梁光华

摘要：随着现代互联网的迅猛发展，信息技术在各行各业发挥了越来越重要的作用，虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）在社会经济发展中脱颖而出。

虚拟现实技术将在高校教学中改变以往说教式的教学模式，学生不再是被动的接收学习的内容，而是能够以各种形式参与到教学中。VR技术使用三维的形式生动形象的表现着教学内容，营造了一个沉浸的教学环境，能够提高学生的学习兴趣，延长知识记忆的时间。本文主要是分析虚拟现实技术特点及它在高校教学过程中应用。

关键词：虚拟现实技术;沉浸;教学模式

一、虚拟现实技术的概念

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术又称为灵境技术，它是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，它使用户沉浸到该环境中。

VR技术是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。VR技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。

二、虚拟现实技术的发展状况

美国是VR技术的发源地，目前美国在该技术领域的基础上主要集中在感知、用户界面、后台和硬件的研究。

我国对VR技术的研究和发达国家相比起步较晚有一定的差距，但我国政府和科学家们开始高度的重视了。政府有关部门根据我国的国情制定了开展VR技术的研究计划。在九五计划、国家高技术研究发展计划等都把VR技术研究列入了研究的项目中。

北京航空航天大学主要研究了VR环境中的物体的物理特性的表示与处理，并开发出虚拟现实中的视觉接口方面的硬件，提供了有关的算法和实现的方法。

浙江大学的实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑实时漫游系统。

哈尔滨大学成功的虚拟出人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成、唇动的合成，目前正在研究人说话时头势、手势动作、语音和语调的同步合成等。

三、虚拟现实技术的特点及系统组成

1.VR技术的特点（3个）

（l）沉浸感（Immersion）又称临场感，这是VR系统的核心，指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，给人一种身临其境之感。

（2）交互性（Interaction）是人机和谐的关键性因素，是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。

（3）构想性（Imagination）VR不仅仅是一个用户与终端的接口，还可使用户沉浸其中获取新的知识，提高感性和理性认识，从而具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。因而可以说，虚拟现实可以启发人的创造性思维。

2、VR系统的组成

一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。

四、虚拟现实的核心技术

VR技术是多种技术的综合，主要技术如下：

1.动态环境建模技术

动态环境建模就是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型

2.实时三维图形技术

三维图形的生成技术已经较为成熟，其关键是如何实现“实时”生成。

3.立体显示和传感器技术

虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要。

4.跟踪技术

利用头部跟踪（VR头套）来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。

5.触觉/力觉反馈技术

在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。

6.立体声音技术

VR是从记录到重放整个系统后，能够在一定程度上恢復原发生的空间感技术，称为立体声技术。现有的VR技术还远远达不到这一目标。

7.语音技术

在VR系统中的语音输入输出也很重要，这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个问题，第一是效率问题，为便于计算机理解，输入的语音可能会相当啰嗦。第二是正确性问题，计算机理解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。

8.系统集成技术

集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。

五、虚拟技术在高校教学中

虚拟学习环境能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。

课堂教学是教学的主要方式，也是虚拟现实运用于教学的主要战场。根据不同的学科，虚拟现实发挥着不同的作用。

结束语

在互联网迅猛发展和计算机技术日新月异的当代，不久VR技术必将会改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间的看法。VR技术是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。利用它，可以使自五湖四海的人们一同学习、讨论、游戏，使人们的工作、生活、娱乐更加有情趣。

VR技术已开始走进高校教学，但要提供一个真正身临其境的游戏或应用体验还存在着较大的局限性，这些问题至今还没有很好的解决办法。由于VR系统的硬件设施价格昂贵，而制约了VR在教学中的普及和应用。随着VR技术在高校教学中的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，软件的适用不断增强，VR以其自身强大的教学优势和潜力将广泛应用于教学。