时间：2023-12-11 10:05:34
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇虚拟现实系统的特点，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：虚拟现实技术；医学教育；桌面式虚拟现实；沉浸式虚拟现实；增强现实
目前虚拟现实技术已经应用到娱乐、制造、军工、医疗、教育等各个行业。医学教育与其他教育有所不同，医学教育不仅要讲述医学知识，还要结合医学领域的最新发展动态，更要着重培养学生的动手能力。医学教育具有实验资源和临床机会有限、教学内容抽象等特点，可通过具有虚拟性、沉浸性、互动性、多感性等特点的虚拟现实技术更真实、形象地展示教学内容，从而增强学习者的积极性、提高其感知力和想像力，甚至可以让学生自己调控学习节奏，进而提高教学质量。
1虚拟现实技术的特点与种类
虚拟现实是通过计算机技术生成一个接近于真实世界的虚拟环境。这个虚拟环境不仅可以提供逼真立体的视觉，还能提供听觉、味觉、触觉、嗅觉等多种感觉，使得用户可以完全沉浸其中，并且可以与其进行交互。通常根据用户对虚拟世界沉浸度和交互方式的不同，将虚拟现实技术分为三大类：桌面式虚拟现实、沉浸式虚拟现实和增强现实。本文详细介绍这3种技术的概念和特征，分别探讨这3种虚拟现实技术在医学教育领域的应用及其优缺点。
1.1桌面式虚拟现实
桌面式虚拟现实系统利用计算机图像等技术构建一个模拟的3D空间，一般可通过显示器在二维平面显示三维模型图像，通过键盘和鼠标实现人机交互。桌面式虚拟现实系统的实现较为简单、技术相对成熟，但它不能完全与现实空间相隔离，用户还是会受到外界环境的干扰，与虚拟模型的交互也只是简单的选择、拖拽、旋转等操作，相较于真实环境的互动还有很大差距。
1.2沉浸式虚拟现实
沉浸式虚拟现实技术利用计算机3D图像处理技术、传感技术、多媒体技术模拟产生一个3D的虚拟空间，用户可以借助特定的输入设备（工作站、虚拟现实手套、虚拟现实手柄、三维位置传感器等）和输出设备（头盔显示器、PC显示器、手机、耳机等）与该虚拟空间进行交互。通过3D图像处理技术，用户带上头盔显示器能产生立体的视觉；通过音频处理技术，用户的左右耳可以感受到不同的立体声音；在虚拟手套中增加触点等方式让用户体验到触觉。因此，沉浸式虚拟现实使得用户在虚拟空间中沉浸度更高，达到视觉、听觉和触觉等多感官的模拟。通过虚拟现实手柄和虚拟现实手套，用户可以进行自由操作；通过位置传感器对用户的运动进行实时跟踪，根据用户的运动轨迹实时变换用户的视角；通过虚拟现实手套实时获得用户手部的姿态；通过力学反馈装置用户可以施加不同大小的力，系统根据用户力的大小使虚拟物体发生形变。因此，沉浸式的虚拟现实可以让用户实时操控一个虚拟世界，如同在真实世界中的互动。沉浸式虚拟现实技术与桌面式虚拟现实的区别在于：（1）多感知：桌面式虚拟现实只能给用户提供视觉这一种感觉，而沉浸式虚拟现实通过虚拟现实头盔提供视觉，通过耳机实现听觉，通过虚拟现实手套实现触觉，通过手柄实现力觉，可为用户提供多种感觉的互动。（2）沉浸感：沉浸式虚拟现实完全与现实世界相隔离，创建的虚拟空间十分逼真，并通过多感知让用户如同在真实世界中。（3）交互性：沉浸式虚拟现实可让用户的手通过虚拟现实手套等设备在虚拟空间内部与虚拟对象进行交互，同时可感觉到虚拟对象的重量等。桌面式虚拟现实系统只能通过鼠标在虚拟对象的外部进行操作。
1.3增强现实
增强现实（AugmentedReality，AR）技术是沉浸式虚拟现实的一种变体，区别在于增强现实将虚拟的3D对象和真实环境相结合[1]。AR技术仍需使用头盔显示器、虚拟现实手套等设备。AR技术还具备虚实结合、互动性、实时性和三维配准的特点。（1）虚实结合：沉浸式虚拟现实形成了一个完全合成的3D空间，用户无法感知到真实的世界。AR技术允许用户看到真实的世界，它将虚拟出来的物体叠加到真实世界。（2）互动性和实时性：AR技术将现实和虚拟世界相结合，就需要AR技术可以准确地根据现实世界的情况来合成虚拟对象，用户借助虚拟对象来完成现实世界的任务，因此需要AR技术必须具备实时性和互动性。（3）三维配准：可以实现虚拟对象和真实世界相互匹配，通过进行三维坐标的配准来实现。
2虚拟现实技术在医学教学中的应用及其优势
医学教学存在专业名词多、结构复杂、实验对象特殊的特点。传统的医学教学一般采用理论及实验教学的方法，教学资源有多媒体课件、教科书、图谱、视频、尸体标本、教学模型等。这些传统的教学资源一直沿用到现在，但在教学中存在一些问题，如教科书、图谱、课件等只能呈现二维平面的图像，没有立体效果也不能进行实时互动。应用虚拟现实技术能够克服这些缺点，为医学教学提供先进的教学方法。
2.1桌面式虚拟现实的应用及其优势
目前，桌面式虚拟现实系统已经在基础医学、中医等多个领域发挥着重要的作用。基础医学应用较广泛的是虚拟解剖人体。随着美国、中国、韩国等相继开发了本国的虚拟数字人，国内外已经先后建立了多套桌面式的人体解剖学虚拟仿真软件，如中国数字人公司中国数字人系统、上海桥媒公司3Dbody软件等。这些软件既可以弥补尸体标本的不足，方便教师进行课堂教学，又可以更加直观、灵活地让学生进行课堂和课外学习。除此之外，桌面式虚拟现实系统还包括基础医学实验的仿真软件、中医穴位的虚拟仿真系统等。这些应用可以作为学生实验和操作前的指导工具，模拟实验的操作过程，学生可以不限次数的重复操作演练虚拟模型，教师在一旁加以指导，纠正他们在操作过程中的错误。这样既可以有效降低实验风险，又有助于提高教学质量。在医学教学中使用桌面式虚拟现实系统有以下优势：（1）使用方便：只需要一台PC机就可以显示出3D效果，方便教师进行课堂教学和学生进行课下学习。（2）立体直观：桌面式虚拟现实软件可以提供虚拟的3D场景，如在解剖学实验中，学生可以看到各个组织器官的名称、位置结构以及周围神经血管的分布状态，各个组织器官的位置关系，也可以移动、分割、放大、缩小、旋转各个组织器官。这样学生可以非常直观地学习人体结构。（3）提高教学效率：桌面式虚拟现实可以提供多视角的3D模型，让学生了解解剖结构并建立组织器官之间的结构关系，进而加强对人体结构名词的记忆。学生可以反复在课下进行医学实验的演练，进一步提高教学效果。（4）降低教学成本：桌面式虚拟现实系统开发难度远低于沉浸式虚拟现实和增强现实，可以节约实验资源，提高学生的学习效率与质量。当然，桌面式虚拟现实系统也存在不足。在模拟实验及手术时，桌面式虚拟现实系统无法让用户触摸到真实的物体，如在中医针灸疗法的学习中，学习者无法感知到施针的方向和力度，仅能通过鼠标进行点击，与医学真实的实验及手术差距较大。
2.2沉浸式虚拟现实在医学中的应用及其优势
随着VR硬件设备的不断升级和配套计算机技术的逐渐成熟，沉浸式虚拟现实在各领域的应用产品层出不穷。Google、Oculus、HTC等公司保持着高密度VR产品的推出，国内也开发出了3Glasses、蚁视、暴风魔镜等VR头盔显示器。沉浸式虚拟现实硬件的价格逐渐降低，VR配套开发软件逐渐成熟，开发应用于医学教学和临床手术指导的沉浸式虚拟系统已成为可能。在医学教学实践中，学生佩戴头盔显示器，通过沉浸式虚拟现实系统，避免现实世界的干扰，完全沉浸在虚拟教学当中，可以把书本的知识立体地呈现在三维场景当中。2016年，DeFaria等[2]在进行神经解剖课程的教学中运用了沉浸式虚拟现实技术，采用VRWorx2.6软件制作海马体心室表面的虚拟现实3D互动视频。学生在学习后分别进行理论和实验操作测试，结果显示沉浸式虚拟现实系统相较于传统教学而言，并不是单纯地为了让学生记忆人体解剖结构名称，而是让学生更好地了解人体解剖结构。2016年，HuangHM等[3]对使用VR4-MAX沉浸式虚拟现实系统进行医学课程学习的167名大学生进行问卷调查，通过调查学生的学习态度，发现沉浸式虚拟现实技术对学生的感知性有积极的影响。在临床手术培训过程中，沉浸式虚拟现实系统已经应用于眼科手术、微创手术、内窥镜手术、骨科手术、牙科手术等医疗培训[4]。
相比于桌面式虚拟现实系统只能通过鼠标在二维平面的拖拽进行临床操作，沉浸式虚拟现实系统通过VR图像技术、力学反馈、运动捕捉等模拟器创设更加真实的临床实验场景，该场景可无限次重复使用来弥补在临床实践中机会不均等、经验积累缓慢等不足，从而达到临床技能培训的目的。2008年，MacielA等[5]开发了腹腔镜手术的模拟器VBLAST。通过图像处理技术、力学反馈设备和运动捕捉系统构建的虚拟腹腔镜模拟器取代物理腹腔镜手术模拟箱。外科医生可以通过VBLAST实现腹腔镜手术中缝合、剪切等基本操作的练习。该系统具有良好的图形渲染、力学交互能力，可以根据力的方向和大小显示物体形变过程，还能将手术操作技能进行客观量化并且能更好地适应达芬奇手术机器人的使用。2011年，Chalasani等[6]开发了超声引导下的前列腺活检模拟器，它可以根据使用者的动作及技能好坏区分使用者是新手还是专家。随着科技的发展，结合机器学习研究者又提出了虚拟现实自适应系统，这些系统可以根据使用者的水平及使用需求制订相应难度的培训内容[7]。在基础医学和临床医学教学中，沉浸式虚拟现实系统还有很多不足之处：（1）模型的真实度欠佳；（2）不具备对比和评判不同模型的教学效果的标准；（3）长期观看VR图像会造成视觉疲劳，力学反馈的真实度和实时性欠佳。
2.3增强现实的应用及其优势
AR技术能增强用户与现实世界的感知和互动，通过虚拟对象所传递的信息帮助用户完成现实世界的任务。目前，AR在医学领域的应用包括医学可视化、手术辅助等。增强现实不仅仅是一项新的技术，它还可以用来提高医学教育水平，最终影响患者的治疗效果[8]。早在1992年，北科罗拉多大学就将超声影像叠加在患者身上，使医生具有“透视眼”。目前增强现实系统已经被医生用作辅助手术的可视化工具。如可以帮助护士更好地找到静脉；实时地采集MRI和CT数据进行图像融合，与患者体表形态相对应，还可以根据患者的运动情况进行相应调整，呈现给医生患者身体的内部视图。AR技术还被应用于机器人辅助技术。Renaissance机器人被广泛地应用于脊柱外科手术当中[9]。术前，将CT数据合成3D图像，规划手术区域和螺钉的长度、方位和角度。术中，透视机器人软件分析患者的患病位置，并与术前的CT图像进行配准，根据实际手术情况微调螺钉的角度及位置，机器人会自动置入螺钉。Renaissance机器人可以降低学习难度，帮助学习者建立脊柱立体概念，增强椎弓根置钉的安全性，缩短学习周期[10]。MAKOplasty机器人手臂辅助医生进行膝关节和髋关节置换。术前通过CT数据建立3D视图，手术中使用NDI运动捕捉系统进行三维配准，机器人根据患者情况个性化精准设计假体，真正实现手术的微创化和精准化。随着机器人辅助手术技术的发展，已经有越来越多的基于AR技术的辅助手术机器人被投入临床教学中。
