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虚拟现实技术论文范文 篇一【关键词】分布式虚拟现实；虚拟展览馆；人文教育
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097（2009）05―0073―03
一 问题的提出
当前，人文教学的“工具性教育”弊端呈现突出。“工具性教育”是指把人培养成工具，把教育当作工具来使用的一种观念形态的教育思想。[1]学生对“工具性教育”往往采取消极与反抗的情绪，不利于学生的成长；教学中的“人文教育”的严重缺失，开始从潜在危机走向具体的社会精神缺陷。[2] [3]由于人文精神的匮乏，民族的文化认同和归属感逐渐消失，不利于民族的发展。针对人文教育中存在的问题，我们应当探讨如何利用成熟的条件和资源加以改进。学校教育中的人文教育资源特别是诗歌、历史文化资源容易用虚拟现实技术模拟，有助于激发学生学习动机，促进学生发展，因而提出利用虚拟展览馆开展诗歌人文教育。本文在分析基于ABnet的分布式虚拟现实的基础上，依托建构主义学习理论，构建分布式中国古代诗歌文化虚拟展览馆系统，并与多种现代教育技术媒体结合，结合传统的现实展览馆和多媒体放映馆的特点，通过网络呈现在学生面前，使学生身临其境，以逼真的视、听、触觉为一体的虚拟学习环境和学生的主动性学习机制有效结合，提高学生的人文素养。
二 虚拟展览馆系统设计的理论分析
1 分布式虚拟现实概述
虚拟现实（virtual reality）是指利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户投入到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互技术。[4]虚拟现实分为桌面虚拟现实（desktop virtual reality）、沉浸式虚拟现实（immersive）、增强现实（augmented reality）型虚拟现实、分布式虚拟现实（distributed）等类型。分布式虚拟现实是指在多个地理上相互独立的用户，实时的通过计算机网络连接在一起，共同分享一个虚拟空间，一起体验虚拟经历，使虚拟用户达到一个更高的境界。桌面型的的分布式虚拟现实的实现方法很多，如：借助于Java进行实时通讯的Vrml语言设计的分布式虚拟现实、利用VirTools Dev和Multi-user Sevre快速高效制作的多人连线应用程序、利用Atomsphere服务器建立的分布式虚拟现实等，它们在性能上各有其优缺点。本文采用ABnet与Vrml语言构建分布式虚拟现实，其中，ABnet[5]是由美国人Rick基于java开发三维多人在线聊天服务器。
2 虚拟展览馆系统设计的理论基础
虚拟展览馆系统的设计以建构主义学习理论为基础。建构主义学习理论认为，学习之所以产生，是由于一个主动的、自我调整的学习者在解决问题的过程中，从经验和获取经验的环境中获得意义，从而建构个人意识。每个学习者都是在自己已有经验的基础上，以其特殊的方式在特定的环境下建构的。学习者获取知识的多少取决于自身经验建构有关知识的能力，而不是取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能力。[6]建构主义学习理论的四大要素为：情境、协作、会话和意义建构。虚拟现实技术在虚拟展览馆、虚拟博物馆、网络游戏等领域的应用，体现了建构主义的意义和思想。虚拟现实技术是指通过特殊的输入设备和一些能实现三维图形和三维音效的特殊输出设备来模拟人和环境间的交互技术。虚拟现实技术应用图形、声音和图像再造逼真的情境，使学习者身临其境。在现代教育技术环境中，虚拟现实技术能构造出最佳的课堂教学环境，将学生置身于其中，以求获得最佳的教学效果。它能创造和展示各种趋于现实的学习情境，把抽象的学习与现实生活融合起来，激发学生的思维。它可以克服传统班级授课制限制学生主动性和独立性的缺点。用虚拟现实技术“构筑”的课堂，学习者可以是一个或多个，教学模式可以多样化，教学方法可以任意选择，教学进度可以多方控制。在教学过程中，学生可以同教师一起成为教学的设计者和控制者，使师生的主体性都得以发挥。
三 虚拟展览馆系统的运行环境及其实现
1 虚拟展览馆系统的运行环境
