序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇虛擬現(xiàn)實概念范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

目前國際上流行的一種“故事版情景預言法”的概念設計，就是將要開發(fā)的產(chǎn)品置于一定的人、時、地、事和物中進行觀察、預測、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設計表達展示給人們。于是，產(chǎn)品在設計的開始便多了一份生命和靈氣。然而，設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，虛擬現(xiàn)實技術的應用，使設計思路和設計表達如虎添翼。讓人多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發(fā)設計的產(chǎn)品與傳統(tǒng)相比，大大減少了投放市場的風險性，也為 企業(yè) 決策人尋找商機、判斷概念產(chǎn)品能否進一步開發(fā)生產(chǎn)，提供更好的依據(jù)。

一、虛擬現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實技術

（一）虛擬現(xiàn)實（virtual reality，vr）及虛擬設計（virtual design，vd）

虛擬現(xiàn)實（virtual reality，vr）是利用 計算 機省城一種模擬環(huán)境，通過多種傳感設備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進 自然 交互的技術。這里所謂模擬環(huán)境就是計算機生成的具有色彩的立體圖形，它可以是某特定現(xiàn)實世界的真實體現(xiàn)，也可以是純粹構想的世界。傳感設備包括立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服等穿戴于用戶身上的裝置和設置現(xiàn)實環(huán)境中的傳感裝置。自然交互是指用日常使用的方式對環(huán)境內的武體進行操作并得到實時立體反饋。虛擬現(xiàn)實是一種全新的人機交互系統(tǒng)，它能對介入者產(chǎn)生各種感官刺激，如聽覺、視覺、嗅覺、觸覺，給人身臨其境的感覺，人能以自然的方式與計算機生成的環(huán)境進行交互操作。

虛擬設計是以“虛擬現(xiàn)實技術為基礎，以機械產(chǎn)品為對象的設計手段”，借助這樣的設計手段，設計人員可以通過多種傳感器與多維的信息環(huán)境進行自然地交互，實現(xiàn)從定性和定量綜合集成環(huán)境得到感性和理性的認識，從而幫助深化概念和萌發(fā)新意。

（二）虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實技術是人的想象力和 電子 學等相結合而產(chǎn)生的一項綜合技術，它利用多媒體計算機仿真技術構成一種特殊環(huán)境，用戶可以通過各種傳感系統(tǒng)與這種環(huán)境進行自然的交互，從而體驗比現(xiàn)實世界更加豐富的感受。

二、概念設計的定義及內涵

pahl和beitz在《engineering design》一書中提出“概念設計”這一名詞以來，人們對概念設計進行了十幾年的研究。他們將其定義為：在確定任務之后，通過抽象化，擬定功能結構，尋求適當?shù)淖饔迷順O其組合等，確定出基本求解途徑，得到求解方案，這部分設計工作叫做概念設計。

國內的學者也對概念設計進行了大量的研究，其中鄧家褆在《產(chǎn)品概念設計》一書中將“產(chǎn)品概念設計”定義為“由分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的，可組織的，有目標的設計活動，它表現(xiàn)為一個由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具體、不斷進化的過程?！?/p>

在幾十年的時間里，人們對概念設計的研究日益增加、不斷深入，使概念設計的內涵更加廣泛和深刻。主要體現(xiàn)在:根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個階段的要求進行市場需求分析、功能分析、功能的工作原理、動作行為的構思、行為載體的選擇和方案的組成的等。可見，確定方案是概念設計的最終結果，產(chǎn)品生命周期全過程的滿足才是概念設計的關鍵。設計方法上更加全面融合各種方法，尋求綜合最優(yōu)方案，同時使設計更具創(chuàng)造性。

概念設計是對產(chǎn)品或部件的構思，目的是捕捉產(chǎn)品的基本形狀。這個階段，產(chǎn)品的形狀和精確尺寸尚未確定，設計人員有一定變更自由，所以盡可能考察設計方案，以便選出生產(chǎn)成本最低、創(chuàng)意良好的方案。利用傳統(tǒng)的計算機輔助設計，往往多是二維交互工具，缺乏三維或者多維的功能，但是產(chǎn)品卻是三維的部件，這樣必然導致人機交互效率低。現(xiàn)行的計算機輔助設計系統(tǒng)要求定義零件的尺寸，而在產(chǎn)品的概念設計階段這樣的尺寸可能無法精確得到或者根本沒必要精確定義，這樣必然影響設計效率和周期。傳統(tǒng)的計算機輔助設計需要兩類人員配合，即產(chǎn)品的設計人員和電腦繪圖員，產(chǎn)品設計人員有關產(chǎn)品的概念信息通過草圖或者口述的方法傳達給電腦人員，這樣導致信息的丟失或者繪圖者的曲解，而如果設計者本人直接參與電腦輔助設計建模的話，由于現(xiàn)行的電腦輔助設計系統(tǒng)的操作復雜和交互能力若，大大分散了設計者的精力，限制了思路。為了克服這樣的限制，充分發(fā)揮設計人員的創(chuàng)造性，人們開始把虛擬現(xiàn)實技術引入計算機輔助設計系統(tǒng)進行概念設計，將虛擬現(xiàn)實技術和概念設計有效結合，利用豐富直觀的交互手段，在虛擬環(huán)境中進行概念設計，從而節(jié)省產(chǎn)品精確描繪和尺寸定義的時間，這就是基于虛擬現(xiàn)實技術的計算機輔助概念設計，即虛擬概念設計。

三、虛擬概念設計的研究方向和應用前景

（一）概念設計中應注意的兩個問題

1.  虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的概念可視化。概念可視化是指設計師透過畫面或者模型，將市場的需求轉換成可視化的具體形態(tài)。概念設計是否能符合目標用戶的要求，“眼見為實”的圖面或者模型是最具有說服力的。

2.  虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的人機交互界面。想實現(xiàn)人機互動，必須解決一系列技術問題，形成和諧的人機環(huán)境。虛擬現(xiàn)實就是一種基于可 計算 信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用計算機技術為核心的 現(xiàn)代 高科技省城逼真的視聽觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以 自然 的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、互相影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真環(huán)境的感受和體驗。

（二）虛擬現(xiàn)實技術在概念設計中的前景

在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，進行產(chǎn)品的概念設計是虛擬現(xiàn)實技術的基本內容。在電腦虛擬現(xiàn)實提供的良好的可視化條件下，對電腦輔助設計建立的三維模型在幾何、功能、加工與裝配等方面進行交互性的修改，利用虛擬現(xiàn)實給用戶提供諸如視聽觸覺等各種感知交互手段，最大限度地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負擔、提高整個系統(tǒng)的工作效率。相關人員可以對原型的各方面包括視覺效果、部件間比率進行評價。針對不同用戶的愛好要求，在不同的虛擬環(huán)境中，親自體驗修改模型；選擇產(chǎn)品的可選部件，觀察設計和修改過程。

概念設計是設計過程的初步階段，它的目的是獲得做夠多的有關產(chǎn)品式樣和形狀的信息，同時它又是設計過程中的重要階段，因為產(chǎn)品成本的60%～70%是由這個階段決定的。面對日益加劇的產(chǎn)品市場競爭的挑戰(zhàn)，可以預見，基于虛擬現(xiàn)實技術的計算機輔助概念設計必有長足 發(fā)展 ，最終將與現(xiàn)有計算機輔助設計系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成。激烈的全球市場競爭，各國投入大量的資金對虛擬現(xiàn)實技術及其在 工業(yè) 設計領域中的應用進行深入研究。將研究的成果及時轉化為生產(chǎn)力，這是產(chǎn)品迅速占領市場的關鍵。 

參考 文獻

[1]周洪玉，王慧君，周巖．虛擬現(xiàn)實及應用的研究[j]．哈爾濱理工大學學報，2005，(5)．

篇（2）

（一）虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）及虛擬設計（VirtualDesign，VD）

虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）是利用計算機省城一種模擬環(huán)境，通過多種傳感設備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進自然交互的技術。這里所謂模擬環(huán)境就是計算機生成的具有色彩的立體圖形，它可以是某特定現(xiàn)實世界的真實體現(xiàn)，也可以是純粹構想的世界。傳感設備包括立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服等穿戴于用戶身上的裝置和設置現(xiàn)實環(huán)境中的傳感裝置。自然交互是指用日常使用的方式對環(huán)境內的武體進行操作并得到實時立體反饋。虛擬現(xiàn)實是一種全新的人機交互系統(tǒng)，它能對介入者產(chǎn)生各種感官刺激，如聽覺、視覺、嗅覺、觸覺，給人身臨其境的感覺，人能以自然的方式與計算機生成的環(huán)境進行交互操作。

虛擬設計是以“虛擬現(xiàn)實技術為基礎，以機械產(chǎn)品為對象的設計手段”，借助這樣的設計手段，設計人員可以通過多種傳感器與多維的信息環(huán)境進行自然地交互，實現(xiàn)從定性和定量綜合集成環(huán)境得到感性和理性的認識，從而幫助深化概念和萌發(fā)新意。

（二）虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實技術是人的想象力和電子學等相結合而產(chǎn)生的一項綜合技術，它利用多媒體計算機仿真技術構成一種特殊環(huán)境，用戶可以通過各種傳感系統(tǒng)與這種環(huán)境進行自然的交互，從而體驗比現(xiàn)實世界更加豐富的感受。

二、概念設計的定義及內涵

Pahl和Beitz在《EngineeringDesign》一書中提出“概念設計”這一名詞以來，人們對概念設計進行了十幾年的研究。他們將其定義為：在確定任務之后，通過抽象化，擬定功能結構，尋求適當?shù)淖饔迷順O其組合等，確定出基本求解途徑，得到求解方案，這部分設計工作叫做概念設計。

國內的學者也對概念設計進行了大量的研究，其中鄧家褆在《產(chǎn)品概念設計》一書中將“產(chǎn)品概念設計”定義為“由分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的，可組織的，有目標的設計活動，它表現(xiàn)為一個由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具體、不斷進化的過程?！?/p>

在幾十年的時間里，人們對概念設計的研究日益增加、不斷深入，使概念設計的內涵更加廣泛和深刻。主要體現(xiàn)在:根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個階段的要求進行市場需求分析、功能分析、功能的工作原理、動作行為的構思、行為載體的選擇和方案的組成的等?？梢姡_定方案是概念設計的最終結果，產(chǎn)品生命周期全過程的滿足才是概念設計的關鍵。設計方法上更加全面融合各種方法，尋求綜合最優(yōu)方案，同時使設計更具創(chuàng)造性。

