虛擬現實技術

本論文在其他論文欄目，由論文格式網整理,轉載請注明來源www.donglienglish.cn,更多論文,請點論文格式范文查看虛擬現實技術
沒有當過飛機駕駛員的人，不知道飛機起飛時騰云駕霧的感覺；沒有當過宇航員的人，不知道太空飛行時失重的滋味；沒有當過潛水員的人，不知道在深沉大海中有著神奇艷麗的景觀。那么難道真的沒有親身經歷，我們就不能獲得真實的感覺嗎？答案是：能，因為現在我們有了虛擬現實技術(Virtual Reality)。
跟隨著新課改的步伐，虛擬現實技術走進了信息技術課本。虛擬現實技術是人們通過計算機對復雜數據進行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現實在技術思想上有了質的飛躍。
虛擬現實技術是利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨率顯示技術，生成三維逼真的虛擬環境，用戶需要使用特殊的交互設備（如特殊的頭盔、數據手套等傳感設備，或利用鍵盤、鼠標等輸入設備）才能進入虛擬環境中，成為虛擬環境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。
目前，由于虛擬現實技術所用的設備比較昂貴，故而在國內要走進大眾化還需一段時間。現在主要廣泛應用于航空航天、醫學實習、建筑設計、軍事訓練、體育訓練、娛樂游戲等許多領域。不過隨著信息技術大眾化發展的需要，桌面虛擬現實技術開始發展起來，這種技術只需要使用者利用鍵盤、鼠標等輸入設備，便可以進入虛擬空間，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。如某些大型的3D游戲、電子寵物、三維全景圖片、虛擬實驗等。
在國外，虛擬現實技術已應用于課堂教學。虛擬現實技術作為新的教學媒體，它的出現無疑將對教學產生深遠的影響。本文主要探討虛擬現實技術的基本特征以及它在不同學科教學中的應用。
一、虛擬現實技術的基本特征及類型
（一）虛擬現實技術具有以下三個基本特征：
1．沉浸性。虛擬現實技術是根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產生逼真的三維立體圖像．使用者戴上頭盔顯示器和數據手套等交互設備，便可將自己置身于虛擬環境中，成為虛擬環境中的一員。使用者與虛擬環境中的各種對象的相互作用，就如同在現實世界中的一樣。當使用者移動頭部時，虛擬環境中的圖像也實時地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動而運動，而且還可以聽到三維仿真聲音。使用者在虛擬環境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。
2．交互性。指使用者對虛擬環境內物體的可操作程度和從環境中得到反饋的自然程度(包括實時性)。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。
3．多感知性。由于虛擬現實系統中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。
4、構想性(Imagination)——強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現真實存在的環境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發生的環境。
（二）虛擬現實系統按其功能不同，可分成三種類型。
1．沉浸型虛擬現實系統。沉浸型虛擬系統是一套比較復雜的系統。使用者必須頭戴頭盔、手帶數據手套等傳感跟蹤裝置，才能與虛擬世界進行交互。由于這種系統可以將使用者的視覺、聽覺與外界隔離，因此，用戶可排除外界干擾，全身心地投入到虛擬現實中去。這種系統的優點是用戶可完全沉浸到虛擬世界中去，缺點是系統設備價格昂貴，難以普及推廣。
2．簡易型虛擬現實系統。簡易型虛擬現實系統由一臺普通的計算機系統組成，使用者通過鍵盤、鼠標便可與虛擬環境進行交互。例如蘋果公司推出的快速虛擬系統(Quick Time VR)，是采用360度全景拍攝來生成逼真的虛擬情景，用戶在普通的電腦上，利用鼠標和鍵盤，就能真實地感受到所虛擬的情景。這種系統的特點是結構簡單、價格低廉，易于普及推廣，是一套經濟實用的系統。
3．共享型虛擬現實系統。共享型虛擬現實系統是利用遠程網絡，將異地的不同用戶聯結起來，共享一個虛擬空間，多個用戶通過網絡對同一虛擬世界進行觀察和操作，達到協同工作的目的。例如，異地的醫科學生，可以通過網絡，對虛擬手術室中的病人進行外科手術。
二、虛擬現實技術在不同學科教學中的應用
1、語文
在語文教學中，語文教學是以文字敘述為主，內容往往很單調，難以吸引學生的注意。而如果采用虛擬現實技術，則可以把復雜、枯燥的文字敘述換成虛擬的真實場景，把抽象的事物形象化，具體化。在視覺、聽覺和動覺上都得到了很好的體現。比如老師在講《荷塘月色》時要是采用虛擬現實技術，讓學生進入那“月光如流水一般，靜靜地瀉在這一片葉子和花上。薄薄的青霧浮起在荷塘里。葉子和花仿佛在牛乳中洗過一樣；又像籠著輕紗的夢。雖然是滿月，天上卻有一層淡淡的云，所以不能朗照；但我以為這恰是到了好處——酣眠固不可少，小睡也別有風味的。月光是隔了樹照過來的，高處叢生的灌木，落下參差的斑駁的黑影，峭楞楞如鬼一般；彎彎的楊柳的稀疏的倩影，卻又像是畫在荷葉上。塘中的月色并不均勻；但光與影有著和諧的旋律，如梵婀玲上奏著的名曲。”仙境，真實地感受那淡淡的喜悅和淡淡的哀愁。這樣，就能把比較抽象的感覺具體化了，達到事半功倍的效果。
2、數學
在數學教學中，通過虛擬現實，我們可以構建一個與實物同樣的三維物體，如采用3dsMAX建模，存儲為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。如在高中立體幾何的三垂線定理是立體幾何教學中的一個重點同時也是一個難點。這時我們如果利用VRML語言畫出題目中的這幾條線，然后讓學生在各個視角中去觀察，一則省卻了實物的制作，二則讓學生按照自己的意愿去觀察。還有一些關于空間直線之間的位置、平面之間的位置關系及二面角等方面的教學，教師都可以比較容易地制作出較精致的桌面虛擬現實來輔助數學教學。
3、英語
在英語教學中，通過虛擬現實技術，學生可以和國外友人親切交談，也可以感受美國總統競選時演講的現場氣氛。在由學生進行角色扮演時，虛擬現實技術也可以起到創設特定情境的作用。以往學生的角色扮演只能在教室里進行，所進行的表演帶有很強的為表演而表演的成分，采用虛擬現實，可以使學生完全沉浸到教學所需要的環境中去，這對提高學生的外語綜合能力無疑是一個很大的突破。如在指導學生進行shopping扮演時，可以利用虛擬現實創設特定的情境，如零售店或大型商場，這些場景都是課堂上所無法給予的。
4、物理
在物理教學中，利用虛擬現實技術，可以模擬立體的、三維的物體，還可以模擬物理環境，實驗參數等。虛擬現實技術能構建虛擬的物理實驗室，學生可以親身體驗太空中的失重現象；可以體驗地球上沒有摩擦力或者重力的情況下人所面臨的種種困難；可以演示牛頓第一運動定律所描述的理想狀況；可以形象地演示物體發生彈性碰撞和非彈性碰撞時物體的形變和運動變化與物體質量和速度的關系；可以演示物質的內部結構和分子的運動情形；可以延緩時間的推移，顯示物體的運動軌跡，以便仔細觀察隨時間和空間變化的各種物理現象。
5、歷史
在歷史教學中，也是以文字敘述為主，很多歷史事件都是用大片文字來描述，往往學生看完內容后，不僅不明白歷史事件的主題是什么，反而覺得枯燥無味。但我們要是采用虛擬現實技術來回顧歷史鏡頭，讓學生完全進入歷史空間的話，學生收益的效果肯定是事半功倍。如：在歷史教學中，我們對像古羅馬這樣失落的遠古外國文明介紹給學生，采用虛擬現實技術讓學生進入這個完全虛擬的世界，學生會感到置身于陌生的異域環境中，古羅馬的各種人文景觀歷歷在目，你可以跟隨講著拉丁語或英語的向導在虛擬的世界里漫游，同扮演著各種角色的虛擬演員談話；同時學生還可以身臨其境地觀察各種藝術奇觀、雕塑、繪畫藝術品，體會當時的人文環境，觀察古羅馬的各種建筑特點，觀察住宅的建造格局，日光照射下列柱的排列及迷人的光影效果。采用這種教學手段不僅能在學生頭腦中建立虛擬形象的空間，而且可以讓學生看得見、聽得見，甚至可以摸得著。
以上雖然是我個人的拙見，但是我相信隨著虛擬現實技術的不斷發展和完善，以及硬件設備價格的不斷降低，虛擬現實技術必然將作為一種新型的教學媒體，以其自身強大的教學優勢和潛力，而受到教學一線工作者的重視和青睞，最終在教學中廣泛應用并發揮其重要作用。

相關論文


上一篇：學校機房管理之我見	下一篇：信息技術在數學中的應用

Tags：虛擬現實技術

【收藏】【返回頂部】