序論：速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗(yàn)，特別為您篩選了11篇虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)論文范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料，歡迎隨時(shí)與我們的客服老師聯(lián)系，希望您能從中汲取靈感和知識(shí)！

篇1

1)(Conceptdesign)概念設(shè)計(jì);2)(Detaildesign)詳細(xì)設(shè)計(jì);3)(Manufacturingdesign)制造設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)的主導(dǎo)地位和重要性。

1概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

概念的設(shè)想是創(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn)，概念產(chǎn)品是一種理想化的物質(zhì)形式。下面以概念設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)例之一來(lái)說(shuō)明其涵義:給出一個(gè)概念“斷藥”，讓學(xué)生進(jìn)行座椅的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。步驟是，首先向?qū)W生講述心理學(xué)中的一個(gè)名詞———暗示心理，并分別舉出一個(gè)“安樂(lè)死”實(shí)驗(yàn)和一個(gè)“挽救少女生命”的文學(xué)名著故事，從正反兩個(gè)方面說(shuō)明暗示對(duì)人的健康的影響;然后運(yùn)用一個(gè)“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產(chǎn)品上。因?yàn)椋诿耖g曾有這樣一個(gè)說(shuō)法，就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上，取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項(xiàng)鏈之后，就斷了藥，從此不再吃藥，這也意味著孩子走向健康。所以，將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產(chǎn)品上來(lái)為健康做設(shè)計(jì)時(shí)，用折斷了的鑰匙做椅架為主題，由學(xué)生創(chuàng)意出現(xiàn)了形形的座椅開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案(其草圖、效果圖、視圖等技術(shù)說(shuō)明從略)，于是就有了一種新型的專用座椅的概念設(shè)計(jì)。其應(yīng)用場(chǎng)合為療養(yǎng)院、醫(yī)院、不能自理的老人家庭等。

這是傳統(tǒng)的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。當(dāng)然，產(chǎn)品的類型不止是這種無(wú)障礙設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下的專用座椅。產(chǎn)品即人之觀念的物化，設(shè)計(jì)是一種思維行為。在這種思維創(chuàng)造活動(dòng)中，產(chǎn)品概念的構(gòu)思是豐富的，人的創(chuàng)作智慧是無(wú)窮的。概念產(chǎn)品的類型更是多種多樣。

2概念設(shè)計(jì)與產(chǎn)品市場(chǎng)

概念設(shè)計(jì)只是第一步，能不能進(jìn)行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市場(chǎng)為開(kāi)發(fā)商或企業(yè)帶來(lái)效益等，這是個(gè)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。設(shè)計(jì)師的概念設(shè)計(jì)畢竟與難以預(yù)料市場(chǎng)變化有著許多差距。如何縮短這一差距，是以往概念設(shè)計(jì)者的難題。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的許許多多產(chǎn)品中，只要一百件產(chǎn)品中有幾件能夠投放市場(chǎng)見(jiàn)效益就是成功。在追求“百分之幾”的見(jiàn)效益成功的過(guò)程中，如何減少做“分母”的被動(dòng)，擴(kuò)大見(jiàn)效益的百分比，仍是最關(guān)鍵的，是公司管理決策人士和設(shè)計(jì)師共同努力的方向。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促使概念設(shè)計(jì)的市場(chǎng)化

為了更好地接近產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，目前國(guó)際上流行的一種“故事版情景預(yù)言法”的概念設(shè)計(jì)，就是將所要開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品置于一定的人、時(shí)、地、事和物中進(jìn)行觀察、預(yù)測(cè)、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設(shè)計(jì)表達(dá)展示給人們。于是，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的開(kāi)始便多了一份生命和靈氣。然而，設(shè)計(jì)表達(dá)在信息時(shí)代已是多元化的展示形式，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，已使設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)表達(dá)如虎添翼;可以想象面對(duì)一種虛擬的“故事版情景預(yù)言法”設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品，讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)相比，就大大減少了投放市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)性，也為企業(yè)決策人尋找商機(jī)、判斷概念產(chǎn)品能否進(jìn)一步開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，提供更好的依據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能模擬整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一次性成功，加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程，甚至使設(shè)計(jì)者和用戶融為一體，設(shè)計(jì)出滿足市場(chǎng)需要的產(chǎn)品。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬產(chǎn)品

1虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(VirtualReality，VR)

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)又稱為虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，是指計(jì)算機(jī)生成的一個(gè)實(shí)時(shí)三維環(huán)境。使用者可以在這環(huán)境中“自由地”運(yùn)動(dòng)，觀察周圍的景物，還可通過(guò)各種專用的傳感交互設(shè)備與虛擬物體進(jìn)行交互操作。用戶看到的是全彩色景象，聽(tīng)到的是虛擬環(huán)境中的音響，感覺(jué)(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環(huán)境所反饋的作用力，從而讓使用者產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)。產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的方法有:

1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)這種方法產(chǎn)生虛擬環(huán)境的步驟為:

①用放置在不同地點(diǎn)的多個(gè)攝像機(jī)將某環(huán)境或事物記錄下來(lái);

②利用計(jì)算機(jī)的視頻技術(shù)抽取出環(huán)境或事物的三維模型;

③從虛擬攝像頭的視角展示獲得模型。具體的做法是:獲得數(shù)據(jù)標(biāo)度攝像頭分離對(duì)象建立模型嵌入顏色交互回放。

2)基于圖像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:

用攝像頭連續(xù)掃描周圍空間來(lái)獲取某一區(qū)域完整的景物圖像，將獲取的景物圖像，通過(guò)圖像處理技術(shù)，按坐標(biāo)映射到圖形工作站的虛擬全景屏上，用戶載上頭盔顯示器就可以看到所攝周圍景物環(huán)境。

2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的常用設(shè)備及要求

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)常用設(shè)備有:三維鼠標(biāo)(也稱鳥(niǎo)標(biāo))、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、頭盔顯示器、立體聲耳機(jī)等。對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的要求除了應(yīng)具有高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(包括軟、硬件)外，還必須有下列關(guān)鍵技術(shù)提供強(qiáng)有力的支持:(1)能以實(shí)時(shí)的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強(qiáng)的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產(chǎn)生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實(shí)時(shí)跟蹤用戶的頭和手;(4)能對(duì)用戶的動(dòng)作產(chǎn)生力學(xué)反饋。

3虛擬產(chǎn)品(VirtualProduct，VP)

虛擬產(chǎn)品是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，是一個(gè)數(shù)字化的產(chǎn)品。它具有真實(shí)產(chǎn)品所必須具有的特征。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品實(shí)時(shí)的仿真，設(shè)計(jì)人員或用戶就能夠像使用真實(shí)產(chǎn)品一樣使用虛擬產(chǎn)品。由于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程是數(shù)字化的，因此節(jié)省了傳統(tǒng)方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、外觀模型和生產(chǎn)模型等)的時(shí)間和物質(zhì)。在計(jì)算機(jī)中由于對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)、分析、干涉檢查、模具設(shè)計(jì)等過(guò)程，使設(shè)計(jì)繪圖的工作量比傳統(tǒng)的繪圖工作量大大減少。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在概念設(shè)計(jì)中應(yīng)用前景

在概念設(shè)計(jì)中，如采用頭腦風(fēng)暴法進(jìn)行方案創(chuàng)意時(shí)，可以將體驗(yàn)設(shè)計(jì)思想更好地融于其中，也就是更多地關(guān)注產(chǎn)品使用者的感受，而非產(chǎn)品本身。比如，針對(duì)不同用戶及愛(ài)好者的要求，在不同的虛擬環(huán)境中，讓他們親自體驗(yàn)修改模型的感受;利用觸摸屏來(lái)選擇產(chǎn)品的造型、色彩、裝飾風(fēng)格等許多可選部件。在渲染和生成十分逼真的三維模型時(shí)，充分感受了自己所喜愛(ài)的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的“真實(shí)”情況。甚至還可根據(jù)用戶的建議，邀請(qǐng)部分用戶直接與設(shè)計(jì)者一起對(duì)模型提出修改意見(jiàn)，觀察設(shè)計(jì)和修改過(guò)程，直至大多數(shù)人滿意為止。

為了適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)計(jì)廠家不能坐等用戶找上門訂購(gòu)產(chǎn)品，而應(yīng)該主動(dòng)把自己廠家的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)做出虛擬產(chǎn)品的動(dòng)畫廣告，再與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使用戶能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)游覽設(shè)計(jì)廠家的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，并能直接在虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、外形、色彩等方面進(jìn)行實(shí)時(shí)交互、了解、觀察;同時(shí)，還可以通過(guò)Email對(duì)產(chǎn)品提出意見(jiàn)和建議，讓廠家參照各方面的意見(jiàn)修改和完善所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。這樣可提高設(shè)計(jì)廠家的競(jìng)爭(zhēng)力，為設(shè)計(jì)廠家謀得更多的市場(chǎng)份額。

若用戶對(duì)廠家設(shè)計(jì)的產(chǎn)品引起購(gòu)買的欲望，通過(guò)網(wǎng)上游覽，將信息反饋到各商家，商家則會(huì)主動(dòng)爭(zhēng)先與廠家聯(lián)系，網(wǎng)上定貨，使廠家的產(chǎn)品提前占領(lǐng)市場(chǎng)。由于激烈的全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，各國(guó)都投入了大量的資金對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行深入地研究。將研究的成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，這是產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

1陳軍等虛擬現(xiàn)實(shí)中虛擬景象產(chǎn)生的技術(shù)初探計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，1999，6

篇2

前言

隨著我國(guó)教育的不斷改革和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，絡(luò)教育的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式。尤其是計(jì)算機(jī)更新速度非?？斓奶攸c(diǎn)使得傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以滿足學(xué)習(xí)的需要。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門新的技術(shù)，它在教育領(lǐng)域的發(fā)展將為教育提供新的活力。本文主要從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征和VRML語(yǔ)言的角度探討其在計(jì)算機(jī)專業(yè)教育中的應(yīng)用。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代教育手段的現(xiàn)代化帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用已不再是停留在音像技術(shù)課堂中應(yīng)用的常規(guī)模式層次上．而是朝著多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、教育技術(shù)應(yīng)用模式多樣化和遠(yuǎn)程教育普及化的趨勢(shì)發(fā)展，特別是基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)形式，是一種最新出現(xiàn)的教學(xué)模式，具有廣闊的發(fā)展前景，代表了教育的未來(lái)和發(fā)展的方向。

1．1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR)，又稱為靈境技術(shù)，畢業(yè)論文它匯集了數(shù)字圖象處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)，以及人體行為學(xué)等多項(xiàng)天技術(shù)．是計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用。具體地說(shuō)，就是采川以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用，相互影響，從而產(chǎn)生如同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。盡管該環(huán)境并不真實(shí)存在，但它作為一個(gè)逼真的三維環(huán)境．仿佛就在我們周圍。由于用戶對(duì)計(jì)算機(jī)環(huán)境中的虛擬物體產(chǎn)生了類似于對(duì)現(xiàn)實(shí)物體的存存意識(shí)或幻覺(jué)，從而使得用戶在計(jì)算機(jī)所創(chuàng)建的維虛擬環(huán)境中處于一種全身心投入的狀態(tài)。

1．2虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由以下幾部分組成：

(1)虛擬環(huán)境。它由虛擬環(huán)境發(fā)生器所產(chǎn)生，且可讓使用者通過(guò)傳感器件和作用器件與之交互，這種交互的結(jié)果是使用者有全身心進(jìn)入這一環(huán)境的感覺(jué)。

(2)傳感器件。它將虛擬環(huán)境中的物體的形、動(dòng)作、聲音等進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使人能獲得視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多方面的感覺(jué)。這些感覺(jué)與他以往在實(shí)際環(huán)境中的感覺(jué)一致。

(3)作用器件。它將人的一些約定動(dòng)作(如行走、手勢(shì)等)變成作用的信息，讓虛擬環(huán)境有所察覺(jué)。

(4)人。虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)質(zhì)上是一內(nèi)含反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，只有人的存在才能使這一反饋環(huán)路有效成立。碩士論文所以人是VR系統(tǒng)中不可缺少的成分。人通過(guò)傳感器件感受虛擬環(huán)境的存在．又通過(guò)作用器件去影響虛擬環(huán)境，使其作出相應(yīng)的變化。

(5)虛擬環(huán)境發(fā)生器。它能產(chǎn)生使用者所需要的虛擬環(huán)境，且能通過(guò)作用器件傳來(lái)的作用信息。了解使用者的位置和動(dòng)作。并對(duì)已產(chǎn)生的虛擬環(huán)境作出相應(yīng)的修改。

1．3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本特征

(1)沉浸性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是根據(jù)人類的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)的生理心理特點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生逼真的三維立體圖像。使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象的相互作用，就如同在現(xiàn)實(shí)世界中的一樣。當(dāng)使用者移動(dòng)頭部時(shí)。虛擬環(huán)境中的圖像也實(shí)時(shí)地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，而且還可以聽(tīng)到三維仿真聲音。使用者在虛擬環(huán)境中，一切感覺(jué)都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺(jué)。

(2)交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互是一種近乎自然的交互．使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行交互，而且能夠通過(guò)特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)行交互。計(jì)算機(jī)能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語(yǔ)言及身體的運(yùn)動(dòng)，來(lái)調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。使用者通過(guò)自身的語(yǔ)言、身體運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作等自然技能．就能對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行考察或操作。

(3)多感知性。由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有視、聽(tīng)、觸、動(dòng)覺(jué)的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、動(dòng)覺(jué)等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的感受。

1．4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類型

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)按其功能，可分為以下幾種類型：

(1)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)等傳感跟蹤裝置與虛擬世界進(jìn)行交互。由于這種系統(tǒng)把人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其它感覺(jué)封閉在虛擬的感覺(jué)空間，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之處在于專用設(shè)備復(fù)雜而且昂貴，難以在教育行業(yè)普及推廣。

(2)桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是運(yùn)用軟件編程的方法在顯示器上顯示三維場(chǎng)景．用戶通過(guò)鍵盤、鼠標(biāo)等簡(jiǎn)單的設(shè)備與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行交互。這種系統(tǒng)由于用戶坐在顯示器前，通過(guò)屏幕觀察虛擬世界并與之交互，往往會(huì)受到周圍環(huán)境的影響，難以做到完全投入．但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，易于普及推廣。

(3)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

分布式虛擬系統(tǒng)是多個(gè)用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享一個(gè)虛擬空間，共同參與虛擬活動(dòng)。

