虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)12

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述1、什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)（“VirtualReality”簡(jiǎn)稱(chēng)VR），又稱(chēng)靈境技術(shù)，是以浸沒(méi)感、交互性和構(gòu)想為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面。它綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官功能，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中，并能夠通過(guò)語(yǔ)言、手勢(shì)等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。VR的特點(diǎn)1．計(jì)算機(jī)提供"環(huán)境",不是"數(shù)據(jù),信息"。這改變了人機(jī)接口的內(nèi)容。2．操作者由視覺(jué),聽(tīng)覺(jué),力覺(jué)感知環(huán)境,由自然的動(dòng)作操作環(huán)境,不是由屏幕,鍵盤(pán),鼠標(biāo)和計(jì)算機(jī)交互。這改變了人機(jī)接口的形式。3．逼真的感知和自然的動(dòng)作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。這改變了人機(jī)接口的效果。發(fā)

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程1、1961年，MortonHeilig的設(shè)想----體驗(yàn)劇場(chǎng)（Sensorama），以布魯克林街道為背景，模擬漫步的感受----先驅(qū)者2、1965年，計(jì)算圖形學(xué)之父IvanSutherland發(fā)表論文“終極的顯示”，提出“應(yīng)將計(jì)算的顯示屏進(jìn)化為觀(guān)看虛擬世界的窗口”3、次年，他開(kāi)始研制第一個(gè)頭盔顯示器1970年，在猶他大學(xué)成功演示了它的功能。發(fā)

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程4、70-80年代，美國(guó)軍方投巨資研究“飛行頭盔”和其他軍用仿真器，成為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的主要推動(dòng)力。5、1981年，美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行（NASA）制作了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的液晶顯示器頭盔。6、80年代中期，J.Zimmermn和Jaron.Lanier發(fā)明了數(shù)據(jù)手套。1989年組建VPLResearch公司7、同年JaronLanier在文章中正式使用虛擬現(xiàn)實(shí)這一術(shù)語(yǔ)。8、其他成就：用計(jì)算機(jī)生成的圖形代替了攝制圖像，并開(kāi)始設(shè)計(jì)場(chǎng)景生成器----圖形加速卡發(fā)

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程虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有5個(gè)關(guān)鍵成分：虛擬世界、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件、計(jì)算機(jī)、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。虛擬世界是可交互的虛擬環(huán)境，它一般是一個(gè)包含三維模型或者環(huán)境所定義的數(shù)據(jù)庫(kù)。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件提供實(shí)時(shí)觀(guān)察和參與虛擬世界的能力，輸入設(shè)備可用于觀(guān)察和構(gòu)造虛擬世界，包括鼠標(biāo)、游戲桿和定位跟蹤器等，輸出設(shè)備顯示當(dāng)前虛擬世界視圖，包括顯示器和頭盔等虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成輸入設(shè)備：常見(jiàn)的輸入設(shè)備有三維位置跟蹤器、傳感手套、三維鼠標(biāo)等虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成