3结语
虚拟现实技术应用于医学教育可以提高教学质量，丰富教学手段。本文提到的3种不同的虚拟现实技术有其各自的优缺点，可以根据学习者的实际情况设置不同的学习难度。桌面式虚拟现实设备价格较低廉、操作较简单，通过二维平面展现3D图像，更适用于医学教学中基本概念的学习。沉浸式虚拟现实系统随着硬件设备的不断发展，设备的价格逐渐趋于大众化。沉浸式虚拟现实系统创建的模型给学生提供的触觉、声音、图像更加逼真，更接近真实的临床、实验场景。相比于桌面式虚拟现实系统，更适合启发式教学。增强现实在医学教学中的应用是虚拟现实技术未来的发展方向，随着医学对精准化的要求，增强现实仍需要解决一些问题，才能使其在医学教育领域应用得更加广泛和有效。
参考文献：
【关键词】虚拟现实技术 机电类专业课程 教学
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2012）09C-0183-02
虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR），又称假象现实技术，是利用计算机技术和信息技术等现代技术合成的人工世界。它能够刺激人的听觉、触觉、视觉等感觉器官，使人沉浸在这种现代技术所生成的虚拟环境中，产生与现实世界相类似的感官效果。利用虚拟现实技术，可以在很多领域替代或部分替代现实世界。如今，继科学实验、理论分析之后，虚拟现实技术已经成为人类探索客观世界规律的第三大手段。
在高职机电类专业课程中引入虚拟现实技术，能给复杂的技能训练、抽象的理论教学带来革命性的变化。同时也将给机电类高职教育的教学内容、教学手段以及教学理念等产生重要的影响。
一、虚拟现实技术在高职机电类专业课程中的应用现状
（一）应用类型。虚拟现实技术可以分为桌面级虚拟现实、投入型虚拟现实、分布型虚拟现实、逼近现实型虚拟现实四种类型。投入型虚拟现实和桌面级虚拟现实的沉浸度比较低，但因其价格低廉，常被高职教育所采用。其中，桌面级的虚拟现实系统的硬件投入最少，甚至在个人电脑和比较低级的计算机工作站中就可以进行仿真。利用它，学生可以通过操作鼠标跟虚拟世界交互，尽管沉浸度比较低，但其性价比是高职院校所能接受的。与桌面级虚拟现实相比，投入型的虚拟现实系统能更为逼真地模拟现实世界，通过它用户“以假乱真”的体验更加明显。它可以利用头盔显示器等设备，把学生的听觉、视觉和其他感官体验封闭起来，提供一个新的、虚幻的感觉空间。利用数据采集手套、位置传感器、便携式输入系统等使学生产生一种身临其境的虚幻效果。常见的系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。目前，由于投入成本等方面的限制，我国高职教育多采用较为低端的投影式虚拟现实系统。
（二）应用方式。虚拟现实技术在高职机电类专业课程教学中的应用主要有三维演示、虚拟实验、虚拟实训、仿真教学、虚拟维修等。三维演示利用简易型虚拟现实技术表现机电设备、设备零部件的结构和动态，便于学生深入地了解设备和每个零部件的内部结构，有助于学生理解设备的动作方式及工作原理。虚拟实验是指把虚拟现实技术应用于建设虚拟实验室、开发虚拟实验软件。通过这样的平台，学生可以身临其境地对机电设备零部件进行虚拟拆装、对仪器仪表进行操作等。虚拟实训集中体现了虚拟现实技术的沉浸性和交互性的优点，让学生成为虚拟环境的积极参与者。通过虚拟实训，学生可以进行机电设备的安装与调试、故障检测与诊断、机床电控回路的仿真连接等职业技能训练，在取得接近于真实实训效果的同时，达到了降本运作的目的。仿真教学则是利用虚拟现实技术构建学习情境，在情境中学生可以扮演职场角色，对未来职场的工作内容进行深入的体验，很大的缩短了学生获取职业岗位相关知识的时间。近年来，虚拟维修是虚拟技术的一个重要研究方向，其目的主要是利用虚拟现实技术在计算机上真实地展现设备的维修过程，增强设备维修的决策能力。现阶段，虚拟维修在高职机电类课程的教学中，应用得比较广泛的是机电设备电控系统故障查找、机电设备液压系统故障查找等比较初级的虚拟维修项目。
（三）应用特点。虚拟现实技术在高职机电类课程教学中的应用具有职业性、实践性、情境性、过程性、开放性等特点。职业性是指虚拟现实技术可以比较真实地模拟高职机电类专业学生相关的职业岗位的工作环境，利用它可以使学生的各项职业技能的培训更为高效；实践性是指虚拟现实技术能逼真地模拟现实世界的各种实践操作，以最低的成本获得最好的实践效果；情境性是指利用虚拟现实技术创设教学情境，通过教学课件、课程网站等CAI手段，实现把抽象的内容具体化，复杂的问题简单化，不可见的结构或动作可视化的教学效果；过程性是指利用虚拟现实技术实现基于企业真实工作过程的项目教学，使教学的过程和内容更加符合企业的岗位需求，学生通过这个环节可以了解企业真实的工作过程，走上工作岗位后能较快地适应职业岗位要求；开放性则是利用虚拟现实技术构建学习情境并提供丰富的学习资源以满足学生不同层次的需求，学生可以打破时间和空间的限制，获得最大的个性化发展。
（四）应用优势。首先，引入虚拟现实技术开展高职机电类专业课程教学，可以改善教学环境。机电类专业课程具有理论性、实践性强等特点，虚拟现实技术使学生可以在虚拟的环境下，感受到职场的氛围。操练职业技能，在不大幅增加实训设备的情况下，获得最好的学习效果。其次，虚拟现实技术可以提高实训效率。学生在开展实训操作之前，先进行虚拟实训，对操作要领和实训环节初步了解，可以较大地提高实训的效率和效果，并且还能降低对实训设备的损耗。最后，虚拟现实技术还可以提升学生的职业技能。虚拟现实技术可以真实地再现各种场景，使得学生对机电专业课程的学习难度大为降低。虚拟实验、实训的成本较之传统的实验和实训的成本低廉，使得实验实训项目的开出率得以最大限度地保证。学生可以在虚拟环境中“做中学，学中做”，能使专业能力、方法能力等方面的职业素养得以全面地提升。
二、虚拟现实技术在高职机电类专业课程教学的应用过程中出现的问题
（一）虚拟现实技术存在局限性。虚拟现实技术本身的局限性决定了它只能作为现实教学手段的辅助工具。任何先进的虚拟现实技术，都无法构建出与现实世界完全吻合的虚拟世界。它给参与者带来的感官刺激无法取代现实世界所产生的真实自然的刺激。例如：在机床维修课程的教学中，常采用虚拟实训的方式让学生进行虚拟拆装。学生通过拖动鼠标等操作，把虚拟环境下的机床拆卸成为一个个的零部件，借以了解机床的内部结构，但是在这个过程中，学生无法获取诸如“拆卸一个零部件，需要多大的力道？应该使用何种工具？”，“如何保证在拆卸的过程中不会损坏所拆卸的零部件？”，“某个零部件的重量是多少？用什么材料制成的？”等方面的信息和经验。
（二）过度主张学生的自主学习，教师引导作用难以发挥。在高职机电类专业课程中引入虚拟现实技术开展教学的过程中，学生可以在教师的引导下利用丰富的教学资源，结合自身情况，选择适当的学习方式进行学习。这种不同于传统教学方式的教学模式可以最大限度地发挥学生的主观能动性，非常有利于培养创新型高技能人才。但在这种教学模式下，学生的自主学习能力被过度强调，教师的引导作用无形中被弱化。在现实的教学过程中，由于学生的自由度过大，教师很难对学生实施有效地监控，对于自我学习能力不足、自制能力差的学生，容易出现教学效果欠佳的情况。
（三）过度依赖虚拟现实技术，弱化团队的交流合作。采用虚拟现实技术进行高职机电类专业课程的教学，因其便利性与低成本的特点，多采用“一人一机”的教学方式。这种方式虽然能够使每个学生个体得到最大限度的动手机会，却削弱了团队间的直接交流，不利于团队精神的培养，不利于团队间的交流与合作，不利于学生社会能力的培养。
（四）教师引导不善，容易使学生养成不良的职业行为习惯。虚拟现实技术与现实的差异，决定了学生在虚拟环境中容易产生偏离现实环境中的行为。例如：电工课程的虚拟实训过程中，因为没有现实操作的危险性，容易滋养学生恣意妄为的行为习惯，这种习惯带到现实操作中，其后果无疑是非常严重的。这种情况在高职机电类其他专业课程的虚拟实训中普遍存在。
三、提高虚拟现实技术在高职机电类专业课程教学中应用效果的对策
（一）提高专业教师的素质，大力推进高职机电类专业课程改革。高职院校应当对现时的机电类专业课程的教学体系和教学模式进行改革，进行基于工学结合的高职机电类专业课程建设。专业教师要能够使用虚拟现实技术创建基于企业真实工作过程的、真实模拟从业人员生产活动的虚拟环境。这需要专业教师能够熟练地掌握虚拟平台的开发和使用方法，引导学生解决虚拟实训过程中所碰到的问题，使学生能更好地融入到真实的工作情境当中。
关键词:建筑施工;特点;虚拟现实技术;方案设计;人员培训
一、现代建筑施工的特点分析
第一、空间上的布置于时间上的排列的矛盾成为建筑施工中的主要矛盾,这主要是由于建筑工程的产品固定性与生产流动性之间的矛盾而导致的。
第二、建筑施工生产不仅具有长周期性、工序的繁杂性以及强综合性的特点,同时,高空作业和地下作业也是建筑施工生产的主要构成部分。
第三、在建筑施工任务中,人员关系具有复杂性,因而他们之间的配合关系也较为复杂,这主要是因为建筑施工生产任务较为复杂,其完成必须通过专业相异、工种不同的人员之间的交流、合作。再加上各种材料、机械和设施。
二、在施工方案设计中的应用
虚拟现实系统具有两个关键特性,一个是沉浸性,另一个是交互性,建筑施工方案设计在人机关系上的基本特征便是通过这两个特性反映出来的,也就是说,设计者的主导作用通过虚拟现实系统的沉浸性和交互性而被充分反映出来。在虚拟现实环境中,设计者可以参与到整个计算过程中,而不是在计算结束后才能知晓计算结果;在虚拟现实系统中,方案设计以动态的优化设计代替了员阿里的经验的、静态的、类比的设计。换言之,在虚拟现实系统中,为了保证设计的方案最优化,在分析和设计方案时,设计人员可以通过可视化的虚拟模型来适时的修改设计方案。
虚拟现实施工方案设计方法的实现过程为:在三维可视化虚拟环境中,设计人员可利用CAD设计软件建立对象结构实体模型,并将模型的几何信息输入有限元分析软件(如AN-SYS等)中,建立三维可视化的有限元模型,然后对有限元模型i撕亍计算分析。有限元模型数据和分析结果数据分别存人相应的数据库中。并转化成图形数据文件,表达为图形或图像的形式,使设计人员能沉浸在三维可视化的虚拟环境中观察模型的模拟和计算,并实时地对模拟过程进行修改,直到获得满意的方案。最后将最优施工方案的结果存人数据库,为绘制施工图提供可靠依据,优化施工方案过程主要由计算机完成,并能充分利用设计人员的经验,而不是像传统的施工方案设计只能依靠施工技术人员多年积累的实践经验或习惯作法。