概念設計是對產(chǎn)品或部件的構思，目的是捕捉產(chǎn)品的基本形狀。這個階段，產(chǎn)品的形狀和精確尺寸尚未確定，設計人員有一定變更自由，所以盡可能考察設計方案，以便選出生產(chǎn)成本最低、創(chuàng)意良好的方案。利用傳統(tǒng)的計算機輔助設計，往往多是二維交互工具，缺乏三維或者多維的功能，但是產(chǎn)品卻是三維的部件，這樣必然導致人機交互效率低。現(xiàn)行的計算機輔助設計系統(tǒng)要求定義零件的尺寸，而在產(chǎn)品的概念設計階段這樣的尺寸可能無法精確得到或者根本沒必要精確定義，這樣必然影響設計效率和周期。傳統(tǒng)的計算機輔助設計需要兩類人員配合，即產(chǎn)品的設計人員和電腦繪圖員，產(chǎn)品設計人員有關產(chǎn)品的概念信息通過草圖或者口述的方法傳達給電腦人員，這樣導致信息的丟失或者繪圖者的曲解，而如果設計者本人直接參與電腦輔助設計建模的話，由于現(xiàn)行的電腦輔助設計系統(tǒng)的操作復雜和交互能力若，大大分散了設計者的精力，限制了思路。為了克服這樣的限制，充分發(fā)揮設計人員的創(chuàng)造性，人們開始把虛擬現(xiàn)實技術引入計算機輔助設計系統(tǒng)進行概念設計，將虛擬現(xiàn)實技術和概念設計有效結合，利用豐富直觀的交互手段，在虛擬環(huán)境中進行概念設計，從而節(jié)省產(chǎn)品精確描繪和尺寸定義的時間，這就是基于虛擬現(xiàn)實技術的計算機輔助概念設計，即虛擬概念設計。

三、虛擬概念設計的研究方向和應用前景

（一）概念設計中應注意的兩個問題

1.虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的概念可視化。概念可視化是指設計師透過畫面或者模型，將市場的需求轉換成可視化的具體形態(tài)。概念設計是否能符合目標用戶的要求，“眼見為實”的圖面或者模型是最具有說服力的。

2.虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的人機交互界面。想實現(xiàn)人機互動，必須解決一系列技術問題，形成和諧的人機環(huán)境。虛擬現(xiàn)實就是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技省城逼真的視聽觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、互相影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真環(huán)境的感受和體驗。

篇（3）

1)(Conceptdesign)概念設計;2)(Detaildesign)詳細設計;3)(Manufacturingdesign)制造設計。由此可見，產(chǎn)品的概念設計的主導地位和重要性。

1概念設計的內涵

概念的設想是創(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn)，概念產(chǎn)品是一種理想化的物質形式。下面以概念設計教學實例之一來說明其涵義:給出一個概念“斷藥”，讓學生進行座椅的開發(fā)設計。步驟是，首先向學生講述心理學中的一個名詞———暗示心理，并分別舉出一個“安樂死”實驗和一個“挽救少女生命”的文學名著故事，從正反兩個方面說明暗示對人的健康的影響;然后運用一個“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產(chǎn)品上。因為，在民間曾有這樣一個說法，就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上，取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項鏈之后，就斷了藥，從此不再吃藥，這也意味著孩子走向健康。所以，將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產(chǎn)品上來為健康做設計時，用折斷了的鑰匙做椅架為主題，由學生創(chuàng)意出現(xiàn)了形形的座椅開發(fā)設計方案(其草圖、效果圖、視圖等技術說明從略)，于是就有了一種新型的專用座椅的概念設計。其應用場合為療養(yǎng)院、醫(yī)院、不能自理的老人家庭等。

這是傳統(tǒng)的產(chǎn)品概念設計。當然，產(chǎn)品的類型不止是這種無障礙設計思想指導下的專用座椅。產(chǎn)品即人之觀念的物化，設計是一種思維行為。在這種思維創(chuàng)造活動中，產(chǎn)品概念的構思是豐富的，人的創(chuàng)作智慧是無窮的。概念產(chǎn)品的類型更是多種多樣。

2概念設計與產(chǎn)品市場

概念設計只是第一步，能不能進行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市場為開發(fā)商或企業(yè)帶來效益等，這是個風險問題。設計師的概念設計畢竟與難以預料市場變化有著許多差距。如何縮短這一差距，是以往概念設計者的難題。在開發(fā)設計的許許多多產(chǎn)品中，只要一百件產(chǎn)品中有幾件能夠投放市場見效益就是成功。在追求“百分之幾”的見效益成功的過程中，如何減少做“分母”的被動，擴大見效益的百分比，仍是最關鍵的，是公司管理決策人士和設計師共同努力的方向。

3虛擬現(xiàn)實技術促使概念設計的市場化

為了更好地接近產(chǎn)品的市場需求，目前國際上流行的一種“故事版情景預言法”的概念設計，就是將所要開發(fā)的產(chǎn)品置于一定的人、時、地、事和物中進行觀察、預測、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面設計表達展示給人們。于是，產(chǎn)品在設計的開始便多了一份生命和靈氣。然而，設計表達在信息時代已是多元化的展示形式，計算機輔助工業(yè)設計的發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實技術在產(chǎn)品概念設計中的應用，已使設計師的設計思路和設計表達如虎添翼;可以想象面對一種虛擬的“故事版情景預言法”設計出的產(chǎn)品，讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受，這樣開發(fā)設計的產(chǎn)品與傳統(tǒng)相比，就大大減少了投放市場的風險性，也為企業(yè)決策人尋找商機、判斷概念產(chǎn)品能否進一步開發(fā)生產(chǎn)，提供更好的依據(jù)。虛擬現(xiàn)實技術能模擬整個產(chǎn)品開發(fā)過程，保證產(chǎn)品開發(fā)一次性成功，加快開發(fā)進程，甚至使設計者和用戶融為一體，設計出滿足市場需要的產(chǎn)品。

二、虛擬現(xiàn)實技術與虛擬產(chǎn)品

1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(VirtualReality，VR)

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)又稱為虛擬現(xiàn)實環(huán)境，是指計算機生成的一個實時三維環(huán)境。使用者可以在這環(huán)境中“自由地”運動，觀察周圍的景物，還可通過各種專用的傳感交互設備與虛擬物體進行交互操作。用戶看到的是全彩色景象，聽到的是虛擬環(huán)境中的音響，感覺(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環(huán)境所反饋的作用力，從而讓使用者產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實環(huán)境的方法有:

1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)這種方法產(chǎn)生虛擬環(huán)境的步驟為:

①用放置在不同地點的多個攝像機將某環(huán)境或事物記錄下來;

②利用計算機的視頻技術抽取出環(huán)境或事物的三維模型;

③從虛擬攝像頭的視角展示獲得模型。具體的做法是:獲得數(shù)據(jù)標度攝像頭分離對象建立模型嵌入顏色交互回放。

2)基于圖像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:

用攝像頭連續(xù)掃描周圍空間來獲取某一區(qū)域完整的景物圖像，將獲取的景物圖像，通過圖像處理技術，按坐標映射到圖形工作站的虛擬全景屏上，用戶載上頭盔顯示器就可以看到所攝周圍景物環(huán)境。

2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的常用設備及要求

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)常用設備有:三維鼠標(也稱鳥標)、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、頭盔顯示器、立體聲耳機等。對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的要求除了應具有高性能的計算機系統(tǒng)(包括軟、硬件)外，還必須有下列關鍵技術提供強有力的支持:(1)能以實時的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產(chǎn)生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實時跟蹤用戶的頭和手;(4)能對用戶的動作產(chǎn)生力學反饋。

3虛擬產(chǎn)品(VirtualProduct，VP)

虛擬產(chǎn)品是虛擬現(xiàn)實技術應用于產(chǎn)品設計的產(chǎn)物，是一個數(shù)字化的產(chǎn)品。它具有真實產(chǎn)品所必須具有的特征。通過對產(chǎn)品實時的仿真，設計人員或用戶就能夠像使用真實產(chǎn)品一樣使用虛擬產(chǎn)品。由于產(chǎn)品的設計過程是數(shù)字化的，因此節(jié)省了傳統(tǒng)方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實驗模型、外觀模型和生產(chǎn)模型等)的時間和物質。在計算機中由于對設計的產(chǎn)品進行反復設計、分析、干涉檢查、模具設計等過程，使設計繪圖的工作量比傳統(tǒng)的繪圖工作量大大減少。

三、虛擬現(xiàn)實技術在概念設計中應用前景

在概念設計中，如采用頭腦風暴法進行方案創(chuàng)意時，可以將體驗設計思想更好地融于其中，也就是更多地關注產(chǎn)品使用者的感受，而非產(chǎn)品本身。比如，針對不同用戶及愛好者的要求，在不同的虛擬環(huán)境中，讓他們親自體驗修改模型的感受;利用觸摸屏來選擇產(chǎn)品的造型、色彩、裝飾風格等許多可選部件。在渲染和生成十分逼真的三維模型時，充分感受了自己所喜愛的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的“真實”情況。甚至還可根據(jù)用戶的建議，邀請部分用戶直接與設計者一起對模型提出修改意見，觀察設計和修改過程，直至大多數(shù)人滿意為止。

為了適應激烈的市場競爭，設計廠家不能坐等用戶找上門訂購產(chǎn)品，而應該主動把自己廠家的產(chǎn)品推向市場。利用虛擬現(xiàn)實技術做出虛擬產(chǎn)品的動畫廣告，再與計算機網(wǎng)絡技術結合起來，使用戶能夠通過網(wǎng)絡來游覽設計廠家的設計產(chǎn)品，并能直接在虛擬環(huán)境中對產(chǎn)品的功能、結構、外形、色彩等方面進行實時交互、了解、觀察;同時，還可以通過Email對產(chǎn)品提出意見和建議，讓廠家參照各方面的意見修改和完善所設計的產(chǎn)品。這樣可提高設計廠家的競爭力，為設計廠家謀得更多的市場份額。

若用戶對廠家設計的產(chǎn)品引起購買的欲望，通過網(wǎng)上游覽，將信息反饋到各商家，商家則會主動爭先與廠家聯(lián)系，網(wǎng)上定貨，使廠家的產(chǎn)品提前占領市場。由于激烈的全球市場競爭，各國都投入了大量的資金對虛擬現(xiàn)實技術及其在工業(yè)設計領域中的應用進行深入地研究。將研究的成果及時轉化為生產(chǎn)力，這是產(chǎn)品迅速占領市場的關鍵。

