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虚拟现实的特点范文1
关键词:虚拟现实;高等院校;计算机教学
当今社会正处于高速前进的发展时期,科技水平不断提高,各项新技术、新成果层出不穷。在这样的现代化背景下,全国各行各业的工作方式及工作手段也不断的得到更新,教育行业也不例外,传统的教育方式作为我们教学的基础性根基发挥着其稳定而不可动摇的作用,但是仅靠传统教学显而易见已经不能满足我们的教育工作需要,这个时候,我们需要积极主动的引进学习新的教学手段和技术,将创新与传统巧妙融合。接下来,笔者将以计算机教学为主题,试着从虚拟现实技术的特征及其与计算机教学的联系等方面谈一谈虚拟现实技术在计算机教学中的应用。
传统的教学方式是以老师的言传身教为主,老师说、同学们听,一对多的教学方式搭配一些简单的视频、图片等辅助文件,这样的教学是基础,却已经不能达到最好的教学效果。所谓虚拟现实技术,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机技术造成一种虚拟情境,是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真,可以让使用者进入到那个情境之中去,从而身临其境的进行工作和学习。结合虚拟现实与计算机教学之间的联系,笔者将虚拟现实的特点,概括有下面三个部分:第一,沉浸感。学生们通过虚拟现实技术进入虚拟世界中,视觉、听觉、触觉等多种感觉器官都有着鲜活、真实的感受,这种独一无二的沉浸感,可以帮助学生更好地进入教学实境中,在虚拟现实的体验中,更加专注、热情的投入计算机学习的进程之中,进而得到更好的学习成效。第二,交互性。传统的计算机教学,老师在上面传授,同学在下面单方面的接收信息,这样的教学特别依赖老师的表达水平和语言能力,教学效果很难达到最佳。而虚拟现实技术将同学们全部投入三维真实模拟的认知环境之中,同学们的每一个学习操作都会有相对应的合理反馈,教学之间产生一种频繁、高效的良性互动,这种交互性对于我们的计算机教学有着极佳的教学效果,值得我们推广应用。第三,构想性。所谓构想性,是指在虚拟现实技术的前两个特点:沉浸感和交互性的基础之上,虚拟现实所构建出来的逼真世界有着良好的构想性特征,它的建立本身结合了现实世界的大量特征,同时又在用户使用中的真实感知进行不断改良,从而获得了与真实世界最大可能的相似度与反应状况,这样建立起来的虚拟现实教学系统,对学生们的知识水平和视野的提升都带有极大的优化效果。沉浸感、交互性和构想性是虚拟现实技术的三个重要特点,在计算机教学中,虚拟现实技术可以起到很大的作用,学生们在高等院校专门构建的虚拟教学世界中可以更好地学习,一改以往那种老师教、学生学的单一传授模式,同学们可以在逼真的教学环境和良性互动中产生极大的学习兴趣与学习热情,更加积极主动的投入课程的学习中去,从而达到良好的教学效果,实在是一举多得。
二、虚拟现实技术在计算机学习中的应用
虚拟现实技术作为近年来广受关注的一种新兴技术,通过计算机对现实世界进行进行全面模拟仿真,从而为用户提供逼真的使用环境。在作为虚拟现实的载体———计算机的教学中,这种手段的加入显得更为迫切和有益。接下来,笔者将从以下四个方面试着谈一谈虚拟现实技术在计算机学习中的应用。第一,虚拟仪器。高校的计算机教学往往会涉及多种仪器的相关学习,可是以当前的教学能力,这些仪器很多时候都无法普及到每位学生身上进行一对一的操作练习,从而导致教学效果的极大程度下降,而虚拟现实技术可以很大程度上改善这个缺陷。学生们可以通过虚拟现实技术在逼真的虚拟世界里进行仪器操作练习,这样的练习可以减少许多现实的仪器损耗,练习的人数和时间也有了很大程度的扩展。第二,虚拟课堂。虚拟课堂作为传统教学的补充,可以补足许多传统教学所不能实现的地方。一些传统课堂出于时间、空间、金钱或者技术问题而无法实现的展示教学,在虚拟课堂中有了更多、更大的实现可能。同学们通过虚拟课堂,可以很大程度增强对传统课堂知识的学习体会,也可以学到许多传统课堂学不到的知识。第三,虚拟远程教育。当前的教育模式已经渐渐向网络化时代过渡,学生们不仅可以通过考学、进入大学校园这样的方式进行高等教育学习,一些已经工作或者身处远方的人也可以通过远程教育的方式进行进一步的深造,从而对国民整体的综合素质、学习水平的提高都有所提高、促进,而虚拟现实技术支持下的虚拟远程教育,就是实现学习目标的重要工具和关键一环。就计算机教学而言,很大程度上来讲它是具有极大实践性的一门科学教程,作为一种职业培训,很多需要它的人并没有办法全职来到高等院校进行实地学习,这种时候,虚拟现实技术就给我们提供了一个非常好的解决途径———通过虚拟远程教育给那些需要它的人一个学习的机会,从而达到更好的教育目的。
三、结语
虚拟现实技术在当前来讲还是一门新技术,很多地方都还没有完善,完全进入课堂的条件尚不充足,但是不可否认的是它的前景是十分光明的,尤其作为计算机科学,与虚拟现实技术的联系十分紧密,将虚拟现实应用在计算机教育中就显得更加的必要和紧迫了。在可以预见的以后,虚拟现实技术会越来越完善和普及,其在计算机教学中独一无二的优势也会越发明显,作为一种新兴的教学手段,虚拟现实技术在计算机教育中的应用是必然且无可替代的,各大高等院校眼前也在积极的进行这样的教学探索和初步实践,最终它会在计算机教学乃至各门各科教学中都发挥重要而不可替代的作用。
参考文献
虚拟现实的特点范文2
关键词:虚拟现实 科技开发 电子娱乐教育游戏
