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《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中應(yīng)用探究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中應(yīng)用探究 摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》，教育部決定于2013年啟動(dòng)開展國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已在高校實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中得到初步應(yīng)用。重慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院結(jié)合自身實(shí)際，建立了相關(guān)實(shí)驗(yàn)課堂的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以利用虛擬仿真軟件建模，構(gòu)建虛擬儀器和場景，使用戶在虛擬場景進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和操作。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室符合教學(xué)改革要求，改變了以往的教學(xué)模式，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平和質(zhì)量，具有極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值關(guān)鍵詞：虛擬
2、現(xiàn)實(shí)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬儀器；虛擬實(shí)驗(yàn)室中圖分類號(hào)：TP393；G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2017）03-0-040引言13實(shí)驗(yàn)教學(xué)[1]是高校實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中不可缺少的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和自主解決問題能力的主要途徑[2]，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中可以加深和鞏固學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。但由于受到實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備的制約，一些高校的實(shí)驗(yàn)不能有效開展。因此，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[3]的虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生，并且得到了快速發(fā)展。所謂虛擬實(shí)驗(yàn)室[4]，即利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真或虛構(gòu)某些情景和設(shè)備，使用戶可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室。虛擬實(shí)驗(yàn)室
3、應(yīng)用多種前沿技術(shù)，降低了實(shí)驗(yàn)設(shè)置投入和管理成本，改變了以往的教學(xué)模式，使得遠(yuǎn)程移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)得以真正實(shí)現(xiàn)，突破了時(shí)間和地域的限制，具有便捷、安全等多方面的優(yōu)勢1虛擬現(xiàn)實(shí)概述虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）又?Q為人工現(xiàn)實(shí)[5]，即利用計(jì)算機(jī)生成虛擬環(huán)境，并借助輸入設(shè)備進(jìn)入虛擬環(huán)境進(jìn)行自主交互操作，使用戶產(chǎn)生仿佛在真實(shí)場景中的感覺。它包括兩種形式，一種是通過佩戴特殊頭盔等外部設(shè)備，以自然方式（比如頭的轉(zhuǎn)動(dòng)、腳的移動(dòng)等）與計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互操作，產(chǎn)生如同在真實(shí)環(huán)境中的感受和體驗(yàn)。另一種則直接通過計(jì)算機(jī)桌面，利用鍵盤、鼠標(biāo)等常規(guī)
4、輸入設(shè)備進(jìn)入虛擬空間，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互操作[6]13虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[7，8]是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)，它利用三維圖形生成技術(shù)、智能接口技術(shù)、多傳感器技術(shù)等，生成三維逼真虛擬環(huán)境，使用戶可以感知和操作虛擬世界中的各種對(duì)象，產(chǎn)生一種身臨其境和沉浸其中的感覺。VR技術(shù)可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如軍事、醫(yī)療、教學(xué)等。目前，這種技術(shù)主要通過計(jì)算機(jī)桌面的形式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生不再受實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備等的制約，能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。類似于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生的行為將會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的發(fā)展和結(jié)果。另一方面，教師在虛擬實(shí)驗(yàn)室中可以查看學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)
5、，部署作業(yè)等虛擬實(shí)驗(yàn)室是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和場景，以軟件形式實(shí)現(xiàn)硬件的功能，仿真實(shí)際的物理實(shí)驗(yàn)過程的應(yīng)用系統(tǒng)。虛擬實(shí)驗(yàn)室由實(shí)驗(yàn)課程、虛擬器材庫、網(wǎng)上管理系統(tǒng)等組成。由于其可觀的應(yīng)用前景而受到世界各國及各大高校的重視，在國外一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到普及，我國一些知名高校也相繼建立了各具特色的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。如清華大學(xué)利用虛擬儀器構(gòu)建了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測系統(tǒng)；大連理工大學(xué)研發(fā)了一套化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、重慶大學(xué)等一批高校也致力于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究2構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室的方法構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的方法有
6、許多種，大多都通過軟件建模模擬真實(shí)硬件的功能來構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室。下面介紹幾種國內(nèi)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室的常用方法2.1基于VRML構(gòu)建三維虛擬實(shí)驗(yàn)室VRML（VirtualRealityModeling13Language，VRML）即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言[9]，用類似HTML標(biāo)記文本語言來描述三維場景，通過Internet和Web超鏈接在網(wǎng)上營造虛擬環(huán)境的技術(shù)。VRML的基本工作原理包括文本描述、遠(yuǎn)程傳輸、本地計(jì)算生成。文本描述就是用標(biāo)記文本語言描述三維物體和場景，而不利用三維坐標(biāo)點(diǎn)來描述物體，因?yàn)檫@樣會(huì)產(chǎn)生很大的數(shù)據(jù)緩存，不利于傳輸。遠(yuǎn)程傳輸是指訪問由虛擬現(xiàn)實(shí)建
7、模語言描述的虛擬物體和場景時(shí)，需要通過網(wǎng)絡(luò)將文本數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)本地。本地計(jì)算生成是指瀏覽器要對(duì)傳送到本地的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋翻譯，重現(xiàn)虛擬場景設(shè)計(jì)VRML虛擬實(shí)驗(yàn)場景有以下兩種方法：（1）直接使用文本編輯器編寫程序代碼。該法方便，但不直觀，對(duì)設(shè)計(jì)者的空間想象能力和邏輯思維能力要求較高；（2）將可視化組件搭建成自己需要的實(shí)驗(yàn)場景，可以直接看到實(shí)驗(yàn)效果2.2基于QuickTimeVR建模構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室QuickTimeVR（QuickTimeVirtualReality）是一種基于靜態(tài)圖像處理，即通過連續(xù)拍攝的實(shí)景照片，形成全景圖像，在計(jì)算機(jī)上建模實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)
8、的技術(shù)。QuickTimeVR[10]技術(shù)可以將在不同角度連續(xù)拍攝的實(shí)景照片按照其相互關(guān)系有機(jī)