參考文獻

1陳軍等虛擬現(xiàn)實中虛擬景象產(chǎn)生的技術初探計算機應用研究，1999，6

篇（4）

虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality,簡稱VR)是指利用計算機生成一種模擬環(huán)境,并通過多種專用設備使用戶“投入”到該環(huán)境中,實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進行自然交互的技術;VR技術可以讓用戶使用人的自然技能對虛擬世界中的物體進行考察或操作,同時提供視、聽、摸等多種直觀而又自然的實時感知 [1]。虛擬現(xiàn)實技術能將三維空間的意念清楚的表示出來,并產(chǎn)生各種感觀的刺激信息;同時,它使學習者能直接、自然地與虛擬環(huán)境中的各種對象進行交互作用,以多種形式參與到事件的發(fā)展變化過程中去,從而獲得最大的控制和操作整個環(huán)境的自由度。這種呈現(xiàn)多維度信息的虛擬學習環(huán)境,將為參與者以最直觀、最有效的方式掌握新知識、新技能提供前所未有的新途徑。

一、虛擬現(xiàn)實技術對中學化學教學的影響

使用虛擬現(xiàn)實技術可以讓信息的表現(xiàn)形式豐富多彩,實現(xiàn)了用可視、可聽的信息來代替只能閱讀的信息,用簡潔形象的三維信息來代替抽象冗長的文字信息,用生動的動畫形式來表現(xiàn)難以理解的文字敘述,為計算機輔助教育帶來了生氣和活力,促進了教學觀念、教學內容、教學手段的改變 [2]。

1.教學觀念的變化

傳統(tǒng)的教學觀念主要是“傳道、授業(yè)、解惑”,教師是教學的中心,教師決定教學內容、結構、教學方法及教學進度,這種教學方法是以教為主,學生始終處于被動的學習環(huán)境中?，F(xiàn)代化的教學方法要求改變傳統(tǒng)的課堂講授式為啟發(fā)引導式,追求教與學的合作化,以講授引導思維,以教導激發(fā)感情,并賦予學生學習的主動性。虛擬現(xiàn)實教學有利于創(chuàng)造這樣的環(huán)境,以教師為中心的授課形式將會被改變,以學生為中心的個別化教學、合作化教學和環(huán)境中自我探究得以真正實現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實正是在現(xiàn)代教育思想指導下,使用新技術改進教學方法的嘗試。虛擬現(xiàn)實技術引入教學,從多媒體虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組織形式看,虛擬現(xiàn)實是非線性的網(wǎng)絡結構,逼真的虛擬環(huán)境可提供良好的人機交互功能,在這個基礎上教學將特別強調由學生主動參與來構建知識結構,變學生的“被動聽講”為“主動學習”,由“要我學”轉變?yōu)椤拔乙獙W”,這將極大地促進教學觀念發(fā)生變化。

2.教學內容的變化

教學內容是教學過程中傳遞的教學信息,是學生獲取知識、掌握技術、發(fā)展能力的主要源泉。虛擬現(xiàn)實技術的引入使教學內容無論是外在形式還是內在結構都產(chǎn)生了很大的變化。

隨著教育技術的發(fā)展,教學內容的外在形式從原來的錄音、錄像轉變?yōu)槭褂镁哂腥藱C交互的計算機。對于抽象的、概括的概念、原理,除了用文字和語音協(xié)同描述外,還可以用三維實景虛擬現(xiàn)實過程;對于看不見的變化、無法觸摸的物體或有危險的場所,甚至自然界或現(xiàn)實生活中不可能存在的事件,也可以通過虛擬現(xiàn)實技術去展現(xiàn)。借助于計算機技術的強大功能,教學內容可以用最有效的方式來表現(xiàn) [3]。

教學內容的內在結構就是學科知識結構設計,知識結構是學科知識間的邏輯關系,是學科內含智力因素的信息源。傳統(tǒng)的化學教材及實驗指導材料都是以線性結構來組織知識結構的,知識內容的結構及順序都是以教為主,教學順序性很強,學生只能在教師的講授下獲得正確的概念、原理及邏輯關系。這種形式的學習,學生對教師的依賴性很大,教材也只是一種教授材料,學生利用它學習的自由度不大,靈活性不強,難以促使學生從已建立的知識結構向新知識結構遷移。

使用虛擬現(xiàn)實技術后,多種媒體的信息結合為一體,就可以接近人類認知特點的方式去組織和展示教學內容、構建知識結構,這種網(wǎng)狀的信息組織方式是一種非線性結構,虛擬現(xiàn)實技術是多媒體信息處理的高度集成,可以將信息的組織形式與信息內容呈現(xiàn)的多樣性、復雜性有效結合起來,為學生提供了一種動態(tài)、開放的結構化認知形式。既包括了學科的基本內容,又包括了學科內容之間的邏輯關系,既注重知識的形成過程,又注重知識的結構,憑借視覺、聽覺、觸覺信息的協(xié)調作用使教學內容的統(tǒng)一與靈活性得到了完善的結合,更有利于學生進行擴散思維,聯(lián)想原有的知識,獲得新知識。

3.教學手段的變化

教學手段是教學過程重要的組成部分之一,它是實現(xiàn)教學目的和教學任務的有效保證。虛擬現(xiàn)實技術可以促使教學手段向科學化、高效益方向發(fā)展。

虛擬現(xiàn)實技術能提供直觀的、形象的多重感官刺激的視聽覺材料,以一種直接的信息傳遞方式,通過身臨其境的、自主控制的人機交互,由視覺、聽覺、觸覺獲取“外界”的反應,提供生動活潑的直觀形象思維材料、展現(xiàn)學生不能直接觀察到的事物,從而形成新的知識點[ 4]。與傳統(tǒng)媒體相比,虛擬現(xiàn)實技術更有利于訓練學生的分析總結能力,構建多學科交叉的知識網(wǎng)絡,有利于學生知識的獲取和增長,培養(yǎng)有創(chuàng)新意識的綜合型人才。

二、虛擬現(xiàn)實技術在化學教學中的具體應用分類

虛擬現(xiàn)實技術在化學教學中可以讓學生進入問題存在的環(huán)境,有針對性地建構虛擬情境,引導學生進行探究。虛擬現(xiàn)實以一種接近人類認知特點的網(wǎng)絡化結構形式,用各種媒體信息包含知識點,由各知識點之間的邏輯鏈接關系構成了教學內容的知識結構,提供發(fā)現(xiàn)式的學習思維軌跡。虛擬現(xiàn)實可以讓學生通過分析、綜合、比較、歸納、推理等高級思維技能圍繞假設進行論證,接近或掌握真理,形成發(fā)現(xiàn)式的學習風格和策略,培養(yǎng)高層次的思維技能,這也是素質教育的重要內容之一。

虛擬現(xiàn)實學習系統(tǒng)主要包括五個要素:專家、真實世界、認知模型、虛擬世界和學習者 [5]。根據(jù)這五個要素的相互關系可以將虛擬現(xiàn)實在化學教學中的具體應用分為四種類型:概念學習、技能訓練、協(xié)作學習和科學探究。

1.概念學習

專家在真實世界對化學概念進行研究,通過科學的方法建立相應的認知模型,通過計算機技術建立各種感知模型來創(chuàng)設虛擬環(huán)境,把教學中的抽象概念、原理以形象生動的方式表現(xiàn)出來,通過虛擬環(huán)境的反饋來調整自己的認知模型,并重新調整虛擬環(huán)境,直到與真實世界相符。學生在虛擬世界建立刺激-反應聯(lián)結,獲得感知,建立關于抽象化學概念的智力模型。

2.實驗技能訓練

專家首先創(chuàng)設和真實實驗相符的虛擬環(huán)境。學生在虛擬化學實驗室里反復觀看演示實驗或進行模擬操作,獲得的操作經(jīng)驗和操作技能正向遷移到真實實驗。2005年8月,清華附中網(wǎng)校推出了網(wǎng)上虛擬實驗室,包含了教材中部分典型實驗內容,其學習步驟分為“實驗演示”、“動手實驗”、“實驗探索”三部分。學生在網(wǎng)頁中選擇實驗課程后,就可以進入虛擬實驗室學習。

3.協(xié)作學習

和概念學習類似,專家首先創(chuàng)設和真實環(huán)境相符的虛擬環(huán)境。學生一方面可以單獨操作虛擬環(huán)境來進行知識學習,另一方面還可以通過虛擬環(huán)境與其他的介入者進行交流或協(xié)作,并從真實世界獲得知識,共同完成知識的建構。

在傳統(tǒng)的化學教學中,交流只限于師生之間,學生與學生之間缺乏協(xié)作,而虛擬現(xiàn)實教學不受空間位置和相互距離的限制,可讓遠距離的師生或位置分散的學生共同“存在”于一個虛擬空間中,通過共同參與,且必須具備協(xié)同操作能力才能完成某些項目的設計或訓練。這種教學手段與傳統(tǒng)的課堂教學中師生之間的交流僅局限于固定時間、固定空間的結構中有很大的差別,不但師生之間可有效交流,而且學生之間能實現(xiàn)協(xié)作,有利于培養(yǎng)學生的協(xié)作能力。

4.科學探究

專家首先創(chuàng)設和真實環(huán)境相符的虛擬環(huán)境。學習者可以單獨或者和其他介入者進行合作來操作虛擬環(huán)境中的對象,進行探索研究,以專家設計的認知模型系統(tǒng)為基礎探索建構個體的認知模型,再通過虛擬環(huán)境和真實世界進行檢驗和調整。

任何一種新技術、新媒體的出現(xiàn),都會引起教育上的革命。虛擬現(xiàn)實技術促進了教學觀念、教學內容、教學手段的改變,對優(yōu)化教學過程、培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的人才產(chǎn)生深遠的影響。在化學教學中合理應用虛擬現(xiàn)實技術,一定會產(chǎn)生質和量的飛躍。

參考文獻

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[2]趙士濱.虛擬現(xiàn)實技術進入高校教學的研究與實現(xiàn).電化教育研究,2001(2).

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[4]宋達.虛擬現(xiàn)實技術在教育領域中的應用與設計.東北師范大學,2005.