(4)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)世界、仿真現(xiàn)實(shí)世界，而且要利用它來(lái)增強(qiáng)參與者對(duì)真實(shí)環(huán)境的感受，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中無(wú)法感知的感受。

1．5虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言VRML

VRML(VirtualRealityModelingLanguage1即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言，是一項(xiàng)和多媒體通訊、因特網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域相關(guān)的，在Intemet上營(yíng)造虛擬環(huán)境的技術(shù)。它用來(lái)在網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建可導(dǎo)航的、超鏈接的三維虛擬場(chǎng)景。

VRML的基本工作原理可概括為：文本描述、遠(yuǎn)程傳輸和本地計(jì)算生成。所謂文本描述，是指VRML并不是用三維坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)描述三維物體的，因?yàn)檫@樣會(huì)有很大的數(shù)據(jù)量．在Intemet上傳輸會(huì)遇到很多困難．VRML是用類似HTML的標(biāo)記文本語(yǔ)言來(lái)描述三維場(chǎng)景．就像我們的編程語(yǔ)言。比如，一個(gè)立方體的描述文本是：Box(size3.03.03.0)。VRML就是一種描述語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了用來(lái)描述三維場(chǎng)景的文本描述語(yǔ)言。遠(yuǎn)程傳輸是指用戶瀏覽VRML描述的虛擬場(chǎng)景時(shí)，需要通過(guò)Intemet將描述場(chǎng)景的文本傳送到本地。一般來(lái)說(shuō)，文本描述是嵌在WEB頁(yè)面中，在瀏覽器請(qǐng)求相應(yīng)頁(yè)面時(shí)與頁(yè)面描述文本一起傳送本地。本地計(jì)算生成是指描述虛擬場(chǎng)景的數(shù)據(jù)傳送到本地后，瀏覽器對(duì)它進(jìn)行解釋計(jì)算，動(dòng)態(tài)地生成虛擬場(chǎng)景。比如，描述球形的文本，瀏覽器會(huì)在屏幕上繪制一個(gè)立體的球形。概括地說(shuō)，就是用文本信息描述三維場(chǎng)景．在Intemet網(wǎng)上傳輸，在本地機(jī)上由VRML的瀏覽器解釋生成三維場(chǎng)景．解釋生成的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范即是VRML規(guī)范。

VRML文件主要包括四個(gè)主要成分：VRML文件頭、原型、造型節(jié)點(diǎn)、腳本和路由。在這四個(gè)要素中．醫(yī)學(xué)論文只有文件頭部分是必須的，它用來(lái)告訴瀏覽器該文件符合的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及使用的字符集等信息。原型定義了創(chuàng)建帶有指定名稱、接口和整體的新節(jié)點(diǎn)類型。一旦成功地定義了原型，它就可以在VRML文件的其他地方隨意使用。造型節(jié)點(diǎn)是VRML中的基本建造模塊．它構(gòu)成了VRML文件的主體部分，正是由于造型節(jié)點(diǎn)定義而產(chǎn)生了虛擬的VRML空間。腳本可以看作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)的外殼，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身沒(méi)有任何動(dòng)作．然而你可以通過(guò)程序腳本來(lái)賦予你腳本節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作。程序腳本實(shí)際上是一種簡(jiǎn)化了的應(yīng)用程序，一個(gè)典型的腳本是由Java或javascript編程語(yǔ)言寫成的程序。路由是一種文本描述的消息．一旦在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建了一個(gè)路由．第一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以順著路由傳遞消息給第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣的消息被稱為事件。VRML還可以包含下列條目：注釋、節(jié)點(diǎn)和域值、定義的節(jié)點(diǎn)名、使用的節(jié)點(diǎn)名等。

設(shè)計(jì)VRML虛擬場(chǎng)景時(shí)。最簡(jiǎn)單的方法是直接使用文本編輯器來(lái)編輯描述文本，它類似于程序設(shè)計(jì)，這種方法簡(jiǎn)單方便．但不是很直觀．對(duì)設(shè)計(jì)者的空間想象能力要求也較高，設(shè)計(jì)的效率不高?，F(xiàn)在有很多的可視化的VRML設(shè)計(jì)工具，如CosmoWorld和WebWorld等．這些工具將VRML的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)都做成可視的組件，用戶設(shè)計(jì)時(shí)，只需要將這些組件組全自己需要的虛擬場(chǎng)景就可以了．而且設(shè)計(jì)的效果在設(shè)計(jì)時(shí)就可以看到。設(shè)計(jì)完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)將這些可視的虛擬場(chǎng)景生成標(biāo)準(zhǔn)的VRML描述文本，這樣，這些文本傳送到用戶的瀏覽器后．便會(huì)在用戶的屏幕上重現(xiàn)這個(gè)虛擬場(chǎng)景。

VRML使得Intemet的平面世界出現(xiàn)了三維場(chǎng)景。它的問(wèn)世在世界上引起了極大的反響．得到眾多的軟硬件廠商的支持，成為了Intemet上最有發(fā)展前景的新興技術(shù)。VRML在各方面都展現(xiàn)出了強(qiáng)大的應(yīng)用可能性。蘊(yùn)藏了無(wú)限生機(jī)。在教育領(lǐng)域的WEB站點(diǎn)中，它可廣泛用于學(xué)習(xí)情景創(chuàng)設(shè)上，以增加學(xué)習(xí)內(nèi)容的形象性和趣味性。例如：創(chuàng)建網(wǎng)上三維圖書館，它的好處就在于書籍歸類整理更接近真實(shí)并將高于真實(shí)，匯編或查閱時(shí)書籍只需要鼠標(biāo)輕輕地點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的虛擬圖書。另外，使用VRML做模擬訓(xùn)練是一種可行性極高的措施，它不僅可以減少某些情況下現(xiàn)實(shí)空間中操作的難度和危險(xiǎn)。

更為重要的是它可以使訓(xùn)練造價(jià)得到大幅度降低，這樣就使得在教育方面的應(yīng)用成為可能。由于這種模擬系統(tǒng)具有高度的真實(shí)性，所以并不會(huì)因?yàn)闆](méi)有真實(shí)系統(tǒng)介入而造成較差的訓(xùn)練效果?，F(xiàn)在虛擬校園、虛擬考場(chǎng)也已經(jīng)陸續(xù)地出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中，這些新興的教育形式必將因其優(yōu)越的一面而在未來(lái)教育領(lǐng)域中占有一席之地。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)專業(yè)教育中的應(yīng)用

2．1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在輔助課堂教學(xué)中的應(yīng)用

眾所周知，計(jì)算機(jī)課程實(shí)踐性很強(qiáng)，在書本上體現(xiàn)難免會(huì)給人們的理解帶來(lái)困難。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作的課件能夠很好地解決這一問(wèn)題。例如，在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中介紹計(jì)算機(jī)中各個(gè)組件的結(jié)構(gòu)和講解計(jì)算機(jī)組裝的過(guò)程時(shí)，書本的文字難以讓學(xué)習(xí)者了解組件結(jié)構(gòu)和組裝的過(guò)程。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將文字、聲音、圖片、動(dòng)畫等幾種媒體表現(xiàn)形式有機(jī)地結(jié)合，設(shè)計(jì)出生動(dòng)活潑的界面。制作出一些三維的、交式的、具有沉浸感的內(nèi)容，滿足學(xué)習(xí)者從各個(gè)角度觀察和學(xué)習(xí)，仿佛身臨其境，更好地理解學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

制作VRML課件的基本思路是：

(1)制作一系列空間形體的三維造型和動(dòng)畫．并且為這些造型指定所需要的顏色、大小等。

(2)引入VRML的相關(guān)節(jié)點(diǎn)，建立虛擬運(yùn)動(dòng)空間。實(shí)現(xiàn)課件多媒體功能。

(3)優(yōu)化VRML場(chǎng)景，即在構(gòu)建場(chǎng)景的過(guò)程中，利用VRML提供的高級(jí)造型技術(shù)適當(dāng)優(yōu)化程序。

(4)VRML文件的輸出，將已創(chuàng)建的空間場(chǎng)景輸出為．wrl形式的文件。

例如，設(shè)計(jì)VRML課件來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上虛擬計(jì)算機(jī)組件結(jié)構(gòu)和組裝的輔助教學(xué)。

首先，在介紹計(jì)算機(jī)組件選擇知識(shí)同時(shí)?？梢栽诰W(wǎng)上從各個(gè)角度來(lái)觀察VRML制作的計(jì)算機(jī)組件的造型．增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，并使學(xué)習(xí)者對(duì)怎樣組裝計(jì)算機(jī)有個(gè)初步的了解。利用VRML的造型設(shè)計(jì)和VRMLScript的動(dòng)畫鏈接．虛擬出組裝計(jì)算機(jī)過(guò)程中所需的主要硬件，再通過(guò)把VRML文件嵌入到網(wǎng)頁(yè)的方法，使學(xué)習(xí)者既能在網(wǎng)頁(yè)中看到二維不同型號(hào)硬件的圖片和一些描述硬件的文字．又能看到三維的虛擬制作出來(lái)的硬件模型。這樣使學(xué)習(xí)者能真切地、直觀地感受到二維和三維的不同．感受到虛擬世界的美妙。然后，通過(guò)文字和圖片向?qū)W習(xí)者介紹如何將各計(jì)算機(jī)組件組裝到一起。接著，通過(guò)VRML的動(dòng)畫節(jié)點(diǎn)控制和VRMLScript的結(jié)合。制作出安裝、注釋和視點(diǎn)切換的效果，然后按照六個(gè)安裝步驟：第一，機(jī)箱、主板的安裝；第二，風(fēng)扇、內(nèi)存的安裝；第三，光驅(qū)、軟驅(qū)、硬盤的安裝；第四，聲卡、顯卡的安裝；第五，電源的安裝；

第六。顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)的安裝，組合完成整個(gè)在虛擬三維世界中組裝計(jì)算機(jī)的過(guò)程。

在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，只要點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，就可以按相應(yīng)的步驟進(jìn)行安裝。拖動(dòng)鼠標(biāo)或按鈕可以隨意地移動(dòng)計(jì)算機(jī)組件到指定的位置進(jìn)行安裝。在安裝完光驅(qū)和軟驅(qū)后，點(diǎn)擊光驅(qū)的開(kāi)、關(guān)鍵，光盤托會(huì)自動(dòng)拖出和送入，點(diǎn)擊軟驅(qū)的按鈕，軟盤會(huì)自動(dòng)取出．使學(xué)習(xí)者能動(dòng)態(tài)地觀看到效果。有一種身臨其境的感覺(jué)來(lái)完成學(xué)習(xí)的過(guò)程。

通過(guò)VRMLScript語(yǔ)言的鏈接。制作出生動(dòng)有趣的動(dòng)畫效果和逼真的聲音效果。例如．當(dāng)你點(diǎn)擊軟驅(qū)上的按鈕，會(huì)發(fā)出聲音并彈出一張軟盤；當(dāng)你點(diǎn)擊光驅(qū)按鈕時(shí)，盤盒會(huì)自動(dòng)地彈縮并發(fā)出逼真的聲音。為了方便學(xué)習(xí)。還可以實(shí)現(xiàn)注釋信息，當(dāng)學(xué)習(xí)者的鼠標(biāo)碰到硬件設(shè)備時(shí)。在對(duì)象的旁邊會(huì)出現(xiàn)一個(gè)注釋信息，說(shuō)明該對(duì)象名稱。

又如，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中，對(duì)于常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法思想．由于其抽象程度高。使得學(xué)生很難理解。我們也可以通過(guò)虛擬技術(shù)將其制作成課件進(jìn)行教學(xué)。將抽象的算法過(guò)程以淺顯易懂、形象直觀的形式展現(xiàn)出來(lái)。例如，遞歸算法是學(xué)生比較難理解的，因?yàn)槠渌惴ㄊ强侩[形調(diào)用堆棧來(lái)實(shí)現(xiàn)，而通過(guò)虛擬技術(shù)可以將堆棧內(nèi)部情況的變化動(dòng)態(tài)、直觀、形象地表現(xiàn)出來(lái)，這樣學(xué)生就很容易理解。同樣在講解樹(shù)和圖的遍歷時(shí)，可以從可視化的角度觀察遍歷的順序。二叉樹(shù)與樹(shù)的概念的區(qū)別、Hanoi塔等問(wèn)題都可以直觀地表現(xiàn)。方便教師的教學(xué)和學(xué)生的理解。

總之，通過(guò)制作課件來(lái)輔助課堂的教學(xué)，能為學(xué)習(xí)者提供生動(dòng)、逼真的感性學(xué)習(xí)材料，使抽象的學(xué)習(xí)直觀化、形象化，幫助學(xué)習(xí)者解決學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)者的積極性。

2．2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的適用于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象。以及實(shí)驗(yàn)信息資源等。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)再現(xiàn)。也可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室。例如，在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，不必真正把網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建起來(lái)就可以親身體驗(yàn)，猶如進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的操作。在數(shù)字電路的課程實(shí)驗(yàn)中，可以通過(guò)虛擬的電路器件來(lái)達(dá)到電路設(shè)計(jì)的目的，而沒(méi)有購(gòu)買器件問(wèn)題所帶來(lái)的麻煩。在電子商務(wù)課程實(shí)驗(yàn)中，可以虛擬商務(wù)環(huán)境，讓學(xué)生進(jìn)入這個(gè)虛擬環(huán)境。身臨其境地體驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)交易的氣氛和參與交易的過(guò)程。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的安裝是比較基礎(chǔ)但又是難做好的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。由于在計(jì)算機(jī)上安裝新的操作系統(tǒng)不可避免地會(huì)對(duì)原有的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

使用虛擬計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行操作系統(tǒng)的安裝試驗(yàn)就十分的方便了。工作總結(jié)使用虛擬機(jī)的軟件VMware可以創(chuàng)建與真實(shí)計(jì)算機(jī)一模一樣的虛擬機(jī)。創(chuàng)建的虛擬機(jī)有自己的CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)，在這個(gè)虛擬機(jī)上，可以安裝Windows、Linux等真實(shí)的操作系統(tǒng)以及各種應(yīng)用程序。通過(guò)在虛擬的操作系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行操作，熟悉操作和新技術(shù)，達(dá)到事半功倍的效果。VMware只是一個(gè)軟件。可以幫助你在一個(gè)操作系統(tǒng)的環(huán)境下安裝另一個(gè)操作系統(tǒng)，而不會(huì)對(duì)當(dāng)前的操作系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中所提出的各種假設(shè)模型進(jìn)行虛擬．通過(guò)虛擬系統(tǒng)便可以直接地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。利用虛擬技術(shù)。學(xué)生還可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)等方面的學(xué)習(xí)探索，設(shè)計(jì)出新型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電子器件．從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。:

