陜彬

【摘要】在科技迅速發(fā)展過(guò)程中，VR技術(shù)也在不斷完善，VR技術(shù)包含了多媒體技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)，其屬于綜合型信息技術(shù)。將其應(yīng)用到教學(xué)中，可通過(guò)營(yíng)造良好教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而提升課堂教學(xué)效率及教學(xué)效果。詳細(xì)解析VR技術(shù)的特點(diǎn)將此技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)中，可推動(dòng)教學(xué)方式、教學(xué)模式的創(chuàng)新，這對(duì)推動(dòng)我國(guó)教育行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展、培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)人才具有重要意義。本文就VR技術(shù)的特點(diǎn)展開(kāi)敘述。分析了VR技術(shù)及特點(diǎn)，研究了VR系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】VR技術(shù);特點(diǎn);分析

1 VR技術(shù)及特點(diǎn)

1.1VR技術(shù)

VR技術(shù)屬于綜合型技術(shù)，其主要包含了計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等技術(shù)，其可利用計(jì)算機(jī)為用戶(hù)營(yíng)造良好的虛擬空間，使用戶(hù)可在此空間中實(shí)現(xiàn)交互，進(jìn)而獲得各種信息。使用者在移動(dòng)位置時(shí)，計(jì)算機(jī)也將通過(guò)計(jì)算，利用3D技術(shù)為用戶(hù)營(yíng)造與真實(shí)相同的虛擬空間。其主要涉及到的開(kāi)發(fā)技術(shù)為：VRML、XML、X3D等技術(shù)。

圖一 VR系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

1.2VR技術(shù)特征

VR技術(shù)的特點(diǎn)主要為沉浸性、交互性、想象性這幾種。正是由于VR技術(shù)具有以上特點(diǎn)，將給用戶(hù)一種真實(shí)感，并且與虛擬世界進(jìn)行交互操作。

1.2.1沉浸性特征

其也可稱(chēng)為侵入性，主要包含虛擬技術(shù)為用戶(hù)提供的視聽(tīng)覺(jué)感受、運(yùn)動(dòng)感受等感受方面的入侵。完全沉浸感指的是用戶(hù)在進(jìn)入虛擬環(huán)境當(dāng)中后，將被虛擬環(huán)境包圍，并且未設(shè)置屏幕框，真實(shí)世界也不會(huì)對(duì)用戶(hù)造成影響，采用此種體驗(yàn)方式用戶(hù)就如完全位于虛擬環(huán)境中。此外，采用此種體驗(yàn)方式，用戶(hù)可獲得虛擬環(huán)境的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多方面感受，并且獲得一種真實(shí)的感受。若用戶(hù)沉浸在虛擬環(huán)境當(dāng)中，其并不能區(qū)分虛擬環(huán)境中事物的真假。

1.2.2交互性特征

交互性特征指的是用戶(hù)利用相應(yīng)設(shè)施，使用戶(hù)在虛擬空間中進(jìn)行感受，并且可觀察、控制虛擬世界中的事件。計(jì)算機(jī)與相關(guān)設(shè)施可通過(guò)獲取用戶(hù)的操作行為，反應(yīng)用戶(hù)的控制行為并及時(shí)進(jìn)行反饋，如此用戶(hù)可及時(shí)獲取相關(guān)操作將形成的成果。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)操作方式不同，VR技術(shù)交互方式更為自然，相關(guān)設(shè)備可識(shí)別用戶(hù)抓取、移動(dòng)等動(dòng)作，這種交互方式可使用戶(hù)成為整個(gè)虛擬活動(dòng)的參與者，可提升用戶(hù)體驗(yàn)。

1.2.3想象性特征

正是由于VR技術(shù)具有想象性這一特征，虛擬世界變得更為生動(dòng)、豐富，不論是宇宙還是微塵，在虛擬空間中均可充分展現(xiàn)在用戶(hù)眼前。虛擬環(huán)境是由人們依據(jù)真實(shí)世界虛擬、創(chuàng)造出的虛擬世界。VR技術(shù)的想象性特征使得其不僅可營(yíng)造與現(xiàn)實(shí)世界相似的虛擬環(huán)境，還可營(yíng)造現(xiàn)實(shí)世界不存在的事物或環(huán)境;同時(shí)還可模擬、仿造真實(shí)世界中存在的事物，也可營(yíng)造由人想象出的事物。

2 VR技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)

由上文可知，VR技術(shù)屬于綜合型技術(shù)，其主要包含了實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、立體顯示技術(shù)、跟蹤技術(shù)、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)。下文將對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要探析。

2.1實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形

與其他技術(shù)相比，通過(guò)計(jì)算機(jī)模型可形成相應(yīng)圖形及圖像。若設(shè)置有準(zhǔn)確的模型，通過(guò)一段時(shí)間的設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)化，可形成不同物體的圖像，但是VR技術(shù)要求的是實(shí)時(shí)形成相應(yīng)圖像，比如：飛行模擬系統(tǒng)當(dāng)中，圖像更新速度對(duì)用戶(hù)體驗(yàn)具有重要影響。此外，VR技術(shù)對(duì)圖像質(zhì)量要求也較高，由于需在虛擬環(huán)境中實(shí)時(shí)形成相應(yīng)圖像，如此將增加圖像形成難度。