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【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】B【文章編號】2095-3089(2012)09-0147-02

如何尋找自己產(chǎn)品的概念進行創(chuàng)造呢?需要的產(chǎn)品有需要的根據(jù)和理由,需求的產(chǎn)品也有需求的產(chǎn)品概念創(chuàng)造方式,欲望性的產(chǎn)品要有滿足欲望的利益結構。這里主要說的是產(chǎn)品的個性概念的市場挖掘和創(chuàng)造,因為我們需要利用這個被挖掘出來的概念對消費者進行引導和教育,所以,這個概念不僅有其合理性的問題,還需要有市場是不是符合的問題,市場有沒有需求的問題,所以,在創(chuàng)造這個概念的時候,還要考慮市場因素的影響,不能自己認定什么就是什么。而是需要把產(chǎn)品和市場的定位搞準確。

1產(chǎn)品概念設計與市場

1.1概念設計的內涵: 概念的設想是創(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn),概念產(chǎn)品是一種理想化的物質形式。下面以概念設計教學實例之一來說明其涵義:給出一個概念“斷藥”,讓學生進行座椅的開發(fā)設計。步驟是,首先向學生講述心理學中的一個名詞——暗示心理,并分別舉出一個“安樂死”實驗和一個“挽救少女生命”的文學名著故事,從正反兩個方面說明暗示對人的健康的影響;然后運用一個“民間故事”闡述如何將“斷藥”的概念物化到具體的產(chǎn)品上。因為,在民間曾有這樣一個說法,就是將一把斷了的鑰匙用紅線穿上掛在小孩的脖子上,取“斷鑰”的諧音“斷藥”暗示常生病的孩子掛上“斷鑰”這掛項鏈之后,就斷了藥,從此不再吃藥,這也意味著孩子走向健康。所以,將一把斷了的鑰匙(斷藥)的概念物化到具體的產(chǎn)品上來為健康做設計時,用折斷了的鑰匙做椅架為主題,由學生創(chuàng)意出現(xiàn)了形形的座椅開發(fā)設計方案(其草圖、效果圖、視圖等技術說明從略),于是就有了一種新型的專用座椅的概念設計。其應用場合為療養(yǎng)院、醫(yī)院、不能自理的老人家庭等。

這是傳統(tǒng)的產(chǎn)品概念設計。當然,產(chǎn)品的類型不止是這種無障礙設計思想指導下的專用座椅。產(chǎn)品即人之觀念的物化,設計是一種思維行為。在這種思維創(chuàng)造活動中,產(chǎn)品概念的構思是豐富的,人的創(chuàng)作智慧是無窮的。概念產(chǎn)品的類型更是多種多樣。

1.2概念設計與產(chǎn)品市場: 完成概念設計只是第一步,能不能進行第二步Detaildesign,第三步Manufacturingdesign,甚至投放市場為開發(fā)商或企業(yè)帶來效益等,這是個風險問題。設計師的概念設計畢竟與難以預料市場變化有著許多差距。如何縮短這一差距,是以往概念設計者的難題。在開發(fā)設計的許許多多產(chǎn)品中,只要一百件產(chǎn)品中有幾件能夠投放市場見效益就是成功。

1.3虛擬現(xiàn)實技術促使概念設計的市場化: 為了更好地接近產(chǎn)品的市場需求,目前國際上流行的一種“故事版情景預言法”的概念設計,就是將所要開發(fā)的產(chǎn)品置于一定的人、時、地、事和物中進行觀察、預測、想象和情景分析,其形式是以故事版的平面設計表達展示給人們。于是,產(chǎn)品在設計的開始便多了一份生命和靈氣。然而,設計表達在信息時代已是多元化的展示形式,計算機輔助工業(yè)設計的發(fā)展,尤其是虛擬現(xiàn)實技術在產(chǎn)品概念設計中的應用,已使設計師的設計思路和設計表達如虎添翼;可以想象面對一種虛擬的“故事版情景預言法”設計出的產(chǎn)品,讓人更多了一種直觀的、親切的及交互的感受,這樣開發(fā)設計的產(chǎn)品與傳統(tǒng)相比,就大大減少了投放市場的風險性,也為企業(yè)決策人尋找商機、判斷概念產(chǎn)品能否進一步開發(fā)生產(chǎn),提供更好的依據(jù)。虛擬現(xiàn)實技術能模擬整個產(chǎn)品開發(fā)過程,保證產(chǎn)品開發(fā)一次性成功,加快開發(fā)進程,甚至使設計者和用戶融為一體,設計出滿足市場需要的產(chǎn)品。

2虛擬現(xiàn)實技術與虛擬產(chǎn)品

2.1虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(VirtualReality,VR): 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)又稱為虛擬現(xiàn)實環(huán)境,是指計算機生成的一個實時三維環(huán)境。使用者可以在這環(huán)境中“自由地”運動,觀察周圍的景物,還可通過各種專用的傳感交互設備與虛擬物體進行交互操作。用戶看到的是全彩色景象,聽到的是虛擬環(huán)境中的音響,感覺(手、腳或皮膚等)到的是虛擬環(huán)境所反饋的作用力,從而讓使用者產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。

2.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的常用設備及要求: 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)常用設備有:三維鼠標(也稱鳥標)、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、頭盔顯示器、立體聲耳機等。對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的要求除了應具有高性能的計算機系統(tǒng)(包括軟、硬件)外,還必須有下列關鍵技術提供強有力的支持:(1)能以實時的速度生成具有三維全色彩的、有明暗、有陰影、有紋理的、逼真感強的景物圖像;(2)頭盔顯示器能產(chǎn)生高分辨率圖像和較大的視角;(3)能高精度地實時跟蹤用戶的頭和手;(4)能對用戶的動作產(chǎn)生力學反饋。

2.3 虛擬產(chǎn)品(VirtualProduct,VP): 虛擬產(chǎn)品是虛擬現(xiàn)實技術應用于產(chǎn)品設計的產(chǎn)物,是一個數(shù)字化的產(chǎn)品。它具有真實產(chǎn)品所必須具有的特征。通過對產(chǎn)品實時的仿真,設計人員或用戶就能夠像使用真實產(chǎn)品一樣使用虛擬產(chǎn)品。由于產(chǎn)品的設計過程是數(shù)字化的,因此節(jié)省了傳統(tǒng)方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模擬實驗模型、外觀模型和生產(chǎn)模型等)的時間和物質。在計算機中由于對設計的產(chǎn)品進行反復設計、分析、干涉檢查、模具設計等過程,使設計繪圖的工作量比傳統(tǒng)的繪圖工作量大大減少。

3虛擬現(xiàn)實技術在概念設計中應用前景

產(chǎn)品概念是企業(yè)營銷活動中啟發(fā)市場需求的一個非常重要的原點問題,就是說是一個根本性的問題,只有把產(chǎn)品概念設計準確,才能使產(chǎn)品的推廣行為按照企業(yè)的期望目標和消費者可能接受的目標來達成。這個概念問題平時在企業(yè)中不太被重視,但隨著市場競爭的加劇,會有更多的企業(yè)真正認識到這一點。

隨著計算機技術的發(fā)展,設計手段發(fā)生了根本性的變化,設計新理論、新方法、新技術不斷涌現(xiàn)。產(chǎn)品的概念設計隨著人們的審美水平提高而更有個性更張揚地發(fā)展。它不再以陌生的面孔出現(xiàn)在人們面前。它將更人性化而絲毫不乏現(xiàn)代感且深入人們的生活。

參考文獻

[1]A.R米勒 JM布朗,《設計感覺》,中國輕工出版社。

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中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）25-0133-02

目前，很多學校為了更好地提高學生的實踐能力，開展了實驗教學活動，從而能夠通過具體的實驗教學，讓學生更好地將理論知識運用到實踐當中。但是在開展實驗教學活動時，可以利用虛擬現(xiàn)實技術對實驗的過程及效果進行模擬，從而能夠更好地促進實驗效果的提高。因此，本文圍繞著虛擬現(xiàn)實技術的概念、價值進行論述，最后總結了虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中應用的原則和具體的實踐方法，從而能夠為虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中的應用提供更多的參考。

1 虛擬現(xiàn)實技術的概念

虛擬現(xiàn)實技術主要是指利用計算機及相關的設備，能夠為用戶提供相關的視覺、聽覺體驗，從而能夠使得用戶利用自己的感知來進行體驗。虛擬現(xiàn)實技術是對真實現(xiàn)實中的情況進行模擬，從而通過各種表現(xiàn)形式進行信息的傳播。

虛擬現(xiàn)實技術主要具有以下幾個方面的特點：第一，虛擬性的特點，虛擬現(xiàn)實技術主要是對現(xiàn)實中真實存在的事物進行模擬，所以虛擬環(huán)境中與真實的環(huán)境比較相似，這也是虛擬現(xiàn)實技術的基礎，從而能夠為人們提供更好的虛擬體驗；第二，交互性，虛擬現(xiàn)實技術不僅僅能夠模擬現(xiàn)實中的事物，而且可以模擬現(xiàn)實中事物對人產(chǎn)生的反饋等等，因此人們能夠在虛擬現(xiàn)實中，與周圍的事物產(chǎn)生較好的互動，能夠進一步增加虛擬現(xiàn)實技術的真實性。根據(jù)以上虛擬現(xiàn)實技術的特點可以看出，其主要是為了更好地營造虛擬的現(xiàn)實環(huán)境。

2 虛擬現(xiàn)實技術的價值

虛擬現(xiàn)實技術產(chǎn)生之后，不僅僅作為一種新的科學技術，而且能夠對現(xiàn)實世界產(chǎn)生一定的價值。虛擬現(xiàn)實技術的價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，模擬真實的現(xiàn)實活動，從而使得人們無法在現(xiàn)實世界中完成的活動，能夠通過虛擬現(xiàn)實技術來實現(xiàn)。例如：普通人群希望能夠對消防過程進行體驗，但是無法真實地進入發(fā)生火災的現(xiàn)實情況中，那么就可以通過虛擬現(xiàn)實技術，從而模擬火災現(xiàn)場，這樣人們可以感受到相應的信息；第二，虛擬現(xiàn)實技術可以為教育提供更大的價值，例如：在教育中進行研究時，人們希望對于某些設想進行實踐，但是又缺乏足夠的條件來完成實踐過程，這時就可以利用虛擬現(xiàn)實技術來講模擬實驗情況，從而能夠達到更好的效果；第三，幫助人們樹立更好的抽象思維，對于人們來講，是生活在三維的世界當中，對于很多東西的感知都是通過抽象思維來進行的；但是，很多時候三維世界在平面進行展示時，缺乏抽象思維的人群無法適應這一過程。所以，可以利用虛擬現(xiàn)實技術幫助人們更好地樹立抽象思維。

3 虛擬現(xiàn)實技在實驗教學中應用的原則

根據(jù)以上的分析和論述可知，虛擬現(xiàn)實技術具有鮮明的特點，同時對于教學有著良好的促進作用。因此，可以將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學活動中，但是在應用的過程中需要遵循一定的原則，本文通過簡要介紹，認為這些原則主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 學生主體性的原則