通過(guò)虛擬的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，既可以縮短實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，又可以獲得直觀、真實(shí)的效果，還能對(duì)那些不可見(jiàn)的結(jié)構(gòu)原理和不可重組的精密設(shè)備進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)，避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作帶來(lái)的各種危險(xiǎn)。并且，虛擬實(shí)驗(yàn)具有先進(jìn)性和共享性，易擴(kuò)充．易于改變教學(xué)項(xiàng)目，減少設(shè)備投入經(jīng)費(fèi)，使教學(xué)內(nèi)容在虛擬的環(huán)境中不斷更新．使實(shí)驗(yàn)實(shí)踐及時(shí)跟上技術(shù)的發(fā)展。但是在采用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，并不能完全代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)是虛擬的實(shí)驗(yàn)，缺少“實(shí)物感”，正如在網(wǎng)上看書與拿真實(shí)的書看時(shí)，會(huì)覺(jué)得真實(shí)的書更實(shí)在。在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中，用到的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備像路由器、交換機(jī)等種類、型號(hào)都很多，在虛擬實(shí)驗(yàn)中．學(xué)生很難見(jiàn)到這些設(shè)備，如果在真正的實(shí)踐中可能會(huì)無(wú)從下手。因此，在具體實(shí)施中，應(yīng)該虛實(shí)進(jìn)行結(jié)合。有目的地安排一些實(shí)驗(yàn)在真實(shí)環(huán)境中操作，這樣，他們會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備有親身的體會(huì)，更能加深實(shí)驗(yàn)的印象，提高實(shí)驗(yàn)的效果。

三、結(jié)束語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域發(fā)展的潛力是巨大的，只有親身去經(jīng)歷、親身去體驗(yàn)去感受，比空洞抽象的說(shuō)教更具說(shuō)服力，主動(dòng)地去交互與被動(dòng)地觀看有質(zhì)的不同。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能形象、生動(dòng)、逼真地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，有效地營(yíng)造一個(gè)發(fā)展的教學(xué)環(huán)境。提高學(xué)生掌握知識(shí)和技能的效率和積極性，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)過(guò)程、提高教學(xué)質(zhì)量的目的，從而解決傳統(tǒng)教學(xué)方式無(wú)法解決的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于WEB的虛擬現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)程教育具有廣泛的應(yīng)用前景，必將成為21世紀(jì)教育的主流。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鳳田，劉玉蘭．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J]．河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，(1)．

[2]余勝泉，車皓陽(yáng)，姚顧波．教育中的虛擬現(xiàn)實(shí)[J]．現(xiàn)代教育技術(shù)研究所．2O00．

[3]李玲，湯小紅．虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言及其在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J]．微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2004，(3)．

[4]郭鳳英．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用[J]．北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，(3)．

[5]何來(lái)坤，徐淵．虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言VRML及其應(yīng)用[J]．杭州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，(2)．

[6]祝智庭．現(xiàn)代教育技術(shù)[M]．北京：教育科學(xué)出版社，2004．

[7]陳曉春．虛擬現(xiàn)實(shí)在現(xiàn)代教育技術(shù)中的應(yīng)用[J]．銅陵學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，(3)．

[8]宣翠仙．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在教育中的應(yīng)用[J]．浙江樹(shù)人學(xué)報(bào)，2004，(2)．

[9]楊宗凱，吳砥，劉清堂．網(wǎng)絡(luò)教育標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社。2003．

[10]陽(yáng)化冰，劉忠麗．虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)造語(yǔ)言VRML[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2O00．

篇3

2VR技術(shù)對(duì)產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)的影響

典型的工業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程通常都是基于物理樣機(jī)，在設(shè)計(jì)和試制過(guò)程中難以避免地會(huì)陷入反復(fù)試錯(cuò)的設(shè)計(jì)循環(huán)之中，這就將直接導(dǎo)致人力、物力的浪費(fèi)和開(kāi)發(fā)周期的延長(zhǎng)。如果利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以減少設(shè)計(jì)過(guò)程中物理模型的數(shù)量，通過(guò)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)可視化，可以對(duì)產(chǎn)品的造型、材料、人機(jī)工程、裝配、檢修過(guò)程、模擬仿真、加工工藝性能等進(jìn)行預(yù)測(cè)及交互式的評(píng)價(jià)和優(yōu)化。由于它靈活的特性，則可對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)修改和評(píng)估，使設(shè)計(jì)師、工程師、市場(chǎng)營(yíng)銷人員、業(yè)主或其他參與者之間的交流更順暢，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)效率，給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)全新的理念和方式。

2.1工業(yè)設(shè)計(jì)方案展示與評(píng)估

在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師主要用平面的手繪圖或者不同角度的三維效果圖來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)思想、展示設(shè)計(jì)成果。而基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)則打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，在沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，交互展示設(shè)計(jì)方案，更關(guān)注用戶的體驗(yàn)感，而非產(chǎn)品本身。在進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估時(shí)，在虛擬環(huán)境中利用專業(yè)設(shè)備（3D眼鏡、頭盔顯示器、交互式手柄、數(shù)據(jù)手套等）進(jìn)行交互，從而獲得逼真的體驗(yàn)感。全尺寸的車輛外觀、內(nèi)裝及司機(jī)室的三維立體影像能實(shí)時(shí)地顯示，甚至還可以邀請(qǐng)專家和業(yè)主一起參與到設(shè)計(jì)中來(lái)，通過(guò)手持控制終端激發(fā)預(yù)設(shè)的參數(shù)命令對(duì)車輛的造型、色彩、裝飾風(fēng)格等進(jìn)行直觀的選擇與搭配，親自體驗(yàn)產(chǎn)品的最終效果，并對(duì)模型提出修改意見(jiàn)，實(shí)時(shí)觀察設(shè)計(jì)和修改過(guò)程。

2.2人機(jī)工程分析

產(chǎn)品的舒適性、可操作性是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。以往，對(duì)于產(chǎn)品的人機(jī)工程分析往往是參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，再結(jié)合物理樣機(jī)進(jìn)行評(píng)估。而在虛擬人機(jī)工程系統(tǒng)中，通過(guò)產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)和內(nèi)置的人體模型數(shù)據(jù)集成，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行司乘人員的可視性、可達(dá)性、空間適應(yīng)性、特定姿態(tài)的舒適性分析等。同時(shí)也可針對(duì)人體動(dòng)作疲勞度的分析來(lái)校核并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中人機(jī)工效方面的不足，避免了設(shè)計(jì)方案在人機(jī)工效方面的“硬傷”。降低返工所帶來(lái)的時(shí)間上和成本上增加的風(fēng)險(xiǎn)，縮短設(shè)計(jì)周期，使交付評(píng)審的設(shè)計(jì)方案更為準(zhǔn)確，更具說(shuō)服力，并給予設(shè)計(jì)方案理論以及數(shù)據(jù)方面的支撐，各種評(píng)估參數(shù)也可以輸出成分析報(bào)告，并可以根據(jù)模型的修改實(shí)時(shí)更新。

2.3虛擬裝配

在虛擬裝配系統(tǒng)中，工作人員可以在虛擬環(huán)境下通過(guò)專用設(shè)備（立體顯示系統(tǒng)、頭盔顯示器、跟蹤定位器、三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)服、反饋數(shù)據(jù)手套）直觀地實(shí)現(xiàn)人與虛擬產(chǎn)品的交互操作，對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬裝配和調(diào)試，并檢查可能存在的干涉問(wèn)題和其他不合理問(wèn)題。

2.4虛擬試驗(yàn)及制造

車輛交付使用之前，都要進(jìn)行試驗(yàn)，傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式下，產(chǎn)品的各種性能實(shí)驗(yàn)是通過(guò)樣機(jī)和物理模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著VR技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用，物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵阎鸩奖粩?shù)字模型代替，基于數(shù)字模型，不僅可以對(duì)車輛的造型、結(jié)構(gòu)關(guān)系等進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)價(jià)，還可以在虛擬場(chǎng)景中，結(jié)合分析軟件對(duì)數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算，并實(shí)時(shí)將驗(yàn)證結(jié)果展現(xiàn)出來(lái)。設(shè)計(jì)人員即可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，而不必等到列車在行駛試驗(yàn)進(jìn)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)再進(jìn)行設(shè)計(jì)修改。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能模擬產(chǎn)品的制造過(guò)程，即產(chǎn)品虛擬制造。就是利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、信息處理技術(shù)對(duì)產(chǎn)品制造活動(dòng)進(jìn)行仿真，它不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量，過(guò)程是虛擬過(guò)程，生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬產(chǎn)品。虛擬制造過(guò)程包括材料熱加工工藝模擬、加工過(guò)程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。它是應(yīng)用軟件或虛擬數(shù)控技術(shù)對(duì)加工工藝及模具成型過(guò)程進(jìn)行仿真，按照設(shè)計(jì)精度等的要求，通過(guò)模擬加工，選擇最佳的刀具路徑和加工參數(shù)。通過(guò)產(chǎn)品的虛擬制造，對(duì)產(chǎn)品性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，可以在生產(chǎn)之前發(fā)現(xiàn)潛在的工藝問(wèn)題，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本。

3基于VR技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)流程

相比現(xiàn)有的工業(yè)設(shè)計(jì)流程，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，帶來(lái)的改善主要在以下三個(gè)方面：

1）在產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)逼真的、交互式的設(shè)計(jì)界面，用戶可以直接繪制可視化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

2）在方案評(píng)估及驗(yàn)證時(shí)，虛擬數(shù)字樣機(jī)讓用戶可以交互、協(xié)同地評(píng)審、分析和測(cè)試產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

3）可以實(shí)現(xiàn)虛擬裝配與虛擬制造。VR技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)的一個(gè)巨大飛躍，三維交互的設(shè)計(jì)方式給設(shè)計(jì)師提供一個(gè)更直觀、更自由的工作環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以極大地彌補(bǔ)現(xiàn)有的CAD—RP產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的不足。基于VR技術(shù)的設(shè)計(jì)流程可以由現(xiàn)有的串行向并行的設(shè)計(jì)方式轉(zhuǎn)變。

4應(yīng)用VR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1）增強(qiáng)工業(yè)設(shè)計(jì)手段：利用VR技術(shù)向產(chǎn)品開(kāi)發(fā)決策者、市場(chǎng)營(yíng)銷人員、工程師及客戶逼真地進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)方案展示，將未來(lái)產(chǎn)品三維立體真實(shí)地呈現(xiàn)出來(lái)，讓參與者身臨其境的在車內(nèi)外漫游，還能實(shí)時(shí)改變?cè)煨?、顏色、材質(zhì)，滿足不同業(yè)主的個(gè)性化需求。

2）提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，利用VR技術(shù)模擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能，產(chǎn)品的可制造性、可維護(hù)性和可拆卸性等，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率。

3）降低樣車試制成本：利用VR技術(shù)的逼真展示、人機(jī)交互、虛擬裝配、事故模擬及虛擬實(shí)驗(yàn)等技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估，減少物理樣機(jī)的試制成本。利于有效組織生產(chǎn)制造，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低成本，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。

4）利于售后檢修維護(hù)：利用VR技術(shù)真實(shí)展現(xiàn)設(shè)備的維修過(guò)程，制作虛擬樣機(jī)電子檢修維護(hù)手冊(cè)，包括維修性設(shè)計(jì)分析、維修性演示驗(yàn)證、維修過(guò)程核查、維修訓(xùn)練實(shí)施等，以一種新型的方式讓操作員工更直觀地學(xué)習(xí)了解針對(duì)具體裝配維修的檢測(cè)維修方式。

篇4

（1）環(huán)境模擬

利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生實(shí)時(shí)三維圖形，根據(jù)使用者所需工作環(huán)境或?qū)嶒?yàn)場(chǎng)所的空間方位及時(shí)間參數(shù)等數(shù)據(jù)模型，可以設(shè)計(jì)出很逼真的模擬圖像，同時(shí)結(jié)合立體顯示技術(shù)呈現(xiàn)給使用者完美的模擬系統(tǒng)，需要注意的是空間或環(huán)境變化時(shí)顯示刷新頻率對(duì)于使用者感觀的影響。

（2）感觀反饋

可以通過(guò)立體聲效果實(shí)現(xiàn)聲音方位和遠(yuǎn)近的改變，通過(guò)帶有震動(dòng)觸點(diǎn)的道具模擬觸覺(jué)感應(yīng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬系統(tǒng)中聽(tīng)覺(jué)觸覺(jué)的反饋效果。

（3）人機(jī)互動(dòng)

通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)或者計(jì)算機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音或命令輸入。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的以上特點(diǎn)完全適用于煤礦安全生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)3D技術(shù)模擬出煤礦生產(chǎn)環(huán)境，用戶以第一視角進(jìn)入，可以熟悉工作環(huán)境、訓(xùn)練各種工作技能，應(yīng)對(duì)突況等。

（4）三維動(dòng)畫效果

場(chǎng)景制作完成后需要使用AdobePremierePro將音效和動(dòng)畫進(jìn)行合成和剪輯，還需要使用轉(zhuǎn)場(chǎng)效果及特效來(lái)達(dá)到逼真效果。

2煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)總體架構(gòu)

礦井作業(yè)模擬系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)操控整個(gè)系統(tǒng)，用戶登陸后通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接運(yùn)動(dòng)控制接口，可以通過(guò)啟用采掘模塊進(jìn)行采掘模擬訓(xùn)練；通過(guò)啟用風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模塊訓(xùn)練工人判斷、識(shí)別和處理危險(xiǎn)的能力；通過(guò)互救、逃生訓(xùn)練鍛煉工人自救和相互救助的意識(shí)。同時(shí)用戶還可以通過(guò)傳感器控制感受第一視覺(jué)漫游礦井，熟悉礦井生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)備，這對(duì)于新員工來(lái)說(shuō)非常必要，可以通過(guò)模擬系統(tǒng)盡快熟悉工作環(huán)境。