虚拟现实技术中的“现实”是泛指在物理意义上与功能意义上,存在于世界上的任何事物或环境。该虚拟程序可以是实际上可实现的环境,也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的环境。而“虚拟”是指用电脑生成的意思,因此,虚拟现实是指用电脑生成的一种特殊环境,人们可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中,并操作、控制环境,实现某种特殊的目的,即人是虚拟环境的主宰。
虚拟现实的特征:1、多感知性一所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。2、浸没感—又称临场感或存在感,指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度,好像在现实世界中的感觉一样!3、构想性一强调虚拟现实技术有广阔的可想象空间,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。
虚拟现实技术运用在科技开发上,用它来设计新材料,可以预先了解改变成份对材料性能的影响。在材料还没有制造出来之前就可以知道用这种材料制造出来的零件在不同受力情况下是如何损坏的。虚拟现实在商业上的应用主要体现在对产品的展示。例如,在展示一些高科技产品时,为了让用户能了解到这种技术的功能,内部的结构,销售商就会运用虚拟技术来模拟商品,像一个真实的物品展现在消费者面前,给消费者一种身临其境的体验,如:楼房销售,旅游景点,汽车销售等都利用这项技术。
虚拟现实技术运用在电子娱乐上,通过虚拟现实技术在娱乐领域的运用,英国科学家研制出现的利用虚拟现实技术模拟的滑雪器通过操控者利用模拟的一些设备如:头盔、显示装置、身穿的滑雪服装、脚上穿着雪橇板、通过手中的滑雪棒,在室内通过观察显示器的过程中出现的画面,可以模拟出滑雪场现场的情况,跟真的在滑雪过程是一样的感受。
虚拟现实技术运用在教育上:1、虚拟校园,虚拟校园是把一个真实的学校,通过虚拟现实技术活生生的展现在计算机上或是在你的面前,突破了传统单一的浏览方式,让自己能真的身临其境的去观察物体的每一个角度,灵活的浏览校园情境。在1996年时,天津大学就尝试着虚拟校园,让很多没有去过天津大学的人,也可以身临其境的去领略这所知名的大学。伴随着科技网络技术的发展,现在很多大学也在开始逐步的使用这样的技术来推广自己的学校。2、虚拟教学为现代教学带来了很多便利,运用这种虚拟技术,我们可以模拟出我们无法直接观察出来的,或是无法在现实中真实体验测试的,如一些复杂系统的结构和动态,给学生一种更直观的感受。3、虚拟现实技术在培训上的贡献是非常卓越的,由于这项技术有沉浸性的特点,这样就能够给参与培训的人有一个虚拟现实的空间,让其在这个虚拟的空间中扮演一个角色,能让他进人状态,身临其境的去学习。这样对学生的学习训练非常有利,能够帮助学生去感受和理解教学的内容,切身去解决问题。很早以前,西南交通大学做过这样一个虚拟教学实例,他们开发的机车驾驶模拟装置,就可以真实的模拟出列车运行的各种状态,让学生有一个真实的感受。通过对这个模拟装置的各种设置,真实模拟出各种事故应急情况,不断的给学生做训练,操作熟练后能马上参与到相应的工作。
虚拟现实技术在互动游戏领域的运用。三维技术,不仅是虚拟现实技术重要的应用方向,而且牵引着虚拟现实技术的发展。虚拟现实的全部技术在三维游戏里面都能找出。创造一个逼真的虚拟世界来满足真实感游戏,一般需要三维软件,创建出的模型、三维人物动画、立体的声音和其他资源等。为了能逼真且实时地实现图像信息,模拟复杂的虚拟世界,就必须设计合理的模型组织结构,并对虚拟世界中的每个对象“精雕细琢”地搭建三维模型,这是在三维虚拟系统里构建过程的重要工作。只有逼真的、实时的、高成像的三维场景和一套复杂的交互感应设备,才能满足虚拟现实的搭建,达到人和环境的现实融合,并且利用操纵键盘来输入与输出。也就是说,我们利用三维技术生成的三维场景。通过一些特殊的显示设备来模拟现实世界里你所能看到,然后将利用环境产生的互动,获得最接近真实的体验过程。虚拟现实技术,为互动娱乐方式的突破提供新的机遇。在科技发展的今天,有着先进强大的虚拟现实硬件支持下,加之真实,互动,情节化,多人参与等特点,新一代的互动传播方式,将把人们体验虚拟世界的经验,带到一个崭新的,人类从未触及的世界当中。
虚拟现实的特点范文3
关键词:虚拟现实暴露疗法;浸润式;恐惧症;焦虑症
一、引言
虚拟现实(virtual reality,VR)是近年来迅速发展起来的一项技术。虚拟现实领域的先驱Burdea认为:“虚拟现实是合成的计算机用户界面,通过视、听、触、嗅等多种感知渠道对现实进行模拟”[1]。虚拟现实是一种可以创建和体验的计算机系统,它是通过一些特殊设备,如头盔式显示器、图形眼镜、数据手套、立体声耳机、追踪系统、三维空间传感器等,用计算机技术来生成一个视听触嗅等感觉逼真的虚拟时空世界。使用者可以通过传感器装置与虚拟环境交互作用,按照自己的意愿去改变虚拟环境,其感觉、动作与真实世界一模一样,有强烈的“亲临其境”的感受和体验。它强调的是逼真的感受、自然的交互作用、独特的想象性。早些年由于VR 设备和系统制作费用过于高昂,VR 技术只是应用于军事和工业设计等少数领域。随着计算机技术的发展,VR 设备和系统制作的成本大幅度下降,VR 技术也得到了越来越广泛的应用。在国外,一些研究者把VR 技术应用于心理治疗领域,并取得了良好的效果[2]。