根據(jù)素質教育的內容可以得知，學生是教學中的主體。因此，在實驗教學過程中應用虛擬現(xiàn)實技術時，也需要遵循學生主體性的原則，為此可以做到以下幾點：第一，在傳統(tǒng)的教學觀念中，學生是知識的被動接受者；但是，為了更好地將虛擬現(xiàn)實技術應用于實驗教學中，需要充分認識到學生是學習的主體，教師應該給予學生充分地指導，從而更好地提高學生在實驗教學中的積極性，從而能夠促進虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學的良好應用；第二，利用虛擬現(xiàn)實技術培養(yǎng)學生獨立思考的能力，虛擬現(xiàn)實技術能夠對實驗過程和實驗結果進行良好的模擬，因此在開展實驗教學過程中，可以充分利用虛擬現(xiàn)實技術對實驗過程進行模擬，教師給予良好的指導，從而能夠培養(yǎng)學生獨立觀察、獨立實驗以及獨立思考的能力。

3.2 教師指導性的原則

在進行實驗教學的過程中，離不開教師的良好指導，需要在將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學過程中，進一步遵循教師指導性的原則，更好地發(fā)揮教師的指導作用，為此可以參考以下幾點：第一，要正確認識虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中的作用，虛擬現(xiàn)實技術作為一種輔助技術，能夠更好地促進實驗教學的開展，但是無法替代教師在實驗教學中的指導地位，需要不斷明確這一原則，才能夠更好地在實驗教學過程中應用虛擬現(xiàn)實技術；第二，教師應該充分轉變自己的在實驗教學中的角色，從傳統(tǒng)的課堂主導地位向著引導地位轉變，在進行實驗教學中可以給予學生更多的自由，體現(xiàn)學生在課堂中的主體地位；同時也需要給予學生更好的指導，幫助學生更好地利用虛擬現(xiàn)實技術完成實驗教學過程。

3.3 遵循因材施教的原則

為了更好地提供實驗教學效果，很多學校在進行實驗的過程中，應用了虛擬現(xiàn)實技術，使得學生能更好地觀察到實驗的過程和結果。但是，不同的學生之間的學習能力和實驗能力等等都存在較大的差距，因此在將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學的過程中，需要遵循因材施教的原則，為此可以做到以下幾點：第一，為了更好地將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學中，需要對每個學生的學習情況進行了解，從而能夠根據(jù)學生的學習能力和學習特點，應用不同的虛擬現(xiàn)實技術，更好地促進實驗教學的開展；第二，在進行教學的過程中，需要尊重每個學生的思想，為學生提供相對自由的實驗環(huán)境，從而能夠給予學生充分的空間，發(fā)揮自身在實驗教學中的積極性，以及對虛擬現(xiàn)實技術的興趣，從而能夠更好地促進虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中的應用。

3.4 遵循開放性和創(chuàng)新性的原則

對于很多學校來講，開展實驗教學課程就是為了更好地讓學生將理論知識運用到實踐當中，從而能夠更好地促進學生學習的開放性和創(chuàng)新性。因此，為了更好地將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學中，也需要遵循開放性和創(chuàng)新性的原則，為此可以做到以下幾點：第一，對于實驗教學來講，在進行實驗的過程中，實驗結果有著多種可能性，可能失敗也可能成功，還可能出現(xiàn)很多未知的結果，因此在應用虛擬現(xiàn)實技術的過程中，遵循開放性的原則，對于每一種實驗結果都進行大膽假設小心求證，而不是僅僅局限在教學內容中；第二，創(chuàng)新是實驗教學的重要教學目標之一，通過培養(yǎng)學生的實踐能力，從而能夠為學生的創(chuàng)新能力打下良好的基礎。因此，在將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學的過程中，需要遵循創(chuàng)新性的原則，才能夠更好地發(fā)散學生的思維，進一步提高學生的創(chuàng)新能力。

4 虛擬現(xiàn)實技術應用于實驗教學的實踐方法

4.1 熟練掌握虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中的應用方法

為了更好地將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學中，需要教師和學生熟練掌握虛擬現(xiàn)實技術的應用，為此可以做到以下幾點：第一，對于實驗教學中的學生進行集中培訓，利用教學課程中的相關課時，對虛擬現(xiàn)實技術機器及其相關技術的應用方法進行相關的講解，使得學生能夠熟練操作相關的設備，確保實驗教學課程的順利開展；第二，學生和教師需要對實驗教學進行相關的準備，例如：學生需要對實驗教學課程中運用到的相關知識進行復習，教師需要對實驗教學活動的開展進行備課，從而能夠提前對實驗教學進行演練，能夠為將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學中提供基礎條件。

4.2 設計合理的實驗教學過程

虛擬現(xiàn)實技術作為一種新的實驗方法，開始應用于實驗教學過程中，對于原有的實驗教學步驟或者方法會產(chǎn)生一定的影響。因此，為了更好地將虛擬現(xiàn)實技術運用到實驗教學中，需要設計合理的教學過程，為此可以做到以下幾點：第一，教師需要對相關的實驗教學內容進行分析和整合，從而尋找到適合運用虛擬現(xiàn)實技術的部分；另外，教師還需要合理安排運用虛擬現(xiàn)實技術進行實驗的時間，從而確保實驗教學能夠在一定的課時內完成；第二，教師需要將在實驗教學中用到的相關資料準備好，例如：對虛擬現(xiàn)實技術的操作資料、或者虛擬現(xiàn)實技術中用到的一些硬件或者軟件等等，這樣才能夠保證學生在進行實驗時，滿足應用虛擬現(xiàn)實技術的條件。

4.3 參考其他成功的教學案例

為了更好地將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學中，還需要參考其他成功的教學案例，為此可以做到以下幾點：第一，虛擬現(xiàn)實技術在很多國外的實驗教學中有著廣泛的應用，所以可以參考國外一些實驗教學的開展方式，從而能夠學習如何將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學中的方法；第二，在進行學習的過程中還需要結合學校以及教學內容，從而能夠開展適合實驗教學的虛擬現(xiàn)實技術應用方式，更好地確保虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中的運用。

4.4 對虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中的應用效果進行反饋

虛擬現(xiàn)實技術是一項新興的技術，在實驗教學時運用的過程中可能會存在很多不足的地方，因此為了更好地將虛擬現(xiàn)實技術應用到實驗教學中，需要建立相關的應用效果反饋體系，為此可以做到以下幾點：第一，教師應該對學生參與實驗教學活動的結果進行反饋，不僅僅需要對實驗教學內容和結果進行反饋，而且還需要對虛擬現(xiàn)實技術的應用給予相關的意見，從而能夠促進虛擬現(xiàn)實技術的更好應用；第二，教師需要對相關的反饋結果進行收集，對于出現(xiàn)的集中問題給予關注，從而能夠及時給予解決，確保虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中的順利應用。

5 小結

隨著我國計算機技術及相關技術的發(fā)展，為虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展和應用提供了條件。因此，本文首先對虛擬現(xiàn)實技術的概念和特點進行了論述，進而提出了將虛擬現(xiàn)實技術應用于實驗教學的相關原則，最后提出了將虛擬現(xiàn)實技術應用與實驗教學的實踐方法。相信，隨著虛擬現(xiàn)實技術在實驗教學中的良好運用，能夠更好地提高實驗教學效果。

參考文獻：

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1.在虛擬現(xiàn)實電影/紀錄片中，現(xiàn)實看起來將是什么樣？

在真正的虛擬現(xiàn)實影片中，觀看者應當可以選擇不同角色的視角。因此，電影制片商會有這樣的問題：觀影者是會參與影片的互動，還只是被動地欣賞？他們能否對最終結局產(chǎn)生影響？從更高的層面，問題可以這樣來看：在虛擬現(xiàn)實中，觀影者受到的限制是什么？

在這一領域，電子游戲和電影的界線將逐漸模糊。如果你允許觀影者去影響故事的發(fā)展，那么所要做的就不僅僅是向他們呈現(xiàn)靜態(tài)的屏幕視角，而是提供更復雜、可能性更多的環(huán)境。在這樣的環(huán)境中，觀影者實際上可以體驗他人的生活。這樣的電影是否仍然可以被稱作“電影”？

與高端攝像機類似，在虛擬現(xiàn)實電影的制作過程中，虛幻和Unity等游戲引擎將會發(fā)揮重要作用。隨著技術進步，360度視頻攝像機將可以捕捉整個真實世界環(huán)境，而游戲引擎則可以補充畫面的材質細節(jié)，使我們可以獲得影片主角的視角。與此同時，影片和紀錄片的制作者需要研究，對觀眾來說，什么樣的期望是合理的，什么樣的期望過高。

這樣的模式轉變對紀錄片的影響更大。紀錄片應當呈現(xiàn)真實，但如果其中的一部分是虛構的，那么將會怎樣？關于紀錄片的道德底線是什么？

2.在虛擬現(xiàn)實影片中，我的注意力應該放在哪里？

能帶來強烈沉浸感的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)將可以重新創(chuàng)造出五感，從而引導用戶的注意力。

目前，Oculus、HTC和三星的虛擬現(xiàn)實設備只能提供畫面和聲音，以及一定的運動追蹤功能。但許多公司已著手開發(fā)全身套裝，讓用戶“感受到”現(xiàn)實，而氣味傳感器則可以令用戶感受到周圍的味道。很快，眼球追蹤技術將使參與者之間的眼神互動成為可能，而表情追蹤技術則可以幫用戶向周圍人表達自己的情緒。

人類心靈的復雜性將是傳感器難以突破的限制。有些技術很奇怪，但很明顯，關于如何在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中主導用戶的注意力，我們還有很多問題等待研究。

這方面的研究是否有價值？我們是否真的需要全面沉浸在某一故事中，甚至通過味覺傳感器去了解虛擬現(xiàn)實中的食品是否美味？或許沒有必要，但電影制片商很可能會關心這樣的技術。

關于電視機，技術升級帶來了更多像素。而關于虛擬現(xiàn)實，新的技術將使虛擬世界更接近現(xiàn)實。電影制片商和攝像機廠商需要迅速適應這樣的現(xiàn)狀，了解新的傳感器能帶來什么樣的功能，以及哪些做法完全無效。