3模型構(gòu)建

模型構(gòu)建主要以創(chuàng)建不規(guī)范生產(chǎn)操作、重大生產(chǎn)事故示例和安全事故應(yīng)急預(yù)案演練模型為主，使用戶可以通過(guò)模擬系統(tǒng)達(dá)到親身體驗(yàn)的目的，培訓(xùn)系統(tǒng)主要采用3DSMAX建模和渲染。其中大型設(shè)備采用多邊形建模技術(shù)，以先精模后簡(jiǎn)模為原則，建模前需要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際尺寸確定模型的比例，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置模型運(yùn)動(dòng)軌跡和參數(shù)；小型設(shè)備則使用圖片處理軟件和貼圖技術(shù)進(jìn)行處理，多采用紋理貼圖以提高仿真度。井下巷道模型應(yīng)該按照實(shí)際巷道的尺寸、復(fù)雜程度和礦井生產(chǎn)圖紙來(lái)構(gòu)建三維模型，力求模型比例與實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境相符合，為了保證安全培訓(xùn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜遞進(jìn)的順序依次創(chuàng)建，形成系統(tǒng)的巷道模型庫(kù)，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境隨時(shí)擴(kuò)展的可能性。場(chǎng)景建模主要是根據(jù)實(shí)際巷道環(huán)境創(chuàng)建包括電纜、機(jī)電設(shè)備、管道和支架等輔助設(shè)備，主要采用貼圖技術(shù)，使場(chǎng)景模型更加逼真。利用特效編輯器生成煙霧，利用燈光設(shè)置達(dá)到瓦斯爆炸效果，后續(xù)連鎖反應(yīng)會(huì)涉及到物理模塊及反應(yīng)堆力學(xué)技術(shù)。人物模型的建立極為關(guān)鍵，人物造型是否逼真直接反映了模擬系統(tǒng)的仿真質(zhì)量。在進(jìn)行人物建模時(shí)首先進(jìn)行外形創(chuàng)建，以實(shí)際生產(chǎn)的不同工種為原型進(jìn)行分角色設(shè)計(jì)，人物運(yùn)動(dòng)效果要注重細(xì)節(jié)，如對(duì)安全事故發(fā)生時(shí)人物的反應(yīng)和動(dòng)作要進(jìn)行動(dòng)作采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，作為突發(fā)事故時(shí)人物反應(yīng)的分析資料。人機(jī)交互則利用VIrtools實(shí)現(xiàn)。

篇5

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有沉浸感、交互性、想象力等3大基本特征。一個(gè)典型的VR系統(tǒng)，主要由專業(yè)圖形處理軟件、硬件系統(tǒng)(包括VR和VR軟件，數(shù)據(jù)庫(kù))、輸入和輸出設(shè)備等部件組成。交互性是指通過(guò)輸入和輸出設(shè)備的用戶，在虛擬環(huán)境中對(duì)象的范圍是可操作的以及與自然環(huán)境的反饋程度，它的用戶和虛擬環(huán)境之間接近虛擬環(huán)境中的交互方式是自然可取的。身臨其境的參與感，也被稱為是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的特征點(diǎn)，用戶利用交互設(shè)備和自己的知覺(jué)系統(tǒng)，接觸到虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的真實(shí)程度。園林景觀設(shè)計(jì)中VR技術(shù)的運(yùn)用產(chǎn)生了巨大的影響，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在改變傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法的許多方面。一方面，為創(chuàng)造景觀虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了一種新的藝術(shù)表現(xiàn)手段：另一方面，它使景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)方法和觀念發(fā)生改變。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化，讓更多的市民通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以看到和聽(tīng)到設(shè)計(jì)師的作品，理解設(shè)計(jì)意圖，參與景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。

1.2、園林景觀設(shè)計(jì)中VR技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

支持圖形建模的軟件工具有很多，由于3DSMAX對(duì)VRML有較好的支持功能，因此對(duì)園林景觀設(shè)計(jì)師而言，3DSMAX是較為合適的建模軟件。它不僅支持VRML程序的輸出，同時(shí)還可以在VRML程序中通過(guò)選擇攝像機(jī)在三維場(chǎng)景中進(jìn)行導(dǎo)航設(shè)置，在場(chǎng)景中指定活動(dòng)控件和感應(yīng)器，豐富實(shí)時(shí)瀏覽的內(nèi)容。所以，對(duì)于熟悉3DSMAX的園林設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，VRML是一個(gè)很好的選擇。景觀設(shè)計(jì)中視景建模是虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)，也是園林設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，要使參與者有沉浸感，必須創(chuàng)建真實(shí)的虛擬世界。園林場(chǎng)景的建立主要由AutoCAD和3DSMAX來(lái)完成，場(chǎng)景平面圖在AutoCAD中處理完后導(dǎo)入3DSMAX中，進(jìn)行園林模型的構(gòu)建，然后將這些元素進(jìn)行整合，整合后的地形模型上再加入如建筑物、小品、植物等充實(shí)虛擬環(huán)境，最后得到設(shè)計(jì)者理想的園林場(chǎng)景。三維圖形的生成技術(shù)較為成熟，目前關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)生成設(shè)計(jì)中虛擬場(chǎng)景數(shù)據(jù)量較大的問(wèn)題，典型的大規(guī)模場(chǎng)景，難以達(dá)到實(shí)時(shí)制的技術(shù)要求。為此，需要配置高性能計(jì)算機(jī)，為達(dá)到實(shí)時(shí)目的，至少要在保證圖形質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下提高刷新頻率，這是影響該技術(shù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。設(shè)計(jì)師在園林設(shè)計(jì)方案過(guò)程中，需要有功能強(qiáng)大的交互技術(shù)作為支持，方便實(shí)時(shí)更換移動(dòng)場(chǎng)景中的要素模型，以便于審視和比較設(shè)計(jì)方案的合理性；VR技術(shù)是交互、系統(tǒng)集成、管理模型識(shí)別和合成技術(shù)等多個(gè)技術(shù)的綜合運(yùn)用，如何將這些技術(shù)合理地運(yùn)用，最大化地展示設(shè)計(jì)作品的功能理念是園林景觀設(shè)計(jì)應(yīng)用VR技術(shù)的關(guān)鍵。

2、園林景觀設(shè)計(jì)中應(yīng)用VR技術(shù)的意義

2.1、VR技術(shù)使景觀設(shè)計(jì)意圖直觀呈現(xiàn)

園林景觀設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)師對(duì)空間形象思維要有一個(gè)整體的把握，既要考慮公眾的要求，又要滿足場(chǎng)景功能需要，同時(shí)達(dá)到與周邊環(huán)境的相互協(xié)調(diào)，所以設(shè)計(jì)過(guò)程是一系列的創(chuàng)新過(guò)程。如何將規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等工作合理地結(jié)合起來(lái)，即對(duì)項(xiàng)目施工前后所要呈現(xiàn)的效果有一個(gè)清晰、明確的方案和思路。VR技術(shù)應(yīng)用在園林景觀設(shè)計(jì)中，可減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性和工程質(zhì)量要求。通常情況下，設(shè)計(jì)者會(huì)通過(guò)沙盤、三維效果圖、漫游動(dòng)畫等方式展示設(shè)計(jì)效果，供決策者、設(shè)計(jì)者、工程人員以及公眾理解和感受。以上的傳統(tǒng)展示方式都各有其不同的優(yōu)缺點(diǎn)，但有一個(gè)缺點(diǎn)是共同的，即不能以人的視點(diǎn)深入其中，得到全方位的觀察設(shè)計(jì)效果，而運(yùn)用VR技術(shù)則可以很好地做到這一點(diǎn)。使用VR技術(shù)后，決策者、設(shè)計(jì)者、工程人員以及公眾可從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到設(shè)計(jì)效果，身臨其境地掌握周圍環(huán)境和理解設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，這是傳統(tǒng)手段所不能達(dá)到的。

2.2、VR技術(shù)輔助激發(fā)設(shè)計(jì)師創(chuàng)作靈感

園林景觀設(shè)計(jì)中，公眾有時(shí)無(wú)法親臨項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，可以采用VR技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)地環(huán)境分析評(píng)判，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)入到虛擬項(xiàng)目的場(chǎng)地內(nèi)部，全面了解項(xiàng)目的周邊環(huán)境，包括氣候條件、地質(zhì)條件、交通狀況、人流分布、水系分布、土壤條件、植物資源等現(xiàn)狀特征。在方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者需要將一些景觀節(jié)點(diǎn)定位定量地表達(dá)出來(lái)，包括植物配置平面圖、立面圖、剖面圖及局部效果圖。采用VR技術(shù)使設(shè)計(jì)者能夠進(jìn)入虛擬的環(huán)境空間內(nèi)，直接擺放、移動(dòng)、組合各種園林植物、小品，反復(fù)調(diào)整植物種類位置數(shù)量，綜合對(duì)比不同植物組合的景觀效果和空間形態(tài)，較大程度彌補(bǔ)了傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)中對(duì)植物空間與環(huán)境無(wú)法進(jìn)行綜合感知的缺陷，進(jìn)一步激發(fā)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)作靈感。在該階段，可采用VR技術(shù)對(duì)植物種植模式和植物空間組合進(jìn)行高度仿真，模擬植物的栽植位置、植株大小及材料種類，最終完成植物種植總平面體現(xiàn)高程和剖面的豎向組合圖、植物與各種景觀要素搭配立面圖等，其間反復(fù)調(diào)整植株數(shù)量和樹(shù)木株行距獲取最佳的生態(tài)效益和景觀效果，可以直觀地展示出植物群落的景觀特征和空間形態(tài)。

2.3、園林景觀設(shè)計(jì)中運(yùn)用VR技術(shù)是必然趨勢(shì)

園林景觀中常用的設(shè)計(jì)要素，如植物、地形、水體等都是不規(guī)則的形體，用計(jì)算機(jī)的模型表示會(huì)非常復(fù)雜。例如，一棵樹(shù)有成千上萬(wàn)片樹(shù)葉，做成模型后需要用到的面數(shù)量龐大，這對(duì)于普通民用計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)流暢的VR效果是不可能的。因此，VR技術(shù)在園林造景中的應(yīng)用研究仍處于起步階段。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度不能滿足完全建模情況下園林景觀的虛擬現(xiàn)實(shí)，那么只能使用貼圖(MAP)的方式來(lái)模擬其中的植物。使用一張?zhí)幚砗玫臉?shù)木照片，就能在VR中用一個(gè)面來(lái)表現(xiàn)一棵樹(shù)，雖然在真實(shí)度方面會(huì)有一定的損失，但相對(duì)于完全建模所需的上百萬(wàn)個(gè)面來(lái)說(shuō)，這樣操作能減少工作強(qiáng)度。隨著季節(jié)的變化，四季中同一地點(diǎn)的植物也會(huì)有完全不同的景觀效果，所以，如何編寫基于VR技術(shù)的程序，體現(xiàn)出植物景觀的時(shí)效性，也就成為VR技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的方向。將植物群落四季交替的數(shù)據(jù)信息輸入VR的場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)公眾需要觀察不同季節(jié)植物景觀特征時(shí)，實(shí)時(shí)改變場(chǎng)景信息即可。從20世紀(jì)80年代提出VR技術(shù)應(yīng)用在園林景觀設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新理念，到現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了很大的發(fā)展。與傳統(tǒng)風(fēng)景園林設(shè)計(jì)思維相比，VR技術(shù)突破了傳統(tǒng)維度限制的虛擬風(fēng)景園林，應(yīng)該是一種相對(duì)全面的設(shè)計(jì)表達(dá)系統(tǒng)。未來(lái)應(yīng)用VR技術(shù)輔助園林景觀設(shè)計(jì)是發(fā)展的必然趨勢(shì)，現(xiàn)代科技能夠?qū)L(fēng)景園林的物質(zhì)功能與信息功能分別賦以不同的載體，使一些風(fēng)景園林的存在形式發(fā)生質(zhì)的飛躍。

篇6

虛擬現(xiàn)實(shí)又稱“靈境”，由三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、多功能傳感器的交互式接口技術(shù)以及高清晰度和高更新速度的顯示技術(shù)構(gòu)成[1-2]。VR技術(shù)就是在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)模擬真實(shí)世界效果的特殊環(huán)境，通過(guò)各種傳感器設(shè)備，使用戶“沉浸”在這個(gè)虛擬環(huán)境中并進(jìn)行操作和控制，以達(dá)到特殊的目的。VR具有3個(gè)特性—3I，即immersion（沉浸性）、interaction（交互性）和imagination（構(gòu)想性）[3]，它為處在該環(huán)境下的用戶提供包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種直觀而又自然的實(shí)時(shí)感知交互。用戶在該虛擬環(huán)境中能夠產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，并且可以通過(guò)操作來(lái)改變或選擇可以感受的內(nèi)容，同時(shí)又留給用戶可以自由發(fā)揮想象的空間進(jìn)行大膽的嘗試，進(jìn)而擴(kuò)展其認(rèn)知的范圍，提高用戶的探索和創(chuàng)新意識(shí)。

2康復(fù)醫(yī)學(xué)目前存在的問(wèn)題

臨床經(jīng)驗(yàn)表明，早期的康復(fù)介入，對(duì)患者的身心功能恢復(fù)、預(yù)防二次損傷和廢用綜合征都起到關(guān)鍵性的作用，因而康復(fù)治療和手術(shù)藥物等的治療同等重要。我國(guó)幅員遼闊，地形復(fù)雜，近年來(lái)自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，給災(zāi)區(qū)人民的身體和心理都帶來(lái)巨大的創(chuàng)傷，加之老齡化問(wèn)題的日益嚴(yán)峻及其帶來(lái)的疾病譜的變化，康復(fù)醫(yī)學(xué)工程正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的康復(fù)治療通常是醫(yī)師與患者一對(duì)一形式的訓(xùn)練，存在諸多局限性：（1）現(xiàn)有資源不夠充足。無(wú)論是專業(yè)的康復(fù)醫(yī)師還是康復(fù)器械都無(wú)法滿足當(dāng)前康復(fù)人群的需要。（2）訓(xùn)練過(guò)程單調(diào)而乏味。傳統(tǒng)的訓(xùn)練過(guò)程通常是對(duì)一組訓(xùn)練動(dòng)作的不斷重復(fù)，導(dǎo)致整個(gè)過(guò)程十分枯燥，難以有效調(diào)動(dòng)患者主動(dòng)參與的積極性，甚至使患者產(chǎn)生厭煩情緒，降低了康復(fù)效率。（3）功能定量化測(cè)評(píng)難以實(shí)現(xiàn)。隨著康復(fù)治療的不斷進(jìn)行，患者的身體狀況發(fā)生變化，其承受的活動(dòng)量強(qiáng)度也在改變，而目前無(wú)法對(duì)患者在訓(xùn)練中的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存，不利于康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃的制訂和調(diào)整，也在一定程度上影響了康復(fù)進(jìn)程。

