摘 要隨著科技的高速進(jìn)步，大量新型技術(shù)問(wèn)世，對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門(mén)應(yīng)用范圍廣闊、應(yīng)用效果卓越的新型技術(shù)，在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)等工作中發(fā)揮了不可或缺的作用。在仿真實(shí)驗(yàn)及教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，有利于顯現(xiàn)模擬那些客觀存在，而在課堂教學(xué)環(huán)境中難以實(shí)現(xiàn)的事物，從而大幅縮減仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本，保障仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。本文主要研究了虛擬現(xiàn)實(shí)在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，供讀者參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí) 仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué) 應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作在理工科教學(xué)活動(dòng)中扮演了重要的角色，有利于鞏固學(xué)生的理論知識(shí)學(xué)習(xí)成果、深化學(xué)生掌握及理解知識(shí)的能力，培養(yǎng)并強(qiáng)化學(xué)生分析及解決問(wèn)題的能力。現(xiàn)階段，受實(shí)驗(yàn)室條件的限制，在實(shí)際的理工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生們往往借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在相關(guān)模型上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究工作。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中廣泛應(yīng)用，收到了顯著的成效，極大地推動(dòng)了仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)步。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的內(nèi)涵及主要語(yǔ)言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)VR，其是一類(lèi)可以體驗(yàn)及創(chuàng)建虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，借助計(jì)算機(jī)生成相應(yīng)的模擬環(huán)境并使用戶(hù)沉浸至該環(huán)境之中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)研究與發(fā)展的一個(gè)重要方向，其是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度融合，是一門(mén)復(fù)雜程度極高、應(yīng)用空間廣闊的新型技術(shù)。

就目前狀況而言，VBML語(yǔ)言是虛擬環(huán)境構(gòu)建工作所使用的主要語(yǔ)言，其能夠有效靈活地將二維圖形、三維圖形、視頻及音頻等效果調(diào)和于一起，從而創(chuàng)造出一個(gè)綜合性極強(qiáng)的虛擬場(chǎng)景，并為虛擬場(chǎng)景賦予較強(qiáng)的實(shí)時(shí)感及空間感。用戶(hù)可以在虛擬場(chǎng)景中隨意巡行，而且能夠?qū)?chǎng)景中的相關(guān)對(duì)象進(jìn)行交互式的操作。

2 虛擬倒立擺三維場(chǎng)景的構(gòu)造

VRML是重要的虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言，人們利用VBML語(yǔ)言能夠快捷、有效地建立虛擬三維場(chǎng)景。作為虛擬空間的文本性描述，VBML文件可以由任意一個(gè)記事本生成，而“.wrl”是VBML文件的擴(kuò)展名。經(jīng)驗(yàn)表明，在建模工作中運(yùn)用VBML較為困難，需要經(jīng)歷大量的必要程序，不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)即所得，還要編寫(xiě)大量的程序代碼，工作量極大。

MATLAB中自帶了一個(gè)三維物體構(gòu)造軟件包，軟件包的名稱(chēng)為V-Realm Builder，該軟件包的功能十分強(qiáng)大，其能夠提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持VBML的瀏覽器能夠看到該軟件包所生成的虛擬世界及三維物體。V-Realm Builder既能夠簡(jiǎn)化三維物體的創(chuàng)造工作，同時(shí)還可以提供極為強(qiáng)大的三維物體編輯功能。使用者能夠直接對(duì)界面中的每一個(gè)域及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)展編輯工作，而且相應(yīng)的場(chǎng)景立刻得到顯示與修改。使用者能夠輕松、便捷地進(jìn)行節(jié)點(diǎn)修改、編輯與增加操作，絕大部分編輯功借助鼠標(biāo)即可完成。V-Realm Builder的VBML的構(gòu)造能力極其強(qiáng)大，基于此，可以在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中構(gòu)建虛擬的三維倒立式擺模型。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 分布式開(kāi)發(fā)

在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用相應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)而得到分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以最大化地滿(mǎn)足分布式仿真對(duì)共享虛擬環(huán)境的各類(lèi)要求，同時(shí)還能夠適應(yīng)復(fù)雜虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)計(jì)算工作的需要。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的重要核心，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的先進(jìn)性與完善性逐漸增強(qiáng)，該系統(tǒng)能夠促使不同的實(shí)驗(yàn)者在不同區(qū)域，同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入分布式虛擬環(huán)境中，為異地實(shí)驗(yàn)者提供了共同學(xué)習(xí)理論知識(shí)、分享實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的集成技術(shù)

軟件系統(tǒng)集成是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)集成的前提條件及重要基礎(chǔ)，而系統(tǒng)的集成被視作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)集成的關(guān)鍵表現(xiàn)。由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中軟件的高度集成能夠確保系統(tǒng)集成的靈活性，這種靈活性往往表現(xiàn)在不同層面之上，能夠促進(jìn)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)步。虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中囊括了大量易被系統(tǒng)感知的信息，也含納了三維立體模型，因此，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的集成技術(shù)能夠在縮減實(shí)驗(yàn)成本的基礎(chǔ)上提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。數(shù)據(jù)識(shí)別、實(shí)驗(yàn)對(duì)象的同步、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?biāo)識(shí)及數(shù)據(jù)形態(tài)轉(zhuǎn)換技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)集成技術(shù)的主要組成成分。

3.3 生成實(shí)時(shí)三維圖形

現(xiàn)階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的三維立體圖形生成技術(shù)已較為成熟，對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的同步技術(shù)是三維圖形生成技術(shù)的核心技術(shù)之一。通常情況下，若要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)生成實(shí)驗(yàn)效果的目標(biāo)，則需要保證三維立體圖形的刷新速率不低于16幀每秒。在一定的范圍內(nèi)，三維立體圖形刷新速率越快越好，一般認(rèn)為最佳的三維立體圖形刷新速率應(yīng)不低30幀每秒。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)在不降低三維立體圖形的質(zhì)量及數(shù)量的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)靥嵘龍D形的刷新速率。

3.4 動(dòng)態(tài)環(huán)境建模

在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)做好動(dòng)態(tài)建模工作。應(yīng)用動(dòng)態(tài)建模技術(shù)的主要目的是構(gòu)建與仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)應(yīng)的環(huán)境模擬模型，借助來(lái)源于現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的建模數(shù)據(jù)，緊密結(jié)合實(shí)際仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體需要來(lái)建立合適的模型。在三維數(shù)據(jù)信息采集過(guò)程中，需要用到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)等技術(shù)。在實(shí)際的動(dòng)態(tài)環(huán)境建模工作中，應(yīng)當(dāng)考慮到相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)流程的復(fù)雜程度，遴選最合適的建模軟件來(lái)開(kāi)展實(shí)物三維造型的構(gòu)造工作。

4 結(jié)語(yǔ)

得益于科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸成熟并在諸多行業(yè)中成功應(yīng)用。新的發(fā)展形勢(shì)下做好虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，有利于縮減實(shí)驗(yàn)成本、提升實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。在實(shí)際的虛擬環(huán)境構(gòu)建過(guò)程中要注意相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)、遴選最恰當(dāng)、先進(jìn)的建模軟件開(kāi)展建模工作，廣大教師要不斷地提升自身的綜合素質(zhì)，善于總結(jié)借鑒優(yōu)秀的建模經(jīng)驗(yàn)，從而最大程度地強(qiáng)化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介

董艷雯（1970-），女，河南省鄭州市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為鄭州市技師學(xué)院講師。主要研究方向?yàn)殡娮?、教育?/p>

作者單位

鄭州市技師學(xué)院 河南省鄭州市 450000