虚拟现实技术

本论文在其他论文栏目，由论文格式网整理,转载请注明来源www.lwgsw.com,更多论文,请点论文格式范文查看虚拟现实技术
没有当过飞机驾驶员的人，不知道飞机起飞时腾云驾雾的感觉；没有当过宇航员的人，不知道太空飞行时失重的滋味；没有当过潜水员的人，不知道在深沉大海中有着神奇艳丽的景观。那么难道真的没有亲身经历，我们就不能获得真实的感觉吗？答案是：能，因为现在我们有了虚拟现实技术(Virtual Reality)。
跟随着新课改的步伐，虚拟现实技术走进了信息技术课本。虚拟现实技术是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。
虚拟现实技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，用户需要使用特殊的交互设备（如特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备）才能进入虚拟环境中，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。
目前，由于虚拟现实技术所用的设备比较昂贵，故而在国内要走进大众化还需一段时间。现在主要广泛应用于航空航天、医学实习、建筑设计、军事训练、体育训练、娱乐游戏等许多领域。不过随着信息技术大众化发展的需要，桌面虚拟现实技术开始发展起来，这种技术只需要使用者利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。如某些大型的3D游戏、电子宠物、三维全景图片、虚拟实验等。
在国外，虚拟现实技术已应用于课堂教学。虚拟现实技术作为新的教学媒体，它的出现无疑将对教学产生深远的影响。本文主要探讨虚拟现实技术的基本特征以及它在不同学科教学中的应用。
一、虚拟现实技术的基本特征及类型
（一）虚拟现实技术具有以下三个基本特征：
1．沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像．使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。当使用者移动头部时，虚拟环境中的图像也实时地跟随变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。
2．交互性。指使用者对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
3．多感知性。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、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
4、构想性(Imagination)——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。
（二）虚拟现实系统按其功能不同，可分成三种类型。
1．沉浸型虚拟现实系统。沉浸型虚拟系统是一套比较复杂的系统。使用者必须头戴头盔、手带数据手套等传感跟踪装置，才能与虚拟世界进行交互。由于这种系统可以将使用者的视觉、听觉与外界隔离，因此，用户可排除外界干扰，全身心地投入到虚拟现实中去。这种系统的优点是用户可完全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。
2．简易型虚拟现实系统。简易型虚拟现实系统由一台普通的计算机系统组成，使用者通过键盘、鼠标便可与虚拟环境进行交互。例如苹果公司推出的快速虚拟系统(Quick Time VR)，是采用360度全景拍摄来生成逼真的虚拟情景，用户在普通的电脑上，利用鼠标和键盘，就能真实地感受到所虚拟的情景。这种系统的特点是结构简单、价格低廉，易于普及推广，是一套经济实用的系统。
3．共享型虚拟现实系统。共享型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，共享一个虚拟空间，多个用户通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，达到协同工作的目的。例如，异地的医科学生，可以通过网络，对虚拟手术室中的病人进行外科手术。
二、虚拟现实技术在不同学科教学中的应用
1、语文
在语文教学中，语文教学是以文字叙述为主，内容往往很单调，难以吸引学生的注意。而如果采用虚拟现实技术，则可以把复杂、枯燥的文字叙述换成虚拟的真实场景，把抽象的事物形象化，具体化。在视觉、听觉和动觉上都得到了很好的体现。比如老师在讲《荷塘月色》时要是采用虚拟现实技术，让学生进入那“月光如流水一般，静静地泻在这一片叶子和花上。薄薄的青雾浮起在荷塘里。叶子和花仿佛在牛乳中洗过一样；又像笼着轻纱的梦。虽然是满月，天上却有一层淡淡的云，所以不能朗照；但我以为这恰是到了好处——酣眠固不可少，小睡也别有风味的。月光是隔了树照过来的，高处丛生的灌木，落下参差的斑驳的黑影，峭楞楞如鬼一般；弯弯的杨柳的稀疏的倩影，却又像是画在荷叶上。塘中的月色并不均匀；但光与影有着和谐的旋律，如梵婀玲上奏着的名曲。”仙境，真实地感受那淡淡的喜悦和淡淡的哀愁。这样，就能把比较抽象的感觉具体化了，达到事半功倍的效果。
2、数学
在数学教学中，通过虚拟现实，我们可以构建一个与实物同样的三维物体，如采用3dsMAX建模，存储为VRML格式，然后在VRML播放器中使用。或者利用QUICKTIME VR等都可以得到很好的效果。如在高中立体几何的三垂线定理是立体几何教学中的一个重点同时也是一个难点。这时我们如果利用VRML语言画出题目中的这几条线，然后让学生在各个视角中去观察，一则省却了实物的制作，二则让学生按照自己的意愿去观察。还有一些关于空间直线之间的位置、平面之间的位置关系及二面角等方面的教学，教师都可以比较容易地制作出较精致的桌面虚拟现实来辅助数学教学。
3、英语
在英语教学中，通过虚拟现实技术，学生可以和国外友人亲切交谈，也可以感受美国总统竞选时演讲的现场气氛。在由学生进行角色扮演时，虚拟现实技术也可以起到创设特定情境的作用。以往学生的角色扮演只能在教室里进行，所进行的表演带有很强的为表演而表演的成分，采用虚拟现实，可以使学生完全沉浸到教学所需要的环境中去，这对提高学生的外语综合能力无疑是一个很大的突破。如在指导学生进行shopping扮演时，可以利用虚拟现实创设特定的情境，如零售店或大型商场，这些场景都是课堂上所无法给予的。
4、物理
在物理教学中，利用虚拟现实技术，可以模拟立体的、三维的物体，还可以模拟物理环境，实验参数等。虚拟现实技术能构建虚拟的物理实验室，学生可以亲身体验太空中的失重现象；可以体验地球上没有摩擦力或者重力的情况下人所面临的种种困难；可以演示牛顿第一运动定律所描述的理想状况；可以形象地演示物体发生弹性碰撞和非弹性碰撞时物体的形变和运动变化与物体质量和速度的关系；可以演示物质的内部结构和分子的运动情形；可以延缓时间的推移，显示物体的运动轨迹，以便仔细观察随时间和空间变化的各种物理现象。
5、历史
在历史教学中，也是以文字叙述为主，很多历史事件都是用大片文字来描述，往往学生看完内容后，不仅不明白历史事件的主题是什么，反而觉得枯燥无味。但我们要是采用虚拟现实技术来回顾历史镜头，让学生完全进入历史空间的话，学生收益的效果肯定是事半功倍。如：在历史教学中，我们对像古罗马这样失落的远古外国文明介绍给学生，采用虚拟现实技术让学生进入这个完全虚拟的世界，学生会感到置身于陌生的异域环境中，古罗马的各种人文景观历历在目，你可以跟随讲着拉丁语或英语的向导在虚拟的世界里漫游，同扮演着各种角色的虚拟演员谈话；同时学生还可以身临其境地观察各种艺术奇观、雕塑、绘画艺术品，体会当时的人文环境，观察古罗马的各种建筑特点，观察住宅的建造格局，日光照射下列柱的排列及迷人的光影效果。采用这种教学手段不仅能在学生头脑中建立虚拟形象的空间，而且可以让学生看得见、听得见，甚至可以摸得着。
以上虽然是我个人的拙见，但是我相信随着虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，虚拟现实技术必然将作为一种新型的教学媒体，以其自身强大的教学优势和潜力，而受到教学一线工作者的重视和青睐，最终在教学中广泛应用并发挥其重要作用。