3康復(fù)醫(yī)學(xué)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的必要性

VR康復(fù)系統(tǒng)可以打破傳統(tǒng)訓(xùn)練方式的局限性,它可以針對(duì)不同類型功能障礙的患者提供不同的虛擬訓(xùn)練平臺(tái)，使患者以做游戲或完成趣味性任務(wù)的方式進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，以此調(diào)動(dòng)患者的積極性。系統(tǒng)還能夠詳細(xì)地記錄患者的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，康復(fù)醫(yī)生可以遠(yuǎn)程監(jiān)控患者的訓(xùn)練情況，進(jìn)而根據(jù)需要實(shí)時(shí)地調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃和訓(xùn)練強(qiáng)度，推薦康復(fù)治療方案。通過(guò)這種方式，一個(gè)醫(yī)生可以同時(shí)指導(dǎo)多名患者，提高了醫(yī)療人員的工作效率，減輕了其工作強(qiáng)度。VR技術(shù)可提供重復(fù)練習(xí)、效果反饋和動(dòng)機(jī)維持3種關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這正是患者習(xí)得某種功能的必要條件。另外，VR康復(fù)系統(tǒng)能將心理引導(dǎo)與生理治療結(jié)合起來(lái)，在患者進(jìn)行“游戲式”康復(fù)訓(xùn)練的過(guò)程中，通過(guò)音樂(lè)、畫面、文字和語(yǔ)音提示等形式給患者以正面的激勵(lì)反饋，提高患者的信心和主動(dòng)性[4]。因此，將康復(fù)訓(xùn)練與VR技術(shù)相結(jié)合具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

4VR技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用與進(jìn)展

4.1VR在運(yùn)動(dòng)康復(fù)中的應(yīng)用

運(yùn)動(dòng)障礙是指以運(yùn)動(dòng)異常為特征的各種障礙，包括運(yùn)動(dòng)不能、震顫、舞蹈癥、扭轉(zhuǎn)痙攣、斜頸、張力障礙、顫搐、抽動(dòng)和肌陣攣等癥狀[5]。當(dāng)前，在運(yùn)動(dòng)障礙康復(fù)領(lǐng)域，對(duì)患者受損的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行康復(fù)性訓(xùn)練是VR技術(shù)最重要的用途。

4.1.1平衡和協(xié)調(diào)訓(xùn)練

許多中風(fēng)患者存在姿態(tài)和平衡方面的問(wèn)題，例如身體搖擺和不對(duì)稱的質(zhì)量分布降低了其靈動(dòng)性，影響了他們的日常生活。DINGQi-cheng等[7]結(jié)合CIMT原理對(duì)NintendoWiiFit游戲系統(tǒng)進(jìn)行改造，構(gòu)建了一款基于VR的下肢平衡康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)使患者的雙腳分別站立在2塊平衡板上，通過(guò)雙腳用力動(dòng)態(tài)地控制壓力中心，進(jìn)而操控虛擬人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)這種方法能成功地迫使患者增加患側(cè)肢體的使用，使其體質(zhì)量分布更加均勻，對(duì)稱性能力得到大幅改善。RLloréns等[8]開(kāi)發(fā)的BioTrakVR系統(tǒng)涵蓋一系列的平衡康復(fù)活動(dòng)，包括端坐時(shí)頭部和軀干姿勢(shì)控制的恢復(fù)和站立時(shí)的動(dòng)態(tài)平衡練習(xí)等多個(gè)管理項(xiàng)目，同時(shí)允許用戶通過(guò)選擇不同的練習(xí)和規(guī)劃自己的持續(xù)時(shí)間、休息時(shí)間和重復(fù)次數(shù)進(jìn)行個(gè)性化訓(xùn)練。然而，我國(guó)對(duì)平衡功能障礙的研究起步較晚，應(yīng)用VR技術(shù)的研究成果尚鮮見(jiàn)報(bào)道，有待于進(jìn)一步探索。

4.1.2行走及步態(tài)訓(xùn)練

與正常人相比，腦卒中偏癱患者往往具有運(yùn)動(dòng)發(fā)起難、步速慢、步態(tài)周期延長(zhǎng)、患側(cè)支撐時(shí)間短等特點(diǎn)[9]。集中的特定任務(wù)式的訓(xùn)練可以提高腳踝的推力、髖部的拉力和行走的速度。AnatMirelman等[10]用Rutgers踝關(guān)節(jié)康復(fù)系統(tǒng)對(duì)18名中風(fēng)后的輕偏癱患者進(jìn)行試驗(yàn)，受試者只能使用踝背屈、跖屈、反轉(zhuǎn)、外翻以及這些動(dòng)作的組合來(lái)駕駛虛擬環(huán)境中的飛機(jī)或船。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，患者腳踝的推力、踝關(guān)節(jié)活動(dòng)度（rangeofmotion，ROM）均有明顯改善，膝關(guān)節(jié)ROM及站立和擺動(dòng)情況也有大幅提高。可見(jiàn)，VR技術(shù)對(duì)患者步態(tài)康復(fù)有一定作用。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)步態(tài)康復(fù)的研究主要以簡(jiǎn)單重復(fù)性訓(xùn)練的康復(fù)機(jī)器人為主，對(duì)結(jié)合VR技術(shù)的研究較少。張磊杰等[11]提出了一種基于VR的步態(tài)康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，可以快速提取患者的步態(tài)速度、心跳等生理信息并恰當(dāng)?shù)伢w現(xiàn)在游戲中，使枯燥的訓(xùn)練變得有趣，也提高了患者的注意力集中程度。因此，結(jié)合VR技術(shù)的步態(tài)康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)將逐漸引起眾多學(xué)者和醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。

4.1.3上下肢康復(fù)訓(xùn)練

由于力量減弱和利用反饋能力的下降，腦卒中偏癱患者難以進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)控制，SangwooCho等[12]基于VR技術(shù)開(kāi)發(fā)出一種新型上肢康復(fù)系統(tǒng)，用本體感覺(jué)反饋取代視覺(jué)反饋來(lái)提高患者的運(yùn)動(dòng)控制能力。系統(tǒng)采用模擬起居室的虛擬環(huán)境，患者需要依靠自己本體感受的反饋信息，將患側(cè)手握的虛擬半透明柱體移動(dòng)到不透明柱體所在的目標(biāo)位置，用這種方法亦能提高患者的日常生活能力。Burdea等[13]開(kāi)發(fā)了康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)“RutgerArmII”，系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)跟蹤、重力和虛擬現(xiàn)實(shí)游戲3個(gè)模塊組成，利用紅外技術(shù)跟蹤到患者的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，使其能在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行游戲式訓(xùn)練，并能得到相關(guān)的觸覺(jué)反饋。國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)上下肢康復(fù)也作了很多研究。王瑞利等[14]設(shè)計(jì)了結(jié)合主動(dòng)、被動(dòng)和助力訓(xùn)練的踝關(guān)節(jié)康復(fù)系統(tǒng)，并添加了功能評(píng)價(jià)機(jī)制，為患者制訂治療方案提供可靠的證據(jù)。柯福全等[15]借助Kinect設(shè)備開(kāi)發(fā)了一款基于視頻運(yùn)動(dòng)跟蹤的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)用來(lái)輔助患者的上肢康復(fù)。張金龍[16]設(shè)計(jì)了一款手指康復(fù)系統(tǒng)，包含了手勢(shì)變換、坦克射擊和賽車競(jìng)速3種游戲，非常具有趣味性。華南理工、中南大學(xué)附屬第三醫(yī)院與廣州一康醫(yī)療設(shè)備有限公司三方聯(lián)合研發(fā)的虛擬廚房訓(xùn)練系統(tǒng)[17]，患者通過(guò)在其中漫游并完成燒開(kāi)水、擺餐具、盛水果等一系列的廚房操作來(lái)訓(xùn)練偏癱上肢的運(yùn)動(dòng)功能，將該系統(tǒng)應(yīng)用到33例上肢功能障礙患者身上，結(jié)果顯示比傳統(tǒng)訓(xùn)練方式的康復(fù)效果更為顯著。

4.2VR在認(rèn)知康復(fù)中的應(yīng)用

認(rèn)知是指人腦接受外界信息，經(jīng)過(guò)加工處理轉(zhuǎn)換成內(nèi)在的心理活動(dòng)，從而獲取知識(shí)或應(yīng)用知識(shí)的過(guò)程，它包括記憶、語(yǔ)言、視空間、執(zhí)行、計(jì)算和理解判斷等方面。認(rèn)知功能障礙對(duì)患者日常生活的影響有時(shí)甚至超過(guò)了軀體功能障礙，因此也成為醫(yī)學(xué)界面臨的重要課題之一。將VR技術(shù)應(yīng)用于認(rèn)知康復(fù)，可以在虛擬環(huán)境中為患者提供安全可控的刺激進(jìn)行治療，并能監(jiān)測(cè)多種重要指標(biāo)，表現(xiàn)出傳統(tǒng)方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。Godehard等[18]利用VR系統(tǒng)治療有空間認(rèn)知和記憶缺陷的輕度認(rèn)知功能障礙患者，讓他們?cè)谔摂M的公園和迷宮里根據(jù)地標(biāo)（房子、汽車、高山等）尋找寶藏，加強(qiáng)患者以自我和非自我為中心記憶的能力。Caglio等[19]利用3D電子游戲進(jìn)行記憶康復(fù)的研究，發(fā)現(xiàn)虛擬航行訓(xùn)練可以激活記憶區(qū)域，改善成人腦損傷患者的記憶功能。王文春等[20]設(shè)計(jì)的虛擬認(rèn)知康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括注意力、記憶力、思維操作能力等七大訓(xùn)練模塊，每個(gè)模塊又設(shè)計(jì)了高、中、低3種級(jí)別的題目。將該系統(tǒng)應(yīng)用到38例有認(rèn)知功能障礙的患者身上，結(jié)果表明，虛擬認(rèn)知康復(fù)系統(tǒng)在注意力和空間知覺(jué)的改善方面優(yōu)于傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練模式，且更具趣味性，適用于臨床推廣。戚淮兵等[21]設(shè)計(jì)了基于Agent的虛擬認(rèn)知康復(fù)系統(tǒng)，能為患者提供感官上的刺激，糾正認(rèn)知偏差，具有開(kāi)放、自主、可移植的特點(diǎn)。盡管如此，在我國(guó)內(nèi)陸地區(qū)，VR技術(shù)輔助認(rèn)知康復(fù)治療的研究仍處于初級(jí)階段，能夠真正進(jìn)行臨床應(yīng)用的系統(tǒng)較少，還需要不斷的探索和研究。

4.3VR在遠(yuǎn)程康復(fù)中的應(yīng)用

目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展均衡度還較低，各地的醫(yī)療設(shè)施建設(shè)也存在很大差異，康復(fù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)集中在大中城市，許多地區(qū)缺乏必要的康復(fù)服務(wù)，給廣大群眾帶來(lái)不便。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)可以將一流的醫(yī)療資源傳送到較落后的地區(qū)，為康復(fù)醫(yī)學(xué)帶來(lái)革命性的變化。MJJohnson等[22]利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)使中風(fēng)的患者可以在家中進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。李軍強(qiáng)等[23]設(shè)計(jì)了一套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，用虛擬人的運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)患者手臂的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，從而使醫(yī)生掌握患者手臂的運(yùn)動(dòng)情況。王月姣等[24]設(shè)計(jì)了基于力反饋的遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練虛擬駕駛系統(tǒng)，治療師端的計(jì)算機(jī)能實(shí)時(shí)顯示患者訓(xùn)練視頻、相關(guān)訓(xùn)練數(shù)據(jù)及當(dāng)前訓(xùn)練方案，并能據(jù)此實(shí)時(shí)修改訓(xùn)練方案?？梢?jiàn)，VR技術(shù)有利于提高落后地區(qū)的醫(yī)療水平，優(yōu)化醫(yī)學(xué)資源分配，推動(dòng)我國(guó)社區(qū)康復(fù)的建設(shè)進(jìn)程。

篇7

中圖分類號(hào):TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)31-

Explore the Training System Development Model Based on Virtual Reality Technology

GAO Ben-cai, LIU Guang-ran

(Tianjin University of Technology and Education, School of Information Technology and Engineering, Tianjin 300222, China)

Abstract: Compared to formerly any time,Nowadays,China all needs the high quality technical worker who grasps each skill. Compared with the developed country The Chinese mechanic population as well as the intermediate and senior mechanic's proportion has already a very big disparity, this does not tally extremely with the Chinese high speed development financial circumstance, The traditional mechanic education has not been able to complete the such huge education project. This article will discusses the new training pattern based on the virtual reality technology --- Virtual Training, Analyzes the sole superiority which the virtual reality technology has and pour it into the mechanic development as formidable propelling force, elaborated the virtual training system performance history and attempts to summarize the development pattern. Hoping this article can provide the model for the correlation personnel, provide the powerful talented person safeguard to maintains the high speed development for the Chinese economy.