以Web为运行平台，采用浏览器/服务器（B/S）结构在Web上进行分布式展示和交互，系统接受来自客户端可视化输入和交互操作，并根据客户端的不同请求以逼真视觉、震撼的立体声、交互触觉向浏览者展示不同的虚拟效果。在服务器端配置IIS服务（支持论坛和个人空间）和AbnetServer服务（支持分布式虚拟展览馆）。在客户端安装相应的三维浏览插件，如：BS Contact VRML-X3D、Complayer、Cortona。客户端服务软件，如AbnetClient.exe。浏览者利用Web通过相关的插件对虚拟展览馆进行浏览和多人连线交互。
整个虚拟展览馆系统由三维展览厅、二维论坛以及个人空间组成。展览厅在3DMax建模的基础上利用虚拟现实语言Vrml对各种模型进行整合来实现，与以往Flash实现的二维虚拟现实环境相比，具有更强大的沉浸性和音效性，给浏览者提供了一个更加接近现实的逼真环境。论坛和个人空间通过ASP、PHP等技术来实现，这方面的技术在国内相当成熟，与三维空间相结合从而使系统更加的完善，功能更强大。
2 虚拟展览馆系统的实现
（1）展览厅的设计
以时间为分割线把展览厅分为东周春秋展览馆、汉朝展览馆、唐朝展览馆和宋朝展览馆四个部分。
按照朝代顺序把中国历史上众多优秀的诗歌文化都清晰的展现出来，符合人们的逻辑思维，更容易被学习者记忆和接受。展览厅在三维虚拟空间里，通过相关的诗词、雕塑、图片、声音、视频以及相应的发言平台向学生展示中国古代诗歌文化所蕴含的中华民族的优良传统和民族精神，从而使其在现代社会得到传承和发展。在展览厅里，学生可以自由的漫游，还可以看到其他同学，赋予展览厅情感色彩，如同在真实的展览厅里，逼真的虚拟场景充分体现了建构主义理论强调的“情境”构建。学生点击相关的图片、雕塑和诗歌，打开其详细的网页介绍，使知识的呈现更加的详实。点击图片、雕塑和诗歌附近的按钮，可以打开相应的声音介绍和视频介绍，使知识更直观化、形象化，容易为学生所获取。在展览厅下方设有“学生即时发言”板块，学生在展览厅里可以通过这个“即时发言”板块进行相互交流。
（2）论坛的设计
论坛主要用于学生之间的协作交流。学生可以在论坛里对不同的诗歌文化内容板块发表自己的观点，利用论坛的文字、语音视频和其他同学进行交流，教师通过论坛组织学生进行分组交流讨论。论坛具有记录功能，记录学生在展览厅点击内容的次数，根据次数在论坛的热点知识库中对内容进行排名，教师按照热点知识的排名组织学生进行学习。论坛提供了相关的学习资源，如电子书籍、教学 ……此处隐藏15687个字……丰富和真实的情感体验。无论是微观上的细胞分裂、分子活动，还是宏观上的天体和星象运动，网络环境下的虚拟现实技术，可以逼真地反映客观世界的虚实、大小、快慢等物理变化，以及听觉、味觉、触觉上的化学变化，所有这些生动、形象的课程演示，都将会在很大程度上调动学生学习的主动性和积极性，启发学生思维，开发他们的智慧。
（二）医学领域
虚拟现实技术在医学领域的应用主要有两种，一种是利用网络信息技术将人体虚拟化，一种是将手术系统虚拟化。将人体进行虚拟化，主要是利用网络信息技术对人体进行扫描，在扫描的过程中，将具体的数字信息进行组合，从而虚拟出一个“真实的人体”。将人体虚拟化主要用于当真实环境下的种种原因无法满足医疗工作者进行医学研究的需求时，手术者借助HMD感觉手套就可以对虚拟模型进行手术操作，这样就能够实现医学研究者进行研究和探索的目的。借助数字化人体，还可以模拟药物在人体中的新陈代谢活动，这样研制出的药品就可以缩短药物试验周期，降低成本，避免药物对真人有可能造成的伤害的情况下，加快其投入市场的进度。虚拟手术是建立在更高层次和更高技术水准下的医学实验研究，这样的手术必须利用网络技术将虚拟手术室里将会用到的所有的医学器械，进行电脑化控制，以达到远程或近程环境下对真正的病人进行治疗的目的。虚拟手术下的远程手术，是当今医学领域较为先进的一种手术操作方式，它主要是通过远程的操作设备与远距离的医院建立起远程医疗系统，在这种完备的系统下，医生只需对虚拟患者进行手术，并通过网络技术将其动作传递给远端的机器人，由机器人对远端的患者进行手术。在数据输入正确，且系统正常运行的情况下，机器人手术的准确性能从很大程度上得到保证。
（三）娱乐方面
虚拟现实技术在娱乐方面的应用主要是人们都较为熟知的3D技术方面，现在对其应用主要集中在电影和游戏两方面。3D电影可以让观影者在体会到立体画面的同时，实现声音、画面的完美结合，切实满足观影者身临其境的欲望。虚拟现实技术下的游戏，改变了模式下只局限于打键盘和电话速表的模式，它在给游戏者提供近乎真实的游戏或战争场景的同时，可以让游戏者通过一系列真实的头盔显示器和数据手套之类的交互设备，操纵和参与到相对逼真的场景画面中。在保证安全的前提下，给游戏爱好者以全新的感官刺激和真枪实弹的全新体验。