2.2顯示

由于人的兩只眼睛位于不同位置，其在觀察世界時(shí)，將獲得不同圖像，并在大腦中將獲取的圖像整合起來(lái)，從而形成人對(duì)于周?chē)澜绲捏w驗(yàn)及感受，其中包含了事物與人的距離等信息。同時(shí)，可通過(guò)物體大小對(duì)比、眼睛焦距等方式獲取人與事物距離信息。

VR系統(tǒng)當(dāng)中，人體眼睛視覺(jué)系統(tǒng)具有重要作用。由于用戶(hù)眼睛看到的圖像并不是同時(shí)看到的，因此其可展現(xiàn)在不同顯示器中。部分VR系統(tǒng)選用的是單個(gè)顯示器，用戶(hù)在佩戴相應(yīng)設(shè)備后，其中一只眼睛可觀察到奇數(shù)偵圖像，而另一只眼睛則可觀察偶數(shù)幀圖像，正是由于兩只眼睛觀察到的圖像偵不同，可形成一種立體感。

用戶(hù)跟蹤：在虛擬世界中，所有物體均有其與系統(tǒng)相符的特定坐標(biāo)及姿態(tài)，用戶(hù)在系統(tǒng)中也具有其坐標(biāo)。在虛擬環(huán)境中，用戶(hù)觀察到的景象是通過(guò)用戶(hù)位置及用戶(hù)頭部位置、方向確定的。

跟蹤用戶(hù)頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)當(dāng)中，用戶(hù)需利用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)改變用戶(hù)視角與視場(chǎng)，此方式中用戶(hù)視覺(jué)與運(yùn)動(dòng)感知并不相同。而VR系統(tǒng)中，通過(guò)頭部跟蹤方式轉(zhuǎn)變用戶(hù)視角與視場(chǎng)，如此可確保用戶(hù)視覺(jué)系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)感知相結(jié)合，給用于一種真實(shí)的感覺(jué)。此外，在VR系統(tǒng)中，用戶(hù)不僅可利用眼睛感受、了解環(huán)境，還可通過(guò)頭部運(yùn)動(dòng)了解周?chē)h(huán)境。

現(xiàn)階段，普通計(jì)算機(jī)用戶(hù)仍使用鍵盤(pán)與鼠標(biāo)完成人、計(jì)算機(jī)交互操作。三維空間當(dāng)中，使用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)這些方式并不合適。整個(gè)三維空間當(dāng)中具有6個(gè)自由度，并不能有效使用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)反應(yīng)三維空間的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)階段，3Space數(shù)字化儀等多個(gè)設(shè)備可提供6個(gè)自由度。此外，數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣的性能也較好。

2.3聲音

人們可依據(jù)聲音確定其聲源方向。在水平方向方面，人們可依據(jù)聲音強(qiáng)度、相位差，分析聲音傳來(lái)的方向（聲音傳到人兩只耳朵的時(shí)間與距離并不相同）。立體聲就是依據(jù)人左右耳聽(tīng)到聲音時(shí)間不同這一特點(diǎn)在不同位置錄制不同聲音形成的，其可給人方向感。在人轉(zhuǎn)動(dòng)其頭部時(shí)，其聽(tīng)到的聲音方向也將隨之變化。然而在VR系統(tǒng)當(dāng)中，聲音方向并不能依據(jù)用戶(hù)頭部運(yùn)動(dòng)情況變化。

2.4感覺(jué)反饋

在整個(gè)VR系統(tǒng)當(dāng)中，用戶(hù)可觀察到虛擬的事物。當(dāng)用戶(hù)想用手觸摸時(shí)，并不能獲得與真實(shí)物體接觸的感覺(jué)，且用戶(hù)的手可能穿過(guò)虛擬事物，這種現(xiàn)象在真實(shí)世界中并不存在。為有效解決這一問(wèn)題，提升用戶(hù)體驗(yàn)，可在手套內(nèi)存設(shè)置振動(dòng)觸點(diǎn)，為用戶(hù)模擬觸摸真實(shí)物體的感覺(jué)。

2.5語(yǔ)音

在整個(gè)VR系統(tǒng)當(dāng)中，語(yǔ)音輸出對(duì)用戶(hù)體驗(yàn)具有重要影響。因此，為提升用戶(hù)體驗(yàn)，需保證虛擬環(huán)境可聽(tīng)懂用戶(hù)的指令，并與用戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。計(jì)算機(jī)并不能識(shí)別用戶(hù)語(yǔ)言，其主要原因是：用于語(yǔ)音信號(hào)與自然語(yǔ)言信號(hào)較為復(fù)雜，比如：用戶(hù)語(yǔ)音中并未有停頓，且相同詞語(yǔ)的發(fā)音并不相同，不同用戶(hù)語(yǔ)音不同，且相同用戶(hù)在不同環(huán)境中語(yǔ)音也存在一定差異。