Key words: virtual Reality; skills training; virtual training; mechanic

在當(dāng)今中國(guó),技工教育受到全社會(huì)的高度重視,知識(shí)、技能和創(chuàng)造得到了充分的尊重和發(fā)揮,一個(gè)有利于技工教育發(fā)展的良好氛圍正在形成。

隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快,21世紀(jì)的中國(guó)已經(jīng)成為全世界的制造中心,我國(guó)要想扮演好這個(gè)世界制造中心的角色,一大批高素質(zhì)技術(shù)工人必不可少?，F(xiàn)代產(chǎn)品的更新?lián)Q代的周期已經(jīng)完全的顛覆了一些人所能夠承受時(shí)間概念高科技產(chǎn)品更是源源不斷的推陳出新。傳統(tǒng)的技工培訓(xùn)模式已經(jīng)不能挑起這么艱巨的任務(wù),亟待開(kāi)發(fā)新的培訓(xùn)模式。

諸多難題阻礙著現(xiàn)代技工教育的發(fā)展,至今技工學(xué)校還沒(méi)有走出一條適合中國(guó)國(guó)情的發(fā)展道路。我想基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬培訓(xùn)或許可以解決難題實(shí)現(xiàn)破冰,推動(dòng)技工教育的良好的發(fā)展。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)概念及特征

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,簡(jiǎn)稱VR)是1989年美國(guó)的J.Lanier(后來(lái)曾是專做VR產(chǎn)品的VPL公司董事長(zhǎng))提出的,國(guó)內(nèi)也有人譯為“靈境”,國(guó)外與虛擬現(xiàn)實(shí)同類的術(shù)語(yǔ),還有虛擬環(huán)境、人工現(xiàn)實(shí)及電腦空間等。

虛擬現(xiàn)實(shí)有三個(gè)突出的特征:沉浸性、交互性、構(gòu)想性。

2 桌面虛擬現(xiàn)實(shí)與虛擬培訓(xùn)

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)(Desktop Virtual Reality,DVR)主要是在個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)別的工作站上進(jìn)行環(huán)境仿真,依靠計(jì)算機(jī)的屏幕提供給用戶一個(gè)虛擬的平臺(tái),運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬世界場(chǎng)景之間的交互。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成極為逼真的環(huán)境,通過(guò)生動(dòng)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等效果以及隨參與者的動(dòng)作而變化的場(chǎng)景使人獲得身臨其境的感覺(jué)?，F(xiàn)階段由于完全的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)價(jià)格昂貴目前只用于科學(xué)研究,其中基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的培訓(xùn)(簡(jiǎn)稱虛擬培訓(xùn))采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(也稱桌面虛擬現(xiàn)實(shí))改變了原有的培訓(xùn)方式,為用戶提供一個(gè)直觀、友好的圖形化培訓(xùn)環(huán)境,適應(yīng)社會(huì)需求。使得用戶在計(jì)算機(jī)提供的逼真的三維虛擬環(huán)境中熟練掌握某一裝置或某一系統(tǒng)的操作使用方法。大大減少了技工培訓(xùn)中的各種資源的消耗提高了培訓(xùn)質(zhì)量和培訓(xùn)效率,有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)于危險(xiǎn)作業(yè)或不具備試驗(yàn)條件的高級(jí)培訓(xùn)。

3 職業(yè)技能培訓(xùn)

職業(yè)技能培訓(xùn)是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的不竭動(dòng)力。著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家舒爾茨在考察經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要原因時(shí)指出:對(duì)人力資本的投資是最重要的生產(chǎn)性投資,也是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)不竭的動(dòng)力。根據(jù)人力資本理論,人力資本比物質(zhì)、貨幣等資本要素具有更大的增值空間,因?yàn)樽鳛椤盎钯Y本”的人力資本,具有創(chuàng)新性、創(chuàng)造性,具有有效配置資源、調(diào)整企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略等市場(chǎng)應(yīng)變能力。因此,職業(yè)技能培訓(xùn)是人力資本投資的一個(gè)組成部分,而且職業(yè)技能培訓(xùn)是實(shí)現(xiàn)終身教育,建設(shè)學(xué)習(xí)型組織的主要教育形式,其良性發(fā)展能滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)、技能型人才的需要,必然對(duì)GDP增長(zhǎng)帶來(lái)更高的貢獻(xiàn)率。

4 虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程模式探究與設(shè)計(jì)實(shí)例

虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行教育培訓(xùn)的虛擬環(huán)境,它可以是某一現(xiàn)實(shí)世界培訓(xùn)基地或設(shè)施的真實(shí)再現(xiàn),也可以是虛擬構(gòu)想的世界。受訓(xùn)人員通過(guò)與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互獲得經(jīng)驗(yàn)達(dá)到學(xué)習(xí)和培訓(xùn)的目的。

4.1 虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式

在中國(guó)知網(wǎng)上以虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式為檢索詞分別以題名和全文項(xiàng)進(jìn)行精確查找,查找結(jié)果都是沒(méi)有相關(guān)的文獻(xiàn)資料,通過(guò)閱讀虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的相關(guān)論文資料后也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)關(guān)于虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式的有關(guān)論述。通過(guò)閱讀虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn),比較各種虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程,結(jié)合本人實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納出虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式。如圖1所示。

虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程大致分為四個(gè)階段:首先,對(duì)將要開(kāi)發(fā)的課程進(jìn)行系統(tǒng)分析,其中包括對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的分析判斷虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)是不是內(nèi)容表現(xiàn)的最佳選擇。如果可行就要繼續(xù)將學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行必要的分解分成若干的模塊和單元,這樣有利于將復(fù)雜的任務(wù)簡(jiǎn)單化使整個(gè)任務(wù)比較容易的得以實(shí)現(xiàn);另外要對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行分析即通過(guò)培訓(xùn)要求學(xué)習(xí)者掌握的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的總和并為接下來(lái)的教學(xué)策略的選擇提供支持,在這項(xiàng)工作中還需要明確學(xué)習(xí)者要掌握預(yù)期的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)需要學(xué)習(xí)的各種理論知識(shí)、動(dòng)作要領(lǐng)、技能流程以及必須完成的操作練習(xí)。其次,同時(shí)進(jìn)行3D圖像建模與交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)兩個(gè)階段的工作。這兩個(gè)階段也是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的兩條主線,在3D圖像建模階段依據(jù)前期的素材的準(zhǔn)備運(yùn)用3D建模工具開(kāi)發(fā)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。這個(gè)階段是整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中工作量最繁重的一個(gè)階段,需要開(kāi)發(fā)人員熟練掌握3D建模工具,通過(guò)反復(fù)細(xì)致的設(shè)計(jì)修改才能開(kāi)發(fā)出逼真的虛擬環(huán)境。要根據(jù)學(xué)習(xí)者的特征(不同群體適應(yīng)不同的交互方式)依據(jù)相關(guān)的交互理論運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕换スぞ呖茖W(xué)合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)階段要特別的引起重視,因?yàn)榇蟛糠謱W(xué)習(xí)任務(wù)的完成都有賴于系統(tǒng)的交互功能,交互設(shè)計(jì)的好壞與最終的學(xué)習(xí)效果有著直接的聯(lián)系。最后,是系統(tǒng)的合成與調(diào)試,這一階段能夠保證系統(tǒng)順利的得以實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用在教學(xué)中。在該階段中包括了將必要的教學(xué)策略、理論知識(shí)以及一些必要的文字說(shuō)明嵌入到系統(tǒng)中使它真正成為一個(gè)用于教學(xué)的工具。在調(diào)試是比較繁雜的工作,需要我們有足夠的耐心和精益求精的精神通過(guò)不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題使系統(tǒng)不斷的得到完善保證系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用。

4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例

4.2.1 案例簡(jiǎn)介

數(shù)控機(jī)床是技工培訓(xùn)中的重要課程,由于數(shù)控技術(shù)較為復(fù)雜所以學(xué)習(xí)難度比較大,學(xué)員往往要用很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)了解數(shù)控機(jī)床的工作原理之后才能夠進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操練或是根本找不到相應(yīng)的設(shè)備操練。我們?cè)O(shè)想開(kāi)發(fā)這樣一個(gè)虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)使學(xué)員能夠利用電腦實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合,通過(guò)使用這么一個(gè)系統(tǒng)學(xué)員能夠掌握數(shù)控技術(shù)的基本理論知識(shí)、數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理、基本的操作練習(xí)。讓學(xué)員在進(jìn)入實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)之前形成必要的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的準(zhǔn)備,增強(qiáng)訓(xùn)練的針對(duì)性提高培訓(xùn)效率。

4.2.2 設(shè)計(jì)構(gòu)想

該虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)首先呈現(xiàn)出的是數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和數(shù)控機(jī)床的工作原理,此處用帶有碰撞的行走動(dòng)畫來(lái)表現(xiàn)。圍繞數(shù)控機(jī)床的工作程序來(lái)設(shè)計(jì)活動(dòng)和交互,在給出零件的所有運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后學(xué)員被要求編制出零件加工的數(shù)控程序單。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件,學(xué)員可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)編程(APT)或CAD/CAM設(shè)計(jì);編好的數(shù)控程序?qū)W員會(huì)被要求輸入到數(shù)控裝置的一種存儲(chǔ)載體上,用動(dòng)畫形式抽象表現(xiàn)數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出或接受輸入裝置送來(lái)的一段或幾段數(shù)控加工程序,經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理,輸出各種控制信息和指令給驅(qū)動(dòng)裝置,經(jīng)功率放大后按照指令信息的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件,以加工出符合圖樣要求的零件;再用動(dòng)畫顯示位置檢測(cè)裝置將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測(cè)出來(lái),經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置之后,數(shù)控裝置將反饋回來(lái)的實(shí)際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行比較,控制驅(qū)動(dòng)裝置按照指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng);學(xué)員在呈現(xiàn)的輔助控制操縱界面中按下按鈕后隨之會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化比如刀具的轉(zhuǎn)換、指令交換工件和機(jī)床部件的松開(kāi)、夾緊等動(dòng)作。在以上幾個(gè)步驟中適時(shí)現(xiàn)實(shí)必要的文字補(bǔ)充材料以便于學(xué)員理解。

4.2.3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作主要集中在虛擬場(chǎng)景建模、虛擬動(dòng)畫的制作以及交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)三個(gè)環(huán)節(jié)。

在建模方面,3DSMAX的建模功能是非常強(qiáng)大的完全能夠滿足桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的建模需求。在虛擬動(dòng)畫的制作方面,可以用普通的動(dòng)畫制作軟件如flash等。但是這樣就存在一個(gè)不同格式文件相融合的問(wèn)題,如果直接用3DSMAX制作的話相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)比較容易。在交互方面,較為簡(jiǎn)單的交互可以將MAX格式轉(zhuǎn)換成VRML格式通過(guò)VRML內(nèi)部的交互傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些較為復(fù)雜的交互實(shí)現(xiàn)上編程語(yǔ)言更具優(yōu)勢(shì),但是難度也是很大的。有很多交互我們根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)要進(jìn)行設(shè)計(jì)的但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度很大,我們就要靈活掌握通過(guò)對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)的交互功能進(jìn)行有限的組合達(dá)到預(yù)期的效果。在交互的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中還要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題就是有效的教學(xué)設(shè)計(jì)的使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

全文主要探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于技工技能培訓(xùn)的新模式,介紹了虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程,至于具體的應(yīng)用于技工教育的虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)(軟件)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)我們正在進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn):

[1] 宋達(dá).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[碩士學(xué)位論文].長(zhǎng)春:東北師范大學(xué),2005.

[2] 薛瑞華.腹腔鏡手術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練軟件開(kāi)發(fā)研究[碩士學(xué)位論文].濟(jì)南:山東大學(xué),,2005.

[3] 歷俊豐.數(shù)控切割機(jī)虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)研究[碩士學(xué)位論文].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2007.

[4] 徐穎.新公共管理背景下的職業(yè)技能培訓(xùn)體系改進(jìn)的研究:[碩士學(xué)位論文].上海:上海交通大學(xué),2007.6

[5] Andies van Dam,Andrew S.forsberg et.al. Immersive VR for Scientific Visualization:A Progress Peport[R].IEEE Computer Graphics and Applications 2000.11.27

[6] 尹曉.虛擬培訓(xùn)技術(shù)在石油工業(yè)中的應(yīng)用研究:[碩士學(xué)位論文].大慶:大慶石油學(xué)院,2006.

[7] 段新昱.虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)與VRML編程[M].高等教育出版社,2004:1-2,53-59.

篇8

1.1核心課程

軟件工程專業(yè)數(shù)字媒體技術(shù)方以軟件工程專業(yè)為主線構(gòu)成專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)主干課程。其中，計(jì)算機(jī)與軟件基礎(chǔ)課程有：計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、程序設(shè)計(jì)入門、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、Java程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、編譯原理、信息安全技術(shù)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及J2EE與中間件技術(shù)；軟件工程專業(yè)課程有：軟件工程導(dǎo)論、軟件測(cè)試技術(shù)、需求分析與UML設(shè)計(jì)、軟件項(xiàng)目管理與過(guò)程控制；數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)課程有：數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)、用戶界面設(shè)計(jì)、視頻音頻制作與處理、數(shù)字影視特技應(yīng)用、高級(jí)游戲特性與游戲引擎、人機(jī)交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用、高級(jí)腳本與插件技術(shù)等。對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程開(kāi)始單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)課程和配套的課程設(shè)計(jì)。

1.2特色課程

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)游戲由計(jì)算機(jī)技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫以及計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)高度交叉結(jié)合，目的是培養(yǎng)具有扎實(shí)的游戲編程功底和良好的邏輯思維習(xí)慣，具備較強(qiáng)的審美能力和一定的藝術(shù)素養(yǎng)，熟悉游戲產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，具有一定的策劃能力，能在游戲公司、門戶網(wǎng)站、手機(jī)運(yùn)營(yíng)企業(yè)、動(dòng)畫公司等單位從事游戲設(shè)計(jì)、游戲開(kāi)發(fā)、游戲制作、游戲策劃、游戲運(yùn)營(yíng)等方面工作的富于競(jìng)爭(zhēng)力與創(chuàng)新精神的高級(jí)復(fù)合型人才。計(jì)算機(jī)游戲程序設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)：本課程主要學(xué)習(xí)普及游戲開(kāi)發(fā)理念，培養(yǎng)游戲開(kāi)發(fā)氛圍，挑選有潛力的學(xué)生組成開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)；傳授游戲開(kāi)發(fā)中的程序設(shè)計(jì)要素，特別是游戲引擎開(kāi)發(fā)的基本知識(shí)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握游戲開(kāi)發(fā)的基本理念，熟悉游戲開(kāi)發(fā)的基本技巧和流程，并具備從事游戲程序設(shè)計(jì)工作的基本技能。虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)字娛樂(lè)。課程目標(biāo)：本課程主要介紹虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念及其系統(tǒng)組成、相關(guān)的軟件技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，并介紹了當(dāng)前數(shù)字娛樂(lè)的現(xiàn)狀，發(fā)展和一些關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)容包括：虛擬現(xiàn)實(shí)的定義、特性和組成，虛擬世界的創(chuàng)建和管理，虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺(jué)計(jì)算，虛擬現(xiàn)實(shí)中的交互技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)中的聲覺(jué)計(jì)算，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，與虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)的數(shù)字娛樂(lè)技術(shù)。

2實(shí)踐教學(xué)體系

培養(yǎng)符合時(shí)代需要的創(chuàng)新性人才，就要強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)放性和多層次化。基于創(chuàng)新性原則和以生為本原則，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)和自身教學(xué)特點(diǎn)，數(shù)字媒體技術(shù)方向?qū)嵺`教學(xué)體系分為課程實(shí)驗(yàn)，專業(yè)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)三個(gè)方面，各實(shí)踐環(huán)節(jié)之問(wèn)相互協(xié)調(diào)、相互銜接、循序漸進(jìn)。

2.1課程實(shí)驗(yàn)