位置跟蹤器：許多應(yīng)用如機(jī)器人、建筑設(shè)計(jì)、CAD等要求實(shí)時(shí)獲知移動(dòng)物體的位置和方向。在3D空間中移動(dòng)對(duì)象共有三個(gè)平移參數(shù)和三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，這些參數(shù)的測(cè)量結(jié)果組成了一個(gè)六維的數(shù)據(jù)集，用于確定使用者的位置。傳感手套：數(shù)據(jù)手套是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的主要交互設(shè)備，作為虛擬的手或控件用于3D虛擬場(chǎng)景的模擬交互，可進(jìn)行物體抓取、移動(dòng)、裝配、操縱、控制、具備有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)、左手和右手之分。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)的構(gòu)成三維掃描儀：：是一種先進(jìn)進(jìn)的三維模型型建立設(shè)備，，該設(shè)備利用用CCD成像、激光掃掃描燈手段實(shí)實(shí)現(xiàn)物體模型型的取樣，同同時(shí)通過(guò)配套套的矢量化軟軟件對(duì)三維模模型數(shù)據(jù)進(jìn)行行數(shù)字化從而而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)字字模型的控制制，特別適合合于建立一些些不規(guī)則三維維物體模型的的工作中。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)的構(gòu)成三維鼠標(biāo)：用用戶(hù)可用手持持三維鼠標(biāo)操操縱三維圖形形界面。鼠標(biāo)標(biāo)有各種按鍵鍵，系統(tǒng)不停停地采用各按按鍵的狀態(tài)，，并向?qū)崟r(shí)操操作系統(tǒng)發(fā)出出信號(hào)，以控控制虛擬環(huán)境境的前、后運(yùn)運(yùn)動(dòng)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)的構(gòu)成輸出設(shè)備：常見(jiàn)的輸出設(shè)設(shè)備有立體顯顯示設(shè)備、聲聲音生成設(shè)備備及觸覺(jué)力反反饋設(shè)備。立立體顯示設(shè)備備：頭盔顯示示器、立體眼眼鏡、球面投投影儀、3D顯示器虛擬現(xiàn)實(shí)在教教育中的應(yīng)用用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)術(shù)室一門(mén)快速速崛起的新興興技術(shù)。它的的出現(xiàn)對(duì)教育育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)遠(yuǎn)的影響，改改變了以往一一些教學(xué)觀(guān)念念和教學(xué)模式式，構(gòu)成了對(duì)對(duì)某些傳統(tǒng)教教學(xué)模式現(xiàn)實(shí)實(shí)性的否定和和解構(gòu)。虛擬擬顯示技術(shù)呈呈現(xiàn)出教育技技術(shù)發(fā)展的無(wú)無(wú)限可能性，，沖破了傳統(tǒng)統(tǒng)教學(xué)模式中中的狹隘性，，開(kāi)拓了現(xiàn)行行教學(xué)手段的的發(fā)展空間，，從而確立了了非現(xiàn)實(shí)性的的合理性、超超越性、創(chuàng)新新性，為教學(xué)學(xué)的創(chuàng)新提供供了新的空間間虛擬現(xiàn)實(shí)在教教育中的應(yīng)用用1．科研方面的的應(yīng)用各高校在許多多領(lǐng)域都進(jìn)行行了相關(guān)的課課題研究，對(duì)對(duì)科學(xué)技術(shù)研研究具有很大大的促進(jìn)作用用，如：北京京航天航空大大學(xué)在分布式式飛行模擬方方面的應(yīng)用。。浙江大學(xué)在在建筑方面，，進(jìn)行的虛擬擬規(guī)劃、虛擬擬設(shè)計(jì)的應(yīng)用用。哈爾濱工工業(yè)大學(xué)在人人機(jī)交互方面面有很好的成成果。此外，，西安交通大大學(xué)、上海交交通大學(xué)、北北方工業(yè)大學(xué)學(xué)、西北工業(yè)業(yè)大學(xué)、華東東船舶學(xué)院、、安徽大學(xué)等等都有諸多科科技研究的應(yīng)應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)在教教育中的應(yīng)用用2．虛擬仿真校校園網(wǎng)絡(luò)教育的特特點(diǎn)，虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特特點(diǎn)，決定了了我們可以仿仿真我們的校校園環(huán)境。因因此虛擬校園園是虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)絡(luò)與教育最早早的具體應(yīng)有有。天津大學(xué)早在在1996年，在SGI硬件平臺(tái)上，，基于VRML國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，最最早開(kāi)發(fā)了虛虛擬校園。讓讓沒(méi)有去過(guò)天天津大學(xué)的人人，好好領(lǐng)略略了一下近代代史上久富盛盛名的大學(xué)。。那時(shí)國(guó)際互互聯(lián)網(wǎng)剛剛進(jìn)進(jìn)入中國(guó)，網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)教育還未未開(kāi)始。虛擬現(xiàn)實(shí)在教教育中的應(yīng)用用虛擬現(xiàn)實(shí)在教教育中的應(yīng)用用虛擬現(xiàn)實(shí)在教教育中的應(yīng)用用3．