（四）军事航天领域
军事和航天工业的一个重要课题就是进行周期性的军事和航天飞行演练，这是国防和航天人员不可或缺的一个重要课题。利用网络技术可以实现对军事领域多方面的虚拟化模拟，例如虚拟真实地图、虚拟场地、虚拟医学救治等多方面。通过对各个环节的全真性模拟，可以让军事人员有身临其境的真实感，同时，也可以训练他们面对真实环境时临危不惧的心理素质。针对航天飞行演练的虚拟现实演练，能够使航天人员在不进入真实的上空大气层的情况下，真实感受外太空的失重状态及一切未可知的情况，并且可以训练航天人员在外太空需要完成的作业及任务。
（五）科研领域
对某一科研成果或是产品的研究从来都不是一气呵成的，它必须经过多次的实验和检测才能完成，然而，多次的实验过程必然要以付出昂贵的金钱为代价。虚拟现实技术在网络技术的支撑下，可以模拟成果或产品真实的应用环境下的变化和反应，这样，科研人员就可以根据相应变化了解到目前成果或产品的性能，并据此采取相应的措施进行改进。虚拟现实下的成果或产品测试可以缩短产品的研发周期，提高产品的更新换代，从长远看，这将会对科研成果的研究节约大量的费用，并且还能增强检测结果的准确性和可信性。例如在汽车性能的研发过程中，冲撞实验是一项必须的测验项目。借助虚拟现实技术，就可以在不伤及任何人的情况下得到检测结果，既节约了时间和费用，又相对安全。
（六）商业领域
虚拟现实技术在商业领域的应用多体现在对产品的推销上，利用网络技术将产品进行扫描，并输入到计算机系统里，这样顾客就可以通过操纵计算机或是进入虚拟的扫描的环境下，去真实体验产品的性能。就拿房地产产业来说，当建筑工程投标时，房地产商会把设计的方案用虚拟现实技术表现出来。这样就可以让前来投标的人真实地感受到室内的一切，如门的宽度、采光多少、室内排水状况等问题。这样的推销和宣传手段，比单纯的声音解说和图片展示，更能让人信服，也更能展现产品的真是魅力。
三、虚拟现实技术的前景和发展趋势
从上文对虚拟现实技术应用的众多领域的分析可以看出，该技术具有很好的发展前景，在不久的将来，该技术一定会融入到我们日常的生活中。下面，本文就简要介绍一下该技术的发展趋势和前景。
（一）三维图形的生成和显示更加实时
虽然三维图形的生成技术已经较为成熟，但纵观多年的发展，还没有实现实时生成技术。在技术还不纯熟的现在，在完成实时生成技术的过程中，虚拟出的现实环境其质量会降低，很大程度上影响了其真实效果的呈现。
（二）环境建模技术更加动态化
众所周知，虚拟现实技术的核心要素就是虚拟环境的建立，实现动态获取实际环境的数据是至关重要的一个步骤。在虚拟现实技术成熟之后，该技术将实现根据实时需要，及时快速的获取数据的目标。
（三）人机交互设备更加智能化
为了让体验者体会到真实环境的感觉，虚拟现实技术总是要借助于数据手套或是其他的一些设备来辅助体验者产生一些真实感受。但由于技术的限制，体验者并不能全方位感受到虚拟现实的效果。所以，实现人机交换设备的智能化将很好地解决这一问题，这也将成为虚拟现实技术发展的方向之一。
（四）虚拟现实实行智能化语音模式
建模是实行虚拟现实技术的重要一步，只有建好了对现实环境的模型，统计出模型的具体数据，才能具体进行虚拟现实技术的活动。但是，现在的建模由于是人工操作，需要花费大量的人力、物力和财力。为了充分解决这个问题，可以在网络技术成熟的条件下，实行智能化语音模式，这样就可以在现有条件下，将虚拟现实技术与智能技术、语音识别技术结合起来，进行适时的智能化操作。
四、结束语
在当今社会，基于网络环境下的虚拟现实技术已经不再遥远，而是正在向人们的日常生活迈进。在享受它带给我们的便捷和新奇时，我们也应该清醒地认识到，这项技术并不是完美的，它还存在着许多尚未解决的理论和技术问题。随着网络技术的进一步发展和成熟，虚拟现实技术将逐步克服其弊端，为人们的日常生活带来更大的改变，届时，基于网络环境下的虚拟现实技术也将获得更加美好的前景和更大的发展空间。
参考文献
[1]胡小强。虚拟现实技术[M].北京：北京邮电人学出版社，2009.
[2]韩晓玲。虚拟现实技术发展趋向浅析[J].电脑知识与技术，2009.
[3]郑字，工文君，马志强。虚拟现实技术在军事领域的应用现状与前景展望[J].科技资讯，2010（2）.
[4]徐艳。虚拟现实技术在教育教学中的成用研究[J].中国科技信息，2009（3）.
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