依照實(shí)踐能力培養(yǎng)循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)基本能力培養(yǎng)的系列課程，并按照系列課程的復(fù)雜度和規(guī)模設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，開(kāi)展了多層次課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的需要和實(shí)踐能力培養(yǎng)的漸進(jìn)規(guī)則，將實(shí)驗(yàn)課安排大學(xué)四年的各個(gè)環(huán)節(jié)。多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指在實(shí)驗(yàn)大綱與目標(biāo)的規(guī)范基礎(chǔ)上，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型不同層次的實(shí)驗(yàn)。同一學(xué)生從基礎(chǔ)規(guī)范一綜合設(shè)計(jì)一研究創(chuàng)新這樣難度遞增的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中逐漸進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力。課程實(shí)驗(yàn)主要包括：手繪訓(xùn)練、視頻特技與非線性編輯、多媒體網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)、移動(dòng)娛樂(lè)軟件開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)娛樂(lè)軟件開(kāi)發(fā)、界面設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)課程設(shè)計(jì)等。

2.2專業(yè)實(shí)訓(xùn)

專業(yè)實(shí)訓(xùn)作為知識(shí)、能力、綜合素質(zhì)教育的結(jié)合點(diǎn)，成為數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的重點(diǎn)之一。專業(yè)實(shí)訓(xùn)是對(duì)課堂教學(xué)具有延伸作用，是學(xué)生培訓(xùn)職業(yè)能力、熟悉職業(yè)環(huán)境、了解實(shí)際知識(shí)的重要渠道。通過(guò)專業(yè)實(shí)訓(xùn)，學(xué)生不僅可以把所學(xué)轉(zhuǎn)化為所用，還能使學(xué)生在學(xué)習(xí)操作過(guò)程中通過(guò)不斷調(diào)整自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)慢慢適應(yīng)相應(yīng)職業(yè)崗位，鍛煉職業(yè)的能力，為實(shí)習(xí)以及今后走向社會(huì)積累經(jīng)驗(yàn)、打下基礎(chǔ)。我校軟件工程專業(yè)是校級(jí)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)專業(yè)，以爭(zhēng)建微軟IT學(xué)院、HP軟件學(xué)院為契機(jī)，與知名IT企業(yè)開(kāi)展深度合作，聯(lián)合培養(yǎng)具有國(guó)際視野的軟件開(kāi)發(fā)、軟件測(cè)試和服務(wù)外包人才。與中軟國(guó)際、Tarena（達(dá)內(nèi)）科技等十多家IT企業(yè)聯(lián)合建立了實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地、就業(yè)基地。

2.3畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)實(shí)習(xí)是學(xué)生將前期學(xué)習(xí)到的知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，真正了解、感受未來(lái)的工作，鍛煉自己各方面的綜合能力。真正實(shí)現(xiàn)與行業(yè)需求的專業(yè)實(shí)踐能力對(duì)接。能勝任相應(yīng)崗位的工作，從而積累工作經(jīng)驗(yàn)，為就業(yè)做準(zhǔn)備。為了增強(qiáng)學(xué)生和指導(dǎo)老師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)及畢業(yè)實(shí)習(xí)的重視，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的質(zhì)量和提高學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)及畢業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)獲得的實(shí)踐能力，也為緩解畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間(論文)不足，筆者將畢業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)有機(jī)結(jié)合，實(shí)行“畢業(yè)實(shí)習(xí)+畢業(yè)設(shè)計(jì)”相結(jié)合的模式，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容來(lái)自于畢業(yè)實(shí)習(xí)，并且畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容要將畢業(yè)實(shí)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行一定的升華，除體現(xiàn)學(xué)生四年來(lái)所學(xué)知識(shí)綜合之外，還要體現(xiàn)出學(xué)生的創(chuàng)新能力與科研能力，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的標(biāo)準(zhǔn)。

篇9

1、論文研究背景及意義

近多年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)就是數(shù)字化，數(shù)字城市也逐漸引起了人們的注意。那么怎樣應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)構(gòu)建數(shù)字城市，近而實(shí)現(xiàn)城市的數(shù)字化已經(jīng)引起城市規(guī)劃及管理人員和城市居民的共同關(guān)注。城市仿真技術(shù)在構(gòu)造數(shù)字城市過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用，因此成為當(dāng)前一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。仿真(Simulation)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)軟件模擬實(shí)際環(huán)境進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)，以模擬的方式為使用者創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維圖形界面，使之在感知行為的逼真體驗(yàn)中獲得直接參與和探索仿真技術(shù)對(duì)象在所處環(huán)境中的作用和變化。城市仿真(Urban Simulation)技術(shù)就是仿真技術(shù)在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中的應(yīng)用，表現(xiàn)為人機(jī)交互、真實(shí)建筑空間感與大面積三維地形仿真，即交互式實(shí)時(shí)三維(Interactive Realtime 3D)。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)造出來(lái)的城市視景仿真系統(tǒng)是數(shù)字地球的重要組成部分和支撐手段，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在城市的規(guī)劃、建設(shè)以及管理當(dāng)中，對(duì)于城市發(fā)展規(guī)劃的各個(gè)方面都具有相當(dāng)重要的意義。

2、國(guó)內(nèi)、外的視景仿真工具

MultiGen-Paradigm公司的MultiGen Creator的各版本三維建模軟件是世界上流行的實(shí)時(shí)三維數(shù)據(jù)庫(kù)生成系統(tǒng)的軟件環(huán)境，在仿真系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。Vega Prime是MultiGen-Paradigm公司應(yīng)用于實(shí)時(shí)視景仿真、聲音仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域的世界領(lǐng)先的軟件環(huán)境。Urbansim是基于城市交通需求模擬分析和城市土地綜合分析的新型城市發(fā)展仿真軟件。MagicCity屬于WinTel架構(gòu)基礎(chǔ)上的虛擬現(xiàn)實(shí)和視景仿真系統(tǒng)。我國(guó)在視景仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的同時(shí)，也在進(jìn)行仿真系統(tǒng)軟件平臺(tái)的開(kāi)發(fā)。TrueSim v2.0 三維實(shí)時(shí)仿真軟件平臺(tái)是深圳市創(chuàng)想科技發(fā)展有限公司在綜合了國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)最新三維仿真技術(shù)的研究成果以及多年來(lái)從事三維仿真研究所積累的多種經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上推出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的仿真平臺(tái)。神州視景信息技術(shù)有限公司自主研發(fā)了“基于普通PC和Internet的大規(guī)模場(chǎng)景實(shí)時(shí)漫游引擎系統(tǒng)――SCVR”。 Virtools是一個(gè)實(shí)時(shí)三維虛擬現(xiàn)實(shí)編輯軟件，可將多種常用文件格式（三維模型、二維圖表、聲音等）整合到一起，并具備交互功能，能夠開(kāi)發(fā)出電腦游戲、建筑仿真、交互娛樂(lè)等多種3D產(chǎn)品。

3、本文的研究目的及重要內(nèi)容

本文通過(guò)研究虛擬現(xiàn)實(shí)視景仿真技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)以我們學(xué)院校園為虛擬環(huán)境的視景漫游系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)視景漫游中的自動(dòng)漫游和交互漫游等效果。本系統(tǒng)應(yīng)用建筑草圖大師Sketchup和MultiGen Creator軟件工具來(lái)構(gòu)建虛擬場(chǎng)景中地形及建筑物的三維模型，并建立道路、樹(shù)木、路燈等虛擬景物，借助Vega Prime軟件平臺(tái)和工具集對(duì)校園虛擬場(chǎng)景進(jìn)行仿真，在VC++開(kāi)發(fā)平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)三維景觀及模型的交互式（以鼠標(biāo)、鍵盤等交互方式）控制，實(shí)現(xiàn)了虛擬校園景觀的視景仿真漫游系統(tǒng)。

本文主要研究?jī)?nèi)容和所做工作總結(jié)如下：

(1)了解視景漫游技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展，對(duì)國(guó)內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研。

(2)對(duì)黑龍江農(nóng)墾科技職業(yè)學(xué)院的視景環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集和整理，包括地形數(shù)據(jù)的獲取、建筑物數(shù)據(jù)的獲取、紋理數(shù)據(jù)的獲取等等。

(3)研究用虛擬現(xiàn)實(shí)建模軟件Sketchup、Creator以及三維建模技術(shù)、模型真實(shí)感技術(shù)以及模型優(yōu)化技術(shù)等對(duì)地形、道路、教學(xué)樓和圖書館等建筑以及校園之中的花草樹(shù)木等進(jìn)行建模，構(gòu)建出虛擬場(chǎng)景模型庫(kù)，然后用視景漫游軟件Vega Prime和VC++對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行漫游和交互控制。

(4)研究模型數(shù)據(jù)庫(kù)建模和優(yōu)化技術(shù)問(wèn)題，模型數(shù)據(jù)庫(kù)的建構(gòu)、調(diào)整和優(yōu)化對(duì)提高實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中運(yùn)行的速度和流暢性起著至關(guān)重要的作用，成為目前重要的研究課題。

(5)碰撞檢測(cè)技術(shù)。開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)有一個(gè)主要目標(biāo)就是能夠讓用戶以盡可能接近自然的方式與構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景中的物體直接進(jìn)行交互。要實(shí)現(xiàn)自然的、精確的人機(jī)交互功能首先要解決的是碰撞檢測(cè)的問(wèn)題。碰撞檢測(cè)是虛擬場(chǎng)景中動(dòng)態(tài)物體與靜態(tài)物體之間或動(dòng)態(tài)物體與動(dòng)態(tài)物體之間進(jìn)行交互的基礎(chǔ)。在碰撞檢測(cè)中有兩個(gè)問(wèn)題需要解決，一是檢測(cè)到碰撞的發(fā)生和碰撞的位置，二是計(jì)算碰撞后的反應(yīng)。而碰撞檢測(cè)是計(jì)算碰撞反應(yīng)的先決條件，因此，碰撞檢測(cè)是虛擬環(huán)境中一個(gè)必不可少的部分。

(6)為保證虛擬場(chǎng)景的真實(shí)性、生動(dòng)性及其對(duì)用戶的感染力，對(duì)基于粒子系統(tǒng)的虛擬場(chǎng)景環(huán)境特效技術(shù)進(jìn)行研究。

校園視景仿真就是在計(jì)算機(jī)環(huán)境中對(duì)真實(shí)校園的景觀進(jìn)行虛擬再現(xiàn)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)，生成一個(gè)實(shí)時(shí)的、能給用戶各種真實(shí)感受的三維虛擬環(huán)境。利用計(jì)算機(jī)軟硬件及其相關(guān)輸入輸出設(shè)備，使用戶可以在虛擬的校園場(chǎng)景中進(jìn)行瀏覽和交互漫游，感受校園中的風(fēng)景。利用這種方法可以讓更多的人來(lái)了解我們的學(xué)校，對(duì)本校園的環(huán)境及交通現(xiàn)狀等方面有更深刻的認(rèn)識(shí)。

篇10

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)VR( Virtual Reality) 是近幾年來(lái)信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物， 畢業(yè)論文是一門在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)和傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的交叉學(xué)科。其基本方法和目標(biāo)是集成并利用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類傳感器創(chuàng)建一個(gè)使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發(fā)構(gòu)思的信息環(huán)境， 即讓用戶在人工合成的環(huán)境里獲得角色的體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個(gè)基本特征。沉浸性， 是指觀察者對(duì)虛擬世界的情感反映， 這種感覺(jué)能使用戶全方位地投入這個(gè)虛擬世界， 這是虛擬現(xiàn)實(shí)的首要特征。交互性， 是指虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境， 能對(duì)用戶的輸入作出響應(yīng)， 并能通過(guò)監(jiān)控裝置來(lái)影響用戶和被用戶影響。想象性， 是指虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是一個(gè)媒體、一個(gè)高級(jí)用戶界面， 還是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)， 它以生動(dòng)形象的形式反映設(shè)計(jì)者的思想。虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)基本特征強(qiáng)調(diào)了人在這個(gè)系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按其功能不同， 可以分為三種類型: 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其中，桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是運(yùn)用軟件編程方法在顯示器上顯示三維場(chǎng)景， 用戶通過(guò)鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備與虛擬場(chǎng)景交互， 它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低， 易于推廣。

2.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室

所謂網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室， 是指利用區(qū)域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)， 由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)， 包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象及實(shí)驗(yàn)信息資源等。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)實(shí)現(xiàn)， 也可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室， 虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在虛擬實(shí)驗(yàn)中， 實(shí)驗(yàn)者有逼真的感覺(jué)， 有身臨其境的感受， 好像是真正在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里近距離進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。在虛擬實(shí)驗(yàn)中， 沒(méi)有一個(gè)有形的實(shí)驗(yàn)室， 也沒(méi)有以實(shí)物形態(tài)存在的實(shí)驗(yàn)工具與實(shí)驗(yàn)對(duì)象， 實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要是對(duì)虛擬物的操作。

3.計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建

構(gòu)建專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室， 其實(shí)就是搭建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng)， 包括硬件、軟件及管理三個(gè)方面。在硬件上，

目前各校都建立了校園網(wǎng)絡(luò)并接入了互聯(lián)網(wǎng)， 這些基礎(chǔ)設(shè)施基本可以滿足需求， 不需要太多的投入。在軟件方面， 一個(gè)是實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)， 它與網(wǎng)站建設(shè)相聯(lián)系; 另一個(gè)是網(wǎng)站的內(nèi)容( 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容) 建設(shè)， 這是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵。虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有可以做的實(shí)驗(yàn)來(lái)支撐， 不然軟件平臺(tái)就是一個(gè)空架子， 形同虛設(shè)。同時(shí)， 該平臺(tái)上還應(yīng)有實(shí)驗(yàn)管理的支持， 對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)及網(wǎng)上答疑等進(jìn)行有效管理， 并對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)控， 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)各模塊的主要功能如下。

( 1) 實(shí)驗(yàn)管理模塊， 由學(xué)生管理、教師管理、儀器管理和學(xué)生成績(jī)管理等組成。碩士論文在學(xué)生管理方面， 學(xué)生通過(guò)瀏覽器進(jìn)行注冊(cè)登錄， 登陸成功后可瀏覽實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目， 查看實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)資料， 預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間， 在線發(fā)送和接受消息， 進(jìn)行問(wèn)題討論， 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)登記， 實(shí)驗(yàn)完成后可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交報(bào)告。教師管理方面， 可對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容添加、修改、整理、刪除， 對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告列表， 批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告， 填寫評(píng)語(yǔ)和成績(jī)， 提交批改結(jié)果， 與學(xué)生進(jìn)行討論。儀器管理方面， 對(duì)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的虛擬儀器上傳并進(jìn)行分類整理， 以便實(shí)驗(yàn)使用。成績(jī)管理方面對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況( 實(shí)驗(yàn)次數(shù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及完成情況) 給出成績(jī)， 并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及提供查詢等。

