導語：如何才能寫好一篇虛擬現實技術特點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1前言

在常規(guī)的舞臺控制結構中，編導或相關人員通過“人機接口模塊”借助于工業(yè)以太網或其他網絡，根據演出或相關要求，通過PLC（可編程控制器）等控制器對舞臺機械，包括臺上、臺下設備進行操縱，以達到預先設想的設備運行結果。“人機接口模塊”是舞臺設備運行的起點，它對用戶屏蔽了底層設備的細節(jié)，比如設備采用伺服電機還是步進電機，又或者控制單元為PLC還是軸控制器。它是溝通用戶和舞臺設備的橋梁，因此，如何讓用戶在已有的舞臺設備上盡可能地忽略掉舞臺設備本身的操作，充分發(fā)揮其藝術想象力，將舞臺機械效能發(fā)揮到最大，是人機接口模塊的主要功能，也是浙江大豐實業(yè)有限公司（以下簡稱“大豐公司”）將虛擬現實技術引入到舞臺機械控制的重要原因。虛擬現實技術起源于20世紀30年代，但因為受軟硬件的技術限制，在80年代才真正發(fā)展起來，現在已經廣泛應用于教育培訓、文化娛樂等多種行業(yè)。虛擬現實技術的功能是讓用戶在虛擬環(huán)境下模擬、學習、推演真實場景的變化。相信隨著技術的進步，虛擬現實技術會越來越多地介入人類生活。在國內，“大豐公司”首先將虛擬現實技術應用于舞臺機械控制，并在舞臺遠程控制方面進行了創(chuàng)新設計。本文介紹這兩項技術的特點及其在舞臺機械控制中的應用。

2舞臺機械控制中的虛擬現實技術的特點及功能

在實時渲染模塊部分，設計之初是為了應用設計模式理念，為技術升級和改進提供原初支持。實時渲染模塊以接口驅動設計，做到了整體設計的模塊化、靈活化，為第三方模塊未來的接入提供底層支持，并且對DirectX及OpenGL接口提供內建支持。在最新的改進中，又增加了物理引擎模塊，實現對英偉達公司物理引擎physx的全面支持，做到虛擬場景對各種基本物理現象的模擬，并且輕松經受碰撞檢測。

實時渲染模塊主體框架結構分4部分：（1）根節(jié)點模塊，它是全部工作的組織者和管理者。（2）場景管理模塊，它是場景的管理者和組織者，負責全部場景的所有細節(jié)。（3）資源管理模塊，它管理和組織所有渲染所需的資源，如模型幾何體、材質庫等。（4）渲染模塊，它負責將最終圖像投射到屏幕上，將所有渲染管線底層接口封裝在其中。圖形技術是虛擬現實技術中最重要的部分，主要包括3個方面：（1）場景的幾何組織與優(yōu)化，著重于提高繪制效率。（2）場景的畫面真實度與特效生成技術，包括高級紋理映射、過程式建模等。（3）基于真實物理定律的虛擬效果模擬，主要是陰影模擬和碰撞檢測。因此，對于圖形技術，常規(guī)的場景組織與管理主要涉及：場景的幾何優(yōu)化及三維場景的快速可見性判斷與消隱。場景管理常用方法：基于場景圖的表達和管理；基于繪制狀態(tài)分類；基于場景包圍體的場景組織。

“大豐公司”創(chuàng)建了一種新的場景管理方法來處理場景管理問題。首先，利用空間均勻網格剖分方法將場景剖分為均勻網格，此方法最早運用于三維模擬的光線跟蹤計算，此后有多個變種出現。然后，將以每個網格為中心拍攝的場景全景圖存儲在此網格中。此處的全景圖并非攝影意義上的全景圖：其一，它是抽象的，是場景中所有模型包圍體的全景圖；其二，它只是一種數據儲存結構，存儲了以該點為中心的所有物體空間信息及遮擋關系。

采用此方法的原因主要是：（1）存儲介質價格下降，容量提升。（2）場景模型在所有場景內容中占比僅為幾十分之一。（3）采用模型包圍體技術后，場景模型所需的存儲容量再呈幾何級數下降。

其中，采用空間均勻網格剖分方法的原因有二：（1）利于全景圖重構，因為場景并非全由靜態(tài)模型組成。（2）場景中的幾何組織與可見性判斷僅需要簡單的計算即可完成，其主要工作變?yōu)樽x取全景圖預存信息，計算費用大大減少。當然，采用這種管理方法也要付出一定代價：存儲耗費和全景圖重構。但因為上述原因，存儲費用增加對一般場景是可以承受的，并且因為運動模型數量占一定比例，全景圖的重構也僅為部分重構，因此，對比其計算費用的減小，這部分代價對于充分使用需要實時渲染的虛擬現實技術是值得付出的。

目前此方法的技術難點有兩個：一個是空間網格的粒度；二是全景圖的構建技術。此方法的技術特點為：（1）將遮擋計算等結果存儲于全景圖。（2）將實時計算轉化為實時讀取。（3）特別適合于大量靜態(tài)模型場景。對于虛擬現實部分實行了控件封裝技術，可以輕松實現場景替換以及模型引入。

在應用虛擬現實技術后，控制軟件增加了這些功能：增強的監(jiān)視及控制接口；導演編輯及預覽；舞臺設備的仿真運行。目前，“大豐公司”虛擬現實技術所支持的高級顯示特效包括：柔和光影支持、HighDynamicRange（HDR）支持、SpecularBloom支持、normalmapping支持、Motionblur支持、Volumetriclighting支持。對虛擬現實技術進行測試，測試參數：（1）80萬以上多邊形面支持；（2）CPU：InterPentium(R)DualE2140@1.60GHz、內存1GB；（3）顯卡：NVIDIAGeForce8500GT；（4）屏幕分辨率：1280×1024。

測試結果：平均占用CPU小于10%的情況下（不超峰值過20%），可以穩(wěn)定達到刷新率24幀/秒，顯示效果如圖1所示。虛擬現實技術在舞臺機械控制中的應用實例可參見2008年第5期《演藝設備與科技》雜志的《虛擬現實技術在舞臺控制的應用及前景》一文。

3虛擬局域網技術的特點及功能

虛擬局域網技術最早是為了解決交換機在進行局域網互連時無法限制廣播的問題，目前，很多跨國公司將此技術與動態(tài)密碼技術相結合，來實現員工在互聯網與內網間的安全聯接。虛擬局域網技術優(yōu)點有：廣播控制；安全性高；性能優(yōu)越；網絡管理。舉例來說，在某虛擬局域網中，如果存在VLAN1和VLAN2，VLAN2中的計算機無論在哪個網段都只能在本虛擬局域網中進行廣播，無法聯接至VLAN1。但不同網段中的計算機可以借助于交換機，形成跨網段的VLAN。圖2為虛擬局域網結構。舞臺遠程監(jiān)控的目的，是為了監(jiān)視遠端劇院系統(tǒng)、診斷遠端劇院系統(tǒng)的故障以及對遠端劇院系統(tǒng)進行控制。目前，現有的舞臺安全標準還不允許在劇院實現遠端系統(tǒng)控制。“大豐公司”設計了新的舞臺遠程監(jiān)控技術，開始應用虛擬局域網技術來實現這一功能。對于設計劇院舞臺監(jiān)控虛擬局域網技術，安全性是首要的考慮因素。虛擬局域網技術所應用的技術有如下安全優(yōu)點：被監(jiān)控對象的IP網段，僅有相關人員可以得到，無關人員無法借助非物理手段獲取；采用分級的服務器密鑰驗證；采用分級的被監(jiān)控對象密鑰再驗證；最終的防線在于人工干預，它使得監(jiān)控僅在約定時段可運行，因此網絡安全性得到極大的保障。虛擬局域網技術還可以同時實現靈活的舞臺監(jiān)控，包括單獨的監(jiān)視、完全意義的監(jiān)視與控制以及相關的監(jiān)控模塊應用安排，比如加載視頻監(jiān)視等。“大豐公司”已在多個劇院實現了虛擬局域網技術功能，解決了維護人員流動性大帶來的安全隱患，還解決了一些國外合作技術問題，如果俄羅斯、印度、哈薩克斯坦等國家的劇院舞臺機械項目出現問題，“大豐公司”可在第一時間進行遠程維護。

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關鍵詞：虛擬現實技術；實訓；教育教學

前言

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，新的教學手段不斷涌現，繼多媒體技術之后，教學技術領域又出現一種新型教學媒體，它就是虛擬現實技術。虛擬現實技術是近幾年來國內外科技界關注的一個熱點，它的興起，為人機交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領域，為各類工程的大規(guī)模數據可視化提供了新的描述方法。

目前，虛擬現實技術已廣泛應用于航空航天、醫(yī)學實習、軍事訓練、建筑設計、教育培訓等眾多領域。以計算機仿真和數控加工技術為基礎，利用計算機來模仿真實的數控設備工作環(huán)境，形成了虛擬數控技術，如將其應用于實訓教學上，必將對整個教學產生深遠的影響。

1. 虛擬現實技術簡述

虛擬現實技術，簡單地說，就是借助于計算機技術及硬件設備，實現一種人們可以通過視、聽、觸、嗅等手段所感受到的虛擬幻境。虛擬現實作為一項尖端科技，它集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發(fā)展成果，由計算機圖形構成三維數字模型，并編制到計算機中去生成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，提供給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。虛擬現實的最大特點是用戶可以用自然方式與虛擬環(huán)境進行交互操作，改變了過去人類除了親身經歷，就只能間接了解環(huán)境的模式，從而有效地擴展了人們的認知手段和領域。

2. 我校虛擬現實技術發(fā)展現狀

2008年完成基于VR(虛擬現實技術)的汽車發(fā)動機模擬訓練系統(tǒng)。2009年完成基于VR(虛擬現實技術)的精雕數控機床模擬訓練系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)目前已應用到實際教學當中。極大地提高了專業(yè)課的教學效果，受到了師生的一致好評。

3. 虛擬現實技術在教育教學中的現實意義

3.1虛擬現實技術開創(chuàng)了全新的學習場景――徹底打破空間、時間的限制

利用虛擬現實技術，可以徹底打破空間的限制，學生可以進入物體的內部進行觀察，如學生可以進入虛擬的分子、原子、航天工作站等內部，考察物體內部的工作情況。虛擬技術還可以突破時間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現實技術，可以在很短的時間內呈現給學生觀察。虛擬制造技術還可以應用計算機、交互外設及軟件來構建一個虛擬的生產環(huán)境，使學生能如同在制造現場一樣，與熒屏上出現的制造過程進行自由交流。基于網絡的虛擬現實技術為學習者提供了全新的學習場景，構造出開放性的教學環(huán)境。