三、在施工人员培训中的应用
在虚拟环境中对施工人员进行培训是一种非常理想的培训方式,其优越性主要表现在以下几个方面:
第一、虚拟现实完全是交互式的,在虚拟环境中由用户决定下一步做什么、如何做、可重复做;
第二、虚拟现实强调参与者的经验和理论知识,在有经骏施工人员的参与下,可为缺乏经验的施工人员提供建筑施工的经验,在先期虚拟环境中认识、学习、验证建筑施工组织和管理;
第三、参与者和虚拟现实交互的方式和参与者在现实世界中的方式是完全相同的,虚拟现实中的任何事物很容易被参与者接收和理解,参与者不必学习任何操作计算机的技巧;
第四、虚拟现实提供的是一种有趣的、激动人心的培训工具,能通过虚拟现实系统对施工人员进行培训。
通过对施工方案的动态模拟,施工人员可以随意地选择观察点和角度,对施工现场进行实时漫游,以获得全面的印象,施工过程中,各工序间的协调配合是不容易做到的;而在虚拟施工中,可以对方案反复进行试验,得出一些具体参数用以指导施工。在虚拟施工中,还可以直观地观察到对象间相互的空间关系,对于接近可能干涉的对象,可提醒施工人员施工时特别小心,做到心中有数。
四、虚拟现实在筑施工中应用研究的展望
虚拟现实技术是一个大型综合集成环境,是一项集成性极强的高新信息技术。但是它还有诸多不完善的地方,为实现和推动虚拟现实技术在建筑施工领域的运用和发展,我们还需要做以下方面的工作:
第一、虚拟现实技术本身是一门新兴的学科,基于虚拟现实的虚拟施工也尚未形成一个完整的理论体系,虽然现阶段在西方发达国家已经有关于它的一些报道和文章,但是学术界和技术界还没有公认的有关虚拟施工的定义。因此,必须加强对建筑施工理论的探索和研究,力求建筑施理论从本质上得到突破。因为建筑施工理论奠定了基于虚拟现实的虚拟施工的理论基础。
现代远程教育中，存在诸多影响教学效果的因素，其中最主要的因素之一就是缺乏交互作用。在远程教育的实践中，人们越来越感到，要抑制和减少远程教育形式的固有弱点、保证远程教育的质量，必须加强实施现代远程教育的交互手段，充分发挥交互作用的特点及其在远程教学中运用的优势，这样，对现代远程教育中的交互作用进行广泛而深入的研究，就自然而然提到议事日程上来了。在信息技术高速发展的今天，远程教育中能够运用的以信息技术为依托的交互方式有很多，例如：Intemet网络、视频会议系统、交互式电视等。但是这些交互方式还是过于传统，而且，在教学效果上做不到身临其境，教学效果也就不能充分发挥。要充分提升远程教学教育效果，采用虚拟现实技术是最好的解决之道。虚拟现实(VirtualReality)，简称VR技术、灵境技术或、幻真技术，它实际上是一种可创建和体验虚拟世界(VirtualWorld)的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成，可以是现实世界的再现，亦可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，并通过头盔显示器(HMD)、数据手套等辅助传感设备，提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感。VR技术是计算机技术、计算机图形学、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、传感与测量技术、软件工程、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术集成之结晶。其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供有力的支撑。它同时具有沉浸性、交互性和构想性，使人们能沉浸其中，超越其上，出入自然，形成具有交互效能多维化信息环境。
1虚拟现实系统的构成及技术特征
虚拟现实硬件主要由专业计算机、应用软件系统、输入设备和演示设备等组成，虚拟现实是离不开硬件的支持的，只有在硬件的辅助上才能将虚拟现实的优越性最大程度的发挥出来．虚拟现实技术的特征之一就是人机之间的交互性．为了实现人机之间的充分交换信息，必须设计特殊输入和演示设备，以影响各种操作和指令，且提供反馈信息，实现真正生动的交互效果。不同的项目可以根据实际的应用可以有选择的使用这些工具，主要包括：立体投影、立体眼镜、头盔显示器、三维空间跟踪定位器、数据手套、3D立体显示器、三维空间交互球、多通道环幕系统。虚拟现实产生的视觉形式可分为平面型、桌面型、立体型三类。虚拟现实技术具有以下重要特征。
多感知性：在虚拟世界中可具有视觉、听觉、力觉、触觉、运动感，甚至还包括味觉、嗅觉。沉浸感：用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。交互性：用户对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。自主性：在虚拟环境中物体反映一般规律的真实程度和用户在虚拟环境中应遵循的一般准则。目前，虚拟现实技术的实际应用已经展开具体包括虚拟现实系统在城市规划中的应用、拟现实系统在医学中应用、虚拟现实系统在乐、虚拟现实系统在军事与航天工业的应用、拟现实系统在室内设计中的应用、虚拟现实系在房产开发中的应用、虚拟现实系统在工业仿中的应用、虚拟现实系统在军事模拟中的应用虚拟现实系统在文物古迹中的应用、虚拟现实统在游戏中的应用、虚拟现实系统在web3d／品／静物展示中的应用、虚拟现实系统在道路梁中的应用、虚拟现实系统在地理中的应用、拟现实系统在虚拟演播室中的应用、虚拟现实统在水文地质研究中的应用。
2远程教育中虚拟现实技术应用模型
虚拟现实系统的组成模型如图l所示。通过对远程教育中虚拟现实系统的应用特殊性的分析，给出了如图2的应用模型图2中，每个学生使用的客户端都是一个独立的虚拟现实系统，其组成与图1中虚线内部分相同。教师授课系统通过虚拟现实服务器上的应用与虚拟现实客户端进行通信。学生在虚拟现实客户端上进行操作过程中形成的模拟数据上传到虚拟现实服务器的数据库，以供教师远程调阅，教师可根据调阅的数据进行同步或者异步的指导。教师可以通过远程通信的方式在虚拟现实服务器上为学生指定虚拟操作的内容供学生在寻你客户端进行操作。教师可以在授课系统上进行虚拟演示，演示过程上传至虚拟现实服务器并间接在学生虚拟现实客户端进行直播，教师可以在操作的时候进行同步解说。
3结束语
虚拟现实技术能够为参加远程教育的学生提供生动、逼真的学习坏境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能，强化教学过程的互动都将起到积极的作用。
[关键词]虚拟现实设备教学
中图分类号:TP-9文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210106-02
随着科学技术的迅猛发展,特别是计算机科学技术的飞速发展,带动了各领域科研方式的全面革新。各种计算机辅助设计系统相继出现,给科研工作带来了极大便利。而其中的虚拟现实技术成为近几年来国内外科技界关注的一个热点。目前,虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、军事训练、建筑设计、教育培训等众多领域。
一、虚拟现实的概念以及特点
(一)基本概念
虚拟现实技术是一种真实模拟人在自然环境中视觉,听觉以及行为举止的一种人机交互界面。它运用计算机图形学,人工智能,计算机仿真技术,传感技术,显示技术,网络技术以及心理学等各种学科知识在计算机中构成与外在自然环境相同的虚拟环境。它使得用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作。
(二)特点
1.沉浸性:指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。虚拟现实技术根据人类各种感觉器官以及心理特点,经由计算机模拟还原出逼真的三维立体图像,让使用者在与虚拟环境进行交互行为时有一种身临其境的感受。
2.交互性:指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互,使用者不仅可以利用电脑键盘,鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔,数据手套等传感设备进行交互。
多感知性――是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置,因此,使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉等多种感知,从而达到身临其境的感。
3.构想性:传统的计算机图形学中是将三维场景在显示器上进行二维环境显示处理。但是虚拟环境则是真实模拟还原现实客观世界环境,强调三维显示立体环境,更贴近于现实真实环境。
4.多感知性:是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。但是由于传感技术的限制,我们无法达到理论上的对人类感官的全面模拟,现今的虚拟现实技术的感知功能仅限于通过视觉,听觉,触觉等。
二、虚拟现实分类
根据用户参与的形式的不同,通常把虚拟现实分成四大类。桌面虚拟现实,沉浸的虚拟现实,增强现实性的虚拟现实,分布式虚拟现实。
(一)桌面虚拟现实
桌面虚拟现实(PCVR)系统,基本上是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。其实就是使用个人计算机即PC机或PC工作站去产生仿真,桌面虚拟现实的参与者是不完全沉浸的,他要求参与者使用标准的CRT显示器和立体显示技CJFD2000以及位置跟踪器和另外一个手控输入设备,如数据手套和六个自由度的三维空间鼠标器,戴上立体眼镜坐在监视器前,在一些专业软件的帮助下,但可以通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界。
(二)沉浸式虚拟现实
