【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 VR 技術(shù)的三個(gè)主要方面。 8 . 實(shí)物虛化 實(shí)物虛化是現(xiàn)實(shí)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(diǎn)感應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)使得真實(shí)感虛擬世界的生成， 虛擬環(huán)境對(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)生成虛擬世界的基礎(chǔ)，它將真實(shí)世界的對(duì)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(huì)有所不同，或?qū)ο髷?shù)據(jù)進(jìn)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(guò)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(dá)某一特定地點(diǎn)的時(shí)間差，相位差，聲壓差等進(jìn)行虛擬環(huán)境的聲音跟蹤。 （ 4）視覺跟蹤與視點(diǎn)感應(yīng)技術(shù)。使用從視頻攝像機(jī)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(shí)刻和不同位置上的投影，計(jì)算被跟蹤對(duì)象的位置和方向。 . 虛擬實(shí)化 虛擬實(shí)化是指確保用戶從虛擬環(huán)境中獲取同真實(shí)環(huán)境中一樣或相似的視覺，聽覺，力覺和觸覺等感官認(rèn)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(shí)，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(jì)算機(jī)通過(guò)力反饋手段，力反饋操縱桿對(duì)手指產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)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(dòng)觸感，電子觸感和神經(jīng)，肌肉模擬等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 . 高性能計(jì)算處理技術(shù) 高性能計(jì)算處理技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)；實(shí)時(shí)，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(kù)的生成；包括命令識(shí)別，語(yǔ)音識(shí)別，以及手勢(shì)和人的面部表情信息的檢測(cè)等在內(nèi)的模式識(shí)別；分布式與并行計(jì)算，以及高速，大規(guī)模的遠(yuǎn)程 網(wǎng)絡(luò)技 9 術(shù)。 10 3. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)是在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造出一個(gè)形象逼真的模型。人與該模型可以進(jìn)行交互，并產(chǎn)生與真實(shí)世界中相同的反饋信息，使人們獲得真實(shí)世界中一樣的感受。當(dāng)人們需要構(gòu)造當(dāng)前不存在的環(huán)境（合理 虛擬現(xiàn)實(shí)），人類不可能達(dá)到的環(huán)境（夸張?zhí)摂M現(xiàn)實(shí)）或構(gòu)造純粹虛構(gòu)的環(huán)境（虛幻虛擬現(xiàn)實(shí)）以取代需要耗資巨大的真實(shí)環(huán)境時(shí)，就可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要在工程設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD），數(shù)所據(jù)可視化，飛行模擬，多媒體遠(yuǎn)程教育，遠(yuǎn)程醫(yī)療，藝術(shù)創(chuàng)作，游戲，娛樂(lè)等方面。 . 虛擬顯示技術(shù)的應(yīng)用 . 虛擬現(xiàn)實(shí)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(guó)陸軍共同制定的SIMNET（ SIMulator NETworking）研究計(jì) 劃，將分散在不同地點(diǎn)的地面坦克，車輛仿真器通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合在一起，進(jìn)行各種復(fù)雜任務(wù)的訓(xùn)練和作戰(zhàn)演練。 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬戰(zhàn)爭(zhēng)過(guò)程已成為最先進(jìn)的多快好省的研究戰(zhàn)爭(zhēng)，培訓(xùn)指揮員的方法。也是由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)達(dá)到很高水平，所以盡管不進(jìn)行核試驗(yàn)，也能不斷改進(jìn)核武器。戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)室在檢驗(yàn)預(yù)定方案用于實(shí)戰(zhàn)方面也能起巨大作用。 . 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用 波音 777由 300萬(wàn)個(gè)零件組成，所有的設(shè)計(jì)在一個(gè)由數(shù)百臺(tái)工作站組成的虛擬環(huán)境中進(jìn)行。設(shè)計(jì)師戴上頭盔顯示器后，可以穿行于設(shè)計(jì)中的虛擬 “飛機(jī) ”，審視 “飛機(jī) “的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。 . 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(xué)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(yùn)動(dòng)軌跡和體驗(yàn)愛因斯坦的相對(duì)論世界，從而更形象地獲取知識(shí)，激發(fā)思維。 . 在娛樂(lè)行業(yè)的應(yīng)用 第一個(gè)大規(guī)模的 VR 娛樂(lè)系統(tǒng) “BettleTech“，將每個(gè) ”座艙 “仿真器連網(wǎng)進(jìn)行組之間的對(duì)抗，3D 逼真視景，游戲桿，油門，剎車和受到打擊時(shí)的晃動(dòng)給用戶很強(qiáng)的感官刺激。也是虛擬現(xiàn)實(shí)最廣闊的用途。 11 . 高難度和危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境下的訓(xùn)練 VR 還可以應(yīng)用于高難度和危險(xiǎn)環(huán)境下的作業(yè)訓(xùn)練。如醫(yī)療手訓(xùn)練的 VR 系統(tǒng)，用 CT 或MRI數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)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(guò)機(jī)械手或數(shù)據(jù)手套等高精度的交互工具在計(jì)算機(jī)中模擬手術(shù)過(guò)程，以達(dá)到訓(xùn)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(dǎo)手術(shù)的進(jìn) 行。對(duì)復(fù)雜過(guò)程進(jìn)行事先規(guī)劃，在遠(yuǎn)程醫(yī)療中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也很有潛力。美國(guó)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(yùn)載器的空間活動(dòng)，空間站的操作對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡維修方面的地面訓(xùn)練。 VR 技術(shù)在煤礦的應(yīng)用既屬于危險(xiǎn)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(jì)和礦工技術(shù)培訓(xùn)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(shí)可縮短開發(fā)周期，減少費(fèi)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)和理論分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)一起，成為人類探索客觀世界規(guī)律的三大手段。用它來(lái)設(shè)計(jì)新材料，可以預(yù)先了解 改變成分對(duì)材料性能的影響。