虛擬教學(xué)（（實(shí)驗(yàn)）由于虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)點(diǎn),它的實(shí)際應(yīng)用用在理工科的的教學(xué)中應(yīng)有有廣大作為。。尤其在建筑筑、機(jī)械、物物理、化學(xué)等等學(xué)科有著質(zhì)質(zhì)的突破。虛擬現(xiàn)實(shí)在教教育中的應(yīng)用用3．虛擬教學(xué)（（實(shí)驗(yàn)）A.同濟(jì)大學(xué)建筑筑學(xué)院的虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室室他他們采用比比較高端的設(shè)設(shè)備。一個(gè)巨巨大的SONY三槍投影儀，，五臺(tái)高端的的電腦工作站站。G3蘋(píng)果機(jī)，一個(gè)個(gè)SGI高端圖形工作作站，一臺(tái)頂頂級(jí)功放（八八聲道，房間間周?chē)幸繇戫懀?，還有一一些控制設(shè)備備?！碧摂M現(xiàn)實(shí)在教教育中的應(yīng)用用3．虛擬教學(xué)（（實(shí)驗(yàn)）b.西南交通大學(xué)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的的應(yīng)用西南交交通大大學(xué)致致力于于工程程漫游游方面面的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)應(yīng)應(yīng)用，，跟蹤蹤仿真真領(lǐng)域域先進(jìn)進(jìn)技術(shù)術(shù)的發(fā)展，，開(kāi)發(fā)發(fā)出了了一系系列具具有國(guó)國(guó)際水水平的的計(jì)算機(jī)仿仿真和和虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)應(yīng)用用產(chǎn)品品，在在城市市規(guī)劃仿真真、駕駕駛員員培訓(xùn)訓(xùn)仿真真及其其他交交互式式仿真方面面尤為為突出出。虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在教育育中的的應(yīng)用用他們將將視景景仿真真分為為仿真真環(huán)境境和仿仿真驅(qū)驅(qū)動(dòng)兩兩部分分。仿仿真環(huán)環(huán)境包包括模模型設(shè)設(shè)計(jì)、、場(chǎng)景景構(gòu)造造、紋紋理設(shè)設(shè)計(jì)制制作、、特效效設(shè)計(jì)計(jì)等。。仿真真驅(qū)動(dòng)動(dòng)包括括場(chǎng)景景驅(qū)動(dòng)動(dòng)、模模型調(diào)調(diào)動(dòng)處處理、、分布布交互互、大大地形形處理理等，，它要要求高高速逼逼真地地再現(xiàn)現(xiàn)仿真真環(huán)境境，實(shí)實(shí)時(shí)響響應(yīng)交交互操操作等等。虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在教育育中的的應(yīng)用用城市規(guī)規(guī)劃大型工工程漫漫游名勝古古跡虛虛擬旅旅游虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在教育育中的的應(yīng)用用C.中國(guó)科科技大大學(xué)的的虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)應(yīng)用用大學(xué)物物理仿仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)(基于局局域網(wǎng)網(wǎng))虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在教育育中的的應(yīng)用用C.中國(guó)科科技大大學(xué)的的虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)應(yīng)用用幾何光光學(xué)設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)實(shí)驗(yàn)平平臺(tái)全國(guó)第第一套套基于于虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)的教教學(xué)軟軟件。。它用用計(jì)算算機(jī)模模擬的的智能能儀器器代替替價(jià)格格昂貴貴、操操作復(fù)復(fù)雜、、容易易損壞壞、維維修困困難的的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)儀器器，其其具有有操作作簡(jiǎn)便便、效效果真真實(shí)、、物理理圖像像清晰晰、著著重突突出物物理實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)思思想的的特點(diǎn)點(diǎn)。虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在教育育中的的應(yīng)用用基于目目前低低速I(mǎi)nternet網(wǎng)上的的遠(yuǎn)程程教學(xué)學(xué)版本本。利利用該該系統(tǒng)統(tǒng)，教教師可可以分分布在在不同同地點(diǎn)點(diǎn)上網(wǎng)網(wǎng)組織織各種種實(shí)時(shí)時(shí)或非非實(shí)時(shí)時(shí)的分分布式式教學(xué)學(xué)。回回答學(xué)學(xué)生問(wèn)問(wèn)題，，批改改實(shí)驗(yàn)驗(yàn)報(bào)告告等。。