在語(yǔ)音輸出方面存在以下問(wèn)題：第一，效率。為保證計(jì)算機(jī)可理解用戶(hù)語(yǔ)言，則用戶(hù)需輸入較為啰嗦、簡(jiǎn)單的語(yǔ)言;第二，正確性。計(jì)算機(jī)理解語(yǔ)言時(shí)并不能如用戶(hù)一樣智能。

3 VR設(shè)備種類(lèi)

我們可依據(jù)VR技術(shù)交互程度、沉浸性程度將氣劃分為以下幾種：

3.1桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)顯示器將作為虛擬環(huán)境的視覺(jué)窗口，利用計(jì)算機(jī)、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、追蹤設(shè)備等將交互設(shè)備連接在一起，同時(shí)對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，進(jìn)而為用戶(hù)呈現(xiàn)較為真實(shí)的虛擬環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)“窗口虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)”大多用于場(chǎng)景漫游環(huán)境當(dāng)中。其也可被稱(chēng)為“純軟件虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)”，此類(lèi)系統(tǒng)大多應(yīng)用在高?；?qū)嶒?yàn)室當(dāng)中。由于桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢(shì)，因此其使用范圍較廣。

3.2沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

在使用此VR系統(tǒng)時(shí)，相關(guān)設(shè)備將阻隔用戶(hù)與真實(shí)世界。在使用過(guò)程中，用戶(hù)需佩戴頭部式顯示器、交互設(shè)備（大多為數(shù)據(jù)手套），進(jìn)行交互式操作。在此系統(tǒng)中，相關(guān)設(shè)備將用戶(hù)的感官體驗(yàn)轉(zhuǎn)移到虛擬環(huán)境當(dāng)中。在整個(gè)虛擬環(huán)境中，可使用控制輸入設(shè)備保證用戶(hù)與虛擬環(huán)境之間的交互，進(jìn)而使虛擬環(huán)境發(fā)生反應(yīng)。通常情況下，沉浸式設(shè)備梯形比較大，造價(jià)成本較高，因此其并未在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。

3.3增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

在增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，可向用戶(hù)展示真實(shí)世界與虛擬世界。用戶(hù)在使用過(guò)程中，并不要求其感知的全部環(huán)境均為虛擬環(huán)境，系統(tǒng)可模擬部分環(huán)境。用戶(hù)可在現(xiàn)實(shí)世界中進(jìn)行相關(guān)操作，從而使虛擬世界發(fā)生相應(yīng)變化。用戶(hù)可佩戴加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示的設(shè)備，如此可實(shí)時(shí)計(jì)算用戶(hù)位置信息并及時(shí)更新。此類(lèi)設(shè)備不僅可保證用戶(hù)具有真實(shí)世界的感覺(jué)，也可模擬虛擬世界并將其展現(xiàn)給用戶(hù)，如此可減少計(jì)算機(jī)計(jì)算量，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算、分析，人類(lèi)可獲知超過(guò)自己數(shù)據(jù)分析能力的信息。

3.4網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

此項(xiàng)VR系統(tǒng)屬于以上幾種系統(tǒng)的綜合型系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中使用的附加網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)虛擬環(huán)境的約束并不大。用戶(hù)可使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與其他用戶(hù)實(shí)現(xiàn)交互，所有存在于虛擬環(huán)境中的用戶(hù)均可對(duì)虛擬環(huán)境、用戶(hù)進(jìn)行操作，進(jìn)而形成一定反應(yīng)，如此可保證虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可依據(jù)項(xiàng)目復(fù)雜性進(jìn)行多人合作。關(guān)于協(xié)同工作的研究則是VR技術(shù)的新研究重點(diǎn)，但是還不夠完善。其主要研究了VR技術(shù)中人與人之間的互動(dòng)、人與及其之間的互動(dòng)、人與場(chǎng)景之間的互動(dòng)等技術(shù)問(wèn)題。虛擬環(huán)境中的集體工作，可加強(qiáng)對(duì)問(wèn)題的研究、分析，以保證問(wèn)題可及時(shí)解決。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可無(wú)視空間位置的影響，確保位于不同地區(qū)的人可在同一虛擬場(chǎng)景中工作。

總結(jié)：VR技術(shù)屬于綜合信息技術(shù)，熟悉和掌握VR技術(shù)的特點(diǎn)，研究VR系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。可以將其應(yīng)用到教學(xué)中，提升課堂教學(xué)效率及教學(xué)效果?？赏苿?dòng)教學(xué)方式、教學(xué)模式的創(chuàng)新，這對(duì)推動(dòng)我國(guó)教育行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展、培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)人才具有重要意義。

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