在材料還沒有制造出來(lái)之前便知道用這種材料制造出來(lái)的零件在不同受力情況下是如何損壞的。 . 在對(duì)象可視化領(lǐng)域中的應(yīng)用 在對(duì)象可視化領(lǐng)域中， VR 技術(shù)應(yīng)用的例子是模擬風(fēng)洞。模擬風(fēng)洞可以讓用戶看到模擬的空氣流場(chǎng)，使他感到就像真的站在風(fēng)洞里一樣。虛擬風(fēng)洞的目的是讓工程師分析多旋渦的復(fù)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(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用現(xiàn)狀 VR 技術(shù)是一項(xiàng)投資大，具有高難度的科技領(lǐng)域，和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)還有一定的差距，但已引起我國(guó)政府有關(guān)部門 和科學(xué)家們的高度重視。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，制定了開展 VR技術(shù)的研究，例如： “九五 “攻關(guān)計(jì)劃，國(guó)家 863計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)等都把 VR 技術(shù)的研究列入了資助范圍。我國(guó)軍方對(duì) 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(lái)越大。 在緊跟國(guó)際新技術(shù)的同時(shí)，我們國(guó)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(shí)現(xiàn)或是正在研制的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也有不少。 12 4. 虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng) 多媒體技術(shù)（ MT）和信息技術(shù)（ IT）為教學(xué)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)，同時(shí)也為高等教育的現(xiàn)代化帶來(lái)了新的機(jī)遇，需求和挑戰(zhàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入高校教學(xué)能形象生動(dòng)地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，有效地營(yíng)造一個(gè)跟隨技術(shù)發(fā)展的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生掌握知識(shí)，代替學(xué)生較困難的實(shí)習(xí)，提高學(xué)生掌握知識(shí)，技能的效率，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。 . 虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)高校教學(xué)的影響 . 有利于挖掘高校潛能 引入虛擬現(xiàn)實(shí)高技術(shù)可改善高等教育的教學(xué)環(huán)境，擴(kuò)大更高的承載能力，適合目前我國(guó)高校擴(kuò)招的發(fā)展 要求。 . 建設(shè) “常新 “型的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地 利用多媒體技術(shù)，半實(shí)物仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的方法，建造虛擬演練的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)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(xué)內(nèi)容在虛擬環(huán)境中不斷更新，使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)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(shí)型的技術(shù)人才和管理人才能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。 . 促進(jìn)數(shù)字化校園的建設(shè) 虛擬現(xiàn)實(shí)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(chǔ)，以太數(shù)據(jù)的分布式與并行化無(wú)疑是促進(jìn)高校信息化建設(shè)的催 化劑。它能為教育技術(shù)專業(yè)隊(duì)伍提供一個(gè)高起點(diǎn)的科研環(huán)境，促進(jìn)教育技術(shù)學(xué)的學(xué)科建設(shè)更上一個(gè)新的層次。 . 發(fā)展虛擬教學(xué) 課堂教學(xué)不再局限于有形的教室中，教學(xué)活動(dòng)的空間和時(shí)間得到了無(wú)形擴(kuò)展，將進(jìn)一步向虛擬課堂，虛擬大學(xué)發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)也將為高校擴(kuò)大招生后設(shè)置的分校和遠(yuǎn)程教育教學(xué)點(diǎn)提供可移動(dòng)的電子教學(xué)場(chǎng)所，使資源由一校 “獨(dú)占 “變?yōu)槎嘈?”共享 “。通過(guò)交互式遠(yuǎn)程教學(xué)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(duì)各個(gè)行業(yè)提供開放性的，遠(yuǎn)距離的繼續(xù)教育，及其急需的課程教學(xué)，還可為社會(huì)提供新技術(shù)和高等職業(yè)培 訓(xùn)的機(jī)會(huì)，促進(jìn)全國(guó)教育水平的提高。 . 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教學(xué)的影響 13 教學(xué)改革的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)代化，提高教學(xué)效益和質(zhì)量，全面提高學(xué)生素質(zhì)。然而，教學(xué)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(xué)觀念現(xiàn)代化，教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化，教學(xué)手段現(xiàn)代化，實(shí)習(xí)方便現(xiàn)代化。 . 教學(xué)觀念的變化 傳統(tǒng)的教學(xué)觀念主要是 “傳道，授業(yè)，解惑 “，教學(xué)觀念決定了教學(xué)組 織形式和教學(xué)方法。教學(xué)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(xué)的中心，由教師決定教學(xué)內(nèi)容，結(jié)構(gòu)，教學(xué)方法及教學(xué)進(jìn)度，這種教學(xué)方法以教為主，學(xué)生始終處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境中。現(xiàn)代化的教學(xué)方法要求改變傳統(tǒng)的課堂講授式為啟導(dǎo)思維，以教導(dǎo)激發(fā)感情，并賦予學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)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(huì)被改變，以學(xué)生為中心的個(gè)別化教學(xué)，合作化教學(xué)和環(huán)境中自我控究得以真正實(shí)現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)正是現(xiàn)代教育思想指導(dǎo)下，使用新技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法的嘗試。引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)到教學(xué)，從多媒體 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組織形式看，虛擬現(xiàn)實(shí)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(jī)交互功能，在這個(gè)基礎(chǔ)上教學(xué)內(nèi)容的組織安排將特別強(qiáng)調(diào)由學(xué)生主動(dòng)參與來(lái)構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)，變學(xué)生的 “被動(dòng)聽講 ”為 “主動(dòng)學(xué)習(xí) ”，由 “要我學(xué) ”轉(zhuǎn)變?yōu)?“我要學(xué) ”。在這種情況下，教