沉浸式虚拟现实系统是一种高级的虚拟现实系统,它提供一个完全沉浸的体验,使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备,把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来,并提供一个新的、虚拟的感觉空间,并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。沉浸式虚拟系统是一套比较复杂的系统,它的优点是使用户全身心地沉浸到虚拟世界中去,缺点是系统设备价格昂贵,难以普及推广。
(三)增强现实性的虚拟现实
增强式虚拟现实系统是把真实环境和虚拟环境组合在一起的一种系统,它既允许用户看到真实世界,同时也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象,这种系统既可减少对构成复杂真实环境的计算,又可对实际物体进行操作,真正达到亦真亦幻的境界。
(四)分布式虚拟现实
分布式虚拟现实系统是利用远程网络,将异地的不同用户联结起来,多个用户通过网络同时参加一个虚拟空间,共同体验虚拟经历,对同一虚拟世界进行观察和操作,达到协同工作的目的,从而将虚拟现实的应用提升到了一个更高的境界。
三、虚拟现实技术在教学中的实现意义
将虚拟现实技术引入学校教学是教育方法上的一次革命性的创新实践。相对于传统的教学模式中理论教学方面对知识的传授仅限于口述以及静态图像展示的教学方法而言,虚拟现实技术可以全方位的让学生主动获取知识,对知识体系有全方位的理解。而在实验教学方面虚拟现实技术可以模拟出逼真的学习环境,并且提供多种学习交互活动,让学习者通过实际操作或亲身体验来接受相关知识内容。例如在飞行员的培训中就可以引入虚拟现实技术进行培训,从而降低了风险以及教学成本。因此虚拟现实技术在理论与实验教学环节中有以下优势及特征:
(一)理论教学方面
1.模拟实物立体模型:在教学中经常要利用一些实物展示,以帮助学生形象的认识知识对象。传统的展示手段有:
(1)利用图像与投影仪等设备。但是这种静止图像在传递知识时信息较为匮乏,学生无法获取画面之外的知识信息。
(2)利用实物展示。这种方法的缺点是学生全面观察较为困难,在不同角度获得的信息各不相同。且展示物品无法制作较大使得后排学生难以看清楚。
(3)通过三维模型动画软件制作模型展示。虽然这种方法可以较为完整的还原物体,且各方面信息也都可以获得,但是使用此类模型进行教学无法实现动态交互,学生只能被动接受事先安排好的内容顺序,最多进行暂停与播放操作。无法自己主动获取所希望了解的相关方面知识。
但是通过虚拟现实技术我们可以构建与实物相同的三维物体。利用三维制作软件制作模型,最后存储为VRML格式,在VRML播放器中使用可以全面的认识展示对象。如计算机教学中硬件部分教学中就可以制作出相关硬件部分的桌面虚拟现实。让学生近距离全方位的观察。
2.立体空间的展示:立体空间是指现实中存在的或根据历史资料在历史中层真实存在的空间。在教学中由于受到条件的限制,学生无法亲历这些空间,只能靠老师语言描述或绘画描绘等方法来激发学生想象,让学生在自己的脑海中抽象的构建相关的空间。但是依靠虚拟现实技术我们可以不仅仅让学生在脑海中想象,还可以让学生听的到,看的到,甚至摸的到。例如在地理课程中描述火山地形,传统教学手法无法让学生亲临火山去观察,但是结合虚拟显示技术就可以全方位的观察火山地形以及火山喷发过程。同事结合虚拟向导的语音描述,学生在学习过程中可以结合向导所讲的知识亲自观察。这种教学方法无疑是对传统书本授课教学的革新与挑战。
3.展品介绍:人类发展经历了数千年,在这数千年里有无数人类知识的结晶与艺术的瑰宝。但是大多数时候我们都无法亲眼目睹这些宝贵的文化遗产,往往是通过图片或者视频来了解认识它们。比如巴黎的埃菲尔铁塔,我们又有多少人能去法国,亲自站在埃菲尔铁塔下面去从下而上的观赏它。大多数人都是通过照片来观看埃菲尔铁塔的正面。但是利用虚拟现实技术我们可以真实的模拟出埃菲尔铁塔来,从而全方位的观察它,不仅仅是我们正常的视点。我们甚至可以从人们无法获得视点来观察。
(二)实验教学方面
虚拟实验是采用虚拟现实等技术,模拟传统实验操作环节的软硬件实验环境,包括虚拟的实验设备、实验工具、实验对象等。实验过程主要是对虚拟对象的操作,实验结果可以被处理、存储,实验过程可以不断重复进行,虚拟实验注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。
虚拟实验室是虚拟现实技术应用研究的重要载体,是以计算机软硬件技术为基础,使用软件开发工具实现的一种虚拟实验环境,通过开发一系列虚拟实验模块来模拟真实的实验环境、实验设备和实验过程,实验者能够进行友好人机交互,真实感受互动的实验过程,身临其境地进行实验操作。虚拟实验室与传统实验室相比有以下优点:
1.打破了传统实验对地点和时间的限制:很多实验都需要大量的时间来进行操作,而且很多实验对实验地点的要求也很严格。但是结合虚拟现实技术,我们可以突破时间的限制而在较短的时间内获得实验结果,同时对一些特殊实验环境也可以进行模拟,打破了实验的地点限制。
2.降低了实验器械的损耗以及充分发挥学生创造力:在虚拟现实环境中进行实验,学生无需对损坏实验器械而担心。可以放心大胆的使用一些可能十分昂贵的实验器材。同时在虚拟的实验环境中,学生也可以自由发挥自己的想象力,创造力。
3.节省成本,突破设备、场地、经费等硬件的限制。
4.降低操作风险:在一些高危险性的实验中运用虚拟现实技术可以避免因操作失误而带来的人身事故。而且也可以进行一些学校无法提供的高危险性的实验:如核反应实验等涉及放射性元素的实验课题。虚拟实验教学应用于实验教学是教育技术发展的一个飞跃,它营造了“自主学习”的环境,由传统的“以教促学”的学习模式变为学生与虚拟环境的交互,从而得到新知识的学习模式。
四、结语
虚拟现实技术伴随着计算机图像技术和计算机网络技术的不断发展,从开始产生到现在经历了一段相当长的时间。但是随着科技的日新月异的变革,我们的虚拟现实技术也将迎来一个快速发展的阶段,使我们的虚拟现实中的场景更加真实,人物也更加生动形象,使之带动教育教学手段上的革新。
参考文献:
[1]胡小强,虚拟现实技术[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2]韩强,虚拟实验室在高校实践教学中的应用与研究[J].吉林工程技术师范学院学报,2007(6).
[3]蒋庆全,国外VR技术发展综述[J].飞航导弹,2002(1).
关键词：现代教育技术；虚拟现实；教学模式；教育应用
引言
新一轮的信息革命将深刻地改变传统行业，逐渐克服技术难题之后，5G通信技术、人工智能技术、虚拟现实技术都得到了长足的发展，研究者们开始关注虚拟现实技术的应用，它在现代教育领域的运用成了瞩目的焦点。
1现代教育技术的特点和发展趋势
现代教育技术是把现代教育理论应用于教育、教学实践的现代教育手段和方法的体系。它以实现教学过程、教学资源、教学效果、教学效率的最优化为目的[1]。它的现代化体现在教学设计现代化、教学手段现代化、教学媒体现代化。随着现代教育科学和现代信息技术的飞速发展，现代教育技术和教育联系紧密，它增加了信息传递的方式与方法，提升了教学效果与效率。现代教育技术与普通教育技术没有本质区别，突出”现代”一词的目的是要更多地关注现代科学技术的相关问题，吸纳新的科学技术成果和思维方式，凸显教育技术的时代特色。目前，教育技术在教育中的应用可以按照技术特点大致分为以下5类：（1）基于传统媒介（如书本、图片、画册、黑板、模型、实物、小型展览）的常规教学模式；（2）基于视听技术（计算机技术）的多媒体教学模式；（3）基于卫星通信技术的远距离教学模式；（4）基于因特网等网络技术的网络直播教学模式；（5）基于三维仿真技术的“虚拟现实”的教学模式。随着现代信息技术的快速发展，许多新技术被用到教育教学实践中，丰富了现代教育技术的内涵。现代教育技术突破了传统教育方式，正朝着多媒体化、网络化、信息化、教育技术应用模式多样化和远程教育普及化的趋势发展[2]。而“虚拟现实”的教学模式，具有多种教学模式的优势，试想一个场景——分散在世界各地学习者穿戴着虚拟现实设备，汇集到一个共同的虚拟社区，在这里自由交流与学习——这种美好的愿景并不遥远。
2虚拟现实的概念及特征
虚拟现实是一项融合了计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术、心理学及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机综合技术[3]。虚拟现实技术有三大基本特征：沉浸感、交互性和想象力，它强调人在虚拟现实技术中的主导作用[4]。交互性是指用户与虚拟空间中的虚拟物体的互动能力；沉浸性是指用户在计算机生成的虚拟环境中，通过模拟视觉、听觉等感官，给人以真实感觉；想象性是指用户在虚拟环境中，根据环境传递的信息以及自身沉浸在系统的行为，通过自己的逻辑判断、联想等思维过程，想象虚拟现实系统中并未直接呈现的画面和信息。近年来，科技不断发展，信息量呈爆炸式增长，虚拟现实技术能有效地提高信息传播和教学效率。虚拟实现的特性符合现代教育技术对提高教学水平的要求。
3虚拟现实技术在教学中的运用途径
3.1自主学习
虚拟现实提供了一种崭新的交互方式，学生可以通过眼睛、耳朵等多种感觉器官与它进行实时互动。学生凭借自然语言交互，以触觉、视觉、听觉作为媒介，和计算机进行交流沟通。这种崭新的人机交互方式，给与学习者全新的体验：在这个虚构的学习场景中，真实与虚拟模糊了边界，理论知识和实践操作同时进步。虚拟现实模拟的环境大体可以分为三个层次：（1）“显示现实”，还原真实的环境，但是一般人不容易直接接触，如火山口的场景、银河中的场景、危险的化学实验室等；（2）“模拟现实”，模拟现实中不存在的环境、特殊条件下才会产生的事物，如仿真训练、模拟训练等；（3）“创造现实”，突破现实的制约，想象力有多大，创造力就有多大，一切现实法则都可以在虚拟空间中被颠覆，给学生发挥创造力的机会，把好的创想在虚拟空间中尽情展现。
3.2虚拟实验室
虚拟实验室是虚拟现实技术的一大创新，学生可以在其中自由实验，动手操作，观察各种实验反应，摆脱常规实验室的局限。在虚拟物理实验室中，学生可以虚拟出各种物理现象，实验效果直观可见；可以看见现实中看不到的磁场，理解磁场变化的原理；可以感受桥梁大厦的建造与崩塌，分析其中的力学原理。身处虚拟生物实验室内，可以仔细观察人体组织的切片结构，各种骨骼结构也变得清晰透明。在虚拟化学实验室中，学生可以远离现实实验室的各种危险，安全地操作天平、砝码，观察燃烧、爆炸等反应现象；在虚拟地理实验室中，学生可以进行地震和火山爆发等实验，瞬间遨游太空，瞬间又深潜入海底，尽情体验地理科学的魅力。想象力的边界才是虚拟实验室的边界，虚拟实验室将成为学生们最喜爱的场所。
