容現(xiàn)代化，教學手段現(xiàn)代化，實習方便現(xiàn)代化。 . 教學觀念的變化 傳統(tǒng)的教學觀念主要是 “傳道，授業(yè)，解惑 “，教學觀念決定了教學組 織形式和教學方法。教學組織形式通常是以班授課為主，授課則主要采用課堂講授法，教師是教學的中心，由教師決定教學內(nèi)容，結(jié)構(gòu)，教學方法及教學進度，這種教學方法以教為主，學生始終處于被動的學習環(huán)境中。現(xiàn)代化的教學方法要求改變傳統(tǒng)的課堂講授式為啟導思維，以教導激發(fā)感情，并賦予學生學習的主動性。虛擬現(xiàn)實教學有利于創(chuàng)造這樣的環(huán)境，以教師為中心的授課形式將會被改變，以學生為中心的個別化教學，合作化教學和環(huán)境中自我控究得以真正實現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實正是現(xiàn)代教育思想指導下，使用新技術(shù)改進教學方法的嘗試。引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)到教學，從多媒體 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組織形式看，虛擬現(xiàn)實是非線性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，逼真的虛擬環(huán)境可提供良好的人機交互功能，在這個基礎(chǔ)上教學內(nèi)容的組織安排將特別強調(diào)由學生主動參與來構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)，變學生的 “被動聽講 ”為 “主動學習 ”，由 “要我學 ”轉(zhuǎn)變?yōu)?“我要學 ”。在這種情況下，教