學(xué)生生可根根據(jù)自自己的的時(shí)間間安排排通過(guò)過(guò)校園園網(wǎng)或或在家家中利利用電電話(huà)線(xiàn)線(xiàn)上網(wǎng)網(wǎng)接受受教師師指導(dǎo)導(dǎo)完成成各項(xiàng)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)內(nèi)容容，并并上交交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)報(bào)告告。大學(xué)物物理虛虛擬實(shí)實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)程教教學(xué)系系統(tǒng)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在教育育中的的應(yīng)用用D.中國(guó)地地質(zhì)大大學(xué)地地質(zhì)晶晶體學(xué)學(xué)研究究和教教學(xué)應(yīng)應(yīng)用空間格格子、、晶體體的內(nèi)內(nèi)部對(duì)對(duì)稱(chēng)、、最緊緊密堆堆積、、硅氧氧骨干干是晶晶體結(jié)結(jié)構(gòu)教教學(xué)中中的重重點(diǎn)和和難點(diǎn)點(diǎn)，同同時(shí)也也是研研究晶晶體結(jié)結(jié)構(gòu)的的重要要基礎(chǔ)礎(chǔ)，利利用虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)演演示它它們的的結(jié)構(gòu)構(gòu)特征征，直直觀(guān)明明了。。使我我們加加深了了對(duì)晶晶體結(jié)結(jié)構(gòu)的的了解解。巴基球球的分分子圖圖金剛石石的晶晶體結(jié)結(jié)構(gòu)圖圖虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在教育育中的的應(yīng)用用E.東南大大學(xué)的的虛擬擬現(xiàn)實(shí)實(shí)應(yīng)用用東南大大學(xué)在在建筑筑方面面，自自主開(kāi)開(kāi)發(fā)虛虛擬工工程漫漫游、、渲染染的軟軟件。。效果果是驚驚人的的虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在教育育中的的應(yīng)用用4．教育育娛樂(lè)樂(lè)站點(diǎn)點(diǎn)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)在在教育育中的的應(yīng)用用4．教育育娛樂(lè)樂(lè)站點(diǎn)點(diǎn)隨著寬寬帶時(shí)時(shí)代的的來(lái)臨臨，三三網(wǎng)合合一不不久將將成為為現(xiàn)實(shí)實(shí)。與與網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)術(shù)、多多媒體體技術(shù)術(shù)并駕駕齊驅(qū)驅(qū)的虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)，，必將將具有有更加加廣闊闊的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域和和發(fā)展展前景景，在在教育育領(lǐng)域域亦是是如此此，我我們需需要緊緊密關(guān)關(guān)注，，大膽膽應(yīng)用用，才才能為為我們們的遠(yuǎn)遠(yuǎn)程教教育事事業(yè)增增添強(qiáng)強(qiáng)大的的生命命力。虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)的的未來(lái)來(lái)發(fā)展展趨勢(shì)勢(shì)虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)從從其萌萌芽到到今天天的日日漸成成熟已已經(jīng)走走過(guò)了了相當(dāng)當(dāng)長(zhǎng)的的一段段風(fēng)雨雨歷程程。在在某種種意義義上說(shuō)說(shuō)它將將改變變?nèi)藗儌兊乃妓季S方方式，，甚至至?xí)母淖內(nèi)巳藗儗?duì)對(duì)世界界、自自己、、空間間和時(shí)時(shí)間的的看法法。目目前它它的研研究?jī)?nèi)內(nèi)容涉涉及到到多項(xiàng)項(xiàng)學(xué)科科領(lǐng)域域。我我們同同時(shí)也也認(rèn)識(shí)識(shí)到,這個(gè)領(lǐng)領(lǐng)域的的技術(shù)術(shù)具有有巨大大的潛潛力和和廣闊闊的應(yīng)應(yīng)用前前景。。說(shuō)到底底，虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)是是一種種新的的人機(jī)機(jī)交互互方式式。與與以前前任何何人機(jī)機(jī)交互互形式式相比比，它它有希希望徹徹底實(shí)實(shí)現(xiàn)““和諧諧的、、擬人人化的的”人人機(jī)界界面。。虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)有有三個(gè)個(gè)重要要特點(diǎn)點(diǎn)：沉沉浸感感、交交互性性和構(gòu)構(gòu)想性性，這這決定定了它它與以以往人人機(jī)交交互技技術(shù)的的不同同，反反映了了人機(jī)機(jī)關(guān)系系的