3.3技能训练
虚拟现实沉浸感和互动性的特性，可以使学习者全身心进入学习状态，在安全的虚拟环境中反复练习，不断试错，直到熟练掌握技能。例如，在虚拟射击培养体系中，学生可以重复射击，提高反应能力，学习不同的掩体情况下的射击方法，直到熟练掌握。运用VR技术可以使医务工作者反复操练，保障手术训练的实效。在教学技能训练方面，与传统微格教室相比，在虚拟教室中，师范生可以自由选择面对的学生人数，克服上台教学的畏惧心理。但是值得注意的是，真实的情景也是技能训练不可或缺的内容，需要合理安排虚拟现实学习和真实情景练习，找到它们之间的平衡点，最大化利用虚拟现实技术的优势。
4虚拟现实教育应用的展望
虚拟现实技术正处于高速发展阶段，它会给教育带来巨大的变革，未来的虚拟现实系统能够与通信技术、大数据技术、人工智能技术等前沿科技紧密结合。在虚拟教育社区，每个学习者都有自己唯一的虚拟身份，能够在虚拟的空间中与他人的虚拟角色互动交流，也能与人工智能的虚拟角色交流。人工智能虚拟学伴可以为学习者提供全程的学习规划指导，制定个性化的培养方案；学习者的成长轨迹全程被记录在虚拟世界之中，通过物联网技术制作的可穿戴设备，学习者的身体健康状况也可以被详实记录。数字虚拟世界和真实世界共同培养人才，这正是未来智慧教育的图景
［关键词］虚拟现实;旅游管理;本科教学;实验实训
随着信息技术的发展，虚拟现实技术逐渐得到广泛的重视和应用．虚拟现实技术是指利用包括集成技术和传感设备在内的新型信息技术模拟的一种多维度仿真、实时性强的虚拟环境(VirtualEnvironment)．用户可以利用计算机、电子设备在虚拟环境中进行现实模拟，营造出一种身临其境的感觉［1］．用户不仅可以看到高仿真的图像，还可以听现实的声音，甚至嗅到气味，以及在虚拟环境中的交互操作．旅游业是一个参与主体多，业务范围广泛，信息处理强大的行业．利用计算机、传感和测量技术、模拟技术和微电子技术等相关技术，进行旅游景观、旅游业务的三维虚拟，再通过互联网进行网络传播，将会有广泛的用途．三维虚拟现实环境提供虚拟的旅游体验，为旅游服务提供模拟研究环境．虚拟环境有利于对游客旅游决策过程、旅游线路规划进行模拟．三维虚拟技术在旅游业的广泛应用，逐渐形成虚拟旅游的概念．事实上，虚拟旅游不仅为旅游决策和旅游体验提供了便利，而且为旅游专业教学提供了一个新的平台．然而，如何使用虚拟现实技术进行旅游管理本科教学很少讨论．
1基于虚拟旅游专业教学的理论基础
虚拟现实系统具有三个基本特征，即浸入(Immersion)、互动(Interaction)和想象(Imagina-tion)．虚拟现实系统通过全方位环境仿真、立体化界面人机交互、强大的数据查询分析功能，达到浸入、互动和想象三个特征，意味着可以真正实现在虚拟的数据环境对现实世界完全仿真．在虚拟现实环境中，人们不仅可以感知、浏览、查询和分析虚拟现实对象基本属性，如资源条件，地形参数，环境条件等，还可以进行要素分析、综合评估、规划或决策．根据三维场景的生成底层技术，虚拟现实通过两种技术途径进行环境仿真．一是基于图像构建虚拟环境，但信息丰度低．二是通过矢量建模方法构建，特点是可计算性强，信息丰度较大．虚拟现实技术应用非常广泛，从生产制造、模型设计、医疗卫生、娱乐体验到教育培训，几乎包括生活的方方面面．相对于传统应用教学的信息技术，虚拟现实技术具有一些无法替代的优点，包括:现场的逼真感、体验的真实性、交互的可视化、分析的多维度．虚拟现实技术更能满足旅游课程课堂教学、实验教学要求实践的可操作性、实训的现场感．因此，虚拟现实技术应用能够在增强教学效果、培养实践能力、强化师生互动、增强创新意识等方面发挥重要的作用．燕浩鹏(2008)提出虚拟现实旅游实验系统可以实现教考结合、突破时空的限制、丰富教学手段、完善教学模式［2］．陈丹红(2008)进一步对虚拟现实技术在旅游实验教学中的应用进行了概括，主要体现为三个方面:虚拟训练教学系统、虚拟知识学习系统和虚拟实验教学系统［3］．而魏凯(2007)将多媒体技术与虚拟现实技术在教学中的应用效果进行了对比，在肯定传统教学模式和技术的前提下，提出虚拟现实技术可以在旅游教学及实训中起到辅助作用［4］．张莹(2008)则针对常规教学方法的三大矛盾———学生与教学内容的矛盾、教师与教学手段的矛盾、教师与学生的矛盾［5］，提出虚拟现实技术成为克服三大矛盾的突破点．
2基于虚拟旅游专业教学的技术基础
随着地理信息系统技术(GeographicInforma-tionSystem)、新一代互联网技术、虚拟现实、三维可视化、大数据、仿真模型等技术的持续发展和深入，计算机不仅用来处理文字、图像、声音、动画、视频等信息，而且用来将三维实体、四维环境等进行动态仿真和环境实体模拟，包括虚拟银行、虚拟城管、虚拟安防、虚拟城市、虚拟大学、虚拟商务、虚拟旅游．相应地也出现虚拟技术提供商、虚拟服务开发商．虚拟现实技术成为旅游管理专业开展虚拟旅游教学的重要技术基础．基于虚拟现实技术，构建一个扩展性强、功能完善的实验实训平台，是虚拟旅游教学的关键环节．利用接口嵌入的方法，可以实现虚拟旅游教学所需要的多样化功能(表1)．
3基于虚拟旅游专业教学的优势
3．1虚拟旅游可以模拟旅游主、客、媒三体
旅游分为主体、客体、媒介，在地理位置上主体和客体是不重合的，必须通过旅游通道到达客体，再回到主体．虚拟旅游者自身的位置不会发生移动，但其所处情境会离开实际生活场景，到达所向往的地方．专业教学中学生可以分别虚拟主体、客体和媒介．
3．2虚拟旅游可以模拟旅游中的多感官体验
旅游的感官感受，一般包括视、听、触、嗅，其中以视觉接触为主．虚拟旅游也是以视觉为基础，通过三维模拟实景，以及相应的音乐设置来落实听觉感受，置于虚幻的旅游地中，仿佛就到了旅游地所见所闻一样．虚拟旅游不能模仿触觉、嗅觉的缺陷，将由视图提示、文字补充所弥补．虚拟旅游的充分自主性、互动性，使学生能够获得在实际景观中更为自由的感受，对游客心理体验体会得更为深刻．
3．3虚拟旅游有助于学生定性定量思维培养
底层数据库为虚拟旅游系统提供了定性的感官信息和定量的数据资源．学生应用虚拟旅游系统进行学习，除了通过直观感知之外，还可以通过多种传感器、多种信息查询手段与虚拟环境发生多维度的交互作用，学生能够从综合集成的环境中获得定性和定量信息，从而获得感性和理性的认识，并有助于深化对概念的认识和萌发新意．
3．4虚拟旅游可以模拟多样化的旅游活动
传统的网上旅游只是提供信息、进行交易的平台，较为枯燥，在旅游系统中处于旅游媒介的作用．虚拟旅游提供了丰富多彩的以逼真旅游景区为背景的模拟旅游活动，完成旅游过程．虚拟旅游同时可以开发超现实、超时空的活动，拓宽了旅游教学手段的宽度、深度和广度．
4基于虚拟旅游专业教学的功能分析
4．1多媒体信息查询
在虚拟教学环境中可以查询多维度、多媒体信息．应用多媒体技术将文本、图像、音频、视频等信息输入后台数据库，不仅增强系统的可视性效果，而且既丰富、充实了旅游地理信息系统的内容与功能，又有利于旅游教学的直观效果．例如，旅游教学中通过针对某一景点的查询，获得有关该景点文本、语音介绍，以及关联图片检索，并且可以调用系统内视频和网络视频，使得查询表现形式更加生动、直接和形象．
4．2旅游空间信息处理
虚拟旅游教学结合3S技术(遥感、地理信息系统、全球定位系统)可以增强虚拟教学系统的数据获取和分析能力．全球定位系统(GPS)主要是为遥感信息数据定位，提供空间坐标并更新数据［6］．遥感(RS)是一种遥远感知技术．随着航空航天的进步，遥感可以获得地面高分辨率、多谱段、动态化的空间信息，并进行图像的纠偏、增强和呈现．全球定位系统和遥感系统开始广泛应用到旅游地理信息系统(TGIS)，为旅游行业中涉及到空间方面的问题，比如旅游资源调查、旅游路线规划、旅游景区规划、旅游空间效应提供技术支持，并逐步在旅游教学软件中普及应用．
4．3旅游地理环境仿真
旅游地理环境仿真具有多种用途，可以进行游客空间行为预测和模拟、游客体验模拟、导游路线模拟、突况处理模拟、停车场车位选择模拟、自然灾害影响模拟、场馆设施规划模拟等功能．这些功能的模拟在教学中可以让学生直观体验、参与和实控，并通过数据交互，获得深层次的知识结构．旅游地理环境仿真结合底层数据库，形成一个可测量的虚拟环境，用于交互式观察和分析．在教学中，定量数据还可以为师生探讨式学习提供基础，例如景区内设施规划，可以进行模拟和仿真，并结合环境数据不断完善和优化设计方案．
4．4网上旅游地理信息系统
随着互联网、移动互联网以及物联网技术的不断发展，网上旅游地理信息系统应用越来越普遍．虚拟旅游系统不仅可以基于自身的数据库，学生还可以通过虚拟平台浏览服务器端口旅游地理信息系统站点中的各类信息，包括属性数据、空间数据、各类专题地图，并进行相应地理信息系统查询和分析．学生可以利用旅游地理信息系统嵌入到掌上电脑、手机以及车载系统中，进行信息集成能力的培养．
4．5旅游专家系统
专家系统是虚拟旅游平台中一个问题解决方案库，综合集成旅游相关领域的专家知识和经验．专家系统是基于知识的程序设计方法构架起来的计算机系统，通过结构化语言、专家方案库、人工智能，通过逻辑推理运算寻求最佳解决方案．专家系统可以利用已有的人类智慧解决旅游业发展中遇到的复杂问题．在旅游教学中，基于专家系统可以开发二级系统———旅游资源评价系统、旅游生态环境保护监测系统、旅游规划管理系统，从而模拟旅游资源合理开发和利用的科学决策过程．
4．6虚拟景点
虚拟景点不仅是场景模拟，而是涉及到整个景点的运营和空间管理．虚拟景点还可以进行旅游电子商务的模拟和拓展．利用网络多媒体技术将虚拟的景点展现在虚拟三维空间，同时，利用最新的支付技术、社交媒体技术可以开展三维虚拟电子商务．学生可以借此模拟“导游”过程，同时可以实训三维虚拟商务．
5结论
虚拟现实技术具有情境化、交互性、可测量、多感官等特点，对于重视旅游体验模拟、旅游实地规划的旅游管理专业本科教学具有重要的价值．旅游管理实践教学体系中虚拟现实技术应用能够增强教学效果、培养实践能力、强化师生互动、增强创新意识．
［参考文献］
［1］徐素宁，韦中亚，杨景春．虚拟现实技术在虚拟旅游中的应用［J］．地理学与国土研究，2001(3)．
［2］燕浩鹏．虚拟现实技术在旅游实验教学体系中的应用［J］．教育与职业，2008(30)．
［3］陈丹红．运用虚拟现实技术提升旅游管理实验教学质量［J］．教育探索，2008(3)．