3.關于欣賞虛擬現(xiàn)實中的故事，人類會否過于“懶惰”？

關于虛擬現(xiàn)實，這是個更高層次的問題，很難給出明確的回答。在結束一天的工作，精疲力盡之后，人們常常會選擇娛樂活動。然而，虛擬現(xiàn)實技術將在虛擬環(huán)境中重塑真實世界，這意味著用戶需要走來走去，親自動手去操作，或是站起來轉圈，去觀察周圍環(huán)境。

我們究竟會有多懶？在獲得越來越多輸入方式的情況下，我們也在變得越來越懶。我曾經(jīng)躺在沙發(fā)上，一邊吃薯片一邊玩Wii上的網(wǎng)球游戲。因此，虛擬現(xiàn)實技術需要找到最不容易被用戶抗拒的互動方式。

目前，虛擬現(xiàn)實電影正處于探索階段。嘗試過虛擬現(xiàn)實電影的人士對此印象深刻，因為虛擬現(xiàn)實本身是一種全新的媒介。然而，當觀眾們體驗了更長的電影，感到脖子痛之后，新鮮感將會逐漸消退。目前很明顯的一點在于，盡管虛擬現(xiàn)實毫無疑問有著巨大的潛力，但內容并不總是針對虛擬現(xiàn)實進行優(yōu)化。

4.虛擬現(xiàn)實是否發(fā)展得太快？

篇（8）

中圖分類號：TU986.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2012）0410018-01

計算機技術的發(fā)展，幫助各個行業(yè)的新技術與新方法的出現(xiàn)。園林景觀設計由于與計算機計算聯(lián)系十分密切，設計過程中需要大量的計算機輔助設計，因此，伴隨著計算機的更新，園林設計方法也獲得了擴展。其中，虛擬現(xiàn)實技術就是隨著計算機技術發(fā)展所興起的一門綜合性技術[1]。雖然目前該技術在園林設計中應用的還不普遍，但相信隨著技術的越來越成熟，其應用范圍必將越來越廣泛[2]。

1 虛擬現(xiàn)實技術

1.1 虛擬現(xiàn)實技術的概念[3]

虛擬現(xiàn)實技術是一項綜合集成技術，涉及的領域比較廣泛，包括傳感技術、人機交互技術、顯示技術、人工智能、計算機圖形（CG）技術等，是一種由計算機技術輔助生成的高技術模擬系統(tǒng)。從狹義的上講，虛擬現(xiàn)實技術的涵義為：利用計算機生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺，使使用者通過一定的裝置，輕松地對虛擬世界進行體驗，并且兩者能夠自然的進行交互作用。使用者進行位置移動時，電腦可以利用輔助工具立即進行感應，并通過復雜的運算，將精確的3D世界影像傳回到使用者眼前，使其產(chǎn)生臨場感。從廣義上講，虛擬現(xiàn)實技術的概念為：泛指在功能意義或者是物理意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實際上能夠實現(xiàn)的，也可以是實際上難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的，如賽伯空間等。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術的構成及分類

虛擬現(xiàn)實技術由硬件技術和軟件技術構成。其中計算機以及相關的設備等都屬于硬件技術。當前在計算的輸入輸出硬件設備中，聽覺和視覺設備研究相對較成熟，有關人類味覺、嗅覺以及力道大小的設備正在研制中。

虛擬現(xiàn)實技術依據(jù)其主要的技術特點可以分為兩種類型：一類是三維模型虛擬方式；另一類是全景圖虛擬方式。根據(jù)交互和浸入程度的不同可以分為以下四類：桌面式VR系統(tǒng)（窗口中的VR）、沉浸式VR系統(tǒng)、分布式VR系統(tǒng)和疊加式VR系統(tǒng)（又稱增強現(xiàn)實系統(tǒng)）。在四類虛擬系統(tǒng)中，桌面式虛擬系統(tǒng)成本最低，不需要大型的處理器及服務器，僅利用個人計算機就可以產(chǎn)生三維虛擬的空間場景。

1.3 虛擬現(xiàn)實技術的設計流程

運用虛擬技術輔助園林景觀設計的流程主要分三個步驟[4]，如圖1所示。首先是繪制平面圖，主要利用CAD等相關軟件設計并繪制園林景觀的平面布局。然后，基于繪制好的平面圖，通過調查收集相關數(shù)據(jù)，構建虛擬場景模型。在場景模型中，包括多種小模型，如房屋模型、道路模型、水位模型等。在構建模型中，還要盡量多的收集相關圖片，制作成紋理填圖，以增加虛擬場景的效果。由于虛擬場景需要渲染，因此在場景構建中，不僅要達到效果上的要求，還要控制模型數(shù)據(jù)量。必要時需要對虛擬模型進行優(yōu)化。最后，基于平臺實現(xiàn)集成。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前虛擬現(xiàn)實技術的實現(xiàn)也派生出多種不同的方法，現(xiàn)在較為流行的有JAVA3D、CUTE3D、VRML、VRMAP、VRP等方法，不同方法都有各自的特點。其中，VRP和VRMAP是兩款優(yōu)秀的虛擬現(xiàn)實軟件，應用較為普遍，在數(shù)字城市、遙感測繪、地質、石油化工等都有廣泛的利用。

2 虛擬現(xiàn)實技術在園林景觀設計中的應用現(xiàn)狀

在國外，虛擬現(xiàn)實技術在景觀設計中應用的時間可以追溯到上世紀60年代。摩登·海里戈以美國的布魯克林街道為背景，建立了一個模擬系統(tǒng)，被認為是提出并實踐沉浸式虛擬環(huán)境的先驅者[5]。SRI研究中心1991年利用虛擬現(xiàn)實技術對汽車駕駛過程和飛機飛行過程進行模擬，通過模擬仿真分析事故原因，減少駕駛及飛行過程中事故的發(fā)生。

相對于國外虛擬技術的發(fā)展，我國國內將該技術應用于園林景觀設計的時間較短，與國外相比存在一定的不足。近幾年來，部分科研院所和單位都陸續(xù)開展了基于虛擬現(xiàn)實技術的景觀設計研究，也取得了不錯的成果。如哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)的合成人類表情和唇動系統(tǒng)，浙江大學研制的建筑環(huán)境虛擬系統(tǒng)[6]等等。

3 虛擬現(xiàn)實技術在園林景觀設計中的展望

虛擬現(xiàn)實技術在用于園林景觀設計時，需要結合自身的特點，研究并借鑒相關領域的理論知識和技術方法。虛擬現(xiàn)實技術在園林景觀設計中迅速推廣的突破點可以歸結為一下幾點：

1）設計更高質量、更快速度的計算機硬件及圖形處理軟件，研制成本更低，性能更加優(yōu)良的計算機輸入和輸出設備。通過這些基礎硬件和軟件的突破，推動園林景觀設計中虛擬技術的快速應用，提高模擬系統(tǒng)的設計質量。

2）注重將虛擬現(xiàn)實技術與其他技術的融合?？梢試L試融合虛擬現(xiàn)實技術與3S技術。3S技術可實現(xiàn)對各種空間信息和環(huán)境信息的快速、機動、準確、可靠的收集、處理與更新。在景觀設計過程中，可以充分利用3S技術的特點，實時了解設計場地的高程等信息，然后將信息傳遞給虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，使設計者或決策者能再第一時間確定合理的設計方案和解決措施。其應用范圍十分廣泛，如城市綠化、城市規(guī)劃以及修復重建等各個方面[7]。

3）充分利用虛擬現(xiàn)實技術的特點，提高公眾對景觀設計的參與度。將計算機網(wǎng)絡技術與虛擬現(xiàn)實技術結合實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬，從而使更廣大的公眾通過網(wǎng)絡能夠看到、聽到設計者的作品，了解設計師的意圖，參與到園林規(guī)劃設計中，輔助管理者進行決策。以供設計者制定更加科學的，人性化的設計方案。

參考文獻：

[1]李國松，虛擬現(xiàn)實（VR）技術在風景園林規(guī)劃與設計中的應用研究[D].長沙：中南林業(yè)科技大學，2007.

[2]蘇同向，虛擬現(xiàn)實技術在風景園林設計中的應用[D].南京：南京林業(yè)大學，2006.

[3]蘆建國、蘇同向，虛擬現(xiàn)實技術與風景園林設計[J].南京林業(yè)大學學報（自然科學版），2007，31（6）：139-141.

[4]范澤中、王艷安、曾峻峰，虛擬現(xiàn)實在園林設計中的應用[J].安徽農學通報，2006，12（11）：92-94.

篇（9）

二、虛擬現(xiàn)實動畫在建筑展示中的意義研究

在建筑設計的傳統(tǒng)方式之中, 建筑的設計過程往往有較長的設計周期和大量的設計費用, 并且很難對建筑的設計方案進行修改, 所以對建筑的前期設計預覽十分重要。傳統(tǒng)的建筑設計過程就是包括設計草圖、建模、建筑效果圖等, 只夠為建筑的最終效果提供簡單的方案, 而不便對建筑進行多視角全方位的立體高精度分析。而虛擬現(xiàn)實動畫技術則通過綜合運用人機交換技術、傳感技術、人工智能技術和圖像計算機技術, 綜合運用電子計算機來制作出三維的虛擬空間, 讓建筑設計者和施工者能夠更加直觀性地體驗建筑空間, 通過對虛擬現(xiàn)實動畫的了解來體驗建筑的設計方案, 建筑的虛擬現(xiàn)實動畫是立足于虛擬與現(xiàn)實的實際關系之上的, 精確地透過人對于虛擬動畫的用戶需求以及對虛擬世界的綜合感知進行全方位分析, 已達到現(xiàn)實建筑和虛擬現(xiàn)實動畫的完美契合, 從而全方位地提升虛擬現(xiàn)實動畫的展現(xiàn)效果。它的意義有以下的幾個方面。

(一) 提供更完善的設計:

首先在建筑設計的傳統(tǒng)過程中, 大部分設計師都是通過文字資料、設計草圖和建筑設計者自身的設計經(jīng)驗與藝術思維來進行建筑設計的。但是對于設計建造難度較高或者全新的建筑形態(tài)或者建筑領域來說, 設計師很難在設計過程中對于建筑進行有效定位, 設計者十分依賴個人對建筑的經(jīng)驗, 往往還會導致建筑的實際情況與預定的建筑設計方案有很大差別。同時因為傳統(tǒng)建筑設計的局限性, 很多設計問題只有在實際的施工過程中才會被發(fā)現(xiàn), 然后再由施工方對建筑問題進行歸納、整理、分析, 再將問題給施工方進行反饋。而這一過程浪費了大量的時間、人力和物力, 致使建筑施工效率低下。而如果運用虛擬現(xiàn)實動畫進行建筑設計的話, 設計者就能夠在建筑施工前全方位地觀察建筑的整體情況, 從多個角度全方位了解設計方案中的不足, 更加直觀地對建筑的空間、結構、光影乃至音效不斷變化進行詳盡了解 (如圖3) , 并對方案加以調整。