暴露疗法是通过让患者长时间暴露于导致其症状出现的刺激中,使得患者产生适应过程而消除症状,并改变对刺激的感知和认识,建立新的行为模式的一种治疗方式。该方法基于Foa和Kozak的情绪加工理论[3]。传统的暴露疗法分为实景暴露和想象暴露,但是无论是实景暴露和想象暴露都有其一定的局限性。实景暴露往往实施起来难度较大,并且有一定的危险性。特别是在对恐高症病人的治疗上,如对其实施实景暴露则更加容易发生危险[4],在对动物恐惧症的治疗上亦是如此;想象暴露则往往需要患者有良好的想象力,想象力较差的个体因无法达到很好的浸润效果而会影响到治疗的效果。
为了能够在暴露疗法中呈现较完善的暴露场景,往往需要虚拟现实对特定应激场景加以呈现,于是便促成了虚拟现实技术与暴露疗法相结合,我们称之为虚拟现实暴露疗法(virtual reality exposure therapy ,VRET)。
二、虚拟现实技术的分类
虚拟技术按照标准的不同可划分为不同的类别。按沉浸度来划分,可分为非浸入式、部分浸入式和完全浸入式。按其实现虚拟环境功能的高低,可分为桌面式、浸入式、分布式和混合实现系统[5]。
三、浸润式虚拟环境
(一)虚拟现实的浸润感
虚拟现实的浸润感,也叫虚拟现实的沉浸感,是指用户沉浸在虚拟现实系统中,完全体会到与真实场景所一致的情感体验。虚拟现实的浸润感一直是虚拟现实领域关注的重点,尤其在对用户体验要求较高的行业,如游戏、仿真训练等。
(二)浸润式虚拟环境的分类
根据研究人员对虚拟环境沉浸度的不同要求和构造虚拟环境的不同方式,构建虚拟环境所使用的设备差别很大。一般说来有两种常见的方式构建浸入式虚拟环境。
第一种是洞穴式虚拟现实系统,即利用计算机、多个投影系统、多个扬声器等设备构建虚拟环境[6,7] 。 它是一种利用多个立体投影设备,投影屏幕相互环绕的环境,使用者置身于立体投影机投影形成的三维屋子里,并能在其中自由活动。借助于其他传感设备,如立体眼和数据手套,使用者拥有立体视觉,可以从不同角度触摸甚至改变虚拟环境中的物体。
第二种是利用头盔呈现系统来实现虚拟环境。在头盔系统呈现计算机构环境的同时,可利用运动追踪装置提供头部或身体运动变化的信息[8]。头盔显示器固定在使用者的头部。头盔呈现系统实现的虚拟环境可以使观察者产生自我为中心的深度知觉或者外部深度知觉。配合其他的输入设备,可以为被试提供沉浸度较高的虚拟环境。
已有研究表明,无论是洞穴式虚拟现实系统还是利用头盔呈现系统来实现虚拟环境,都会给参与者带来较好的浸润感觉。如Krijn 等人利用组间设计对25名患有恐高症的患者进行治疗,并在治疗中对洞穴式虚拟现实系统与头盔式虚拟现实系统的浸润效果进行了比较。研究结果显示,无论是用洞穴式虚拟现实系统还是头盔式虚拟现实系统,所呈现出的虚拟情境均给参与者带来了较好的沉浸效果,二者的浸润效果并没有影响到最后的治疗结果[9]。
四、虚拟现实暴露疗法在心理治疗中的应用
(一)恐惧症
虚拟现实暴露疗法较多关注特殊恐惧症的治疗,例如蜘蛛恐惧症、 恐高症、飞行恐惧症等。
1.蜘蛛恐惧症
通过虚拟头盔显示器观看虚拟蜘蛛能有效治疗蜘蛛恐惧症。增强的虚拟现实暴露疗法还包含触摸实物的可能性(毛织物可以提供像蜘蛛的感觉)。
目前已有许多利用虚拟现实疗法治疗蜘蛛恐惧症的案例,其中包括一例关于蜘蛛恐惧症的控制实验研究。在研究中,28名患有蜘蛛恐惧症的成年人接受虚拟现实暴露疗法的治疗,并受到评估。治疗的过程包括给被试进行标准化的问卷测量、情绪stroop测验、行为回避测验,以及测量参与者看到活着的多毛毒蜘蛛时心跳的频率。各测试结果均表明,虚拟现实暴露疗法对蜘蛛恐惧症的治疗有很好的效果[10]。
2.恐高症
恐高症是最早应用虚拟现实暴露疗法来治疗的心理疾病之一。在国外已有较多应用虚拟现实暴露疗法对恐高症进行治疗的案例,其中较多的是个案研究,也有一部分采用随机、控制组实验进行研究。在一项研究中,Coelho等人采用个案研究的方法,通过呈现三个虚拟暴露场景对10名恐高症患者进行治疗,一年后回访发现,其回避行为、对高度的恐惧及态度均有显著好转[11]。在另一项研究中,Emmelkamp等人采用随机控制的组间实验,对33名被试采用虚拟现实暴露疗法和想象暴露疗法进行治疗,最后得出结论:虚拟现实暴露疗法与想象暴露疗法在减少焦虑和回避行为方面具有同样的效果[12]。
(二)焦虑症
患有焦虑症的患者通常会体验到更强烈的恐惧和担忧水平。已有研究表明,治疗焦虑障碍最有效的方法之一是暴露疗法。过去的几年中,临床和相关研究领域已经有研究者开始使用虚 拟现实手段制定特定的虚拟情景并将患者暴露其中从而引发其焦虑,达到治疗焦虑障碍的目的。
1.社交焦虑障碍
在一项采用虚拟现实暴露疗法治疗社交焦虑障碍的研究中,被试为36名平均年龄为26岁的男性。被试被要求进入到浸润式虚拟现实环境中——有5个虚拟人物的派对,其中4人坐在离被试比较远的地方,他们相互交谈,另外1名单身女性坐在离被试比较近的位置,接近参与者,介绍她自己后与被试发起交谈,交谈的过程由浅入深。该实验包括社交焦虑问卷前后测,在实验过程中有皮肤电导和心率等生理指标的记录。最终得出的结论是:通过短暂的虚拟现实互动,即虚拟现实暴露疗法,有社交焦虑的参与者的焦虑水平可以得到较大的缓解[13]。
2.考试焦虑障碍
在一项虚拟现实暴露疗法治疗考试焦虑障碍的研究中,有21名学生参加实验,其中11名学生为高考试焦虑,另外10名学生为低考试焦虑。虚拟情境按照考试准备的时间进行呈现——考生的家、地铁、考试地点。结果显示,高考试焦虑组的学生表示出更高的焦虑水平,在暴露于虚拟现实环境中时,高考试焦虑组的学生比低考试焦虑组的学生表现出更多的抑郁情绪。这一结果表明虚拟现实情境能够激发高考试焦虑学生的情绪反应,但是并没有证实虚拟现实暴露疗法对高考试焦虑的学生有治疗效果[14]。
五、虚拟现实暴露疗法在创伤后应激障碍治疗中的应用
所谓创伤后应激障碍(PTSD),是指经历异乎寻常的威胁性或灾难性应激性事件或情境后而引起精神障碍的延迟出现或长期持续存在,其特点是时过境迁的痛苦体验仍然挥之不去,持续回避与事件有关的刺激,并长期处于警觉焦虑状态[15]。Difede等人应用虚拟现实暴露疗法对一名患有PTSD的“911事件”幸存者进行治疗,结果显示,该患者在经过完整的虚拟现实暴露疗法治疗后,其PTSD症状显著减少了90%[15]。
六、对虚拟现实暴露疗法的评价
虚拟现实的暴露过程通过实际的暴露并伴随着可视化的图像和想象来共同完成。暴露疗法背后的原理是:通过暴露于恐怖的情境让人们有机会认识到他们的恐惧和担心是多余的;通过不断的练习,他们的焦虑也会逐渐减少。
(一)虚拟现实暴露疗法的优点
虚拟现实暴露疗法在增强和加速处理治疗过程方面比真正的暴露和想象技术有更多的优势。
与现实暴露相比,虚拟现实暴露可以完全进行控制:暴露的质量、频率和强度可以完全由治疗师在办公室执行,当病人无法忍受时,可随时停止。
另外,患者能够对特定的恐惧刺激进行反复暴露 。在Wiederhold的典型案例中,一名患者只害怕飞机着陆的过程。如果使用虚拟现实暴露疗法,在一个小时内患者可以练习多次着陆,而不用浪费时间去乘飞机旅行。此外,暴露的同时治疗师可以用不同的仪器监控病人的反应 (包括心理和生理反应),观察病人的症状是否有所减少。
与想象暴露相比,虚拟现实暴露疗法拥有高度的浸润感,可以给病人呈现出更有现实感的刺激,因为它有能力去刺激不同的感觉通道,如视觉、听觉、触觉等,从而帮助患者感到沉浸在现实的体验之中[13]。通过虚拟暴露,治疗师能够看到患者所看到的,可以准确地识别出引发患者焦虑的刺激。
总之,虚拟现实的灵活性允许治疗师定制特定的治疗体系以满足不同患者的需求。它的优点概括起来可以包括:交互性、灵活性、可控性、机密性、安全性、省时、节约成本和可重复性。
(二)虚拟现实暴露疗法的缺点
首先,虚拟现实暴露疗法与传统暴露疗法相比,由于其加入了虚拟现实系统而费用相对较高。虚拟现实系统需要运用大量的3D呈现技术,因此对硬件设施的要求较高,这样就带来了较高的实验成本。另外,在设备的维护上,需要投入大量的人力与物力。
其次,虚拟场景开发难度较大。虚拟现实暴露疗法往往建立在虚拟现实场景的呈现上,因此,需要虚拟现实场景有一定的逼真度,这样对开发人员的技术要求便很高。
七、对虚拟现实暴露疗法未来的展望
作为正在发展中的心理治疗方法,随着科学技术的不断进步,虚拟现实暴露疗法将会成为心理治疗领域未来发展的新方向。但是,单纯的暴露疗法往往对心理治疗所起到的效果并不很理想。因此,现在已经有学者将生物反馈技术应用于虚拟现实暴露疗法中,二者相结合,能起到较好的治疗效果。相信随着我们对虚拟现实技术的不断了解,将会有更多更加成熟的虚拟现实系统能够应用到心理治疗领域中来,为更多承受心理疾病痛苦的患者带来福音。
[1]Riva G,Botella C,Geron P,et al. Cybertherapy:Internet and virtual reality as assessment and rehabilitation tools for clinical psychology and neuroscience[M].Amsterdam:IOS Press,2004:37-54.
[2]许百华,赵业.虚拟现实技术在心理治疗中的应用[J].心理科学,2005,28(3):654-655.
虚拟现实的特点范文4
(中国卫星海上测控部,江苏 江阴 214400)
【摘 要】执行海上测控任务期间,为确保测控通信设备的稳定可靠,海上测控通信系统的训练模式仍是采取以口头演练为主,辅以仿真训练的模式,已不能适应当前高密度海上测控训练的要求,通过信息化手段引进基于虚拟现实训练模式,实现海上测控通信系统训练模式的转换具有重要意义。
关键词 训练模式;虚拟现实;测控通信系统
0 引言
高密度海上测控任务要求测控通信系统设备必须稳定可靠,这就给传统的测控通信训练模式带来挑战,以往测控通信系统训练模式采取以理论训练和实操训练相结合的方式进行,并采取仿真训练等手段为辅助手段,这些训练模式取得了良好效果,培养了大量的海上测控通信人才。随着信息化技术的发展和虚拟现实技术的应用,在越来越多的领域采取虚拟训练的模式开展训练,其具有训练成本低、安全性高、不受时空限制且训练效果好等特点,通过训练模式转变的研究,将有效推动通信系统训练效益。
1 海上测控通信系统训练模式综述
海上测控通信系统训练模式包括个人自学、承师带徒、厂所培训、授课讲课、联调演练及网络化训练等模式,为海上测控通信系统人才培养、能力提升作出了重要贡献。
1.1 个人自学
个人自学是根据个人训练的实际情况,依据年初制定的个人年度训练计划开展专业训练的方式,其具有针对性强、效果有限的特点,侧重于对设备基本信息、基本操作、基本流程、基本原理的掌握。
1.2 承师带徒
承师带徒是为岗位人员指定本专业技术骨干开展专业知识培训,包括理论授课、实操演示等,主要通过“以老带新、互帮互学”等方式开展训练,其具有指导性强、重点突出等特点,侧重于基本操作、基本原理的学习和掌握。
1.3 厂所培训
厂所培训主要结合新设备研制、改造、联合课题研究、厂所代职等工作进行,厂所培训能够使岗位人员对设备的总体知识、设备性能、设备原理等进行深层次的学习和研究,对提升岗位人员执掌设备能力和科研试验能力具有重要作用。
1.4 授课讲课
授课讲课可分为新学员汇报讲课、外训人员汇报讲课、岗位专家授课、外请专家授课等。通过授课讲课既可检查人员知识掌握情况。又可使岗位人员学习了解当前新技术、新研究、新应用等,为岗位人员提供岗位训练和科研创新动力。
1.5 联调演练
联调演练是为了熟悉任务流程、检验参试设备工作状态和技术性能,验证软硬件的可靠性、协调性,确保测控通信设备间的接口正确、可靠,可培养岗位人员严谨的试验作风、熟练掌握操作流程和任务工作流程,锻炼指挥员的组织指挥和协同能力,是一种综合性的训练方式。
1.6 网络化训练
网络化训练是指利用网络上的训练资源或者相关训练软件辅助人员进行训练、考核的训练方式,主要包括网上模拟系统训练、远程培训、视频教学和网上考核等。网络化训练可以充分利用网络集成化,数字化,资源共享方便快捷等特点辅助训练,扩展训练模式,提高训练效率,优化考核过程。
1.7 计算机模拟训练
计算机模拟能够逼真地显现现实中相关任务的过程,可激起参训人员的行为和思维的反应,是一种有效地训练手段。但目前的计算模拟训练存在交互性不强、环境不逼真、“身临其境”感觉不明显等问题,停留在二维层面,训练效果与预期的差距较大,不能满足模拟训练要求,急需研究新的真实性较高、交互性较强、立体感较好的模拟训练模式。
2 虚拟现实仿真模拟训练模式的概念
训练模拟系统从技术手段上看,主要包括三种类型:一是以硬件设备为主、结合相关软件、与实际装备基本一致的“硬”模拟系统,比如,用于驾驶和操纵训练的各种专项技能训练模拟器;二是以软件方式为主、用虚拟界面代替实际装备界面、与实际装备视觉效果基本一致的“软”模拟系统,比如,用于装备操作流程训练、战术指挥训练的各种训练模拟系统等;三是在实际平台或装备系统中嵌入专用于训练的信息支持软件,从而构成了实装嵌入式训练模拟系统。无论上述哪一种训练模拟系统,其所构成的训练环境与真实环境相比都存在较大的差距,因此,“仿真度”问题一直困扰着模拟领域,对“构造逼真训练环境”的追求长期存在并一直未能得到很好地解决。虚拟现实技术可对研究对象和环境获得“身临其境”的感受,提高人类认知的广度和深度,拓宽认识空间和方法空间,是仿真技术的发展方向。
2.1 虚拟现实系统的基本概念
虚拟现实(Vitual Reality,VR),又称“灵境技术”,是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、计算机网络等技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能,使人沉浸在计算机生成的虚拟环境中,通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建一种适人化的多维信息空间。
2.2 虚拟现实系统的基本特征
虚拟现实系统的最大优势是能够充分发挥在由计算机和人构成的系统中人的主观能动性,即把人的感知能力、认知能力和心理状态在计算机系统中得到体现,人与系统交互采用完全自然的方式。其基本特征可通过“灵境技术三角形”加以描述,即“3个I(Immersion(沉浸)-Interaction(交互)-Imagination(构想))”。
2.3 虚拟现实系统的基本构成
虚拟现实系统一般分为桌面式、大屏幕式和头盔式,按照系统构成划分可分为检测模块(检测用户的操作命令,并通过传感器模块作用于虚拟环境)、反馈模块(接受来自传感器模块的信息,为用户提供实时反馈)、传感器模块(接受来自用户的操作命令将其作用于虚拟环境,并将操作后产生的结果以相应的反馈形式提供给用户)、控制模块(对传感器进行控制,使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用)、3D模型库(现实世界各组成部分的三维表示,并由此构成对应的虚拟环境)及建模模块(获取现实世界各组成部分的三维数据,并建立他们的三维模型)。
2.4 虚拟现实训练模式特点
与传统的训练模式相比较,使用虚拟现实的训练模式主要有以下特点:
(1)提高训练环境的逼真度。通过虚拟现实的模拟训练系统,设立与任务实战、设备故障等相一致的训练环境,使参训人员处于逼真的环境下开展训练,可避免因设备安全隐患而降低训练难度和标准的情况发生。
(2)大大缩短训练时间。通过计算机虚拟技术可迅速设置联调演练和任务实战场景,且不受人员、环境、天气等影响缩短了参训人员的准备时间。
(3)大大减少了装备的损耗。由于海上环境复杂,设备动用频繁极易造成设备故障损坏,从而增加海上测控任务风险。在实际施训中,可通过模拟训练提高训练的逼真度,在确保训练效益的前提下,降低设备损坏。
(4)可复现人员训练情况。在使用虚拟训练系统进行训练时,系统可模拟各种实际情况,并对相关训练情况进行记录、回放,以便于进一步掌握、了解训练中的得失,做好总结,提升能力。
3 测控通信系统虚拟现实训练模式建设
虚拟现实仿真训练模式是引领未来测控通信系统训练的先进训练模式,对于提高测控通信系统训练效益具有重要意义,虚拟现实仿真训练模式主要包括以下软硬件保障、训练内容和方式、训练制度保障等方面内容。
3.1 软硬件建设
虚拟现实仿真训练的目标是由计算机生成虚拟世界,用户可以与之进行视、听、触、嗅觉等全方位的交互,并且可实现实时响应。因此除了高性能的计算机外,还需要相关的软件。
通过专业VR建模软件如OpenGL、Pro/E、Vega、Creator等建立环境模型,可结合Visual C++构建的平台营造虚拟环境;运用多种方法来保证三维场景的动态显示;利用模板匹配、人工神经网络等技术实现运动的识别来交互;为保证环境的真实性,还需要使用I-Collide、PAPID、V-Clip等算法进行实时的碰撞检测。
通过软件和硬件将通信系统设备、接口、环境等通过计算机进行模拟仿真,增强通信环境的“逼真度”,为基于虚拟现实的训练模式提供场景、环境、反馈等支撑,实现了基于虚拟现实的软硬件支撑。
3.2 训练内容方式
(1)单人通信设备模拟训练。基于VR的模拟训练系统最初应用于单人操作维护装备,对于单人通信设备模拟操作训练具有得天独厚的优势,可通过三维图形生成系统生成逼真的涌浪、船摇、风浪等各种设备操作条件,与合成的三维空间声音的效果一同,完成单人通信模拟训练系统的训练,如天线跟踪的飞车现象等。通过单人通信设备模拟训练实现单人在各种气象条件和环境下,逼真模拟操作设备训练。
(2)开展指挥人员模拟训练。根据应急状态下和常态化任务状态下,综合甲板、机房等各种环境下的通信状态、场景,让指挥员通过传感器装置观察设备状态及处置现状,以便于逼真模拟与真实环境完全相似的环境,生动的视觉、听觉和触觉效果,使受训指挥员“沉浸”在“真实的”试验任务环境中,开展任务指挥及应急处置指挥,锻炼指挥员的心理素质和指挥能力。
(3)通过网络开展异地同环境演练。通信系统最大特点是点多、线长、面广,一个设备故障可能涉及到多个方向、多个测站,只有通过协同指挥、协同操作才能彻底排除故障,因此运用虚拟现实技术分布式交互仿真并结合现代网络通信技术,通过模拟训练中心设置在不同测量站(船站)的指挥员的模拟系统终端,实现不同地域、相同环境的模拟训练,各测站之间的通信系统可通过局域网和广域网实现互联互通,并在此基础上开展联合演练,排除设备故障、组织基地间的通信设备应急处置联合训练。
3.3 训练模式发展趋势
随着计算机信息技术尤其是网络技术的迅猛发展,未来基于虚拟现实技术的模拟训练模式将呈现新的发展。
(1)着眼复杂环境,构建多维虚拟试验任务环境,提高训练效益。在实际任务过程中,海上通信环境呈现陆、海、空、天、电等多维发展的趋势,需要在复杂多变的环境中保持通信信息畅通,应着重加强复杂环境下的多维训练。
(2)实施超实时模拟训练。这种训练是使受训对象在模拟环境中进行的一种比正常训练速度更快的训练。通常采用压缩时间跨度,加快作业进程,提高训练强度的方式进行,使受训者得到超常的反应和训练,其适用于技能型训练。
(3)与心理训练紧密结合。通过将虚拟现实模拟训练与心理训练紧密结合后,进一步训练人员的心理承受能力和恢复能力,对于应急情况下的组织指挥、应急操作均有重要意义。
4 结束语
创新信息化条件下训练模式,既是深化训练改革的核心,目前基于虚拟现实的模拟训练仍然处于蓬勃发展的阶段,尚未成规模、成体制,相应的硬件建设、软件建设、制度建设等仍处于研究和探索阶段,但其广阔的应用前景和巨大的发展潜力引导研究引向深入,为测控通信系统的训练模式改革创新提供技术支撑。
参考文献
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[4]洪炳镕,蔡则苏,唐好选.虚拟现实技术及其应用[M].北京:国防工业出版社,2005.
[5]袁华.训练模拟系统发展现状及启示[J].国防科技,2009(01):62-65.
虚拟现实的特点范文5
关键词:虚拟现实(Virtual reality,VR)技术;园林设计;景区提升;公共服务
中图分类号:TU986.2 文献标识码: A DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2017.03.024
Virtual Reality (VR) Application in Landscape Design
WANG Jianing1,WANG Ce2
(1. Xinjiang Agricultural University, Urumqi,Xinjiang 830052,China;2.Xinjiang Urban and Rural Planning Design and Research Institute, Urumqi,Xinjiang 830052,China)
Abstract: This paper introduced the concept of virtual reality ( VR) technology and it's characteristic.Aimed at landscape and scenic spot design performance space landscape time venues of modern multimedia, and other issues,and combined with Ethnic Musical Instruments village scenic area of Xinjiang Uygur Autonomous Region and the application of virtual reality ( VR)technology in outdoor pavilion of the ascent, the paper explored the idea of that scenic spots, the gymnasium combined with the modern facilities should follow up the times, and the key of application of virtual reality technology in the large landscape planning demonstration project. It showed the broad prospects of applying virtual reality technology in landscape design and service landscape.