［4］魏凯．虚拟现实技术在旅游实训教学中的辅助作用［J］．山东省青年管理干部学院学报，2007(4)．
［5］张莹．虚拟现实在旅游教学中的功能应用研究［J］．才智，2008(24)．
关键词：虚拟现实技术；实践教学；应用前景
中图分类号：G4
文献标识码：A
文章编号： 16723198（2013）13013602
0 前言
虚拟现实，（Virtual Reality，简称VR），是刚刚出现的高新科技技术。它是利用计算机的三维图形、环境建模、图形绘制、虚拟音效、自然交互与传感技术来模拟虚拟空间并与现实结合，在用户的视觉、听觉、触觉等感官上进行模拟，让使用者身临其境，没有限制地观察三度空间内的任何事物。它主要分为沉浸式和非沉浸式两种。沉浸式虚拟现实技术，是一种实用、高级、典型的虚拟现实系统。它以大幅面的显示方式进行投影，使交互的虚拟三维空间高度逼真的展现在观看者的眼前，并且可以从任何角度、位置，通过外接设备与虚拟空间进行实施漫游和交互。而非沉浸式虚拟现实技术，主要是通过软件技术来实现的。主要对触觉、听觉等感官进行模拟，为用户呈现一个优质的虚拟界面。其特点是价格低廉、使用方便，而且运用广泛。
1 国内外虚拟现实技术的研究状况简述
美国是VR技术的发源地，至今已有60多年的研究历史，代表了国际VR的最先进的技术水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。
日本在虚拟现实技术相关领域的研究中，也是一个具有先进技术实力的国家之一。他们主要致力于建立大规模VR知识库的研究。并且，在音乐和游戏方面，他们对虚拟现实技术的应用研究也做了很多贡献。但日本大部分虚拟现实硬件主要是从美国进口的。
日本在虚拟现实技术相关领域的研究中，也是一个具有先进技术实力的国家之一。它在建立大规模VR知识库的研究中做出了巨大的贡献。此外，在音乐和游戏方面，他们对虚拟现实技术的应用研究也做了很多工作。但日本大部分虚拟现实硬件主要是从美国进口的。
在欧洲，英国在虚拟现实的分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面是领先的。目前，英国已有六个主要从事VR的研发中心，分别是WIndustries（工业集团公司），British Aerospace（英国航空公司），Dimension International，Division Ltd，Advanced Robotics Research Center和Virtual Presence Ltd。其相关产品主要应用于娱乐、军事、建筑、汽车等行业中。还有德国、法国、瑞典等国家也在进行相应的研究。
目前，我国的VR技术还处于发展阶段，得到了政府有关部门的支持和专家的高度重视，大力开展了VR技术的开发与研究。例如，“973”计划、国家“863”计划、国家自然科学基金、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了重要科研项目。国内一些重点院校的重点实验室，开展虚拟现实领域的基础研究、应用基础研究和战略高技术研究，为相关行业领域的某些问题的解决提供了有力支撑，其虚拟现实技术目前也成为了越来越热门的热点学科。
2 虚拟现实技术的主要应用领域
目前VR技术的应用除了军事领域外，主要集中在以下几个方面：
（1）在产品的开发过程，虚拟现实技术的运用可以便于设计人员对产品和系统建模，同时可以对其进行修改和优化。运用沉浸式虚拟现实技术能够对产品进行检查、动态仿真、性能评估，很好的解决设计中存在的问题，缩短了模型设计、检验、校核的时间，降低了产品研发成本。波音777飞机的设计便是一个虚拟原型机的典型应用实例。
（2）其次是教育行业。虚拟现实技术已经成为了国内的首创专业，它是将力学与计算机两大领域进行结合，主要是对工程中力学问题的数值计算与仿真。培养掌握高新科学技术，勇于创新，精于研究，基础扎实，从事虚拟仿真工程设计，适应国家经济建设需要的新兴应用型人才。学生毕业后的就业面广，能够从事力学分析、产品设计、系统动态仿真、虚拟产品研发技术等方面的理论研究与实际应用。并结合力学学科的专业知识，对虚拟仿真工程中的力学问题的解决提供有力的科学论证。
（3）VR还可以应用于高难度和危险环境下的作业训练。例如，对矿井开采进行模拟。由英国诺丁汉大学的人工智能及其矿业应用研究室（简称AIMS）开发研制的房柱式开采模拟VR-MINE系统可以对矿井开采进行动态三维实时模拟，根据模拟矿井结构及相关参数的设计可以达到优化生产系统的目的。其主要特点在于系统的的真实性和人机交互性。比建立任何系统模型所达到的效果还要好。显然，这类系统还可用于矿井开采计算机辅助设计、生产监控、管理和技术培训等方面。可以对煤矿设备进行虚拟制造，节省了对人员技术培训的费用，以及对突发事故进行调查和研究提供相关线索依据。
3 高等教育在教学中存在的问题
目前，高等教育在实践教学环节存在的诸多问题，可以列举为以下几项：
（1）在实训课程现场教学的过程中，受到场地的限制，某些大型设备占用比较大的场地，只有在设备附近的少数学生能明白老师的讲课内容。
（2）实验设备仅仅用于实验教学，相对于加工生产比较少，所以导致设备更新的速度相对滞后于技术更新的速度。如果不断进行实验设备的更新，将会造成投入巨大，由此造成不必要的浪费也是非常严重的。
（3）比较高端的设备价格较高、结构比较复杂，为扩大教学规模而增加设备的台数势必大幅度增加教学经费，而且每次使用机器成本较大。这里包括原材料、电力、机器损耗和设备日常维修包养费用，而实验的产品是不能投放市场产生经济效益的。而且学生由于操作失误容易造成设备故障和损耗，同样也会产生比较高的维修费用。
（4）在文理科专业的教学中，存在单纯依靠理论讲授、实践不足等现象。使学生对知识点的掌握不是很牢固，在处理问题时，有些知识点不能灵活的运用。
（5）教师有时只能对机械外表或者部分内部结构进行讲解，而对机器的运作原理及内部运作情况在运转时是不能拆开机壳的，老师在这种情况下的讲授有一定的局限性，老师往往采用演示或组织学生观看多媒体的方式进行学习，学生往往很难获得感性认识，导致实验效果不理想。
4 虚拟现实教学系统具体实例
在学习数控加工课程期间，学生按照老师的要求在斯沃数控仿真系统软件上对数控铣床进行了仿真实验。首先，学生要掌握计算机辅助铣削加工的基本方法，了解数控铣床操作面板各按键的功用，以及数控铣床的调整及加工前的准备工作；然后对给出零件图形进行手工编程，用txt格式文本进行传输，并模拟铣削出指定的零件。右图就是进行模拟实验的斯沃数控仿真系统软件。
在使用过程中，该软件真实感强，具有目前各种主流的数控系统和操作面板，效果逼真。用户可以在PC机上模拟操作机床，能在短时间内掌握各种系统的数控车、数控铣及加工中心等操作。软件同时具有手动编程和导入程序模拟加工。在斯沃数控仿真软件网络版中，服务器可随时获取客户端操作信息，并具有考试、练习以及广播功能等。
5 虚拟实验教学系统的优点
目前，国外很多高校已经将虚拟技术成功的应用在教学环节上面，并且开发出许多功能性虚拟教学软件和虚拟仿真教学平台。按照教学任务可以选取典型的实验，确定虚拟仿真教学系统的功能、组成和体系结构，确定实验路线，选取相应的开发工具并进行系统开发、测试等。教学的实验和实践可以在虚拟实验室中进行，从而不必购置昂贵的数控设备，同时在实验过程中培养和提高了学生的动手能力、实验能力、分析问题和解决问题的能力。
虚拟实验教学系统主要采用非沉浸式虚拟现实技术，应用软件手段进行视觉、听觉等感觉的模拟。采用虚拟实验教学具有诸多优势。首先，教学内容可视化，虚拟教学系统可以添加大量多媒体素材，能够说明系统的工作原理，以及展示设备的内部结构等。良好的人机交互性使用户能够动手操作，确保实验学习的互动性和真实性，提高学生学习效率以及对知识点的掌握，学生自己也可以自己动手进行大胆的尝试。同时，教学系统可以节省大量的教学成本，提高课堂教学效率。利用虚拟现实系统，学生在实验室可以通过老师的讲解自己进行虚拟仿真试验，并获得比较真实的操作体验。而且，如果实验操作具有一定的操作危险，如车间车床的切削加工、电火花切割加工、液压传动试验等诸多实验设备在工作过程中存在潜在的危险和安全隐患，利用虚拟现实技术进行虚拟实验，学生在虚拟实验环境中，可以全身心进行课程项目实训，大大降低教学风险，确保人身和设备安全。
此外，虚拟现实系统同时还可以实现远程控制，由局域网或因特网作虚拟实验室或校园的链接，可对各个终端提供开放性的、远距离的持续教育，还可为社会提供广大的就业和培训的机会，创造更大的经济效益与社会效益。
6 结论：如何提升产品质量和竞争力
文章给出了虚拟实验教学系统的相关内容。对于当前的国内的形势，虚拟实验教学系统有很大的发展空间，作者觉得应该采取以下措施来提高产品质量和竞争力：
（1）针对高等教育教学的特点和背景，将虚拟现实技术、多媒体设备和网络设备结合起来，发挥虚拟现实技术的集成性，控制性和交互性优势，可以帮助学生培养和提高实践操作技能和职业能力，保证教学效果和人才质量。
（2）不断扩大虚拟实验教学系统的使用功能和范围，不仅仅局限于教育领域。同一种产品可以满足不同需求，能够提高工业、医疗、生物等领域的生产加工的周期和效率。
（3）面向未来的产品可以建立一个更复杂的虚拟实验系统，在目前的虚拟组合下提升一个更复杂的软件工具，提供更好的性能。学校和企业进行联合开发，并且能够共享必要的信息软件和系统。
（4）对于虚拟教学系统在教学过程中的使用状况要不断进行跟踪调查和反馈。因为VR系统可以用于教学实验和其他项目的评估检测，所以要对产品随时进行产品更新和升级。
（5）不断提高VR系统的交互性、真实性和沉浸感，在新型传感和感知机理、几何与物理建模新方法、高性能计算，特别是高速图形图像处理等方面还有许多挑战性的问题有待解决。
参考文献
[1] 成艳真.虚拟现实技术VR在计算机类教学中的应用[J].晋城职业技术学院学报，2011，（2）.
[2]许爱军，张文金.虚拟现实技术在轨道交通类专业教学中的应用[J].长江大学学报（社会科学版），2011，（4）：139140.
[3]教育部.关于推进高等职业教育改革创新引领职业教育科学发展的若干意见[Z].教职成，2011，（12）.
[4]雷群安.高校实践教学存在的问题及对策研究[J].焦作师范高等专科学校学报，2011，（1）：5860.
[5]周玉海.先进制造技术中虚拟现实技术的应用与开发研究[J].南方职业教育学刊，2012，（2）.
[6]隋广洲，弓满锋，李忠.论先进制造技术的发展趋势及特征[J].新技术新工艺，2012，（1）：711.
【关键词】虚拟现实;美术教学;应用
引言
随着各种高新技术的发展和运用,数字信息时代在方方面面深刻影响着我们。在教学形式上更是发生了不可忽视的变化,虚拟现实技术在教学上的应用就是典型的例子。虚拟现实技术的基本特征很大程度上影响其在教育教学中的现实存在意义和价值。
一、虚拟现实技术
1.虚拟现实技术概述
虚拟现实(Virtual Reality)技术英文简称VR,是20世纪80年代末90年代初崛起的一种高科技实用技术。它是由算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能、计算机硬件、软件构成的三维信息的人工环境――虚拟环境,可以真实的模拟现实世界可以实现的(甚至是不可实现的)物理上的、功能上的事物和环境。
2.虚拟现实技术的基本特征
从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作、从而减轻用户的负担,提高整个系统的工作效率。
二、虚拟现实技术在美术教育中的应用优势
随着计算机、信息、网络等相关技术的发展,计算机作为一种高效能的信息传播工具,在教育教学过程中得到越来越广泛的应用。
1.虚拟现实技术营造了新的灵活互动的教学场景,打破传统教学在空间、时间上的限制。利用虚拟现实技术,学生不需要在特定的教室和特定的时间进行学习,不受时间和空间的限制,学生可以在互动装置艺术作品里行走、触摸甚至操作控制;也可以进入物体的内部进行观察。
2.虚拟现实技术创建了开放自由的远程教育和网上查询学习方式。 运用虚拟现实技术,远程学习以自学为主,不受教科书的限制,使每一位学习者都可以根据自己的学习特点,在自己方便的时间从互联网上自由地选择适合的学习资源,这种探索性的学习,有利于激发学生的创造性思维,使学习者在具体情境中通过主动的探索获得知识,从而提高学习者的动力。
3.虚拟现实技术丰富了传统的课堂教学内容和展示多面的教学内容。
利用虚拟现实技术,可丰富教学内容,将设计实训等技能训练搬到课堂中进行,由于这些虚拟的训练系统无任何危险,学生可以反复练习,直至掌握操作技能为止。应用虚拟现实技术,还可恰如其分地演示一些复杂的、抽象的、不宜直接观察的自然过程和现象,全方位、多角度地展示教学内容。
三、虚拟现实技术在美术教学中的应用
作为传输数字信息的媒体,VR在未来艺术领域方面所具有的潜在应用能力也不可低估。在美术教学上的应用同样不可低估.VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术(如油画、雕刻等)转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术。
虚拟现实在设计教学中的运用
1.传统设计教学面临的挑战。
首先,传统设计教学模式的特点就是由教师通过讲授、板书及教学媒体的辅助,把教学内容传递给学生或者灌输给学生。老师是整个教学过程的主宰,学生则处于被动接受老师灌输知识的地位。其次,传统设计教学需要投入大量的经费制作相关教学模型,而目前教育经费普遍投入不足,因此造成了实践课程大量减少,实践内容大大削减,学生的实际动手能力不足,不符合我国教育发展与改革的方向。
2.虚拟现实技术在设计教学中的优点与应用
虚拟现实本身的特点决定了其在设计教学中的诸多先天性优势:(1) 逼真 “虚拟现实技术通过软硬件平台的搭建可以形成逼真的虚拟环境,可以对学生产生视觉、听觉、触觉等各种感观刺激信息。(2) 交互 信息社会的发展要求我们的教育对象具备良好的沟通能力,而虚拟现实正好提供了这方面的训练。构建一个更能激发学生的学习兴趣和积极性、引导学习者主动学习的虚拟环境,从而改变传统教学的灌输式教学” 。 (3) 合作 随着市场经济的发展,社会分工愈来愈细,要求培养的学生具有良好的合作能力。
四、虚拟现实技术在美术教育应用中的局限性和展望
虚拟现实在教育中的运用不可忽视,带来了快速方便的学习模式和学习方法。我们也不能忽视目前的虚拟现实技术还存在一些问题,主要表现在:
虚拟环境与真实生产的差异:虚拟现实是一种技术不是真实环境。虚拟现实的虚拟效果还有待进一步加强:虚拟现实的表示侧重于几何表示,缺乏逼真的实体、行为模型,虚拟现实技术在感知方面,视觉合成研究的较多,听觉、触觉关注较少,真实性与实时性不足,其虚拟的效果还需要进一步加强。 虚拟现实的硬件与软件成本的逐渐降低,这种新的教学媒体必将广泛应用于教育教学中,最终在现代教育领域中发挥其重要作用。
五,结语
虚拟现实在美术教育上的应用,具有互动、便捷、构想和多感知的特点和优势,也就扩大了艺术教育的范围,增加了学生对美术学习的学习兴趣。提高了教学质量达到预期教学目的。虚拟现实――教育事业的“催化剂”,大大改善教学环境,更容易激发学生的学习积极性和主动性,从而能显著提高教学效果。将虚拟现实在教学中的运用和传统教学结合去来扬长避短,将二者的优势发挥出来,更大的促进人类教育事业,特别是美术教育。
参考文献
[1]《虚拟现实技术___全息语言与艺术》王立群陈德陆
关键词：虚拟现实技术；房地产；展示
一、 引言
虚拟现实技术（VR），是模拟人类视觉、听觉、力觉、触觉等感知行为的高度逼真的人机交互技术。它具有沉浸感、交互性、构想性，可以把抽象、复杂的计算机数据空间表示为直观的、用户熟悉的实物。利用这种计算机生成的交互式三维环境，不仅使参与者能够感到景物或模型十分逼真地存在，而且能对参与者的运动和操作做出实时准确的响应。
二、虚拟现实房地产展示系统的特点
近年来，房地产业竞争的愈演愈烈，沙盘、模型、表现图、样板房等做为房地产展示的传统手段，已经无法满足消费者和行业的需要。由于沙盘要经过比例缩小，无法以正常人的视角来看到小区的建筑空间，更无法获得人身临其境的感觉。样板房虽然能给顾客提供真实的房屋空间结构，但是成本太高，造成很大的资源浪费。效果图它只能提供静态局部的视觉体验。三维动画虽有较强的三维效果，但观察者只能按事先规定好的路线和角度浏览固定的内容，很被动，信息很不全面。
虚拟现实作为全新的房地产营销方式已成为房地产企业节约宣传费用，提高宣传效果的首选途径，使电子商务网上售房成为现实，适合大型城市多点销售甚至改变了现有销售模式。销售人员可带购房者在电脑上的样板房间虚拟房产展示系统的设计与实现中漫游，并同时进行有关户型相关信息的实时查询，使购房者坐在家中能细细观看小区全貌、房型结构空间布局或者直接从网络上进行观看。
三、虚拟房地产展示系统中的虚拟场景设计
首先是对整个小区所处地理环境进行地形建模，然后在地形上铺设道路，利用主干道路将小区划分成若干区块，确定各片分区中的主要建筑与景观，对各区块中的主要建筑分别进行三维建模。要选择有代表性的建筑建模，利用它进行改造可得到其他建筑的模型，然后进行修改即可获得其他楼的模型。
模型建好之后，需要对各组模型进行有效组织，然后按照平面规划图的位置将其集成到房间模型上，组成总体场景模型。进行场景建模时要充分利用建模技术，在不大幅削弱场景的逼真性，又降低场景复杂度，有效减轻场景实时渲染的负担。
虚拟场景模型的优化对演示速度影响很大，合理的模型优化是虚拟现实系统的实时性的保证。前期如果不对场景的模型进行很好的优化，到了制作后期再对模型进一行优化时就需要重新回到3DMAX中里重新修改模型，并进行重新烘焙后再导入到VRP场景里，就出现了重复工作情况，大大降低了工作效率。
通过三维建模得到场景数据模型后，需要导入虚拟现实制作软件中进行互动等设计。这些工作可以通过漫游引擎来完成，首先要能够将数据模型转换到漫游引擎中，然后利用相机控制，使得场景随用户视点转移进行变换，还要实现碰撞检测及时响应等，保证系统在虚拟空间漫游时的交互性和真实感。
四、虚拟房产展示系统的主要功能
虚拟房产展示系统主要功能及实现的功能有：
（1）交互式漫游。可以通过键盘控制视点移动和漫游状态切换，用户在漫游时可用键盘来控制视点的移动，上下左右键或者利用W、S、A、D键可控制视点的前进、后退、左平行、右平行。
（2）路径漫游。系统可以按照指定路径进行漫游，不加人为干预，自动对整个场景进行漫游。
（3）多媒体信息功能，包括文字介绍。为了丰富房展的展现手法，可对每一个房间都做了交互功能，当浏览者进入该房间时，就可以看到与之对应的解说，这样就较好地模拟来一种导游效果，使得该系统更加接近于真实，可用性也更强。文字介绍主要是对房间等做一些简要的说明，来弥补声音、图片等信息表达的不足。
（4）碰撞检测功能。碰撞检测对增强虚拟场景漫游的真实感和逼真感有重要作用。在虚拟现实系统中，由于用户的交互和物体的运动，物体间经常可能发生碰撞，此时为保持环境的真实性，需要及时检测到这些碰撞，并计算相应的碰撞反映，更新绘制结果，否则物体间会发生穿透现象，破坏虚拟环境的真实感和用户的沉浸感。当碰撞发生时，进行碰撞避免处理。
五、总结
虚拟现实房地产展示系统与传统的售楼推介方式相比较，具有明显优势。它将大大提高项目规划设计的质量，降低成本，减少风险，加快项目进度，加强各相关部门的协调，极大的提升房地产项目的品质，带来更多的效益。相信随着虚拟现实技术的不断发展，在未来的建筑领域，虚拟现实技术将有着极其广泛的前景。
参考文献：
【1】王龙江 基于虚拟现实技术的校园漫游系统 山东理工大学学报 2007.7
【2】曹彤 虚拟博物馆的三维场景构造及交互漫游实现 计算机工程与设计 2007.12
【3】王瑞玲 陈振明等 基于场景建模的虚拟漫游系统 计算机应用于软件 2007.7
[关键词] 虚拟现实沉浸感交互虚拟商品
一、虚拟现实的概念
虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感器技术的基础上发展起来的一门高新技术。1965年，美国学者Ivan Sutherland(((The Ultimate Display))，揭开了虚拟现实技术发展的序幕。从20世纪80年代末到90年代初，它逐渐开始作为一门较完整的体系而受到人们的极大关注。和其它许多新兴交叉学科一样，虚拟现实尚没有统一的定义，一般理解为虚拟现实是一种先进的计算机用户接口，它将人和外部世界隔离开来，通过给用户同时提供诸如视觉、听觉和触觉等各种直观、自然的实时感知交互手段，使用户具有身临其境的感觉，从而能够更逼真地观察所研究的对象，更自然、更真实地与对象进行交互。与传统的人一机界面如键盘、鼠标器、图形用户界面以及流行的Windows等相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。
虚拟现实是一门实用性技术，它的系统工作环境包括头盔式显示装置、数据手套、数据衣以及其他传感装置。目前，虚拟现实技术已经广泛应用到教育培训、工程设计、军事、医学和娱乐等众多领域，被专家学者们公认为21世纪最有可能促使社会发生巨大变化的几大技术之一。虚拟现实技术的运用使得顾客在商场中购物时，通过虚拟现实设备对商品进行查询，既增强了趣味性，又不至于在过大的商场行走太疲劳，同时有利于在销售旺季人过多造成的种种不便。更为重要的是如果商品在本商场没有，也可通过网络虚拟现实来跨商场查询，以方便顾客的需要，意义较为深远。
二、虚拟现实技术的特点
1.沉浸感(Immersion)。用户作为主角存在于虚拟环境中，通过多维方式与计算机所创建的虚拟环境进行交互，产生身临其境的感觉，与虚拟环境融为一体。
2.交互性(Interaction)。即用户从虚拟环境获得反馈的自然程度和对虚拟对象的可操作性。计算机应能够响应用户的输入并实时改变虚拟场景的状态，否则用户会产生不舒适感和对虚拟环境的排斥感。
3.想象力(Imagination)。用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。
4.多感知性(Multi perceives)。也称为全息性，即虚拟现实系统能提供的感觉通道和获取信息的广度和深度。虚拟现实旨在提供多维感觉通道和类似现实世界的全面信息，使用户达到身临其境的感受。多感知性无疑是人们全身心沉浸最基本的前提条件和技术基础。
其中沉浸感是核心，是我们在现代商场中所要实现功能的核心，也有人称为“临境感”，“投入”，或“存在感(Presence)”等。我们在此的目标是力图使顾客在计算机所创造的三维虚拟商场环境中处于一种“全身心投入”的感觉状态，有身临其境的感觉，即所谓“沉浸感”，而不是像看书或查阅资料一样买商品。在该环境中的一切，看上去是真的、听起来是真的、动起来也是真的，一切感觉逼真。用户觉得自己是虚拟环境中的一部分，而不是旁观者。他感到被虚拟商场所包围，可以在这一环境中左顾右盼、自由走动，与物体相互作用，如同在已有经验的现实世界中一样。这种使用户感到作为一个主角沉浸在模拟环境中的真实程度，对理想的模拟环境应该达到使用者难分辨真假的程度。如可视场景应随着顾客买商品的视点的变化而变化，有比现实更逼真的照明和音响效果等，甚至比真的场景还“真”。导致“沉浸感”的原因是用户对计算机环境的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存在意识或幻觉。
三、虚拟现实在现代商场中应用实现的技术可能
商场虚拟商品的生成是整个虚拟商场的环境基础，所有商场虚拟商品的设计与交互都是在这个虚拟商场的环境空间进行的。
1.商场虚拟商品建模生成技术研究。用VRML建立复杂三维模型是相当繁难的，虽然VRML提供了构造虚拟世界的简单方法，但就是因为它自身的特点，我们在利用它构造虚拟世界的时候，必须手工编写冗长的代码，而且还无法直观地对构造的虚拟世界进行即时修改。因此在构造虚拟场景时期，使用一些三维建模工具可以大大提高开发虚拟现实系统的效率，如：3D Studio MAX、maya、lightwave等。因它们强大的三维建模和动画制作功能恰好可以弥补VRML这方面的不足。研究商场虚拟商品的三维建模是商场虚拟商品设计空间生成的前提。
2.三维商品造型的辅助设计。目前运行在PC系统上最流行的三维建模软件是3D Studio MAX，其对虚拟场景的渲染效果已经具有工作站的水准。在建模的过程中，多处对于复杂形体的建模使用了3D Studio MAX中的VRML格式造型工具进行建模。由于造型软件的直观和便捷，大大提高了系统构造的效率。在使用VRML构造虚拟三维商品的时候，可以通过下面的途径，使用3D Studio MAX进行产品建模的辅助设计，赋予其各种属性然后用3DStudio MAX系统提供的导出(export)功能将场景文件直接转换成VRML格式的文件。这种方法带有一些风险，因为这种格式上非规范的倒换会丢失3D Studio MAX中建立的许多物体对象属性的信息，但对于很多比较简单的商品这种导出相对比较适宜，我们所设计的商场商品不是很复杂，成本不能太高，商品的更换频率高，所以运用此种方法较为适宜。
3.虚拟商场的交互技术平台。虚拟商场的交互技术开发有很多软件，我们在此设计运用WorIdTooIKit(WTK)软件平台。WTK是一种高级的跨平台虚拟现实开发系统。它提供了1000多个C语言写成的函数，支持用户快速开发虚拟现实应用程序。WTK所创建的虚拟世界可以仿真具有各种特性和行为的对象，用户可以通过输入输出传感器来控制对象的行为，使用计算机显示器和带头部跟踪的立体显示设备(HMD或者立体眼镜)在虚拟环境中漫游和观察。WTK程序的核心是仿真流程，主要包括接受外部事件、更新对象状态、触发事件处理三个过程，最终完成场景对象的各种行为描述。WTK本身并没有采用对象继承，但是它的设计和实现中处处体现了面向对象的思想。WTK支持几乎市面上所有的虚拟现实硬件，常见设备，包括CrystalEyes、Polhemus Fastrak/Isotrak和Thrustmaster、ierial Joystick等。WTK是一个跨平台的开发引擎，支持Windowns、Linux、SGI IRIX和SLTNSolaris等多种操作系统。因此，我们选择WTK作为开发平台。
四、结语
关键词：虚拟现实技术；电视节目制作；实验教学
中图分类号：G424文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)19-4779-02
Application of Virtual Reality Technology in the Experiment Teaching of TV Program Edit Course
WU Shun-bi
(Communication Media College of Guizhou University for Nationalities, Guiyang 550025, China)
Abstract: This paper introduces the concept and feature of virtual reality technology. According to experiment teaching characteristics of TV program edit course, this paper discusses the method of construct experiment teaching environment based on the desktop virtual reality technology.
