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虚拟现实技术与教育一、虚拟现实技术概述1、什么是虚拟现实技术虚拟现实（“VirtualReality”简称VR），又称灵境技术，是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。1．计算机提供环境,不是数据,信息。这改变了人机接口的内容。2．操作者由视觉,听觉,力觉感知环境,由自然的动作操作环境,不是由屏幕,键盘,鼠标和计算机交互。这改变了人机接口的形式。3．逼真的感知和自然的动作，使人产生身临其境的感觉。这改变了人机接口的效果。发展历程1、1961年，MortonHeilig的设想----体验剧场（Sensorama），以布鲁克林街道为背景，模拟漫步的感受----先驱者2、1965年，计算图形学之父IvanSutherland发表论文“终极的显示”，提出“应将计算的显示屏进化为观看虚拟世界的窗口”3、次年，他开始研制第一个头盔显示器1970年，在犹他大学成功演示了它的功能。发展历程4、70-80年代，美国军方投巨资研究“飞行头盔”和其他军用仿真器，成为虚拟现实技术发展的主要推动力。5、1981年，美国国家航空和宇宙航行（NASA）制作了当时最先进的液晶显示器头盔。6、80年代中期，J.Zimmermn和Jaron.Lanier发明了数据手套。1989年组建VPLResearch公司7、同年JaronLanier在文章中正式使用虚拟现实这一术语。8、其他成就：用计算机生成的图形代替了摄制图像，并开始设计场景生成器----图形加速卡发展历程虚拟现实系统的构成虚拟现实系统有5个关键成分：虚拟世界、虚拟现实软件、计算机、输入设备和输出设备。虚拟世界是可交互的虚拟环境，它一般是一个包含三维模型或者环境所定义的数据库。虚拟现实软件提供实时观察和参与虚拟世界的能力，输入设备可用于观察和构造虚拟世界，包括鼠标、游戏杆和定位跟踪器等，输出设备显示当前虚拟世界视图，包括显示器和头盔等虚拟现实系统的构成输入设备：常见的输入设备有三维位置跟踪器、传感手套、三维鼠标等虚拟现实系统的构成位置跟踪器：许多应用如机器人、建筑设计、CAD等要求实时获知移动物体的位置和方向。在3D空间中移动对象共有三个平移参数和三个旋转参数，这些参数的测量结果组成了一个六维的数据集，用于确定使用者的位置。传感手套：数据手套是虚拟现实应用的主要交互设备，作为虚拟的手或控件用于3D虚拟场景的模拟交互，可进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制、具备有线和无线、左手和右手之分。虚拟现实系统的构成三维扫描仪：是一种先进的三维模型建立设备，该设备利用CCD成像、激光扫描灯手段实现物体模型的取样，同时通过配套的矢量化软件对三维模型数据进行数字化从而实现计算机系统对数字模型的控制，特别适合于建立一些不规则三维物体模型的工作中。虚拟现实系统的构成三维鼠标：用户可用手持三维鼠标操纵三维图形界面。鼠标有各种按键，系统不停地采用各按键的状态，并向实时操作系统发出信号，以控制虚拟环境的前、后运动。虚拟现实系统的构成输出设备：常见的输出设备有立体显示设备、声音生成设备及触觉力反馈设备。立体显示设备：头盔显示器、立体眼镜、球面投影仪、3D显示器虚拟现实在教育中的应用虚拟现实技术室一门快速崛起的新兴技术。它的出现对教育产生了深远的影响，改变了以往一些教学观念和教学模式，构成了对某些传统教学模式现实性的否定和解构。虚拟显示技术呈现出教育技术发展的无限可能性，冲破了传统教学模式中的狭隘性，开拓了现行教学手段的发展空间，从而确立了非现实性的合理性、超越性、创新性，为教学的创新提供了新的空间虚拟现实在教育中的应用1．科研方面的应用各高校在许多领域都进行了相关的课题研究，对科学技术研究具有很大的促进作用，如：北京航天航空大学在分布式飞行模拟方面的应用。浙江大学在建筑方面，进行的虚拟规划、虚拟设计的应用。哈尔滨工业大学在人机交互方面有很好的成果。此外，西安交通大学、上海交通大学、北方工业大学、西北工业大学、华东船舶学院、安徽大学等都有诸多科技研究的应用。虚拟现实在教育中的应用2．虚拟仿真校园网络教育的特点，虚拟现实技术的特点，决定了我们可以仿真我们的校园环境。因此虚拟校园是虚拟现实技术与网络与教育最早的具体应有。天津大学早在1996年，在SGI硬件平台上，基于VRML国际标准，最早开发了虚拟校园。让没有去过天津大学的人，好好领略了一下近代史上久富盛名的大学。