Key words: virtual reality (VR); landscape design; the scenic area to improve; public service
风景园林学是一门古老而又年轻的学科。作为人类文明发展的重要载体之一,从传统形式造园到现代风景园林学,其发展可以通过三大改变来概括:第一,服务对象方面,从为少数人服务的私家园林拓展到现在的人文艺术大地景观;第二,价值观方面,从较为单一的游憩审美价值取向拓展为生态和文化综合价值取向;第三,实践尺度方面,从中微观尺度拓展为大至全球小至庭院景观的全尺度[1]。在未来,其发展很有可能是体验形式的改变,即从以往的实地观赏游览到虚拟的现实体验,这其中应是加入了科技的力量,可持续技术、数字技术等将在一定程度上改变风景园林规划设计、建造及养管路径与方法[2]。由此可见,风景园林是一门建立在自然科学和人文艺术科学基础上的综合型应用学科。它在不断跟随时代的变化、科技的更新、公众需求意识的改变而突破。具有科学与艺术双重属性的风景园林学,在传承发展景园文化的同时,应当重视科学技术的发展对于风景园林学的推动作用。
VR(Virtual reality,即虚拟现实,简称VR),是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在20世纪80年代初提出的。其具体内涵是:综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备,在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术[3]。虚拟现实技术实现的载体是虚拟现实仿真平台,这是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统的技术,它利用计算机生成一种模拟环境,利用多源信息融合的交互式三维动态视觉效果和实体行为的系统仿真使用户沉浸在环境中[4]。
1 虚拟现实的特点及风景园林规划设计理论
1.1 拟现实的特点
如图1所示,虚拟现实的特点主要有沉浸性、交互性和构想性[5]。沉浸性是虚拟现实技术根据人类视觉、听觉的生理心理特点,由计算机产生逼真的三维立体图像,使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备,便可将自己置身于虚拟环境中,在成为虚拟环境中的一员的同时感觉逼真。交互性是虚拟现实系统中的人机交互,是一种近乎自然的交互,使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动,来调整系统呈现的图像及声音,使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能,就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作[6]。构想性是指由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置,因此,使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知,使其脑海中构成画面,产生联想。
1.2 风景园林规划设计理论
经济和社会的发展是人类和自然环境之间进行了激烈争斗之后的结果,人们的物质和精神需求逐步得到解决,并向更高的层次发展。随着人类文明的进步,人类开始意识到自己与自然密不可分的关系,对自然的理解和认识也越来越深,从而开始了在自己制造的人工环境中去崇尚自然、追求自然的返璞归真的历程,景观的规划和建设应运而生。感受、体验、思考和联想是园林的魅力所在,因此,园林规划理论不再是传统意义上的治山理水,而是充分结合现有科技资源将景观的功能发挥到极致。
2 虚拟现实在景观方面的应用意义
2.1 实现设计过程中的互动和交流
传统的风景园林设计表现方式可分为语言文字、手绘图纸、实物模型和计算机表现4种类型[7]。随着计算机和互联网的飞速发展,多媒体展示手段越来越多,所能表现的效果也越来越逼真,而一些较传统的表现方式已逐渐无法满足大多数客户对展示效果的要求。如今随着多媒体技术的广泛应用,基于数字仿真技术、三维模型技术、交互多媒体技术的虚拟设计实现了实时、交互、动态和主动地园林设计表现方式[8],且完全不同于以往的表达形式。
2.2 实现风景园林的公众参与和动态体验
目前,一些大型园林的宣传以及场馆的展示,毫无体验感和参与互动性,缺少吸引力,达不到宣传和参观的最佳效果[9]。如果将宣传和场馆与虚拟现实技术相结合,公众就可跨越空间以及时间的限制,提前感受景区的风貌,增加前往实地的欲望和憧憬,而强大的宣传力度、新颖的宣传形式将使园林获得意想不到的宣传效果。同时,保留一份景区资料,记录四季不同时期的景象并放在景区互联网等宣传平台,这不仅可以为由于某种原因不能去到当地的人们提供资源,也可为错过特殊游览观赏时节的人们弥补遗憾。另外,可将园林景区中的场馆与科技化、现代化相结合,将体验的理念加入到场馆当中,更有利于科普、学习和感受。应用科技创新不只是提升了景区的层次,更增添了公共服务的效果和展示的多样性,使得景区更有吸引力。
3 应用实例
3.1 园林设计前期成果展示
虚拟现实技术辅助园林设计给予园林更大的表现力,这项技术能让设计师从全方位观看园林并及时做出调整,同时也能感受到环境和建筑设施是否融合[10]。另外,从用户及甲方的角度出发,利用虚拟园林环境,能加强视觉感官,准确快速地表达不满意的部分,使合作双方能有更具体和直接地交流,在汇报过程中能做到细微准确地明白双方意图,避免不必要的误会。
3.2 景区宣传和虚拟体验
新疆疏附民族乐器村规划设计项目位于新疆维吾尔自治区喀什地区。很多人对于新疆这个中国最西北的偏远地区还不是很了解,对于新疆的各民族文化和传统文明还很陌生,那么在有意愿前往之前必定是得先了解和接触,这时计算机创造出来的虚拟场景,就可以作为宣传的资料让人们先有感官上的印象,从而吸引更多游客前来实地游览,切身体验。
新疆四季分明,各具特色。春有倒寒雪覆柳;夏季花繁叶紧簇;秋时瓜果甜可口;冬来素裹银冰柱。动态变换的视角比图片更有说服力,这是一种特别的且无可替代的感受,不会再可惜错过那些短暂到来不及欣赏的时节,同时,也能为景区管理保留时令资料。对于由于某种原因不能来到新疆的人们,可以通过虚拟现实技术将建筑、园林“搬”回家,尽情感受新疆的民族风情,真实体验当地别致景色,从中得到满足和享受。这将是跨越时间和空间的模拟,更是行走的另一种体现方式。
3.3 场馆内置应用
在现代科技如火如荼发展的今天,普通成列式的场馆已经无法吸引并留住游客,更起不到科普学习的效果。近年来,世界一些博物馆正在从传统的作为保存和陈列古董的仓库变成一个个具有社会功能的空间[11]。新疆维吾尔自治区喀什地区疏附民族乐器村的中心展览馆,是国内唯一的少数民族乐器主题博物馆,建筑面积1 027 m2,2011年被文化部评为首批国家级非物质文化遗产生产性保护示范基地。馆内大量的实物展现了民族乐器种类的众多,但形式单一,并不能让游客真正了解和体会民族传统乐器的魅力,而实时演奏也是有时间限制的,并不是所有的游客都能有幸聆听到这些传统演奏。如果加入虚拟现实的科技植入,随时都能让游客聆听和感受到传统的瑰宝,享受视觉和听觉的盛宴。可以以历代流传于民间的乐器为基础,以文化传承和创新为主旨,结合现代声光电技术,融展示、体验、互动于一体。不仅仅是演奏,包括古老的乐器制作过程,进化演变历史等,都可以通过科技手段进行传达。虚拟现实技术营造的临场感,在国外虚拟剧场及世博会上都得到了充分的体现,将体验型博物馆和文化遗产展示提升到了一个全新的高度[12]。
4 结 论
虚拟现实技术是科技时代的新兴产物,这项技术在园林景观设计和景区场馆提升方面有着广阔的应用前景。虚拟空间的体验式游览使得园林景观设计能够突破传统、打破常规,而园林景观设计自古以来就是多元化的表达以及时代的映射。无论是园林还是场馆以及景区山河,产生共鸣和想象才是最高的境界,而公众的参与必定是有效途径之一。景观将不再是设计者的诉说,而更多的是与游览者的交流和对话。
参考文献:
[1]杨锐.论风景园林学发展脉络和特征――兼论21世纪初中国需要怎样的风景园林学[J].中国园林,2013(6):6-9.
[2]成玉宁,袁D洋.当代科学技术背景下的风景园林学[J].风景园林,2015 (7):15-19.
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[4]ZHAO Q P. A survey on virtual reality[J]. Science in China(series f:information sciences),2009(3):348-400.
[5]f有双,杨湘龙,王飞.虚拟现实与系统仿真[M].北京:北京国防工业出版社,2004.
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[8]李路.虚拟现实技术在城市规划艺术中应用的研究[D].哈尔滨:哈尔滨师范大学,2013.
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[10]武正阳,胡海辉,廉晶,等.移动虚拟现实设备用于植物景观改造设计表达[J].北方园艺,2016 (18):83-89.
虚拟现实的特点范文6
关键词:虚拟现实技术;现代展示艺术;交互技术;视觉化
在当下不难发现,“技术”和“艺术”这两个名词总是结伴出现在现实生活中。“没有艺术的装饰,技术是冷漠的;没有技术的支持,艺术是苍白无力的”①。任何一种行业要想市场上占有一席之地,其作品必须满足了用户对审美和功能两方面的要求。虚拟现实艺术(简称VR艺术)正是如此:它以虚拟现实、增强现实感等人工智能技术作为媒介手段加以运用的艺术形式。该艺术形式的主要特点是它的超文本性与交互性,不仅仅满足了用户对审美和功能两方面的要求,更能在交互的过程中将用户的审美期望延续下去。
一、虚拟现实技术在现代展示艺术中的应用现状
随着虚拟现实技术的日趋成熟,也使得现代展示艺术寻找到新的方向,尝试着在展示中加入虚拟现实技术。艺术家通过虚拟现实技术中的人机交互手段来控制作品的形式,塑造出更具沉浸感的艺术氛围和更具真实感的精神世界。可以通过“具有虚拟现实性质的交互装置系统可以设置观众穿越多重感官的交互通道”①,这需要艺术家通过软件和硬件的完美配合来实现,从而实现用户与作品之间更有效的沟通与反馈,创造良好的参与性和可操控性;也可以通过摄像头对用户的动作进行捕捉,并加以储存、记录、应用,但是这种应用是以保持用户的意识增强为基础,增强同步放映的效果和新塑造、新处理的影像效果;还可以通过增强现实、混合现实等形式,将虚构世界和真实世界结合在一起,观众可以通过自身动作控制投影的文本,如“数据手套可以提供力的反馈,可移动的场景、360°旋转的球体空间不仅增强了作品的沉浸感,而且可以使观众进入作品的内部,操纵它、观察它的过程,甚至赋予观众参与再创造的机会”①。
1、产品展示中的虚拟现实技术
进入数字时代的今天,虚拟现实技术最先被应用在产品展示。商业产品的销售与服务都逐渐走向数字化,数字媒介高效而又经济的信息传播特质提升了产品的附加价值。同时随着计算机硬件的更新换代,其运算能力不断提升,三维虚拟现实方式已经逐渐二维平面化的展示形式。产品的展示透过三维的方式能全方位、多角度的展现产品的外观,同时也可通过交互功能来实时操作,预演产品的各项功能,使顾客通过虚拟的观察与操作,对产品有更加全面的感知,从而达到引起消费者购买欲望的目的。据调查,目前许多知名的企业都开始运用虚拟现实技术来展示其商品,例如上海汽车工业总公司旗下的荣威品牌,在其官方网站上就采用了虚拟现实技术来展示荣威轿车。通过其展示界面,用户不仅可以通过控制鼠标观看轿车外形,还可以进入轿车内部,观察其内饰、结构,这种展示方式所带来的真实感是以往的静态图片所不能比拟的。
2、建筑展示中的虚拟现实技术
传统的建筑展示,如我们最常接触到的房地产楼盘展示以及博物馆中的历史建筑展示,通常都是以等比例缩小的实物模型的方式展现,虽然它也能够实现多角度的展示建筑,但由于此类模型具有无法再现真实的体量大小和重现原型材质的弊病,观察者不能真正感受到建筑,更不用说体会融入建筑环境之后的沉浸感了。借助虚拟现实技术来展示的建筑,可以使观察者仿佛漫步于真实世界的建筑环境之中,获得最直接的感官享受,值得一提的是,这种虚拟现实的小区规划以及样板房的展现形式已经在我国北京、上海、广州等大城市逐渐热门起来。同时,在文化遗产保护领域的景观建筑的展示中也能见到虚拟现实技术的身影,它的运用借助于网络平台这一高效传播媒介,真正做到即使远在千里之外,游客也可以足不出户的徜徉于名胜古迹,领略其自然、人文魅力。目前,一些久负盛名的文化景点,如故宫、敦煌、明孝陵等都已拥有了这样的虚拟现实系统,另外在上海世博会期间,就运用了最先进的网络虚拟现实技术实现了网络化展示,并建立了虚拟世博园网站,游客可以自由的游览三维的世博园的景点场景。
3、环境模拟中的虚拟现实技术
“虚拟现实技术不仅可以对具体的物体进行仿真模拟,还可以对环境进行多维的虚拟仿真,可以实现视觉、听觉、触觉等多种感知的模拟。例如通过3D立体眼镜、3D头盔、多通道投影等实现多角度全方位的三维视觉模拟;通过人头录音技术展现具有更加真实的3D声音;通过数据手套可以实现隔空取物等”③。这种对环境模拟的虚拟现实技术已经在很多展览馆中付诸于实践。上海科技馆内的全息音响就是一个虚拟现实的三维声音试听体验,游客只需进入一间封闭的房间内,再加上周围的气氛被古老的装饰渲染成古屋效果,游客带上耳机,熄灭屋内的灯光,耳机内传来具有位置感很强的立体声音,让人仅通过耳机里的声音就能获得置身于环境之中的现场感。
二、虚拟现实艺术是交互性的艺术表现