Key words: virtual reality technology; TV program edit; experiment teaching
实验教学是高等学校教学环节中的重要组成部分，利用虚拟现实技术构建虚拟实验室，加强学生实验技能和创新能力的培养，是计算机技术在实验教学中应用的必然趋势。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确提出：加强优质教育资源开发与应用，加强网络教学资源建设，引进国际优质数字化教学资源，建立数字图书馆和虚拟实验室，建立开放灵活的教育资源公共服务平台，促进优质教育资源普及共享。注重学思结合，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，帮助学生学会学习；注重知行统一。坚持教育教学与生产劳动、社会实践相结合；注重因材施教。由此可见，运用虚拟现实技术在教学中的发展方向是明确的。
“电视节目制作”是一门实践性很强的课程，传统的集体授课方式比较抽象，很难满足学生的学习需要。而操作实验课则对硬件性能要求较高，往往占用较多的时间，影响了整体的教学进度。运用虚拟现实技术构建虚拟实验教学环境，可以结合两者的优势，能让学生直观地看到自己的操作效果。该文介绍了虚拟现实技术的概念及特征，并针对“电视节目制作”课程的特点，探讨了基于桌面虚拟现实技术构建实验教学环境的方法。
1 虚拟现实技术及特征
虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科,对该技术的研究始于20世纪60年代, 90年代初,虚拟现实技术开始作为一门较完整的体系受到人们极大的关注。
虚拟现实(Virtual Reality),简单地说是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。作为一种先进的人机交互技术,虚拟现实技术抛弃了键盘、鼠标等传统的人机交互设备,取而代之的是更加具有真实感的虚拟环境,充分调动人的各种感觉器官,使参与虚拟体验的人们能够最大程度地参与其中。从本质上来说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段,最大限度地方便用户的操作。虚拟现实技术已经广泛被应用于军事模拟、视景仿真、飞机汽车制造、科学可视化等领域。其特性可以概括为3个I: Immersion (沉浸),指虚拟现实系统可以是参与的人们完全沉浸在由虚拟现实系统所创建的环境中；Interactive (交互)指人们在虚拟现实环境中可以和周围的物体发生互动；Imagination (想象),指创建虚拟现实环境的工作者必须有着丰富的现象力。[1]
根据对虚拟环境的不同要求和对于使用目的和应用对象的不同要求，虚拟现实系统可分为四类：桌面虚拟现实系统、沉浸虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统和增强式虚拟现实系统[2]。目前普遍应用的虚拟现实系统主要还是桌面虚拟现实系统。桌面虚拟现实系统是利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟现实环境的充分交互。它允许参与者通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并可以使用输入设备与虚拟场景交互并操纵其中的物体，但这时参与者缺少完全的沉浸感，因为它仍然会受到周围现实环境的干扰。但是又因为桌面虚拟现实不需要附属的硬件和设备，易于实现，开发成本也相对低廉，所以被广泛应用。
2 虚拟现实技术应用于“电视节目制作”实验教学的现实意义
“电视节目制作”是广播电视新闻学、广播电视编导以及教育技术学等专业的核心课程，它强调技术和艺术相结合，实践性强。“电视节目制作”的学习，基础知识一般由电视摄像、电视编辑和电视照明三方面的知识内容构成，学习内容具有鲜明的视听觉形象材料和时空运动思维过程。然而现行的“电视节目制作”课程的学习教材一般都是以文字教材为主，甚至在教材中少有图形图像加以解释。目前，新闻传播类专业的实验教学仍采用传统模式,拘泥于对专业技能简单机械的模仿和学科理论重复式的验证,难以完成学生实验操作能力和掌握电视节目制作流程的教学目标。“电视节目制作”课程中摄像机的使用、演播室节目拍摄、场面调度、电视照明、电视画面剪辑等教学内容，能充分利用虚拟现实技术的特征。虚拟现实技术的应用，可以把不同知识点和技能要点贯穿综合起来,使学生在获得专业技能训练的同时，获得对电视节目制作专业知识的系统理解与整体把握,使学生搭建起从事电视节目后期制作所需的知识结构与能力体系。
虚拟现实技术的运用可以使学生真正成为虚拟环境的参与者与虚拟事件中的角色扮演者,营造了一种“自主学习”的环境,改变了学生在传统实验教学中的被动地位。使用虚拟现实技术可以让信息的表现形式丰富多彩，实现了用可视、可听的信息来代替只能阅读的信息，用简洁形象的三维信息来代替抽象冗长的文字信息，用生动的动画形式来表现难以理解的文字叙述，为计算机辅助教育带来了生机和活力，促进了教学观念、教学内容、教学手段的改变。通过构建虚拟实验教学场景，让学习者沉浸在虚拟的真实情景中，动手操作相关实验设备，改变以往获得知识的以间接知识经验为主的现状，促进学习者对知识的理解。因此,虚拟现实技术对“电视节目制作”课程的实验内容和实践方法产生积极的影响,是改变新闻传播专业实验现状的重要举措。
3 “电视节目制作”虚拟实验教学环境的构建
“电视节目制作”虚拟实验室首先进行三维建模，然后利用桌面虚拟现实技术实现学习者与虚拟实验环境的交互。在设计过程中有如下具体的技术问题需要解决：
3.1 虚拟实验环境的构建
用于开发三维模型的软件最常见主要3DS Max，MAYA，Softimage XSI等。本项目建模采用的是具有强大建模功能的3DS Max软件。建模是虚拟实验室建设的一项基础工作，“电视节目制作”虚拟实验环境的建模主要是用3DS Max制作，如虚拟实验环境、摄像机、三脚架等。通过模型设计、模块组合和圆滑链接，较直观、形象地展现了实验环境与实验设备的三维效果。
3.2 虚拟实验的交互设计
用于虚拟实验教学系统的开发技术较多，比如Flash、VRML、Cult3D等。不同的技术在开发特定的实验方面有独特的优势，开发工具的选取是否合适，对能否实现预定目标非常重要。适合于教育应用的虚拟环境开发软件可以从三个方面考虑：首先是具有便捷、高效的交互性；其次是基于Web的可扩展性和易用性；第三是能有效创设学习情境，具有一定的先进性。
考虑到虚拟实验的数据处理量大、交互频繁，本项目采用Virtools Dev作为开发平台，主要基于以下五个方面的考虑：[3]
1) Virtools的三维引擎已经成为微软Xbox认可系统，具有全三维的开发环境，使用可视化的、交互的方式将现有常用的文件格式整合在一起，如三维模型、二维图形或音效等。便捷的开发模式和强大的编辑功能使其广泛应用于三维游戏、影视数字艺术、虚拟仿真、虚拟博物馆、虚拟漫游、工业设计、交互多媒体、教育训练等等多个领域中。
2) Virtools在3D互动展示方面技术强大、组成完善，主要由创作应用程序、动作引擎、渲染引擎、Web播放器、软件开发工具包构成。
3) 除了自身的3D/VR开发平台Virtools Dev外，还有五个可选模块:网络服务器Virtools Server、物理属性Physics Pack、人工智能AI Pack、游戏开发Xbox Kit和沉浸式开发平台VR Pack，为虚拟实验室的预期功能实现及拓展开发提供了技术保障。
4) 直观式图形开发接口以及内建超过600多个行为模块大大降低了程序开发的复杂性，开发者可以按照自己的需求设计完整的实现某个功能的交互模块，还可以保存成Virtools Script 方便重复使用、编辑。开发人员只需利用拖拉的方式将互动行为模块赋予在适当对象或角色上，以流程图的方式处理行为模块的先后顺序，逐渐编辑成一个完整的交互式虚拟世界。可满足无程序背景的设计人员以及高级程序设计师的需要，让3D美术设计与程序设计人员进行良好的分工与合作，有效缩短开发流程，避免了繁复冗长的动态交互设定与程序代码的编写，提高效率。
5) Virtools最大的特色在于其除了可以编译成单个运行的可执行文件外，还可以将作品输出成网络浏览的格式，这样作者便可以将作品输出成可以在因特网普通网页中浏览的互动式虚拟现实，或进一步编辑。
3.3 系统开发流程[3]
1) 素材获取及处理。此阶段主要是使用数码相机现场拍摄实验室现场纹理和实验仪器不同角度的照片，通过Photoshop软件对获得的照片进行处理以备后期使用。2)模型构建。此阶段主要是使用3DS Max软件构建实验室场景和实验仪器模型，创建场景灯光、赋予模型贴图材质等使整个场景尽可能的逼真。3)场景导出。此阶段主要是使用导出插件把在 3DSMax软件中创建的模型导出为Virtools软件可读的.NMO格式的文件，并在Virtool中建立资源库。4)交互设计。此阶段是整个设计过程中的最主要阶段，使用Virtools软件为模型添加交互行为实现模拟实验操作的各种功能。5)系统。此阶段是把最后完成的虚拟实验室成网页文件或者打包成可执行文件，使学习者能够通过网络就可以浏览使用虚拟实验室。6)测试及应用。此阶段通过对虚拟实验室进行测试及教育教学应用，根据反馈信息对虚拟实验室作进一步的完善。
参考文献：
[1] 梁宇涛.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].实验室技术与管理,2006(3):81-85.
[2] 李欣.虚拟现实及其教育应用[M].北京：科学出版社,2004.