那时国际互联网刚刚进入中国，网络教育还未开始。虚拟现实在教育中的应用虚拟现实在教育中的应用虚拟现实在教育中的应用3．虚拟教学（实验）由于虚拟现实技术的特点,它的实际应用在理工科的教学中应有广大作为。尤其在建筑、机械、物理、化学等学科有着质的突破。虚拟现实在教育中的应用3．虚拟教学（实验）A.同济大学建筑学院的虚拟现实实验室他们采用比较高端的设备。一个巨大的SONY三枪投影仪，五台高端的电脑工作站。G3苹果机，一个SGI高端图形工作站，一台顶级功放（八声道，房间周围有音响），还有一些控制设备。”虚拟现实在教育中的应用3．虚拟教学（实验）b.西南交通大学虚拟现实的应用西南交通大学致力于工程漫游方面的虚拟现实应用，跟踪仿真领域先进技术的发展，开发出了一系列具有国际水平的计算机仿真和虚拟现实应用产品，在城市规划仿真、驾驶员培训仿真及其他交互式仿真方面尤为突出。虚拟现实在教育中的应用他们将视景仿真分为仿真环境和仿真驱动两部分。仿真环境包括模型设计、场景构造、纹理设计制作、特效设计等。仿真驱动包括场景驱动、模型调动处理、分布交互、大地形处理等，它要求高速逼真地再现仿真环境，实时响应交互操作等。虚拟现实在教育中的应用城市规划大型工程漫游名胜古迹虚拟旅游虚拟现实在教育中的应用C.中国科技大学的虚拟现实应用大学物理仿真实验(基于局域网)虚拟现实在教育中的应用C.中国科技大学的虚拟现实应用几何光学设计实验平台全国第一套基于虚拟现实的教学软件。它用计算机模拟的智能仪器代替价格昂贵、操作复杂、容易损坏、维修困难的实验仪器，其具有操作简便、效果真实、物理图像清晰、着重突出物理实验设计思想的特点。虚拟现实在教育中的应用基于目前低速Internet网上的远程教学版本。利用该系统，教师可以分布在不同地点上网组织各种实时或非实时的分布式教学。回答学生问题，批改实验报告等。学生可根据自己的时间安排通过校园网或在家中利用电话线上网接受教师指导完成各项实验内容，并上交实验报告。大学物理虚拟实验远程教学系统虚拟现实在教育中的应用D.中国地质大学地质晶体学研究和教学应用空间格子、晶体的内部对称、最紧密堆积、硅氧骨干是晶体结构教学中的重点和难点，同时也是研究晶体结构的重要基础，利用虚拟现实技术演示它们的结构特征，直观明了。使我们加深了对晶体结构的了解。巴基球的分子图金刚石的晶体结构图虚拟现实在教育中的应用E.东南大学的虚拟现实应用东南大学在建筑方面，自主开发虚拟工程漫游、渲染的软件。效果是惊人的虚拟现实在教育中的应用4．教育娱乐站点科立华已经运用此种构想，建立虚拟娱乐网站的雏形。将群体式学习、协作式学习、竞赛式学习的模式灵活应用。已经可以在教育的过程中，添加娱乐因素。将学习、交友、校园生活融为一体。类似的如网大，诺亚城均有相似之处，如何用新的形式来表达传统的内涵，如何进行素质教育的尝试，值得我们探讨。相关网址：．教育娱乐站点随着宽带时代的来临，三网合一不久将成为现实。与网络技术、多媒体技术并驾齐驱的虚拟现实技术，必将具有更加广阔的应用领域和发展前景，在教育领域亦是如此，我们需要紧密关注，大胆应用，才能为我们的远程教育事业增添强大的生命力。虚拟现实技术的未来发展趋势虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经走过了相当长的一段风雨历程。在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。目前它的研究内容涉及到多项学科领域。我们同时也认识到,这个领域的技术具有巨大的潜力和广阔的应用前景。说到底，虚拟现实是一种新的人机交互方式。与以前任何人机交互形式相比，它有希望彻底实现“和谐的、拟人化的”人机界面。虚拟现实系统有三个重要特点：沉浸感、交互性和构想性，这决定了它与以往人机交互技术的不同，反映了人机关系的演化过程。虚拟现实技术的未来发展趋势作为长远研究目标，作为技术驱动力，作为新的人机交互方式，作为国家的一些关键应用目标，虚拟现实都是值得高度重视的。与此同时，必须十分重视虚拟现实的广泛应用。虚拟现实还有很长的路要走，机会和挑战并存，而且虚拟现实和人机交互关系密切，必须重视人机交互的研究，这点正是我国比较欠缺的部分。我们期待着有朝一日,虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统,成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。我们相信随着计算机技术和网络技术的飞速发展,计算机3D运算能力和网络带宽大大提高,虚拟现实在生产生活中的应用将日益广泛