(二) 加強設計師與客戶之間的溝通能力:

通過虛擬現(xiàn)實動畫所建造的虛擬三維空間, 可以讓簡述的設計者與建筑用戶在項目規(guī)劃、建筑設計等方面用動態(tài)三維的方式對建筑的空間概念進行詳盡認知。而在建筑的設計過程中, 設計師根據(jù)建筑用戶提供的需求及建筑場地等情況設計出建筑方案, 將完整的建筑設計方案以及建筑設計理念交予用戶, 并對其進行相關交流。而在傳統(tǒng)建筑設計過程中的模型、草圖與文案只能夠讓客戶大致地對建筑的相關信息進行了解, 客戶往往專業(yè)能力不足, 不能夠完全了解建筑師的設計方案, 而草草對方案進行決定, 雙方的交流也會出現(xiàn)一些問題。而用虛擬現(xiàn)實動畫的方式能夠更加直觀地對建筑概念進行展示, 為客戶提供一個完整的建筑流程, 詳盡地描述建筑過程的各個環(huán)節(jié), 及可能出現(xiàn)的問題。例如建筑的空間和建筑的周圍環(huán)境等, 客戶介意更加直觀且全面地對建筑空間進行了解。通過建筑的虛擬現(xiàn)實動畫展示, 為客戶提供更加直觀的認知平臺, 充分地對設計師的設計方案進行審批, 使其能夠更好地理解設計并參與到設計的過程中去, 也能夠讓設計師更加了解客戶需求, 并了解到自身的設計不足, 對設計進行必要的修改與完善。

(三) 給予用戶更加直觀的建筑體驗:

當今人們了解世界的主要方式之一就是互聯(lián)網(wǎng), 而通過互聯(lián)網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實動畫設計, 客戶能夠更加直觀地上網(wǎng)預覽建筑模型。在互聯(lián)網(wǎng)上隨時隨地觀察虛擬的建筑設計。通過設計者在電腦中對建筑進行的模型搭建與細節(jié)處理, 觀察建筑結構, 并對周圍環(huán)境及建筑中可能出現(xiàn)的狀況進行有效分析。通過在電子計算機中對虛擬現(xiàn)實動畫進行建筑的景觀搭建與制作視頻, 將音頻、影像與圖像相結合, 并添加一定的環(huán)境渲染特效和后期合成, 最后將虛擬現(xiàn)實動畫展示給受眾。在現(xiàn)今的房地產(chǎn)發(fā)展中, 投資人和設計者都充分地利用虛擬現(xiàn)實動畫的各項優(yōu)勢, 制造建筑的三位圖像世界。因為虛擬現(xiàn)實動畫技術綜合運用了人體的聽覺、視覺、觸覺等感知特點, 這樣能夠更用戶加直接地體驗到建筑在三維虛擬環(huán)境中的變化, 身歷其境。在現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實技術之中, 因為現(xiàn)今有很大一部分客戶對于所購買或投資的建筑只有一個內心的概念, 而傳統(tǒng)的建筑設計非專業(yè)人員也不能完全了解到, 這就像在設計師與客戶之間施加了一層隔膜, 而虛擬現(xiàn)實技術就可以讓他們更加直觀地對建筑進行了解。還可以根據(jù)客戶所提出的需求對建筑進行一定的整改, 再為客戶展現(xiàn)更新的建筑產(chǎn)品效果, 也方便了客戶與設計師的溝通, 增強了客戶對于建筑物的深切體驗與審視, 加深了客戶對于建筑的內部了解, 而剛能刺激消費者對于建筑本身的購買欲望與建筑價值。

(四) 虛擬現(xiàn)實動畫具有真實性:

虛擬現(xiàn)實動畫最重要的特性就是真實性, 其具有傳統(tǒng)建筑設計所不具備的真實感官體驗。真實的感官體驗是指在三維的虛擬環(huán)境之中, 虛擬環(huán)境的所有信息均被大眾所廣泛接受的廣度和寬度。在虛擬現(xiàn)實動畫中不僅能夠對建筑本身主體進行展示, 而且還可以展現(xiàn)出建筑的周圍環(huán)境與建筑完工后整體的建筑形態(tài)與使用價值。我們還可以通過虛擬現(xiàn)實動畫來還原一些古建筑和自然景觀, 這樣對于古建筑和自然景觀的保護和研究都具有十分重要的意義。

(五) 有助于文物的研究與保護:

我們還可以通過虛擬現(xiàn)實動畫來還原一些古建筑, 這樣對于古建筑的保護和研究都具有十分重要的意義。在很多的博物館中, 都有一些異常珍貴或者極易氧化、損壞的歷史文物或者殘舊的古建筑并不能展出, 而虛擬現(xiàn)實動畫技術就可以完美地解決這一問題。可以在博物館中設立虛擬展示廳, 現(xiàn)場的所有文物都由虛擬三維的計算機屏幕展現(xiàn), 這樣不但能夠完整地展出相應的文物, 而且還不會對文物產(chǎn)生一絲一毫的破壞。通過虛擬現(xiàn)實動漫的展示同樣可以提高珍貴文物的保護效率, 為文物編檔便于日后對文物進行相應的維修保護與研究, 同時也為廣大人民群眾提供了更多參觀文物的途徑。將一些無法移動甚至已經(jīng)消散無法修復的古建筑, 進行復原在一定程度上也能夠為古建筑提供相應的保護。舉個例子, 綜合運用虛擬現(xiàn)實技術可以對發(fā)掘出的建筑物進行全方位綜合展示, 放入還原的虛擬歷史場景當中, 可以讓觀眾在三維虛擬的環(huán)境中進行全方位的觀察, 可以更加直觀地對建筑物所處的歷史時代及環(huán)境進行全面的認識。這樣不但提高了群眾對于歷史文物的參觀熱情, 還提升了景觀的綜合參觀效益。而且在建設虛擬動畫場景的過程中, 在計算機生成虛擬三維的過程中, 即便是已經(jīng)不存在或者破損的建筑物依然可以重現(xiàn)。一個很好的例子就是我國對于故宮虛擬現(xiàn)實動畫的作品天子的宮殿, 通過計算機生成的虛擬動畫, 就可以讓觀眾利用計算機更加深入地對建筑物進行了解。

三、總結

對建筑物進行設計是一項非常復雜的工作, 一個地方的建筑物往往承載著一定的文化品味、歷史傳統(tǒng)、人文精神與其獨特的地域文化。這樣就會在建筑的過程中遇到很多的問題, 而虛擬現(xiàn)實動畫技術的出現(xiàn)與發(fā)展就在一定程度上減輕了很多的技術復雜性。而且伴隨著虛擬現(xiàn)實動畫技術的不斷創(chuàng)新發(fā)展, 虛擬現(xiàn)實動畫技術在審批、施工和設計建筑等多個建筑環(huán)節(jié)中都發(fā)揮著越來越重要的功效, 要怎樣將虛擬現(xiàn)實更多運用在實際的建筑中, 要不斷探尋其特有的能力而且要發(fā)揮其應有的功效。伴隨著科學技術日趨成熟, 虛擬現(xiàn)實動畫技術必將在未來的建筑設計與建造過程中發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1]孫冬, 王超.虛擬現(xiàn)實技術在商業(yè)及建筑動畫設計中的應用[J].設計, 2017 (05) :24-25.

[2]冉秋.淺談Photoshop在三維建筑效果圖后期處理中的運用[J].中國新通信, 2017, 19 (09) :81.

[3]劉寧, 梁美霞, 陳麗.海絲藝術公園三維虛擬景觀場景再現(xiàn)[J].河北北方學院學報 (自然科學版) , 2017, 33 (03) :37-46.

[4]朱紅燕.虛擬現(xiàn)實技術在建筑漫游動畫制作中的分析[J].科技展望, 2016, 26 (23) :13.

[5]緒言, 王祿.建筑動畫虛擬技術的應用研究[J].現(xiàn)代交際, 2016 (14) :146-147.

篇（10）

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,簡稱VR)主要采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高技術生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境(Virtual Environment,簡稱VE),用戶借助必要的設備(如特制的服裝、頭盔、手套和鞋),以自然的方式與虛擬環(huán)境中的實體對象進行交互作用、相互影響,從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。虛擬現(xiàn)實具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和構想(Imagination)特性。交互特性強調參與者通過專用設備以人類自然方式與VE中的對象進行相互操作;沉浸特性要求計算機所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境能使參與者產(chǎn)生置身其中的體驗;構想特性是指虛擬環(huán)境能夠啟發(fā)參與者發(fā)現(xiàn)新問題并輔助產(chǎn)生創(chuàng)新思維。

二十世紀六十年代初,“圖靈獎”獲得者,被稱為計算機圖形學之父的美國科學家Ivan Sutherland發(fā)表“終極顯示”論文提出虛擬現(xiàn)實概念,自此,虛擬現(xiàn)實技術歷經(jīng)一系列里程碑式的理論、方法與技術研究工作,并取得了重大工程應用成果。今天虛擬現(xiàn)實技術的應用領域已經(jīng)非常廣泛,主要包括三大應用方向,即訓練演練、規(guī)劃設計與預測、觀賞娛樂等。例如在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中進行作戰(zhàn)指揮模擬,宇宙飛船、飛機、艦船模擬駕駛訓練,飛機、導彈、輪船等復雜系統(tǒng)的虛擬設計與制造,城市環(huán)境規(guī)劃及其建筑物的展示,手術培訓與導航,游戲動漫與影視制作等。由于虛擬現(xiàn)實技術涉及的學科綜合性、交叉性強,是可以拉動多學科發(fā)展,不斷產(chǎn)生新思想、新技術,具有廣泛和重大應用前景的科學技術領域,國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)把虛擬現(xiàn)實技術確定為信息領域優(yōu)先支持的三大前沿技術之一。