3.2虛擬現實技術提供了嶄新的教學手段――構建實物虛化、虛物實化的方法

通過虛擬現實、多媒體、網絡等技術的綜合應用，可在課堂和實驗室中展現在傳統(tǒng)的教學模式中無法實現的教學過程。虛擬現實技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬和虛物實化，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。虛擬現實系統(tǒng)可以進行實物虛化，虛擬各種人物，創(chuàng)建虛擬課堂，在虛擬的課堂氣氛中，學生可以與虛擬的教師、學生一起交流討論，開展啟發(fā)式教學。運用虛擬現實技術，還可以使學生通過在虛擬場景的身臨其境和自主控制的人機交互，由視、聽、觸、覺獲取外界的反應，通過學生自我組織，制定并執(zhí)行學習計劃，進行自我評價，開展適應式學習。還可通過小組或團隊的形式，組織學生進行學習，成員間共享成果，開展協(xié)作式教學。

3.3虛擬現實技術變革了傳統(tǒng)實訓方式

運用虛擬現實技術，突破傳統(tǒng)實訓室的限制，使每一位學習者都可以根據自己的學習特點，在自己方便的時間通過計算機自由地選擇適合的學習訓練內容，按照適合于自己的方式和速度進行學習，這種探索性的學習，模擬訓練有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，使學習者在具體情境中通過主動的探索獲得知識，從而提高學習者的動力。虛擬實訓環(huán)境大大增加了實訓時間和內容，減少了實際實訓的耗材及實訓環(huán)節(jié)中的危險性。

3.4虛擬現實技術豐富了課堂教學內容

利用虛擬現實技術，可豐富教學內容，將實驗、實訓等技能訓練搬到課堂中進行，由于這些虛擬的訓練系統(tǒng)無任何危險，學生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。應用虛擬現實技術，還可恰如其分地演示一些復雜的、抽象的、不宜直接觀察的自然過程和現象，全方位、多角度地展示教學內容。利用計算機多媒體技術，制作各種仿真課件，創(chuàng)設所需要的某種虛擬情景，讓學生進行模擬實驗，從而極大豐富課堂的教學內容。

3.5虛擬現實技術節(jié)約了有限的教育成本――開展虛擬實驗、進行虛擬生產

虛擬各種實驗設備、實訓環(huán)境和操作過程，使大多數課程可以在虛擬實驗室中進行，大多數的技能可以在虛擬實訓車間中進行訓練，從而不必購置昂貴的實驗實訓設備。可以在節(jié)約大量昂貴的儀器設備費用的前提下，解決在教學中，因為實驗設備、實驗場地、教學經費等方面的原因而無法進行的教學實驗，虛擬訓練又可避免實驗實訓設備的損壞、訓練材料的消耗等問題，從而有效節(jié)約教育成本。

4. 虛擬現實技術在教育應用中存在的問題及展望

可以預測，隨著經濟和技術的不斷發(fā)展，虛擬現實技術將日益廣泛地應用于教育教學領域。但目前的虛擬現實技術還存在一定的問題，主要表現在：

4.1虛擬環(huán)境與真實生產的差異

學生在虛擬的環(huán)境中學習，與在真實的生產中訓練畢竟不同，因為如果僅考慮交互的真實性，那么無論如何身臨其境，真正動手操作機器的效果要強于任何媒體教學。因此，虛擬現實技術不能完全代替具體真實的操作，它只能在一定程度上代替某些實驗，而不能完全代替實踐教學，尤其不能代替有創(chuàng)造性目的的試驗。

4.2虛擬現實的效果還有待加強

虛擬現實的表示側重于幾何表示，缺乏逼真的物理、行為模型，虛擬現實技術在感知方面，視覺合成研究的較多，聽覺、觸覺關注較少，真實性與實時性不足，其虛擬的效果還需要進一步加強。

4.3硬件環(huán)境還有待提高

與虛擬現實技術相關的設備普遍存在使用不方便，效果不佳等情況，難以達到虛擬現實系統(tǒng)所需的要求，如中心計算機的處理速度還不足于滿足在虛擬世界中巨大數據量處理實時性的需要，對數據存儲能力也不足，基于嗅覺、味覺的設備還沒有成熟及商品化。硬件設備品種有待進一步擴展。

4.4實現成本問題還有待降低

虛擬現實系統(tǒng)應用的相關設備價格也比較昂貴，且這些設備局限性很大，需要進一步發(fā)展其結構和制造技術，使其輕巧化和降低成本，才能更有利于推廣應用。

虛擬現實技術作為一種新型的教學媒體，目前已引起教育界的極大關注。隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬現實的硬件與軟件成本的逐漸降低，這種新的教學媒體必將廣泛應用于教育教學中，最終在現代教育領域中發(fā)揮其重要作用。

參考文獻：

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關鍵詞：虛擬現實技術；水文地質；研究應用

中圖分類號：P64 文獻標識碼：A

虛擬現實技術主要是利用計算機生成的虛擬現實的環(huán)境逼真的模擬人在自然環(huán)境中的聽覺和視覺等行為而進行的人機界面的新技術。利用虛擬現實技術的實時表現、沉浸感、與計算機交互的功能可以建立起相關的水文地質模型，從而實現對地下水質、水流及環(huán)境地質的深入研究，以促進人們對地下水的開采及提高工程建設的可靠性。

一、虛擬現實技術概述

1概念

虛擬現實技術主要是指利用計算機生成的虛擬環(huán)境對人在自然環(huán)境中的視覺、運動、聽覺等行為進行逼真模擬的人機界面技術。虛擬現實技術是由美國的VPL.Research公司創(chuàng)始人于1989年所創(chuàng)造，通常情況下被稱為虛擬現實。虛擬現實技術主要有沉浸、交互、構想三個基本特征，對于虛擬現實系統(tǒng)的發(fā)展主要有兩個基本方向，一是基于虛擬現實技術的發(fā)展，二是基于萬維網和因特網的三維圖形環(huán)境的發(fā)展。虛擬現實技術自從20世紀90年代開展以來，利用其虛擬環(huán)境與現實無限貼近的特點，使實際環(huán)境中難以進行模擬和實現的復雜結果得以簡單的表現出來，并實現了對各種不同條件的預測和結果計算，對于現實環(huán)境中各方面的發(fā)展都起到了良好的促進作用。當前，虛擬現實技術主要應用在軍事、電子儀器檢測、遠程高等教育、模具制作、新產品開發(fā)等方面，對人類的生產、生活產生了巨大的影響。

2優(yōu)點

虛擬現實技術是一種綜合了眾多優(yōu)點的新技術，在其應用的過程中，自身所具有的優(yōu)勢得到了充分的顯示。虛擬現實技術的主要優(yōu)勢為：①實時表達，虛擬現實技術最大的一個優(yōu)點就是可以在不同的時間、不同的地點進行環(huán)境變化的虛擬，可以隨時反應事物的動態(tài)變化過程，從而提供有效的數據信息。②三維立體表達，虛擬現實技術由于較多的與計算機技術連接，將計算機的立體表達優(yōu)勢充分顯現出來，可以實現對所要表達內容從不同的角度進行展現和研究。③反映細致，對于研究物體，即使是再細小的差別，虛擬現實技術也可以將其充分的反應出來，并且能夠實現對研究物體全貌的綜合研究。④實現對事物發(fā)展的預測，虛擬現實技術的應用不僅可以實現對已存在事物的細致表達，同時還可以實現對尚未存在但可能發(fā)生的事物變化進行虛擬反映。⑤反映結果全面，建立虛擬的現實系統(tǒng)，不僅可以實現對事物發(fā)展過程的虛擬，還可以根據不同的條件，虛擬出不同的結果。⑥為研究發(fā)展提供了新的方向，虛擬現實技術的應用為對各種未知環(huán)境的探究提供了新的研究放向和研究方法。

3應用條件

虛擬現實技術具有較強的實現事物三維可視化的功能，但需要用海量的數據資料作為支持。基礎資料越是全面、豐富，虛擬出來的結果就越貼近現實。

二、虛擬現實技術在水文地質中的應用

1虛擬現實技術對地下水流的表達

在水文地質研究中，地下水流的運動規(guī)律是其研究的重要組成部分，地下水流的運動是一個動態(tài)的變化過程，也是目前水文地質研究中最活躍的研究因素。在研究地下水流時，虛擬現實系統(tǒng)不僅可以利用自身實時變化的功能對地下水流的運動變化進行虛擬的表達，以充分的表現出地下水流的特點，還可以對地下水開采后對地下水的變化情況進行虛擬，使人們充分了解在開采利用地下水后對含水系統(tǒng)造成的影響，從而使人們采取相應的措施或者是減少對地下水的開采。在對地下水流研究的虛擬過程中，不僅可以實現對地下水的可視化管理，還可以由此虛擬出相應的開采方式和管理方案，并利用虛擬現實技術對其進行不斷的完善和表達，從而實現對地下水流研究的可靠性和科學性。

2虛擬現實技術對含水層的表達

在以往的研究工作中，只能夠通過剖面圖來展示隔水層和含水層的分布特點，在平面圖中則通過含水層厚度的等值線來表現含水層的空間分布特點，這樣進行研究分析，既不夠直觀，也不夠全面，對于含水層和隔水層的變化狀況研究起到的作用不大。虛擬現實技術中的三維可視化功能能夠將地下含水層與隔水層的分布、空間的變化情況及含水層的厚度很好的進行真實再現，對于深入研究隔水層和含水層有很大的幫助，同時，隨著虛擬現實系統(tǒng)中資料的不斷完善，人們對地下含水系統(tǒng)的研究也更加深入、全面。

3水文地質環(huán)境問題

隨著經濟的快速發(fā)展，人口不斷增長，人們對地下水的開采利用也不斷的增長，導致過分開采，從而引發(fā)了地下水位持續(xù)下降、地面沉降、水資源枯竭、土壤沙漠化等環(huán)境地質問題，對人類的居住環(huán)境形成了巨大的威脅，嚴重影響了人們生活質量的提高。由于虛擬技術既可以對存在的事物發(fā)展過程進行虛擬，也可以對尚未存在但可能發(fā)生的事物進行虛擬，將其利用在水文地質環(huán)境的監(jiān)測上，則可以實現對開采地下水可能引發(fā)的各種環(huán)境問題進行虛擬分析，從而制定出相應的對策或減少對水資源的開發(fā)，以減少環(huán)境問題給人類帶來的災害。

4地下水水質的虛擬表現

當前，由于經濟快速發(fā)展，造成環(huán)境污染嚴重，影響到了地下水的水質，也影響到了人們對地下水的開采使用。利用虛擬現實技術，可以對地下水在自然狀態(tài)下的變化進行虛擬，從而找出對地下水水質影響較大的因素，以實現對水質變化更深刻的理解，為人們提供有效的控制水質惡化的方法，使地下水質逐步轉為良性循環(huán)，水質恢復正常。在研究地下水質時，可以建立相應的水質虛擬實驗室，將可能影響地下水質的因素都虛擬出來，并對這些影響因素進行分析研究，找出相應的解決方案，以實現對影響因素的良好控制，從而改變地下水的水質，以保證人類的生活質量。

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一、學前教育的特點

學前幼兒的認知水平在學前教育階段逐步發(fā)展，在這個時期，幼兒處于認知水平的敏感期，教師應格外注意幼兒的學習心態(tài)，滿足幼兒在該時期的內在學習需求，進而提高幼兒的認知水平，否則幼兒會因內在需求得不到滿足而喪失學習興趣，錯過學習的最佳時期。在學前教育階段，幼兒對外物的認知主要受到興趣的驅使，通過觀察直觀的外物形象達到認知的目的，這個過程中由于幼兒的抽象思維還沒有發(fā)展，所以主要以形象思維為主且完全依賴于實物，例如自然現象、顏色、動畫、聲響和圖案等。在這個階段，幼兒對外界保持著強烈的好奇心，注意力無法長時間高度集中，導致教師在教學過程中無法很好地完成教學任務，教學質量較低。卡爾?雅思貝爾曾說，在學前教育過程中，對幼兒最重要的不是科學規(guī)律，而是在精神世界中充盈著直觀的現象和圖片。所以，學前教育涉及到幼兒心理學、教育學等多方面的知識，是一門綜合性強的學科，具有較強的實踐性。在學前教育階段充分利用虛擬現實等信息技術，可最大程度地發(fā)揮虛擬現實技術的價值和意義，提高學前教育的教育水平。

二、虛擬現實技術的類型

《學前教育信息技術應用》一書在項目一中聚焦信息技術，對信息技術進行了系統(tǒng)全面的闡釋。首先，明確了信息技術的概念、分類等。該書主要介紹了虛擬現實技術和人工智能技術在學前教育中的應用，其中虛擬現實技術主要分為分布式、桌面式、沉浸式和增強現實式。分布式虛擬現實技術是通過專業(yè)設備將多個用戶聯系在一起，創(chuàng)造一個虛擬的空間，用戶可以共同在虛擬空間中進行體驗，并相互之間進行互動、交流和學習，同時獲得更高的虛擬效果，達到合作的目的。桌面式虛擬現實技術的體型較小，是支持電腦平臺的極低的桌面電腦游戲系統(tǒng)。用戶可使用PC來觀看、感受和感知虛擬世界，并通過鼠標、鍵盤和替代設備進行操作，以體驗虛擬氛圍。但由于用戶在使用過程中會受到周圍環(huán)境的干擾，導致沉浸感和體驗感較差，是一種原始的虛擬現實技術。沉浸式虛擬現實技術的系統(tǒng)較為復雜，用戶的聽覺通過頭盔、視覺通過VR眼鏡、觸覺通過數據手套等實現與外界的完全隔離，消除了周圍環(huán)境的干擾，全身心地沉浸在虛擬環(huán)境中，體驗逼真的虛擬世界。增強現實式虛擬現實技術是將現實與虛擬世界結合起來，使用戶處于半真半假的環(huán)境中，并通過與環(huán)境的交互行為提高沉浸感。該書通過對虛擬現實技術等信息技術的介紹，為后續(xù)該技術在教學過程中的實際操作奠定了堅實的基礎。

三、虛擬現實技術在學前教育中的作用

在學前教育教學過程中應用虛擬現實技術可彌補傳統(tǒng)教學的不足。學前教育階段，教師主要采用游戲的方式進行教學，但這種教學手段無法一直保持課堂的趣味性。在教學過程中使用虛擬現實技術，利用該技術沉浸性和交互性的優(yōu)勢展開情景教學，教師在教學過程中為幼兒設計有趣的互動式游戲，使幼兒主動參與進游戲過程中，激發(fā)幼兒的興趣，進而提高教師的教學質量和效果。在傳統(tǒng)游戲教學過程中，教師往往需提前準備好游戲或科學活動所需的器械，費時費力且具有一定的危險性，利用虛擬現實技術可省略對實驗器械的準備，只需在虛擬現實技術中設計好要演示的事物，即可在應用過程中讓幼兒沉浸在逼真的環(huán)境中，更安全直觀地進行學習。將虛擬現實技術應用于學前教育過程中，可打破傳統(tǒng)教學在時間和空間上的限制。社會上部分學前教育學校在教授幼兒宇宙科學時，為了讓幼兒更好地了解宇宙，即利用虛擬現實技術來模擬宇宙天體的形狀和運動軌跡，學前幼兒通過佩戴3D交互設備，可直觀地觀看宇宙天體的運動和地球的形狀，并在教師的講解下進一步了解各大星系以及太陽系的其他行星，打破了空間上的限制，同時在對幼兒進行遠古時代恐龍方面的教育認知時也可采用桌面式虛擬現實技術，打破時間和空間的限制，激發(fā)幼兒對生物的興趣。在學前教育過程中采用虛擬現實技術可提高幼兒學習的主動性。由于虛擬現實技術的沉浸性和交互性，且可以呈現三維立體的真實環(huán)境，教師在授課過程中應用虛擬現實技術可優(yōu)先提高幼兒的積極性。例如，教師在教授安徒生童話或格林童話等故事時，通過虛擬現實技術來模擬出童話中的場景，幼兒通過佩戴專業(yè)設備與童話中的動物或任務進行對話，進而融入到故事中，增強了學習的體驗，激發(fā)了幼兒對學習的興趣，提高了幼兒自主學習的意識。

四、虛擬現實技術在幼兒教育中的應用

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【關鍵詞】虛擬現實 數字媒體 藝術設計

虛擬現實，英文名為Virtual Reality，簡稱VR技術，也稱靈境技術或人工環(huán)境。VR技術領域幾乎是所有發(fā)達國家都在大力研究的前沿領域，它的發(fā)展速度非常迅速。作為一項尖端科技，虛擬現實集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發(fā)展成果，是一種由計算機生成的高技術模擬系統(tǒng)。這種技術的特點在于計算機產生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計算機圖形構成的三維數字模型，并編制到計算機中去生成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，從而使得在視覺上產生一種沉浸于這個環(huán)境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，使人和計算機很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺。

一、虛擬現實課程簡介

隨著國內寬帶網絡的普及和多媒體技術的發(fā)展，虛擬現實技術逐漸應用于信息多媒體展示方面。而三維網絡展示系統(tǒng)將是虛擬現實技術未來發(fā)展的重要方向之一，因此全國各高校相繼開設數字媒體藝術設計專業(yè)，其中的虛擬現實技術的課程成為國內外教育技術學及媒體傳播領域的研究熱點和發(fā)展趨勢之一，它集成了計算機圖形學、多媒體、人工智能、多傳感器、網絡等技術的最新成果，以其沉浸性、交互性和構想性等無可比擬的優(yōu)點。虛擬現實技術在各行各業(yè)得到了廣泛的應用和重視，比如在教育培訓、城市規(guī)劃、文物保護、游戲娛樂等領域取得了巨大的發(fā)展，市場前景廣闊；同時國家自然科學基金會、國家高技術研究發(fā)展計劃和863計劃等都已將虛擬現實技術列入了研究項目。

虛擬現實課程是以往多個計算機輔助設計軟件的一個綜合運用，課程主要涉及到多個軟件與課程的結合，軟件包含有Photoshop、AutoCad、3dsmax、Virtools 等，涉及課程有建筑制圖、建筑場景漫游、景觀綠地設計等專業(yè)范圍。課程主要運用虛擬現實技術完成一個三維場景的漫游瀏覽系統(tǒng)， 使其能夠流暢，完整的再現一個實際的環(huán)境或建筑。其中主要運用virtools 這個軟件來實現交互瀏覽的制作， 這一步驟是整個系統(tǒng)實現人機交互的核心， 最后完成系統(tǒng)的制作并。

二、虛擬現實在國內高校的研究現狀

國內在VR方面有較多研究成果的其他單位有國防科技大學、天津大學、北京理工大學、中國科學院自動化研究所、西北大學、山東大學、大連海事大學和香港中文大學等。

北京航空航天大學計算機系是國內最早進行VR研究的機構之一，他們首先進行了一些基礎知識方面的研究，并著重研究了虛擬世界中物體物理特性的表示與處理，在VR中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，并提出了有關算法及實現方法。他們還實現了分布式虛擬世界網絡設計，建立了網上VR研究論壇，可以提供實時三維動態(tài)數據庫，提供VR演示世界，提供用行員訓練的VR系統(tǒng)，提供開發(fā)VR系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并將要實現與有關單位的遠程連接。

清華大學計算機科學和技術系對VR和臨場感的方面進行了研究，他們還針對室內環(huán)境中水平特征豐富的特點，提出借助圖像變換，使立體視覺圖像中對應水平特征呈現形狀一致性，以利于實現特征匹配，并獲取物體三維結構的新穎算法。

西安交通大學信息工程研究所對VR中的關鍵技術——立體顯示技術——進行了研究。他們在分析人類視覺特性的基礎上提出了一種基于JPEG標準壓縮編碼的新方案，并獲得了較高的壓縮比、信噪比以及解壓速度，并且已經通過實驗結果證明了這種方案的優(yōu)越性。

2004年南京大學成立了南京大學虛擬現實與數字媒體研究中心，對VR技術及應用進行研究，并把重點放在虛擬體育仿真、數字文化遺產保護和自然人機交互等方面。

三、虛擬現實課程開設的重要性

虛擬現實技術是利用計算機生成一個逼真的三維虛擬環(huán)境，并通過傳感設備與之交互的新技術。作為一門新興的學科，它已經被眾多高校納入計算機科學與技術專業(yè)的選修課范疇，但是卻沒有在數字媒體技術專業(yè)中普遍開設。其實無論從技術特點，還是從社會需求來講，虛擬現實技術都與數字媒體技術有著非常密切的關系，具體體現在如下幾個方面。

1） 虛擬現實是一門典型的交叉學科，它所涵蓋的知識結構與數字媒體技術具有非常大相似性，例如計算機圖形學、數字圖像處理、計算機視覺、視音頻技術等。除此之外，它還涉及了仿真技術、人工智能技術、計算機網絡技術、多傳感器技術等內容。虛擬現實強調這些技術的綜合應用。

2） 虛擬現實強調技術創(chuàng)新性和應用創(chuàng)新性。從技術上來講，虛擬現實在不同學科的交叉融合中，能夠不斷產生新思想和新方法，例如近幾年出現的各種人機交互新方法，各種立體顯示新技術等；從應用上來講，虛擬現實具有強烈的“身臨其境”的沉浸感和發(fā)人想象的刺激性。因此，利用虛擬現實技術，學生們能夠將自己的任何創(chuàng)意和想象進行實踐，在虛擬場景中進行規(guī)劃、設計和測試，從而激發(fā)出新的創(chuàng)意。

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關鍵詞：虛擬現實技術；微課；微課制作

1概述

微課是以微型教學視頻來進行教學的課程，由于學生在學習時如果時間過長，就會出現注意力不集中的情況，因此，微課是根據學生的認知特點和規(guī)律，以某個知識點或教學環(huán)節(jié)來開展教學。微課具有教學時間短、教學內容相對較少、資源容量較少、情景化教學和主體突出等特點。微課的核心是教學視頻，因此，要制作微課，其最核心的部分也是教學視頻的制作。但是，由于微課教學視頻要求情景化教學，因此，在錄制微課視頻時，需要搭建攝錄場景，這種方式成本高而且時效很低，因此，也成為制約微課進一步發(fā)展普及的重要因素。而且由于某些學科的教學內容比較抽象，有些教學內容的場景也難以布設情景，這些客觀因素也限制了微課的制作，進而影響了教學。

隨著信息技術的飛速發(fā)展，虛擬現實技術也取得了極大的進步。虛擬現實技術是仿真技術的重要方向，是仿真技術與多媒體技術、人機接口技術、網絡技術、傳感技術、計算機圖形學等多種技術和學科結合和交叉在一起的技術。利用虛擬現實技術，可以讓實際中不存在或者以傳統(tǒng)的錄制手段難以實現的教學場景在微課視頻中得以實現，從而讓微課的制作水平提升到了一個新的層次。

2虛擬現實技術

虛擬現實技術是一種仿真技術，可以利用計算機生成一種模擬環(huán)境，讓人們體驗虛擬世界。虛擬現實技術是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，讓人們可以沉浸人所構建的虛擬環(huán)境中。虛擬現實技術涵蓋了多種技術，包括實時三維計算機圖形技術、立體顯示技術、網絡技術和傳感技術等，目前虛擬仿真技術在包括醫(yī)學、娛樂、軍事、工業(yè)、教育等很多的行業(yè)和領域得到了應用。在教育領域中的虛擬現實技術應用主要體現在虛擬實訓基地、虛擬仿真校園以及虛擬演播室。其中，虛擬演播室與微課制作息息相關。

在微課制作中運用虛擬現實技術，其原理是將攝像機攝制的真實影像與計算機設計的三維虛擬背景和空間相融合，從而形成新的視頻圖像，在微課制作中運用虛擬現實技術，其關鍵是將虛擬背景與實際錄制的前景相融合，主要包含了三維虛擬場景制作、攝像機跟蹤、虛擬背景生成和圖像合成等關鍵技術。

2.1虛擬場景的建模

虛擬背景的生成需要進行建模，微課制作人員應該要在構建虛擬背景時對各個物體進行建模，可以利用多種三維建模軟件來實現，包括3DMax、Flame等軟件都是常用的三維建模軟件。這些軟件都能夠提供物體精確的幾何描述，讓構建的模型能夠與實際對象的相似度極高，而且可以從形態(tài)、光照和質感等多個方面進行調節(jié)，從而更加貼近實際對象。

2.2攝像機的跟蹤

目前，在虛擬現實技術中，要對攝像機進行跟蹤，主要有兩種方式，一種是C械式的傳感技術，另一種是圖形識別技術。機械式的傳感技術是利用攝像機上裝備的電子傳感器來獲取攝像機的相關參數，而圖形識別技術則是利用攝像機獲取的圖像信息來確定攝像機的位置信息。另外，還有一些當前相對較少應用的技術也可以實現對攝像機的跟蹤，比如說通過激光、超聲波和紅外線來確認攝像機的位置和位移。

2.3背景生成

要構建一個三維的虛擬場景，需要對運動場景和背景圖像進行處理，這就需要用到大量的計算。在微課教學視頻的播放過程中，需要色鍵控制器中的跟蹤和圖像合成都要及時準確的完成，從而保證畫面的質量和效果，這種計算量相對巨大，需要利用高級建模工作站才能夠順利完成。

2.4圖像合成

在圖像合成之前，需要對攝像機攝取的前景圖像中的相關圖像進行提取，將其與攝取的背景圖像進行分離，這就需要運用摳像技術。由于前景圖像需要與最終的虛擬三維背景圖像相融合，在融合之前必須要考慮到前景圖像的深度信息。所謂的深度信息是指背景和前景的各個像素到攝像機的距離，如果前景深度值小于背景深度值，則會輸出前景圖像，如果前景深度值大于背景圖像，則會輸出背景圖像，因此，這種合成也稱之為深度合成。

3虛擬現實技術在微課制作中的優(yōu)勢

微課的出現和發(fā)展是信息技術飛速發(fā)展的具體體現，作為課堂教學的一種新形式，微課由于其人性化特征和良好的教學效果，已經得到了廣泛的認可。微課的核心是微型教學視頻，教學視頻的質量與教學效果息息相關，虛擬現實技術的應用，讓微課視頻的質量提升到了一個新的層次，讓視頻質量和教學效果都發(fā)生了翻天覆地的變化，讓情景化教學成為了現實，也極大地推動了教學資源的開發(fā)與傳播。具體而言，虛擬現實技術在微課制作中主要有以下幾點優(yōu)勢。

3.1實現了情景化教學、提高了教學效率

傳統(tǒng)的課堂教學是以教師的口頭講授和板書為主，隨著科技的發(fā)展，逐步引入了多媒體的方式來輔助教師教學，當虛擬現實技術的出現以及在教育領域的應用，讓情景化教學真正得到了應用。傳統(tǒng)的課堂中情景化教學都是通過教師的語言描述，然后由學生進行想象而實現，然而，虛擬現實技術應用在微課制作中，讓學生可以通過聲音、影像來感受相應的情景，通過這個平臺，讓學生可以在設置好的情景中進行學習，讓學生能夠更加深刻的領會到其中的內涵，從而更好的消化和吸收相關知識點，發(fā)揮他們的想象力和創(chuàng)造力，在學習中真正做到了舉一反三，提高了教師的教學效率和學生的學習效率。

3.2增強了可視性、營造了現場感

相對于語言和符號而言，微課視頻能夠讓學生更加直觀的理解所學知識點，微課教學視頻的特點是短小精悍，其畫質要求很高，畫面要求精美。而虛擬現實技術能夠讓微課視頻的質量得到有效保證，虛擬現實技術運用在微課教學視頻中，讓視頻的可視性大大增強，也會營造出現場感，有效吸引學生的注意力，也讓學生在輕松愉快的學習環(huán)境中充分掌握和吸收知識。

3.3增加課堂密度，營造課堂氛圍

傳統(tǒng)的課堂都是40分鐘到45分鐘一節(jié)課，這種課堂時間明顯不符合學生的認知規(guī)律和認知特點，學生很難堅持在一整節(jié)課中都保持高度集中的注意力。而微課的時間一般都是在3-5分鐘左右，利用虛擬現實技術，可以讓課堂教學大部分都以視頻的形式來呈現，這種多場景和多動畫的形式，讓傳統(tǒng)課堂中的“板書”變得更加的生動，也增強了課堂的密度，讓學生的學習變得更加生動活潑，營造出了一種更加良好的課堂氛圍，有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造力。

4虛擬現實技術在國家開放大學微課制作中的應用

虛擬現實技術是一門多技術融合的新技術，其在微課中的應用，改變了傳統(tǒng)的視頻教學課程的局限性，讓空間和時間都不再受到限制，是微課制作水平的重大突破。然而，如何有效的應用虛擬現實技術，讓其在微課制作中發(fā)揮出最佳水平，不但是國家開放大學教師，也是技術人員所面臨的一道難題。虛擬現實技術在微課制作中的應用，主要有以下幾個方面。

4.1虛擬現實技術實現移動終端學習

虛擬現實技術若切入國家開放大學在線教育的端口，那么“VR+在線教育”就可以帶學生進人場景式學習體驗新時代，彌補在線教育空間距離難交互與生動不足的短板。由于移動終端設備的性能不斷加強，教師已經可以利用移動終端設備來完成圖像的采集和處理以及課件的制作。教師可以直接把移動終端設備接人微課課件系統(tǒng)，讓移又斬松璞溉〈了教室，成為了教師傳授知識的舞臺，這種方式不但能夠有效降低虛擬場景的制作成本，也能夠降低教師的備課難度，提高了教學效率。同時學生戴上VR眼鏡，進人虛擬現實的空間里，與教師互動交流、學習，達到實訓教學的目的。

4.2構建實訓場景

國家開放大學專業(yè)中需要進行實訓類和操作類的教學，特別是理工科，幾乎大部分專業(yè)課程都需要進行實訓教學。對于實訓類和操作類的微課課程，應用虛擬現實技術，可以直觀的將虛擬場景呈現在學生面前。比如說，教師在計算機操作知識時，先可以錄制講授理論知識的場景，然后再錄制演示操作方法的場景，在后期的制作中，教師可以利用虛擬現實技術，將這兩部分剪輯在一起，將教師的口頭講解以及實際操作畫面融合在一起，這樣，學生就可以準確的理解教師的授課內容。

4.3基于偏振式3D立體虛擬現實技術的微課設計

目前3D立體效果的實現方式有偏振式3D、紅藍眼鏡、主動式3D三種。偏振式3D實現原理（圖1）通過光線的“振動方向”原理來組織圖像，利用偏振顯示屏，向觀看者輸送兩幅偏振方向不同的圖像。圖像通過VR眼鏡成像原理，每個鏡片只接受一個偏振方向傳輸的圖像，左右眼同時接收兩組有視差的圖像，再經過大腦合成，達到顯示3D立體影像的效果。

基于偏振式3D立體虛擬現實技術的微課設計：技術人員通過3D攝像機來錄制教師授課的3D立體視頻，通過Photoshop來處理采集的圖像信息，3DMAX對實物的進行建模，導出可被Unity3D識別的模型，然后用Pre-mier來處理采集的視頻信息對圖像進行深度合成，在利用Unity3D進行集成，實現交互式微課的制作。學生戴上VR眼鏡，將手機放置在VR眼鏡中，通過3D播播等軟件打開微課，在虛擬現實的空間里，直接與教師交流，虛擬與現實只在一鏡之間，這種情景化教學，讓教師和學生之間實現了良好的互動，突破了空間和時間的限制，讓教師可以通過微課視頻來將一些不可見的因素和規(guī)律直觀地呈現在學生面前，讓學生去發(fā)現規(guī)律和總結規(guī)律，不但加深了學生對知識點的理解，也讓教師與學生之間的良性互動得以加強。

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關鍵詞：虛擬現實技術；風景園林設計；運用

通俗而言，所謂的虛擬現實技術主要是利用現代計算機技術、仿真技術及相關系統(tǒng)構建而成的一種模擬現實場景的信息技術，其特點具有信息融和性、交互性、三維動態(tài)性以及仿真性，是一種新型技術。

1虛擬現實技術的特點

（1）多感知性：除卻計算機所具備的一般性視覺感外，同時還具備我們人所用于的感知表現，主要是觸、聽、味、嗅、運動等方面。

（2）交互性：指的是對模擬環(huán)境內的物體具有較靈活的可操作性能和控制程度，以及從模擬環(huán)境當中還可得到反饋自然的程度。而存在感：指的是在模擬環(huán)境中，用戶以體驗者的身份存在。相對理想的模擬環(huán)境，給體驗者感覺具有高度的真實性，其能促使用戶，也就是體驗者難以分清模擬環(huán)境的真假。

（3）自主性：就是在虛擬狀態(tài)下物體可依據現實世界的物理運動定律，從而達到一定運作程度。

2虛擬現實技術的類型

（1）虛擬環(huán)境建模技術：風景園林場景的構建主要是采用3DMAX、CAD等軟件技術來實現的。應用CAD來完成園林場景平面體，進而采用3DMAX來完成園林模型的構建，再將這些元素整合后加入到三維模型中，從而得到豐富的風景園林場景。

（2）實時三維圖像生成技術：數據較大是設計虛擬環(huán)境的主要特點，這一特點會給大規(guī)模的園林場景建模帶來一定的困難，從而導致難以達到預期的技術要求。因此，需要配置高性能的計算機，以確保圖形質量和場景復雜程度的不下降，進而實現圖像的事實目的和技術效果。

（3）交互技術：在風景園林設計中，應當不斷提高虛擬現實技術的交互性，才能有效解決交互系統(tǒng)中有待解決的問題。

（4）系統(tǒng)集成技術：主要是由五種技術合成的，即數據轉換技術、信息同步技術、數據管理模型、模型的標定技術以及識別合成技術。

3園林景觀設計中虛擬現實技術的應用

（1）設計前，應根據園林景觀設計的規(guī)模和特點，合理選擇CAD和3DMAX技術。在創(chuàng)建虛擬環(huán)境之前，可以利用計算機，通過采用虛擬現實技術構建一個園林景觀三維模型的效果圖，讓設計師對其設計后的環(huán)境有一個清晰的認識。因此，設計師應當給改變傳統(tǒng)的沙盤和效果圖的檢測方式，采用科學的虛擬現實技術，并將石頭、植物，建筑等主要元素和相關模型充分融入到計算機中的三維模型當中，從而構建一個三維風景園林模型，來檢測風景園林設計的效果。

（2）在創(chuàng)建虛擬場景的過程當中，應嚴格按照以下要求進行建模和設計：①在確保一定的視覺效果的基礎上，盡可能的減少模型的面數，而創(chuàng)建完園林景觀模型后，正確的使用3DMAX中的優(yōu)化修改器優(yōu)化園林場景視覺效果，并適當的減少模型面數。②合理使用Instancescopy，也就是關聯復制。在建立園林景觀虛擬場景的過程當中，使用關聯復制組成關聯復制對象，進而采用VRML對關聯復制對象的象面進行定義，也可多次使用該種處理方法，從而增加文件的下載時間。③在創(chuàng)建虛擬場景的過程當中，盡可能忽略次要物體的細節(jié)處理，盡可能的使用“模擬的”幾何體。例如，對周圍次要的場景可采用“幾何體+貼圖”的方式進行制作，從而減少建模時間。④虛擬場景中所使用的貼圖，可采用JPG的圖片壓縮格式，并根據實際情況，合理縮小尺寸，從而節(jié)省下載時間。⑤由于VRML職能搜索一個指定的貼圖目錄，因此，在創(chuàng)建虛擬場景的過程當中，應當設計一個目錄，將虛擬場景中所用的貼圖全部放在該目錄當中，從而便于VRML的圖片搜索。⑥合理使用燈光和攝像機，從而確保風景園林設計的視覺效果。

（3）創(chuàng)建虛擬環(huán)境過程當中，對構成園林景觀植物、建筑、石頭等構成因素的要求：由于構成園林景觀的石頭、植物和建筑不斷變化，因此設計師在進行制作效果圖和三維建模時，首先，應當從風景園林模型構成物的空間、時間、色彩、聲音等各個方面進行全方位的模擬，從而不斷豐富園林景觀三維模型的內容。與此同時，將園林設計中經常用到的石頭、植物、建筑等事物，利用VRNL的處理方法對三維圖像語言予以系統(tǒng)、全面的描述，進而營造出一個全新、系統(tǒng)、合理的虛擬化園林景觀。最后，充分利用攝像頭在虛擬三維園林場景中進行導航，并利用相關操作和活動來豐富園林景觀的瀏覽圖，從而提高風景園林設計的效果。

4結語

總而言之，虛擬現實技術被用于我國的多個科學技術領域，在風景園林設計領域的運用技術也越來越成熟、運用范圍也越來越廣。虛擬現實技術在風景園林設計當中涉及到了多方面的技術，其對風景園林的設計具有一定的關鍵作用。這些關鍵技術都從一定程度上提高了風景園林設計的效果，從而促使風景園林設計達到了一定的設計目的。

參考文獻

[1]蘇小惠.探討虛擬現實技術在風景園林設計中的應用[J].農業(yè)與技術，2014（2）

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關鍵詞：虛擬現實技術；數控技術；教育教學

前 言

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，新的教學手段不斷涌現，繼多媒體技術之后，教學技術領域又出現一種新型教學媒體，它就是虛擬現實技術。虛擬現實技術是近幾年來國內外科技界關注的一個熱點，它的興起，為人機交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領域，為各類工程的大規(guī)模數據可視化提供了新的描述方法。

目前，虛擬現實技術已廣泛應用于航空航天、醫(yī)學實習、軍事訓練、建筑設計、教育培訓等眾多領域。以計算機仿真和數控加工技術為基礎，利用計算機來模仿真實的數控設備工作環(huán)境，形成了虛擬數控技術，如將其應用于數控技術教學上，必將對整個教學產生深遠的影響。

1 虛擬現實技術簡述

虛擬現實技術，簡單地說，就是借助于計算機技術及硬件設備，實現一種人們可以通過視、聽、觸、嗅等手段所感受到的虛擬幻境。虛擬現實作為一項尖端科技，它集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發(fā)展成果，由計算機圖形構成三維數字模型，并編制到計算機中去生成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，提供給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。虛擬現實的最大特點是用戶可以用自然方式與虛擬環(huán)境進行交互操作，改變了過去人類除了親身經歷，就只能間接了解環(huán)境的模式，從而有效地擴展了人們的認知手段和領域。

2 虛擬現實系統(tǒng)的基本類型

根據用戶參與虛擬現實的不同形式，可把虛擬現實系統(tǒng)劃分成四類：

3.1桌面式虛擬現實系統(tǒng)

桌面式虛擬現實系統(tǒng)也稱為簡易型虛擬現實系統(tǒng)，它是利用個人計算機和低級工作站進行仿真，將計算機的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口，使用者通過鍵盤、鼠標便可與虛擬環(huán)境進行交互。這種系統(tǒng)的特點是結構簡單、價格低廉，因此應用比較廣泛，是一套經濟實用的系統(tǒng)。但桌面式虛擬現實系統(tǒng)會受到周圍現實環(huán)境的干擾，參與者缺少完全的沉浸，缺乏真實的現實體驗。

3.2沉浸式虛擬現實系統(tǒng)

沉浸式虛擬現實系統(tǒng)是一種高級的虛擬現實系統(tǒng)，它提供一個完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其它設備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數據手套、其它手控輸入設備、聲音等使得參與者產生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。沉浸式虛擬系統(tǒng)是一套比較復雜的系統(tǒng)，它的優(yōu)點是用戶全身心地沉浸到虛擬世界中去，缺點是系統(tǒng)設備價格昂貴，難以普及推廣。

3.3增強式虛擬現實系統(tǒng)

增強式虛擬現實系統(tǒng)是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起的一種系統(tǒng)，它既允許用戶看到真實世界，同時也可以看到疊加在真實世界的虛擬對象，這種系統(tǒng)既可減少對構成復雜真實環(huán)境的計算，又可對實際物體進行操作，真正達到亦真亦幻的境界。

3.4分布式虛擬現實系統(tǒng)

分布式虛擬現實系統(tǒng)是利用遠程網絡，將異地的不同用戶聯結起來，多個用戶通過網絡同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經歷，對同一虛擬世界進行觀察和操作，達到協(xié)同工作的目的，從而將虛擬現實的應用提升到了一個更高的境界。

3. 虛擬現實技術的基本特征

虛擬現實技術具有以下四個基本特征:

沉浸性——指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。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(huán)境中，使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在現實世界中的一樣。

交互性——指用戶對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。虛擬現實系統(tǒng)中的人機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，鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔，數據手套等傳感設備進行交互。

多感知性——是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。由于虛擬現實系統(tǒng)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(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺等多種感知，從而達到身臨其境的感。

構想性——是指虛擬現實技術具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類的認知范圍，不僅可再現真實存在的環(huán)境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境，它不僅可實現實物虛化，還可實現虛物實化等處理。

4 虛擬現實技術在教育教學中的實現意義

隨著計算機、信息、網絡等相關技術的發(fā)展，計算機作為一種高效能的信息傳播工具，在教育教學過程中得到越來越廣泛的應用，如果將虛擬現實技術作為一種新興的教學媒體應用到教育教學中，這種嶄新的技術會帶給我們嶄新的教育思維，解決我們以前無法解決的問題。

4.1虛擬現實技術開創(chuàng)了全新的學習場景——徹底打破空間、時間的限制

利用虛擬現實技術，可以徹底打破空間的限制，學生可以進入物體的內部進行觀察，如學生可以進入虛擬的分子、原子、航天工作站等內部，考察物體內部的工作情況。虛擬技術還可以突破時間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現實技術，可以在很短的時間內呈現給學生觀察。虛擬制造技術還可以應用計算機、交互外設及軟件來構建一個虛擬的生產環(huán)境，使學生能如同在制造現場一樣，與熒屏上出現的制造過程進行自由交流。基于網絡的虛擬現實技術為學習者提供了全新的學習場景，構造出開放性的教學環(huán)境。

4.2虛擬現實技術提供了嶄新的教學手段——構建實物虛化、虛物實化的方法

通過虛擬現實、多媒體、網絡等技術的綜合應用，可在課堂和實驗室中展現在傳統(tǒng)的教學模式中無法實現的教學過程。虛擬現實技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬和虛物實化，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。虛擬現實系統(tǒng)可以進行實物虛化，虛擬各種人物，創(chuàng)建虛擬課堂，在虛擬的課堂氣氛中，學生可以與虛擬的教師、學生一起交流討論，開展啟發(fā)式教學。運用虛擬現實技術，還可以使學生通過在虛擬場景的身臨其境和自主控制的人機交互，由視、聽、觸、覺獲取外界的反應，通過學生自我組織，制定并執(zhí)行學習計劃，進行自我評價，開展適應式學習。還可通過小組或團隊的形式，組織學生進行學習，成員間共享成果，開展協(xié)作式教學。

4.3虛擬現實技術變革了傳統(tǒng)學習方式——營造開放性的網上探索學習

運用虛擬現實技術，突破傳統(tǒng)教科書的限制，使每一位學習者都可以根據自己的學習特點，在自己方便的時間從互聯網上自由地選擇適合的學習資源，按照適合于自己的方式和速度進行學習，這種探索性的學習，有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，使學習者在具體情境中通過主動的探索獲得知識，從而提高學習者的動力。

4.4虛擬現實技術豐富了課堂教學內容——展示全方位、多角度的教學內容

利用虛擬現實技術，可豐富教學內容，將實驗、實訓等技能訓練搬到課堂中進行，由于這些虛擬的訓練系統(tǒng)無任何危險，學生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。應用虛擬現實技術，還可恰如其分地演示一些復雜的、抽象的、不宜直接觀察的自然過程和現象，全方位、多角度地展示教學內容。利用計算機多媒體技術，制作各種仿真課件，創(chuàng)設所需要的某種虛擬情景，讓學生進行模擬實驗，從而極大豐富課堂的教學內容。

4.5虛擬現實技術節(jié)約了有限的教育成本——開展虛擬實驗、進行虛擬生產

虛擬各種實驗設備、實訓環(huán)境和操作過程，使大多數課程可以在虛擬實驗室中進行，大多數的技能可以在虛擬實訓車間中進行訓練，從而不必購置昂貴的實驗實訓設備。可以在節(jié)約大量昂貴的儀器設備費用的前提下，解決在教學中，因為實驗設備、實驗場地、教學經費等方面的原因而無法進行的教學實驗，虛擬訓練又可避免實驗實訓設備的損壞、訓練材料的消耗等問題，從而有效節(jié)約教育成本。

5 虛擬現實技術在數控技術教學中的應用

隨著我國經濟建設的飛速發(fā)展，社會各行業(yè)對制造業(yè)提出了更高的要求，數控技術是現代機械制造業(yè)的核心技術，其技術的應用水平將直接影響產品的加工水平。在現今數控技術人才極度缺乏的情況下，如何將最新、最實用的數控技術高效地傳授給數控技術學習者，是數控技術教學要著重考慮的問題。由于數控技術教學和培訓都離不開數控機床，而數控機床本身價格比較昂貴，限制了學校的購買能力，若采用計算機建模和仿真技術來模擬實際的數控加工環(huán)境，同樣可以讓學生盡快熟悉數控機床的加工環(huán)境與真實的加工過程，從而提高數控技術的教學效果和教學質量。虛擬現實技術可從以下幾方面應用在數控技術教學上。

5.1利用虛擬現實技術實現數控教學儀器、設備、加工產品的立體展示

在傳統(tǒng)教學中，學生只有通過在書本上察看各種教學儀器設備的平面圖形，或在現場觀察實際的教學設備外形來獲得各種感性認識。平面的圖形限制了學生的空間想象能力，實際現場教學又增加了學校的投入。采用使用虛擬現實，我們可以構建一個與實物同樣的三維物體，如采用Pro/E建模，將各種教學儀器、設備和產品進行實物虛化，將這些物體以立體形式存放在虛擬教室中，我們只要進入這個虛擬空間，就可隨時隨地地認識這些儀器設備，而且可觀察到設備內部的結構，可輔助數控技術教學的學習過程，增強理解能力，提高學習效果。

5.2利用虛擬現實技術進行模擬實驗和仿真教學

在教學中，許多昂貴的實驗、培訓器材，由于受價格的限制而無法普及或有許多實驗是根本不可能做的，如果利用虛擬現實技術，建立虛擬實驗室，學習者便可以走進這個虛擬實驗室，身臨其境般的操作虛擬儀器，如進行各種虛擬的數控系統(tǒng)的連接與組裝。這種實驗既不消耗器材，也不受場地等外界條件限制，可重復操作，直至得出滿意結果。虛擬實驗室的另一優(yōu)點還在于其絕對的安全性，不會因操作失誤而造成人身事故。

另外，我們還可利用虛擬仿真技術，制作虛擬仿真軟件，在多媒體計算機上進行數控機床操作面板的認識操作訓練，進行模擬編程訓練并產生加工結果的仿真，可有效地解決教育機構實驗條件與實驗需求，實驗效果之間的矛盾。

5.3利用虛擬現實技術實現的數控加工仿真教學系統(tǒng)

隨著虛擬現實技術及計算機技術的發(fā)展，出現了可以模擬實際數控機床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機仿真加工系統(tǒng)，這就是某一特定數控系統(tǒng)借助計算機軟、硬件的功能，通過實驗者的控制在計算機上演示，分析數控加工從零件設計圖到動態(tài)切削演示的實現的全過程。仿真機床操作的整個過程包括：毛坯定義、工件裝夾、壓板安裝、基準對刀、安裝刀具、機床手動操作等內容。 虛擬數控加工仿真教學系統(tǒng)完全模擬真實零件的加工過程，可以檢驗各種數控指令是否正確，能提供與真實機床完全相同的操作面板，其調試、編輯、修改和跟蹤執(zhí)行等功能也一應俱全。學習者可身臨其境的操作各類數控加工設備，能有充分的機會去練習數控加工中的常用操作，如基本運行方式的選擇操作、對刀操作、補償量的確定及輸入輸出操作和程序的編輯修改操作等。解決了初學數控技術者需要的大量操作練習，提高了機床操作訓練的時間。把數控加工仿真教學系統(tǒng)引入到教學之中，這樣既可以避免因誤操作造成價格昂貴的數控機床的損壞，又可以使操作人員在對仿真數控機床操作過程中產生現場感和真實感。同時由于其成本較低，可以大量地配置終端，徹底解決了數控機床數量不足的難題，使每位學生都能有足夠多的實踐機會，從而為數控技術教學提供良好的教育平臺。

5.4實現虛擬仿真教學與真實生產加工的聯系

數控加工仿真教學系統(tǒng)既能單機系統(tǒng)獨立運行，又能實現在線運行。獨立運行即機床模型方式，其培訓設施只需一臺計算機，數控機床的模擬操作在顯示屏顯示的仿真面板上進行，而零件切削過程由機床模型通過三維動畫演示。在線運行即機床工作方式，在這種方式下，教學系統(tǒng)將與實際機床連接，由硬件實現零件切削過程，這時除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實際機床的真實情況一樣。由于數控加工仿真教學系統(tǒng)具有完善的圖形和標準數據接口，用戶既能在真實的環(huán)境中運行虛擬機床，又能觀察它的各種運行參數，并能將其他CAD／CAM軟件，如Pro/E、UG、Mastercam等產生的三維設計后置處理的NC程序，直接調入加工。

5.5虛擬現實技術可實現網絡數控培訓及考核

虛擬數控機床強大的網絡功能，可實現遠程教育培訓，它不僅在局域網上具有雙向互動的教學功能，還具有基于互聯網進行雙向互動的遠程教學功能，數據傳送可以采用衛(wèi)星、寬帶等方式進行。這使得數控培訓遠程教學名副其實，而且還可采用遠程網絡學習、作業(yè)、考試等功能，并實現答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能，輕松實現無紙化的考核與測評。

6 虛擬現實技術在教育應用中存在的問題及展望

可以預測，隨著經濟和技術的不斷發(fā)展，虛擬現實技術將日益廣泛地應用于教育教學領域。但目前的虛擬現實技術還存在一定的問題，主要表現在：

6.1虛擬環(huán)境與真實生產的差異

學生在虛擬的環(huán)境中學習，與在真實的生產中訓練畢竟不同，因為如果僅考慮交互的真實性，那么無論如何身臨其境，真正動手操作機器的效果要強于任何媒體教學。因此，虛擬現實技術不能完全代替具體真實的操作，它只能在一定程度上代替某些實驗，而不能完全代替實踐教學，尤其不能代替有創(chuàng)造性目的的試驗。

6.2虛擬現實的效果還有待加強

虛擬現實的表示側重于幾何表示，缺乏逼真的物理、行為模型，虛擬現實技術在感知方面，視覺合成研究的較多，聽覺、觸覺關注較少，真實性與實時性不足，其虛擬的效果還需要進一步加強。

6.3硬件環(huán)境還有待提高

與虛擬現實技術相關的設備普遍存在使用不方便，效果不佳等情況，難以達到虛擬現實系統(tǒng)所需的要求，如中心計算機的處理速度還不足于滿足在虛擬世界中巨大數據量處理實時性的需要，對數據存儲能力也不足，基于嗅覺、味覺的設備還沒有成熟及商品化。硬件設備品種有待進一步擴展。

6.4實現成本問題還有待降低

虛擬現實系統(tǒng)應用的相關設備價格也比較昂貴，且這些設備局限性很大，需要進一步發(fā)展其結構和制造技術，使其輕巧化和降低成本，才能更有利于推廣應用。

虛擬現實技術作為一種新型的教學媒體，目前已引起教育界的極大關注。隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬現實的硬件與軟件成本的逐漸降低，這種新的教學媒體必將廣泛應用于教育教學中，最終在現代教育領域中發(fā)揮其重要作用。

參考文獻

篇9

【關鍵詞】：數碼藝術 虛擬現實技術 室內設計技術與藝術

中圖分類號： TU238+.2 文獻標識碼： A 文章編號：

數碼藝術是一種具有技術特征的藝術，是建立在數字技術的基礎上并以技術為核心的新藝術。隨著計算輔助設計技術的迅速發(fā)展和建筑室內設計創(chuàng)作數字化的不斷深入，利用計算機輔助設計的相關知識和藝術設計有機結合，設計出更多優(yōu)秀的數碼作品，已經成為目前藝術發(fā)展的新方向。基于數碼藝術的室內設計技術研究將成為今后數碼藝術中重要的組成部分。研究基于數碼藝術的室內設計技術的理論與方法，對于提高室內設計師的設計表現能力以及室內設計專業(yè)未來的發(fā)展前景都有著重要意義。

隨著計算機硬件技術和計算機三維圖形軟件開發(fā)成熟，用數字化手段，實現虛擬技術的現實，近年來已成為一個重點。虛擬現實技術將數字媒體技術、現代信息技術和視覺審美藝術融合于一體，實現空間的平面，高度，三維建模和動態(tài)全方位的立體場景漫游，通過技術手段淋漓盡致地展現室內設計藝術，完善室內設計領域的設計表達。使之更為迅捷、科學、實時。在室內設計的設計師和用戶之間建立一個“真正的”橋梁，極大的豐富室內的空間藝術，也使室內設計表現朝著更為人性化、個性化的方向友好的發(fā)展。

一、行業(yè)現狀

虛擬現實技術在目前世界科學技術領域中來說，還是一項比較新興的技術，是數字技術領域的一個分支，而該項技術在現代設計藝術中的應用也還屬于探索和發(fā)展的階段，但由于其本身明顯的技術優(yōu)勢和特點，已經體現出其獨特的魅力，在設計領域中也發(fā)揮了極其重要的作用。它給人們帶來的不僅僅是設計藝術視覺展示效果上的革命，更讓參與其中的人們從中得到了與眾不同的全新交互式體驗。首先，它與傳統(tǒng)的手繪圖紙相比，更具有超現實的真實感，這種真實感是除實體仿真模型以外任何一種技術手段都無法具備和比擬的。其次就是它自然屬性的人機交互，這種交互，它不僅僅局限于傳統(tǒng)的多媒體展示手段中電腦、鼠標鍵盤和觸摸屏的交互操作，而是模擬人的自然行為與感受，即在現實生活中的虛擬現實環(huán)境以及行為習慣來進行交互體驗，這種交互在觀眾與作品間駕起了一座溝通的橋梁，在專業(yè)設計師與業(yè)主、消費者之間更是實現了一種零距離的交流與溝通。

二、虛擬現實技術在室內設計中的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的室內設計遵循“平面，立面，節(jié)點大樣、沙盤模型”的表現模式。設計師在紙上的設計表達形式主要是通過手繪草案或效果圖，雖然這種模式可以培養(yǎng)設計師的思維秩序，但它無法完全展開設計師的空間思維以及空間的立體效果。傳統(tǒng)的表現形式限制了設計師的創(chuàng)意發(fā)揮。而虛擬現實技術的發(fā)展和應用，從很大程度上解決了這個問題。通過“虛擬實驗室”，創(chuàng)建一個虛擬的室內空間，讓設計師更直觀的了解室內空間，快速進行設計分析，不僅大大的提高了設計師的創(chuàng)新能力，同時，通過“虛擬實驗室”全面展示的設計特點，也能更完整地表達設計意圖，使設計師跟業(yè)主進行更好的溝通。因此，在室內設計中使用虛擬現實技術，是一個必然的發(fā)展趨勢。

（一）虛擬現實技術可以直觀地展現藝術設計

隨著城市的發(fā)展，房地產行業(yè)的迅速崛起，以及更多的大型公共空間環(huán)境等都需要進行設計。以室內空間設計為例，在空間設計報告論證階段，設計手段已經歷了從手工繪圖，電腦效果圖，建筑室內動畫（建筑漫游）的發(fā)展過程。隨著科技的發(fā)展，人們也在不懈的追求高科技，高品質的藝術表達，以達到最佳的視覺效果。虛擬現實技術在方案設計上有相當大的功能與技術優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的表現方法相比，更具有藝術性、真實性和創(chuàng)造性。通過軟，硬件平臺的虛擬現實技術，可以形成一個逼真的虛擬環(huán)境，給客戶提供一個全方位的視覺，聽覺，觸覺等感官刺激的信息，使需求方有親臨現場的感覺。通過感官刺激大腦，使客戶能夠在非常積極和高度集中的狀態(tài)下瀏覽和體驗設計的內容，以吸引顧客的注意力，并取得更好的溝通效果。采用虛擬現實技術，設計的作品也能夠更好的保存，使資料檔案的管理更為方便和快捷。

（二）虛擬現實可以提高預算精確性

應用虛擬現實技術，也可以體現其在項目成本預算上的優(yōu)勢。因為效果圖更加真實，更加全方位，它可以加強室內結構和材料預算的準確性，所以能夠盡可能的避免由于預算問題而出現的錯誤。可以引導設計人員對結構的理解，避免在設計過程中材料預算和不必要的損失。

（三）虛擬現實技術可增強設計雙方的互動性

在虛擬現實技術設計報告階段，主要體現在設計表達的獨特魅力上。比傳統(tǒng)的手繪模式相比，虛擬現實技術與客戶溝通的互動性更強。通過設計師的演示和介紹，客戶可以進入虛擬空間環(huán)境的體驗之中，詳細的了解整個虛擬現實空間的功能，在使用過程中可能會出現的問題。使客戶全方位的了解自己的項目以及將來建設完成的效果。同時，通過這個平臺，也讓設計師與業(yè)主之間的溝通變得更加順暢，極大的提高了工作效率。這是傳統(tǒng)的工作模式無法比擬的。

（四）虛擬現實技術有助于配景展現

現代環(huán)境設計虛擬現實技術的性能，除了空間的場景，配景也很重要，如植物，人物場景，汽車等都是烘托空間氣氛的元素。傳統(tǒng)的室內效果圖和建筑場景動畫不能直接地自行進行操作性的漫游，但虛擬現實技術卻可以非常真實的虛擬場景中的人物、形象以及配景等。隨著經濟與城市建設的發(fā)展，我國的建設工程量在不斷的增加、工程體量也在不斷地增大，虛擬現實技術國際交流也愈加廣泛。傳統(tǒng)的表現方法和設計程序已經不能適應科技化、高效率、簡約型的市場需求。虛擬現實技術的優(yōu)越性在實際的應用中得到了充分的體現，在設計領域里逐漸扮演了越來越重要的角色。

三、虛擬現實技術在室內設計中的應用

（一）設計藝術與虛擬現實技術的對立統(tǒng)一

虛擬現實藝術是典型的技術與藝術相結合的產物，是一種新媒體藝術形式。在大多數人的意識中，藝術是感性的事物，是人類的感知與表達，而科學是理性的，是人們的研究與探索。如果將藝術視為人類永恒的精神家園，那么科學則是建立在經驗與邏輯上的理論研究。如果按這個層面看來，技術與藝術是兩個矛盾的個體，是“格格不入”的。但在事實上，藝術與技術有著密不可分的關系。在當今技術不斷發(fā)展的今天，藝術家們正在進行積極的嘗試，在藝術創(chuàng)作中應用各種科學技術手段來提高藝術創(chuàng)新效果；而許多科學家們，也希望通過高科技手段來提升發(fā)明創(chuàng)造的研究成果。虛擬現實藝術亦是如此。隨著虛擬現實技術的快速發(fā)展，最開始的在醫(yī)療航天軍事等領域的應用，到現在已經在越來越多的領域中得到廣泛的應用。在建筑和室內設計領域，設計師們也開始利用這項技術探索新的創(chuàng)作思路和藝術表現形式。虛擬現實技術的出現，給在現代室內設計藝術領域的設計師們提供了新的創(chuàng)意空間，從而也給整個藝術領域帶來了全新的歷史變革和突破。

虛擬現實設計是設計師根據業(yè)主的需求，自覺地運用視聽藝術進行創(chuàng)造性思維活動和設計表現的一個新興領域。虛擬現實設計中，有很多從業(yè)人員會過多的注重的是它突出的技術性，但是在我們實際的項目設計運用階段，技術與藝術的高度融合，才能把技術的優(yōu)勢發(fā)揮到極致。如三維建模的比例與尺度，照明設計藝術以及互動藝術等各個方面，都需要我們通過技術對這些藝術層面進行加工創(chuàng)造。所以，對于虛擬現實技術的應用來說，技術是設計實現的基礎，而設計師對空間藝術性的把握及追求則是更高層次上的要求。這也就需要我們的設計者不斷地完善自身的素質，努力掌握新的應用技術，并同時提高自身的專業(yè)素養(yǎng)和設計水平，將美學思想和文化藝術與虛擬現實技術融合，利用技術來提升作品的可視性和藝術性，這也是在新時代背景下，室內設計師必須具備的綜合能力。

（二）虛擬現實技術的應用與發(fā)展

建筑師和城市規(guī)劃者在今后的建設工作中，需要有更廣泛的相關專業(yè)知識和集成，掌握更專業(yè)的技術能力和設計能力。這樣一個新的工作模式，也將有發(fā)展的普遍性。在面對設計對象的變化和職能剝離，在我們的職業(yè)崗位上，將出現一個新的崗位 - 虛擬建筑師。中國目前的虛擬現實相關的研究仍處于起步階段，發(fā)展上有一些困難，除了概念和技術的限制，最重要的是在高校教育的人才培養(yǎng)中，應該更加強調與重視技術與藝術，技術與設計之間的銜接和轉化。應該在現有建筑教育內容的基礎上，結合專業(yè)發(fā)展開拓新的專業(yè)方向。在同一時間，在參考借鑒國內外先進的經驗和技術基礎上，建立和完善環(huán)境設計領域室內設計教育體系和人才培養(yǎng)機制，建立有利的環(huán)境，建立一個完整的研究策略，并能夠在不斷的具體學習和實踐訓練中得到技術充實和能力提高；能夠靈活熟練的運用技術，去實現設計的創(chuàng)意和構想，更好的利用設計與技術手段為人們服務，促進經濟與建設的發(fā)展。這些都應當是我國當前數字時代下虛擬現實技術發(fā)展的可行之路和有力舉措。

綜上所述， 虛擬現實技術作為室內設計藝術與技術的融合，擁有在以前的任何一個歷史時期都無法比擬的想象性、創(chuàng)造性和身臨其境之感，其交互性，沉浸性，和構想性的特點也給室內設計藝術帶來了全新的藝術語言和創(chuàng)作方式。它更為合理的協(xié)調了人與人之間，人機之間的交互關系，開拓了現代設計藝術領域中的一個全新的發(fā)展思路和方向。隨著虛擬現實技術的蓬勃發(fā)展，其在現代室內設計藝術中的應用也會更加廣泛，前景也將更加廣闊。

【參考文獻

[1]嚴林.虛擬現實在室內設計中的應用.(碩士學位論文).武漢科技大學.2010.

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關鍵詞：虛擬現實技術；計算機教學；直觀性；交互能力

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）15-0147-02

虛擬現實技術是一種受科技快速發(fā)展而成的全新技術手段，隨著這些技術的不斷發(fā)展，它在生活中也不斷被應用，在教學方面，這種模式也隨著新的課改需求不斷地被推廣。虛擬現實的教學特點決定了它與新的教學模式的不斷契合，通過介紹虛擬現實技術在國家開放大學計算機專業(yè)課程教學中的應用來體現其科學技術的教學特點。

國家開放大學是在教育部下，以現代信息技術為支撐，共同進行學歷教育與非學歷教育，通過遠程開放教育的新型高等學校[1]。它以建立面向地區(qū)的高等學府為目的，將地區(qū)經濟與社會發(fā)展和高等教育尤其是高等職業(yè)技術教育的需求相聯系，深化高等教育改革。國家開放大學實行普職成滲透、職前職后溝通、學歷與非學歷教育并舉的人才培養(yǎng)。

虛擬現實（Virtual Reality，以下簡稱VR）具有多感官、可視化、三維立體空間和可交互等重要特征[2]。本文主要分析了國家開放教學過程中VR技術的應用現狀，并對其未來發(fā)展趨勢進行了簡單的探索，以期為相關教育學者提供一定的研究資料。

1 虛擬現實技術的概述

1.1虛擬現實技術介紹

隨著信息技術的飛速發(fā)展，虛擬技術也應運而生。作為高新技術飛速發(fā)展的產物早在20世紀60年代，就已經面世，但是受到當下計算機技術和產品應用場景的局限，VR技術的發(fā)展相對比較緩慢。直到20世紀80年代隨著相關技術的不斷發(fā)展，才逐漸進入大眾的視野得到人們的關注，目前已經作為熱門技術成為計算機科學，信息科學和教育中多個領域中得到廣泛的應用。VR是一門綜合技術學科，它涉及計算算法、計算機圖形圖像、人工智能、人機交互和物聯網等技術以及人類行為學和工程學等關鍵技術。綜合這些技術后向更高層次的滲透和發(fā)展，為用戶提供更加逼真的體驗，克服了傳統(tǒng)視覺技術不能直接觀察事物和它們運動變化規(guī)律的問題，這是多媒體技術發(fā)展的一個很重要的環(huán)節(jié)。

一直以來，人們在感知事物進行學習的方法主要是通過現實世界的實踐和知識資源的學習。前者通過現實社會的接觸進行感知獲取信息資源，后者通過他人的經驗間接的了解知識。VR技術從發(fā)展至今能夠為人類提供一種全新的視覺概念，即虛擬世界，它能夠通過一定比例完全模擬現實社會的狀態(tài)，使人們能夠更加方便的接觸和感知世界。

VR技術能夠通過三維建模功能創(chuàng)建多感知的虛擬世界，虛擬世界包含人體視覺、聽覺、感覺、觸覺等多重感知，通過相應比例模擬現實，從而讓人們在這種虛擬的環(huán)境中產生同等的視覺、聽覺和觸覺，讓人處在“實中有虛，虛中有實”的環(huán)境中。VR的交互設計需要人們VR技術能夠具有強大的計算機處理能力和實時的人機交互環(huán)境，通過這些技術保證用戶的沉浸感。

1.2虛擬現實技術應用

美國作為VR技術的發(fā)源地，從起源至今不斷的技術發(fā)展使得他們在虛擬空間領域獲得了遙遙領先的成績。虛擬技術目前已經應用在虛擬校園、虛擬游戲和虛擬購物等多個領域。在教育方面美國的辛辛那提大學、斯坦福大學很早就通過虛擬現實技術創(chuàng)建了虛擬校園的教學方式，通過遠程技術實現在線教學，避免了教學資源的浪費。在我國虛擬現實技術在航空航天技術、軍事科技和建筑設計等專業(yè)方向也得到了廣泛的應用。目前國內的哈爾濱工業(yè)大學、上海交通大學和清華大學也通過虛擬現實技術制作了一批虛擬高校的教學教程。同樣的在虛擬校園的建設中，通過虛擬漫游技術創(chuàng)建了多所虛擬圖書館的應用。研究這些VR技術在這些方面的應用可以幫助VR技術在目前大學教學中的使用，加速和促進VR技術在學校教學的普及。

1.3虛擬現實技術在教學中的應用

在教學過程中，隨著Internet互聯網環(huán)境技術的不斷發(fā)展，利用數字圖書館的網絡化特征使普通用戶的使用越來越方便，在此基礎上加入VR技術，可以使其更加的具有可視化和交互性的能力，增加數字圖書館的在功能上的服務特色。數字圖書館沒有傳統(tǒng)圖書館的館舍場地的限制。將圖書館與VR的人機交互、生成虛擬空間技術相結合并引入到數字圖書館中，讓讀者能夠親臨其中[3]。VR技術能夠模擬模擬虛擬的圖書館館舍，使數字圖書館真實地呈現在讀者面前，在更通過三維虛擬技術增加互動，給讀者帶了數字傳統(tǒng)圖書館的親近感。

在教學課程的過程中一個功能完善的虛擬漫游系統(tǒng)，不僅可以使用戶通過平臺在虛擬教室中學習，還可以獲得直觀的進行學習互動，了解教學內容的推進過程，充分體現數字課堂超越傳統(tǒng)視頻教學的優(yōu)勢。這也恰到好處地彌補了視頻教學在描述教學課程時真實性、形象性的缺點，目前采用的視頻技術來對教學內容和關鍵知識點進行展示，既存在片面性，又缺乏連續(xù)性。

2 國家開放大學的計算機專業(yè)教學現狀

2.1國家開放大學的計算機教學特點

傳統(tǒng)教學隨著社會和科技的發(fā)展也在不斷的進步。目前計算機技能在我們日常的生活工作和學習中，擁有非常重要的地位。國家開放大學也認識到其專業(yè)的重要性，基于計算機課程特點，采取合理的方式教學，提高學生計算機技能，更好地適應社會的發(fā)展。

計算機課程特點：

1）計算機課程具有實時性，作為一門新興學科，其內容隨著計算機科學的發(fā)展不斷更新。

2）計算機課程具有工具性。作為一個工具，方便我們日常的工作和生活。

3）計算機課程具有應用性。在軍事、經濟高學科領域中得到廣泛的應用，計算機學科會與其他專業(yè)進行結合。

2.2國家開放大學的計算機教學的不足

在國家開放大學中，學生的來源是相對來說參差不齊，學生的知識層次和知識儲備具有明顯的差距[4]，這些差異性導致教學過程的可塑性較差。另外，計算機在很多國家開放大學使用普適度較低，理論基礎相當薄弱。這就給學生產生一種神秘感和畏懼感，認為計算機的學習非常困難，所以，老師在教學過程中很難把握學生的特點。

另一方面計算機教學很多內容非常的抽象，理論知識較多，學生無法具體的理解學習的內容，在理解和接受知識的時候存在困難。傳統(tǒng)的專業(yè)課教學，通過模擬軟件展示傳授計算機專業(yè)知識，對學生產生直觀的印象和認識。但是這些認識是片段的，只能通過部分的知識點進行教學，不存在整體的實踐印象[5]。

3虛擬現實技術在開放大學計算機專業(yè)教學中的應用

3.1虛擬現實與信息資源建設

教學的主要內容是向學生提供具有實操性基礎文化知識，教學資源的收集、整理和演示作為大學教學體系的一部分，是教學過程的業(yè)務工作重點。而教學資源的演示是整個教學工作的基礎。虛擬現實教學是創(chuàng)建了網絡環(huán)境下新的教育行業(yè)形態(tài)，VR技術教學利用科學技術，對教學資源的網絡化、形式化以及教學資源進行分布式存儲和管理，利用VR技術友好、可交互的服務特點，讓人們能夠真實感官的獲取信息資源。與傳統(tǒng)教學資源的建設一樣，在三維立體信息資源建設也是VR教學的基礎，缺乏信息資源的建設，VR技術的服務就會成為“無本之木”。

3.2虛擬現實技術再現計算機教學的信息資源

教學資源的本質是將信息原始化，它包括內容和形式兩個方面。傳統(tǒng)的教學方式方面，內容的原始性基于形式的原始性來證實和表達，尤其是理論性的知識，文字成為兩種原始性的重要方式。而對于計算機學科的教學資源，雖然具有便于可操作性直觀的特點，但其抽象化還是難以克服。目前已有一些技術可通過視頻演示來還原內容的原始性，但需要學習教學資源方便的同時，希望能夠提高資源形式的可交互性，使參與者能夠身臨其境復，與實體操作毫無兩樣。VR技術很好地解決了這些問題，能夠通過三維建模實現仿真方便參與者交互。VR不僅可以在教學課程實現三維信息資源的建設，還可以與其他計算機技術相結合，對一些實踐練習提供方便的機會。從而將信息資源的內涵再現，開拓新的教學方式。

3.3虛擬現實技術再現了計算機教學的實驗效果

人類感知的主要來源是視覺，可視化技術將人類的感知能力充分發(fā)揮。信息可視化在教學中是一個全新的領域，信息技術的可視化就是提高主體與用戶之間的交互能力。計算機將可視化技術充分發(fā)揮人類的主觀能動性和靈活性。現如今計算機利用圖形圖像處理技術實現了復雜的可視化和虛擬化展示，VR技術結合了計算機圖形圖像學、多媒體、網絡、分布式存儲等技術，將人類帶入身臨其境的環(huán)境中，改變了計算機教學生硬、枯燥、被動的狀態(tài)。目前在部分的高校中已經在進行了教學嘗試，通過VR技術可以在學科教學、練習等方面進行利用，實現了計算機專業(yè)教學的可視化能力。

4總結

虛擬現實（Virtual Reality，以下簡稱VR）具有多視感性、可視化、三維立體和可交互性等重要特征，是一門已應用于多學科、多領域的綜合技術。VR技術能夠通過三維建模功能創(chuàng)建接近現實的虛擬世界，結合人體視據、聽覺、觸覺等多重感知。虛擬世界按照相應的比例再現現實世界，從而讓人們在這種虛擬的環(huán)境中產生同等的視覺、聽覺和觸覺，讓人處在“實中有虛，虛中有實”的環(huán)境中。使人身臨其境，改變傳統(tǒng)計算機教學中生硬、枯燥和被動的學習狀態(tài)。VR技術在學科教學、學科練習等領域的應用，將信息資源再現，實現了計算機教學的可視化。

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