( 2) 儀器展示模塊， 對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室可用虛擬元器件、虛擬儀器設(shè)備分門別類地進(jìn)行管理， 以圖形的方式直觀呈現(xiàn)出來(lái)， 供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行選擇。

( 3) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊， 包括實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)及難點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求及實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的事項(xiàng)等。

( 4) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊， 主要對(duì)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后， 提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板， 供學(xué)生下載， 由學(xué)生填寫相關(guān)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果， 完成后上傳電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告， 由教師進(jìn)行批閱， 并進(jìn)行記載。

( 5) 實(shí)驗(yàn)答疑模塊， 由專業(yè)教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的疑難問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)解答， 幫助學(xué)生順利通過(guò)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度， 并及時(shí)反饋、調(diào)整教學(xué)。

( 6) 論壇交流模塊， 教師和學(xué)生可以通過(guò)論壇進(jìn)行充分的交流， 學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)中的收獲、經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)及問(wèn)題到論壇上， 教師可以將一些典型的問(wèn)題提出來(lái)， 供大家探討。學(xué)生在這樣寬松的環(huán)境下發(fā)表自己的見(jiàn)解， 教師從中可以得到及時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋信息， 以便整改。

( 7) 虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K， 是虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要部分。學(xué)生通過(guò)該模塊進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)， 醫(yī)學(xué)論文以達(dá)到鞏固強(qiáng)化知識(shí)的目的。該模塊內(nèi)容根據(jù)專業(yè)學(xué)習(xí)的具體情況及實(shí)驗(yàn)建設(shè)條件， 可不斷增加。計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的建設(shè)， 可以引入其他學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)室中。這種方式比較簡(jiǎn)單， 容易實(shí)現(xiàn)， 見(jiàn)效較快。但需要投入較多的軟件購(gòu)置費(fèi)用，同時(shí)也需要結(jié)合本校的實(shí)際情況進(jìn)行一些調(diào)整， 有一個(gè)磨合期。另一種是因地制宜， 自主開(kāi)發(fā)。根據(jù)本校的實(shí)際教學(xué)和實(shí)驗(yàn)情況， 結(jié)合學(xué)生的實(shí)際水平， 由任課教師或聘請(qǐng)部分專家組成開(kāi)發(fā)小組， 進(jìn)行一系列的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)研究， 并將研究的成果連接到虛擬實(shí)驗(yàn)室中， 逐漸擴(kuò)充直至完善。這種方式比較靈活， 能充分發(fā)揮教師的積極性， 能有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)， 適合學(xué)生的實(shí)際情況， 學(xué)生容易接受， 并且經(jīng)費(fèi)投入較少。缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)， 系統(tǒng)性不夠， 水平有限。也可以將上述兩種方式結(jié)合起來(lái)， 一是引入、購(gòu)置部分自己不宜開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目， 二是結(jié)合自身的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處開(kāi)發(fā)一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目， 如非交互性的、演示性的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。

二、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理

1.加強(qiáng)用戶管理， 為每個(gè)學(xué)生分配賬號(hào)。對(duì)學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室， 使用實(shí)驗(yàn)室做虛擬實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行登記保存。鼓勵(lì)學(xué)生經(jīng)常訪問(wèn)虛擬實(shí)驗(yàn)室， 在上面提出問(wèn)題、發(fā)表見(jiàn)解， 做好實(shí)驗(yàn)， 努力提高虛擬實(shí)驗(yàn)室的人氣。

2.全天候開(kāi)放虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)自己動(dòng)手組織實(shí)驗(yàn)， 自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案， 動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)， 整理和總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 職稱論文提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告， 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力， 逐步向以“學(xué)生為中心”的自主個(gè)性發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

3.組織專業(yè)教師網(wǎng)上指導(dǎo)與答疑， 參與論壇討論交流， 及時(shí)批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告， 為學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)提供服務(wù)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中， 教師應(yīng)對(duì)學(xué)生提出的疑問(wèn)盡快給出幫助和解答， 并進(jìn)行必要的指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)室論壇上發(fā)表觀點(diǎn)， 提出問(wèn)題讓學(xué)生思考， 使師生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中有較強(qiáng)的互動(dòng)性， 教師應(yīng)充當(dāng)好學(xué)生實(shí)驗(yàn)的合作者和知識(shí)的建構(gòu)者的角色。

4. 對(duì)學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室的表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行

評(píng)價(jià)。針對(duì)學(xué)生每一門課程的虛擬實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、網(wǎng)上提問(wèn)、論壇發(fā)帖的情況， 給學(xué)生一個(gè)成績(jī)和評(píng)價(jià)， 反饋給學(xué)生， 英語(yǔ)論文并與該課程的正常實(shí)物實(shí)驗(yàn)一起記入實(shí)驗(yàn)總分。教師也要在對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)的同時(shí)， 征求學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的意見(jiàn)， 對(duì)學(xué)生反饋的信息進(jìn)行整改。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立， 可以很好地解決目前硬件設(shè)備跟不上實(shí)驗(yàn)的要求、學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間不夠用等問(wèn)題， 對(duì)于提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有非常重要的意義。但在具體應(yīng)用中還要注意處理好“虛擬實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)物實(shí)驗(yàn)”的關(guān)系， 不能一味地強(qiáng)調(diào)虛擬實(shí)驗(yàn)， 要“虛實(shí)”結(jié)合， 既相互補(bǔ)充， 又各有側(cè)重， 這樣才能取得很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時(shí)， 在虛擬實(shí)驗(yàn)中要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、一絲不茍的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。 參考文獻(xiàn)

[ 1] 王嗣源.虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的初步探討.西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)， 2005( 4) .

[ 2] 蔣光明.基于互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放式虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯?西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版) ， 2002( 3) .

篇11

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)VR(VirtualReality)是近幾年來(lái)信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物,畢業(yè)論文是一門在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)和傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的交叉學(xué)科。其基本方法和目標(biāo)是集成并利用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類傳感器創(chuàng)建一個(gè)使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發(fā)構(gòu)思的信息環(huán)境,即讓用戶在人工合成的環(huán)境里獲得角色的體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個(gè)基本特征。沉浸性,是指觀察者對(duì)虛擬世界的情感反映,這種感覺(jué)能使用戶全方位地投入這個(gè)虛擬世界,這是虛擬現(xiàn)實(shí)的首要特征。交互性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境,能對(duì)用戶的輸入作出響應(yīng),并能通過(guò)監(jiān)控裝置來(lái)影響用戶和被用戶影響。想象性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是一個(gè)媒體、一個(gè)高級(jí)用戶界面,還是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng),它以生動(dòng)形象的形式反映設(shè)計(jì)者的思想。虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)基本特征強(qiáng)調(diào)了人在這個(gè)系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按其功能不同,可以分為三種類型:沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其中,桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是運(yùn)用軟件編程方法在顯示器上顯示三維場(chǎng)景,用戶通過(guò)鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備與虛擬場(chǎng)景交互,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低,易于推廣。

2.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室

所謂網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室,是指利用區(qū)域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng),由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象及實(shí)驗(yàn)信息資源等。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)實(shí)現(xiàn),也可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室,虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)者有逼真的感覺(jué),有身臨其境的感受,好像是真正在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里近距離進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,沒(méi)有一個(gè)有形的實(shí)驗(yàn)室,也沒(méi)有以實(shí)物形態(tài)存在的實(shí)驗(yàn)工具與實(shí)驗(yàn)對(duì)象,實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要是對(duì)虛擬物的操作。

3.計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建

構(gòu)建專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室,其實(shí)就是搭建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng),包括硬件、軟件及管理三個(gè)方面。在硬件上,

目前各校都建立了校園網(wǎng)絡(luò)并接入了互聯(lián)網(wǎng),這些基礎(chǔ)設(shè)施基本可以滿足需求,不需要太多的投入。在軟件方面,一個(gè)是實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),它與網(wǎng)站建設(shè)相聯(lián)系;另一個(gè)是網(wǎng)站的內(nèi)容(實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)建設(shè),這是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵。虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有可以做的實(shí)驗(yàn)來(lái)支撐,不然軟件平臺(tái)就是一個(gè)空架子,形同虛設(shè)。同時(shí),該平臺(tái)上還應(yīng)有實(shí)驗(yàn)管理的支持,對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)及網(wǎng)上答疑等進(jìn)行有效管理,并對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)控,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)各模塊的主要功能如下。

(1)實(shí)驗(yàn)管理模塊,由學(xué)生管理、教師管理、儀器管理和學(xué)生成績(jī)管理等組成。碩士論文在學(xué)生管理方面,學(xué)生通過(guò)瀏覽器進(jìn)行注冊(cè)登錄,登陸成功后可瀏覽實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,查看實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)資料,預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間,在線發(fā)送和接受消息,進(jìn)行問(wèn)題討論,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)登記,實(shí)驗(yàn)完成后可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交報(bào)告。教師管理方面,可對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容添加、修改、整理、刪除,對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告列表,批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,填寫評(píng)語(yǔ)和成績(jī),提交批改結(jié)果,與學(xué)生進(jìn)行討論。儀器管理方面,對(duì)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的虛擬儀器上傳并進(jìn)行分類整理,以便實(shí)驗(yàn)使用。成績(jī)管理方面對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況(實(shí)驗(yàn)次數(shù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及完成情況)給出成績(jī),并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及提供查詢等。

(2)儀器展示模塊,對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室可用虛擬元器件、虛擬儀器設(shè)備分門別類地進(jìn)行管理,以圖形的方式直觀呈現(xiàn)出來(lái),供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行選擇。

(3)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊,包括實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)及難點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求及實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的事項(xiàng)等。

(4)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊,主要對(duì)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后,提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板,供學(xué)生下載,由學(xué)生填寫相關(guān)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,完成后上傳電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告,由教師進(jìn)行批閱,并進(jìn)行記載。

(5)實(shí)驗(yàn)答疑模塊,由專業(yè)教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的疑難問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)解答,幫助學(xué)生順利通過(guò)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度,并及時(shí)反饋、調(diào)整教學(xué)。

(6)論壇交流模塊,教師和學(xué)生可以通過(guò)論壇進(jìn)行充分的交流,學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)中的收獲、經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)及問(wèn)題到論壇上,教師可以將一些典型的問(wèn)題提出來(lái),供大家探討。學(xué)生在這樣寬松的環(huán)境下發(fā)表自己的見(jiàn)解,教師從中可以得到及時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋信息,以便整改7)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K,是虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要部分。學(xué)生通過(guò)該模塊進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),醫(yī)學(xué)論文以達(dá)到鞏固強(qiáng)化知識(shí)的目的。該模塊內(nèi)容根據(jù)專業(yè)學(xué)習(xí)的具體情況及實(shí)驗(yàn)建設(shè)條件,可不斷增加。計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的建設(shè),可以引入其他學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)室中。這種方式比較簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn),見(jiàn)效較快。但需要投入較多的軟件購(gòu)置費(fèi)用,同時(shí)也需要結(jié)合本校的實(shí)際情況進(jìn)行一些調(diào)整,有一個(gè)磨合期。另一種是因地制宜,自主開(kāi)發(fā)。根據(jù)本校的實(shí)際教學(xué)和實(shí)驗(yàn)情況,結(jié)合學(xué)生的實(shí)際水平,由任課教師或聘請(qǐng)部分專家組成開(kāi)發(fā)小組,進(jìn)行一系列的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)研究,并將研究的成果連接到虛擬實(shí)驗(yàn)室中,逐漸擴(kuò)充直至完善。這種方式比較靈活,能充分發(fā)揮教師的積極性,能有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),適合學(xué)生的實(shí)際情況,學(xué)生容易接受,并且經(jīng)費(fèi)投入較少。缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng),系統(tǒng)性不夠,水平有限。也可以將上述兩種方式結(jié)合起來(lái),一是引入、購(gòu)置部分自己不宜開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,二是結(jié)合自身的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處開(kāi)發(fā)一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如非交互性的、演示性的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。

二、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理

1.加強(qiáng)用戶管理,為每個(gè)學(xué)生分配賬號(hào)。對(duì)學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室,使用實(shí)驗(yàn)室做虛擬實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行登記保存。鼓勵(lì)學(xué)生經(jīng)常訪問(wèn)虛擬實(shí)驗(yàn)室,在上面提出問(wèn)題、發(fā)表見(jiàn)解,做好實(shí)驗(yàn),努力提高虛擬實(shí)驗(yàn)室的人氣。

2.全天候開(kāi)放虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)自己動(dòng)手組織實(shí)驗(yàn),自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn),整理和總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),職稱論文提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力,逐步向以“學(xué)生為中心”的自主個(gè)性發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

3.組織專業(yè)教師網(wǎng)上指導(dǎo)與答疑,參與論壇討論交流,及時(shí)批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,為學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)提供服務(wù)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中,教師應(yīng)對(duì)學(xué)生提出的疑問(wèn)盡快給出幫助和解答,并進(jìn)行必要的指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)室論壇上發(fā)表觀點(diǎn),提出問(wèn)題讓學(xué)生思考,使師生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中有較強(qiáng)的互動(dòng)性,教師應(yīng)充當(dāng)好學(xué)生實(shí)驗(yàn)的合作者和知識(shí)的建構(gòu)者的角色。

4.對(duì)學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室的表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行

評(píng)價(jià)。針對(duì)學(xué)生每一門課程的虛擬實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、網(wǎng)上提問(wèn)、論壇發(fā)帖的情況,給學(xué)生一個(gè)成績(jī)和評(píng)價(jià),反饋給學(xué)生,英語(yǔ)論文并與該課程的正常實(shí)物實(shí)驗(yàn)一起記入實(shí)驗(yàn)總分。教師也要在對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)的同時(shí),征求學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的意見(jiàn),對(duì)學(xué)生反饋的信息進(jìn)行整改。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立,可以很好地解決目前硬件設(shè)備跟不上實(shí)驗(yàn)的要求、學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間不夠用等問(wèn)題,對(duì)于提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有非常重要的意義。但在具體應(yīng)用中還要注意處理好“虛擬實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)物實(shí)驗(yàn)”的關(guān)系,不能一味地強(qiáng)調(diào)虛擬實(shí)驗(yàn),要“虛實(shí)”結(jié)合,既相互補(bǔ)充,又各有側(cè)重,這樣才能取得很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時(shí),在虛擬實(shí)驗(yàn)中要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、一絲不茍的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

參考文獻(xiàn)

[1]王嗣源.虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的初步探討.西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào),2005(4).