2課程的特點

北京航空航天大學計算機學院從1994年開始從事虛擬現(xiàn)實技術領域的研究,取得許多創(chuàng)新成果,在相關學科領域產(chǎn)生了較大影響,逐步形成了北航計算機學院一個新的優(yōu)勢學科方向。作為計算機應用本科生的專業(yè)限選課程,“虛擬現(xiàn)實技術”課程教學已經(jīng)講授了5年。本課程的教學目的是通過對有關虛擬現(xiàn)實技術國內外研究熱點問題、典型研究工作的介紹,使學生了解當前虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展趨勢;通過對虛擬現(xiàn)實基本原理、基本算法、開發(fā)方法、主流系統(tǒng)的介紹,使學生掌握虛擬現(xiàn)實主要技術、開發(fā)環(huán)境與平臺;以虛擬現(xiàn)實技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研究工作為主要實踐教學支撐,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,滿足國民經(jīng)濟和國防部門對虛擬現(xiàn)實領域專門人才的需求。虛擬現(xiàn)實課程具有以下特點:

2.1學科交叉性、綜合性強

國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要指出:“虛擬現(xiàn)實技術重點研究心理學、控制學、計算機圖形學、數(shù)據(jù)庫設計、實時分布系統(tǒng)、電子學和多媒體技術等多學科融合的技術,研究醫(yī)學、娛樂、藝術與教育、軍事及工業(yè)制造等多個相關領域的虛擬現(xiàn)實技術和系統(tǒng)?！碧摂M現(xiàn)實技術主要從計算機科學與技術、控制科學與技術、機械工程科學與先進制造技術等學科中孕育并實現(xiàn)跨越,逐步發(fā)展成熟,涉及心理學、認知科學、計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網(wǎng)絡技術、并行處理技術和多傳感器技術等,學科交叉性、綜合性強,如圖1所示。

2.2數(shù)理基礎要求高

虛擬現(xiàn)實課程的許多理論、方法和技術涉及大量的數(shù)學公式和物理定律,例如在基于圖形的虛擬現(xiàn)實技術中所涉及的計算機圖形學,基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術中所涉及的圖像處理和信號處理技術,在建模技術中涉及的動力學、運動學等,都需要學生具備深厚的數(shù)理基礎。

2.3創(chuàng)新思維豐富

虛擬現(xiàn)實被眾多學者認為是科學研究與工程實踐中理論和實驗方法之外的第三種方法,可以虛擬和仿真人類難以到達的宏觀或微觀環(huán)境,進行研究和體驗;在虛擬環(huán)境下進行逼真的規(guī)劃、設計、訓練演練,作出評價和決策,其與生俱來的構想特性能夠啟發(fā)參與者發(fā)現(xiàn)新問題并產(chǎn)生創(chuàng)新思維。虛擬現(xiàn)實技術由于多學科交叉性,在不同學科交叉融合中源源不斷地產(chǎn)生新思想、新方法。

2.4工程應用突出

虛擬現(xiàn)實技術既有堅實的理論基礎和方法,也有大量的典型算法,同時又是一門應用牽引強,各種開發(fā)平臺和應用工具豐富,人機交互設備多,軟硬件結合與系統(tǒng)集成占相當比重的課程。

2.5課程內容多課時緊

本課程是本科生計算機應用方向的限選課程,在本科四年級上學期開設,其間正值學生考研復習準備階段,課時總計36學時,課內教學18學時、課外實踐18學時,授課時間十分緊張。

3教學內容安排

我們經(jīng)過多年的教學實踐,在不斷與學生教與學交互的活動中,結合自身學科研究特色,總結、完善主要教學內容,形成了如下的教學大綱:

第一章:概論(2h)

問題的提出、名詞術語、虛擬現(xiàn)實特征、里程碑工作和研究現(xiàn)狀、國內外典型應用實例。

第二章:虛擬現(xiàn)實硬件與系統(tǒng)(2h)

虛擬現(xiàn)實輸入設備、虛擬現(xiàn)實輸出設備、高端圖形工作站、圖形處理單元(Graphic Processing Unit簡稱GPU)、典型沉浸式交互系統(tǒng)的構建實例。

第三章:基于圖形的虛擬現(xiàn)實建模與開發(fā)技術(6h)

視覺感知相關基本概念、場景表示與數(shù)據(jù)庫結構設計、CREATOR建模軟件與合成自然環(huán)實例、場景圖組織與基本繪制流程、OpenGVS與WTK開發(fā)軟件、虛擬場景漫游應用程序開發(fā)實例。

第四章:基于圖像的虛擬現(xiàn)實建模與繪制技術(2h)

IBMR技術與全光函數(shù)、全景圖像與柱面全景圖像實例、同心拼圖方法。

第五章:人工生命-人工魚實例(2h)

人工魚的總體方案、人工魚的生物力學分析、感知與行為建模、幾何建模與外觀屬性、虛擬海洋環(huán)境建模、運動系統(tǒng)、逼真性與效率權衡。

第六章:虛擬人技術(2h)

人體抽象模型與國際標準、逼真運動獲取與表示、運動約束與重用、虛擬人技術應用實例。

第七章:分布式虛擬現(xiàn)實技術(2h)

DIS技術與IEEE1278、HLA技術與IEEE1516、分布交互仿真程序開發(fā)與應用實例。

教學實踐與課外教學安排:(18h)

課外研讀學習OpenGL、構建虛擬現(xiàn)實漫游程序;參觀虛擬現(xiàn)實技術與系統(tǒng)國家重點實驗室,觀看演示、操作實驗室研究設備,了解當前主要研究方向和趨勢。

4教學實踐與思考

針對虛擬現(xiàn)實課程的上述特點,我們在課程的教學活動中形成了“突出三個基本,注重融會貫通;點面結合,各有側重;結合實例,促進創(chuàng)新思維”的教學思路。

4.1突出三個基本,注重融會貫通

在教學中突出三個基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的講授。虛擬現(xiàn)實課程的諸多內容來自不同的研究和應用領域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同歸。對于這部分內容在教學活動中應有意識進行聯(lián)系,分析講解,努力讓學生融會貫通。以細節(jié)層次概念(LOD)為例,細節(jié)層次概念是圖形建模中的基本概念,是指用一組復雜程度(常常以多邊形數(shù)來衡量)各不相同的實體細節(jié)層次模型來描述對象,在運行時根據(jù)一些主客觀標準在這些LOD模型間進行切換,實時改變場景的復雜度,從而能夠繪制效率與效果的平衡,該方法需要解決模型間切換時產(chǎn)生的視景跳躍問題。在GPU的基本貼圖處理(MIP MAPPING )、復雜光照模型實時繪制等研究工作中也引入和應用了同樣的原理,因此在講解細節(jié)層次概念時進行舉一反三,加深學生對這一滿足逼真性和繪制實時性普適基本方法的理解,進一步可以引伸出連續(xù)細節(jié)層次方法以及與視點相關的遞進傳輸技術如何滿足基于網(wǎng)絡的虛擬現(xiàn)實應用問題。這樣教學思路始終貫徹在七維全光函數(shù)降維、八叉樹的數(shù)據(jù)組織方法等諸多教學內容中,以達到融會貫通的目的。

4.2點面結合,各有側重

虛擬現(xiàn)實課程涉及學科眾多,內容十分豐富,有限的課時內做到面面俱到幾乎不可能。我們的教學大綱基本覆蓋虛擬現(xiàn)實的主要研究分支,重點是基于圖形和基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術,由于增強現(xiàn)實在其他課程有重點講授,不過多涉及。其次注重對當前國內外的研究重點、熱點問題,以及當前的主流設備、開發(fā)工具與平臺介紹。通過發(fā)揮授課教師的計算機科學與技術專業(yè)背景,結合實驗室多年的研究工作進行知識點的深入講解。例如在分布式虛擬現(xiàn)實技術教學中,實驗室在該方向上開展了長達十年的研究工作,研究成果既體現(xiàn)了該內容的基本方法、國際標準,又體現(xiàn)了當前的最新研究成果。該內容的教學從早期的DIS入手,通過與HLA核心技術的對比,重點講解分布式虛擬現(xiàn)實技術如何應用數(shù)據(jù)抽象與封裝、與訂購、基于值的信息過濾 (DDM)等核心技術解決大規(guī)模交互仿真問題,進一步引伸介紹目前該方向的研究進展,讓同學了解當前研究熱點問題。

4.3結合實例,促進創(chuàng)新思維

虛擬現(xiàn)實是一門多學科交叉的科學技術,不同學科理論與方法的互相借鑒、啟迪、創(chuàng)新尤為明顯。因此在講授具體內容的同時,應介紹該研究工作和成果產(chǎn)生的背景,體現(xiàn)交叉創(chuàng)新、集成創(chuàng)新思路,啟迪同學的創(chuàng)造性思維是本課程不斷追求“授之與漁”的目標。在課程綜述中重點介紹信息資源環(huán)境的智能化、普適化、協(xié)同化、沉浸化發(fā)展的各個不同歷史時期代表性工作,以及仿真技術、先進制造技術等學科對虛擬現(xiàn)實的重要貢獻,突出虛擬現(xiàn)實技術交叉融合的特性。將具體的課程知識點講授融入到典型實例中,人工生命課程教學中以ACM優(yōu)秀博士論文工作為基礎,講述了人工魚的感知與行為建模、幾何與外觀屬性建模、虛擬海洋環(huán)境建模等,目的在于突出建模內涵的寬泛性和在虛擬現(xiàn)實技術中的重要地位,通過詳述人工魚的生物力學分析、總體方案設計,行為與運動系統(tǒng)實現(xiàn),歸納總結出多學科交叉、逼真性與效率的完美平衡是其創(chuàng)新所在。在講授虛擬人技術時,首先提出逼真人體運動復雜性和實時性這一矛盾,引入機器人技術領域的逆向運動學以及信號與系統(tǒng)中的信號處理方法,重點介紹借鑒其他學科方法解決虛擬人運動重用和大規(guī)模人群等關鍵問題,強調借鑒啟迪是創(chuàng)新的源泉。在諸如同心拼圖、分布式虛擬環(huán)境中同樣貫徹了結合實例,促進創(chuàng)新思維這一教學思路。

5結論與展望

“虛擬現(xiàn)實技術”涉及面寬、內容十分豐富,同時發(fā)展迅速,應用越來越廣泛,如何講授好該課程是一個需要不斷探討、研究總結的教學課題。筆者在多年的教學活動中,通過教與學的交流,不斷總結形成了一些教學思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不斷完善充實,主要包括兩個方面內容:(1)如何做好虛擬現(xiàn)實技術課程與計算機圖形學、多媒體技術、圖像處理技術的銜接;(2)如何利用好虛擬現(xiàn)實技術與系統(tǒng)國家重點實驗室的研究環(huán)境、軟硬件資源以進一步加強虛擬現(xiàn)實課程的實踐環(huán)節(jié)。我們將在今后繼續(xù)研究探索,以解決這些重要問題。

參考文獻: