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1)(Conceptdesign)概念设计;2)(Detaildesign)详细设计;3)(Manufacturingdesign)制造设计。由此可见，产品的概念设计的主导地位和重要性。
1概念设计的内涵
概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”，让学生进行座椅的开发设计。步骤是，首先向学生讲述心理学中的一个名词———暗示心理，并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事，从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为，在民间曾有这样一个说法，就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上，取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后，就断了药，从此不再吃药，这也意味着孩子走向健康。所以，将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时，用折断了的钥匙做椅架为主题，由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略)，于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。
这是传统的产品概念设计。当然，产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化，设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中，产品概念的构思是丰富的，人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。
2概念设计与产品市场
概念设计只是第一步，能不能进行第二步Detaildesign，第三步Manufacturingdesign，甚至投放市场为开发商或企业带来效益等，这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距，是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中，只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。在追求“百分之几”的见效益成功的过程中，如何减少做“分母”的被动，扩大见效益的百分比，仍是最关键的，是公司管理决策人士和设计师共同努力的方向。
为了更好地接近产品的市场需求，目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，计算机辅助工业设计的发展，尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用，已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品，让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，就大大减少了投放市场的风险性，也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程，保证产品开发一次性成功，加快开发进程，甚至使设计者和用户融为一体，设计出满足市场需要的产品。
二、虚拟现实技术与虚拟产品
1虚拟现实系统(VirtualReality，VR)
虚拟现实系统又称为虚拟现实环境，是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动，观察周围的景物，还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象，听到的是虚拟环境中的音响，感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。产生虚拟现实环境的方法有:
1)基于模型的方法(ModelbasedMethod，MM)这种方法产生虚拟环境的步骤为:
①用放置在不同地点的多个摄像机将某环境或事物记录下来;
②利用计算机的视频技术抽取出环境或事物的三维模型;
③从虚拟摄像头的视角展示获得模型。具体的做法是:获得数据标度摄像头分离对象建立模型嵌入颜色交互回放。
2)基于图像的方法(ImagebasedMethod，IM)一般做法是:
用摄像头连续扫描周围空间来获取某一区域完整的景物图像，将获取的景物图像，通过图像处理技术，按坐标映射到图形工作站的虚拟全景屏上，用户载上头盔显示器就可以看到所摄周围景物环境。
2虚拟现实系统的常用设备及要求
虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外，还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。
3虚拟产品(VirtualProduct，VP)
虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物，是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真，设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的，因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。
三、虚拟现实技术在概念设计中应用前景
在概念设计中，如采用头脑风暴法进行方案创意时，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多地关注产品使用者的感受，而非产品本身。比如，针对不同用户及爱好者的要求，在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受;利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件。在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受了自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可根据用户的建议，邀请部分用户直接与设计者一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。
为了适应激烈的市场竞争，设计厂家不能坐等用户找上门订购产品，而应该主动把自己厂家的产品推向市场。利用虚拟现实技术做出虚拟产品的动画广告，再与计算机网络技术结合起来，使用户能够通过网络来游览设计厂家的设计产品，并能直接在虚拟环境中对产品的功能、结构、外形、色彩等方面进行实时交互、了解、观察;同时，还可以通过Email对产品提出意见和建议，让厂家参照各方面的意见修改和完善所设计的产品。这样可提高设计厂家的竞争力，为设计厂家谋得更多的市场份额。
若用户对厂家设计的产品引起购买的欲望，通过网上游览，将信息反馈到各商家，商家则会主动争先与厂家联系，网上定货，使厂家的产品提前占领市场。由于激烈的全球市场竞争，各国都投入了大量的资金对虚拟现实技术及其在工业设计领域中的应用进行深入地研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。
参考文献
1陈军等虚拟现实中虚拟景象产生的技术初探计算机应用研究，1999，6
前言
随着我国教育的不断改革和科学技术的飞速发展，络教育的出现改变了传统的教学方式。尤其是计算机更新速度非常快的特点使得传统的教学方式难以满足学习的需要。虚拟现实技术作为一门新的技术，它在教育领域的发展将为教育提供新的活力。本文主要从虚拟现实技术特征和VRML语言的角度探讨其在计算机专业教育中的应用。
一、虚拟现实技术
多媒体技术与网络技术的发展为现代教育手段的现代化带来了新的机遇和挑战。随着计算机技术的快速发展，现代教育技术的应用已不再是停留在音像技术课堂中应用的常规模式层次上．而是朝着多媒体化、网络化、信息化、教育技术应用模式多样化和远程教育普及化的趋势发展，特别是基于计算机仿真技术的虚拟教学形式，是一种最新出现的教学模式，具有广阔的发展前景，代表了教育的未来和发展的方向。
1．1虚拟现实技术概念
虚拟现实(VirtualReality，简称VR)，又称为灵境技术，毕业论文它汇集了数字图象处理、计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术，以及人体行为学等多项天技术．是计算机技术的综合应用。具体地说，就是采川以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用，相互影响，从而产生如同真实环境的感受和体验。尽管该环境并不真实存在，但它作为一个逼真的三维环境．仿佛就在我们周围。由于用户对计算机环境中的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存存意识或幻觉，从而使得用户在计算机所创建的维虚拟环境中处于一种全身心投入的状态。
1．2虚拟现实系统的构成
一个虚拟现实系统由以下几部分组成：
(1)虚拟环境。它由虚拟环境发生器所产生，且可让使用者通过传感器件和作用器件与之交互，这种交互的结果是使用者有全身心进入这一环境的感觉。
(2)传感器件。它将虚拟环境中的物体的形、动作、声音等进行转换，使人能获得视觉、听觉、触觉等多方面的感觉。这些感觉与他以往在实际环境中的感觉一致。
(3)作用器件。它将人的一些约定动作(如行走、手势等)变成作用的信息，让虚拟环境有所察觉。
(4)人。虚拟现实实质上是一内含反馈的闭环系统，只有人的存在才能使这一反馈环路有效成立。硕士论文所以人是VR系统中不可缺少的成分。人通过传感器件感受虚拟环境的存在．又通过作用器件去影响虚拟环境，使其作出相应的变化。
(5)虚拟环境发生器。它能产生使用者所需要的虚拟环境，且能通过作用器件传来的作用信息。了解使用者的位置和动作。并对已产生的虚拟环境作出相应的修改。
1．3虚拟现实技术基本特征
(1)沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、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，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。当使用者移动头部时。虚拟环境中的图像也实时地跟随变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。使用者在虚拟环境中，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。
(2)交互性。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。
(3)多感知性。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，从而达到身临其境的感受。
1．4虚拟现实系统的类型
虚拟现实技术按其功能，可分为以下几种类型：
(1)沉浸式虚拟现实系统
沉浸式虚拟现实系统是利用头盔显示器、数据手套、三维鼠标等传感跟踪装置与虚拟世界进行交互。由于这种系统把人的视觉、听觉和其它感觉封闭在虚拟的感觉空间，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之处在于专用设备复杂而且昂贵，难以在教育行业普及推广。
(2)桌面式虚拟现实系统
桌面式虚拟现实系统是运用软件编程的方法在显示器上显示三维场景．用户通过键盘、鼠标等简单的设备与虚拟场景进行交互。这种系统由于用户坐在显示器前，通过屏幕观察虚拟世界并与之交互，往往会受到周围环境的影响，难以做到完全投入．但是结构简单、成本较低，易于普及推广。
(3)分布式虚拟现实系统
分布式虚拟系统是多个用户通过网络共享一个虚拟空间，共同参与虚拟活动。
(4)增强现实性虚拟现实系统
增强现实性的虚拟现实系统不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知的感受。
1．5虚拟现实造型语言VRML
VRML(VirtualRealityModelingLanguage1即虚拟现实建模语言，是一项和多媒体通讯、因特网、虚拟现实等领域相关的，在Intemet上营造虚拟环境的技术。它用来在网络上创建可导航的、超链接的三维虚拟场景。
VRML的基本工作原理可概括为：文本描述、远程传输和本地计算生成。所谓文本描述，是指VRML并不是用三维坐标点的数据来描述三维物体的，因为这样会有很大的数据量．在Intemet上传输会遇到很多困难．VRML是用类似HTML的标记文本语言来描述三维场景．就像我们的编程语言。比如，一个立方体的描述文本是：Box(size3.03.03.0)。VRML就是一种描述语言标准，规定了用来描述三维场景的文本描述语言。远程传输是指用户浏览VRML描述的虚拟场景时，需要通过Intemet将描述场景的文本传送到本地。一般来说，文本描述是嵌在WEB页面中，在浏览器请求相应页面时与页面描述文本一起传送本地。本地计算生成是指描述虚拟场景的数据传送到本地后，浏览器对它进行解释计算，动态地生成虚拟场景。比如，描述球形的文本，浏览器会在屏幕上绘制一个立体的球形。概括地说，就是用文本信息描述三维场景．在Intemet网上传输，在本地机上由VRML的浏览器解释生成三维场景．解释生成的标准规范即是VRML规范。
VRML文件主要包括四个主要成分：VRML文件头、原型、造型节点、脚本和路由。在这四个要素中．医学论文只有文件头部分是必须的，它用来告诉浏览器该文件符合的规范标准以及使用的字符集等信息。原型定义了创建带有指定名称、接口和整体的新节点类型。一旦成功地定义了原型，它就可以在VRML文件的其他地方随意使用。造型节点是VRML中的基本建造模块．它构成了VRML文件的主体部分，正是由于造型节点定义而产生了虚拟的VRML空间。脚本可以看作是一个节点的外壳，它有域、eventIn事件和eventOut事件。其本身没有任何动作．然而你可以通过程序脚本来赋予你脚本节点的动作。程序脚本实际上是一种简化了的应用程序，一个典型的脚本是由Java或javascript编程语言写成的程序。路由是一种文本描述的消息．一旦在两个节点之间创建了一个路由．第一个节点可以顺着路由传递消息给第二个节点，这样的消息被称为事件。VRML还可以包含下列条目：注释、节点和域值、定义的节点名、使用的节点名等。
设计VRML虚拟场景时。最简单的方法是直接使用文本编辑器来编辑描述文本，它类似于程序设计，这种方法简单方便．但不是很直观．对设计者的空间想象能力要求也较高，设计的效率不高。现在有很多的可视化的VRML设计工具，如CosmoWorld和WebWorld等．这些工具将VRML的标准节点都做成可视的组件，用户设计时，只需要将这些组件组全自己需要的虚拟场景就可以了．而且设计的效果在设计时就可以看到。设计完毕后，系统自动将这些可视的虚拟场景生成标准的VRML描述文本，这样，这些文本传送到用户的浏览器后．便会在用户的屏幕上重现这个虚拟场景。
VRML使得Intemet的平面世界出现了三维场景。它的问世在世界上引起了极大的反响．得到众多的软硬件厂商的支持，成为了Intemet上最有发展前景的新兴技术。VRML在各方面都展现出了强大的应用可能性。蕴藏了无限生机。在教育领域的WEB站点中，它可广泛用于学习情景创设上，以增加学习内容的形象性和趣味性。例如：创建网上三维图书馆，它的好处就在于书籍归类整理更接近真实并将高于真实，汇编或查阅时书籍只需要鼠标轻轻地点击对应的虚拟图书。另外，使用VRML做模拟训练是一种可行性极高的措施，它不仅可以减少某些情况下现实空间中操作的难度和危险。
更为重要的是它可以使训练造价得到大幅度降低，这样就使得在教育方面的应用成为可能。由于这种模拟系统具有高度的真实性，所以并不会因为没有真实系统介入而造成较差的训练效果。现在虚拟校园、虚拟考场也已经陆续地出现在网络中，这些新兴的教育形式必将因其优越的一面而在未来教育领域中占有一席之地。
二、虚拟现实技术在计算机专业教育中的应用
2．1虚拟现实技术在辅助课堂教学中的应用
众所周知，计算机课程实践性很强，在书本上体现难免会给人们的理解带来困难。利用虚拟现实技术制作的课件能够很好地解决这一问题。例如，在计算机基础课程中介绍计算机中各个组件的结构和讲解计算机组装的过程时，书本的文字难以让学习者了解组件结构和组装的过程。利用虚拟现实技术可以将文字、声音、图片、动画等几种媒体表现形式有机地结合，设计出生动活泼的界面。制作出一些三维的、交式的、具有沉浸感的内容，满足学习者从各个角度观察和学习，仿佛身临其境，更好地理解学习的内容。
制作VRML课件的基本思路是：
(1)制作一系列空间形体的三维造型和动画．并且为这些造型指定所需要的颜色、大小等。
(2)引入VRML的相关节点，建立虚拟运动空间。实现课件多媒体功能。
(3)优化VRML场景，即在构建场景的过程中，利用VRML提供的高级造型技术适当优化程序。
(4)VRML文件的输出，将已创建的空间场景输出为．wrl形式的文件。
例如，设计VRML课件来实现网上虚拟计算机组件结构和组装的辅助教学。
首先，在介绍计算机组件选择知识同时。可以在网上从各个角度来观察VRML制作的计算机组件的造型．增强感性认识，并使学习者对怎样组装计算机有个初步的了解。利用VRML的造型设计和VRMLScript的动画链接．虚拟出组装计算机过程中所需的主要硬件，再通过把VRML文件嵌入到网页的方法，使学习者既能在网页中看到二维不同型号硬件的图片和一些描述硬件的文字．又能看到三维的虚拟制作出来的硬件模型。这样使学习者能真切地、直观地感受到二维和三维的不同．感受到虚拟世界的美妙。然后，通过文字和图片向学习者介绍如何将各计算机组件组装到一起。接着，通过VRML的动画节点控制和VRMLScript的结合。制作出安装、注释和视点切换的效果，然后按照六个安装步骤：第一，机箱、主板的安装；第二，风扇、内存的安装；第三，光驱、软驱、硬盘的安装；第四，声卡、显卡的安装；第五，电源的安装；
第六。显示器、键盘、鼠标的安装，组合完成整个在虚拟三维世界中组装计算机的过程。
在学习的过程中，只要点击相应的按钮，就可以按相应的步骤进行安装。拖动鼠标或按钮可以随意地移动计算机组件到指定的位置进行安装。在安装完光驱和软驱后，点击光驱的开、关键，光盘托会自动拖出和送入，点击软驱的按钮，软盘会自动取出．使学习者能动态地观看到效果。有一种身临其境的感觉来完成学习的过程。
通过VRMLScript语言的链接。制作出生动有趣的动画效果和逼真的声音效果。例如．当你点击软驱上的按钮，会发出声音并弹出一张软盘；当你点击光驱按钮时，盘盒会自动地弹缩并发出逼真的声音。为了方便学习。还可以实现注释信息，当学习者的鼠标碰到硬件设备时。在对象的旁边会出现一个注释信息，说明该对象名称。
又如，在《数据结构》课程中，对于常用的数据结构的算法思想．由于其抽象程度高。使得学生很难理解。我们也可以通过虚拟技术将其制作成课件进行教学。将抽象的算法过程以浅显易懂、形象直观的形式展现出来。例如，递归算法是学生比较难理解的，因为其算法是靠隐形调用堆栈来实现，而通过虚拟技术可以将堆栈内部情况的变化动态、直观、形象地表现出来，这样学生就很容易理解。同样在讲解树和图的遍历时，可以从可视化的角度观察遍历的顺序。二叉树与树的概念的区别、Hanoi塔等问题都可以直观地表现。方便教师的教学和学生的理解。
总之，通过制作课件来辅助课堂的教学，能为学习者提供生动、逼真的感性学习材料，使抽象的学习直观化、形象化，帮助学习者解决学习中的重点和难点，提高学习者的积极性。
2．2虚拟现实技术在计算机实验中的应用
由虚拟现实技术生成的适用于进行虚拟实验的实验系统，包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象。以及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实再现。也可以是虚拟构想的实验室。例如，在城域网和广域网的网络建设过程中，不必真正把网络构建起来就可以亲身体验，犹如进行现场的操作。在数字电路的课程实验中，可以通过虚拟的电路器件来达到电路设计的目的，而没有购买器件问题所带来的麻烦。在电子商务课程实验中，可以虚拟商务环境，让学生进入这个虚拟环境。身临其境地体验现场交易的气氛和参与交易的过程。计算机操作系统的安装是比较基础但又是难做好的一个实验。由于在计算机上安装新的操作系统不可避免地会对原有的操作系统产生影响。
使用虚拟计算机来进行操作系统的安装试验就十分的方便了。工作总结使用虚拟机的软件VMware可以创建与真实计算机一模一样的虚拟机。创建的虚拟机有自己的CPU、内存、硬盘、光驱，在这个虚拟机上，可以安装Windows、Linux等真实的操作系统以及各种应用程序。通过在虚拟的操作系统环境中进行操作，熟悉操作和新技术，达到事半功倍的效果。VMware只是一个软件。可以帮助你在一个操作系统的环境下安装另一个操作系统，而不会对当前的操作系统产生影响。
虚拟现实技术还可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟．通过虚拟系统便可以直接地观察到这一假设所产生的结果或效果。利用虚拟技术。学生还可以进行网络设备设计、电路设计等方面的学习探索，设计出新型的网络设备和电子器件．从而激发学生的创造性思维，培养学生的创造能力。:
通过虚拟的实验室进行实验，既可以缩短实验的时间，又可以获得直观、真实的效果，还能对那些不可见的结构原理和不可重组的精密设备进行仿真实训，避免真实实验操作带来的各种危险。并且，虚拟实验具有先进性和共享性，易扩充．易于改变教学项目，减少设备投入经费，使教学内容在虚拟的环境中不断更新．使实验实践及时跟上技术的发展。但是在采用虚拟实验进行教学的过程中，并不能完全代替真实实验。虚拟实验是虚拟的实验，缺少“实物感”，正如在网上看书与拿真实的书看时，会觉得真实的书更实在。在网络实验中，用到的网络设备像路由器、交换机等种类、型号都很多，在虚拟实验中．学生很难见到这些设备，如果在真正的实践中可能会无从下手。因此，在具体实施中，应该虚实进行结合。有目的地安排一些实验在真实环境中操作，这样，他们会对实验的设备有亲身的体会，更能加深实验的印象，提高实验的效果。
三、结束语
虚拟现实技术在计算机教育领域发展的潜力是巨大的，只有亲身去经历、亲身去体验去感受，比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动地观看有质的不同。虚拟现实技术能形象、生动、逼真地表现教学内容，有效地营造一个发展的教学环境。提高学生掌握知识和技能的效率和积极性，达到优化教学过程、提高教学质量的目的，从而解决传统教学方式无法解决的问题。随着计算机网络技术的飞速发展，基于WEB的虚拟现实远程教育具有广泛的应用前景，必将成为21世纪教育的主流。
参考文献：
[1]刘凤田，刘玉兰．虚拟现实技术及其在教育领域的应用研究[J]．河北农业大学学报，2005，(1)．
[2]余胜泉，车皓阳，姚顾波．教育中的虚拟现实[J]．现代教育技术研究所．2O00．
[3]李玲，汤小红．虚拟现实建模语言及其在工程制图教学中的应用[J]．微计算机应用，2004，(3)．
[4]郭凤英．虚拟现实技术在网络教学中的应用[J]．北京联合大学学报(自然科学版)，2004，(3)．
[5]何来坤，徐渊．虚拟现实建模语言VRML及其应用[J]．杭州师范学院学报，2005，(2)．
[6]祝智庭．现代教育技术[M]．北京：教育科学出版社，2004．
[7]陈晓春．虚拟现实在现代教育技术中的应用[J]．铜陵学院学报，2005，(3)．
[8]宣翠仙．虚拟现实技术及其在教育中的应用[J]．浙江树人学报，2004，(2)．
[9]杨宗凯，吴砥，刘清堂．网络教育标准与技术[M]．北京：清华大学出版社。2003．
[10]阳化冰，刘忠丽．虚拟现实构造语言VRML[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2O00．
2VR技术对产品工业设计的影响
典型的工业设计过程通常都是基于物理样机，在设计和试制过程中难以避免地会陷入反复试错的设计循环之中，这就将直接导致人力、物力的浪费和开发周期的延长。如果利用虚拟现实技术则可以减少设计过程中物理模型的数量，通过应用虚拟现实技术使产品设计的各个阶段实现可视化，可以对产品的造型、材料、人机工程、装配、检修过程、模拟仿真、加工工艺性能等进行预测及交互式的评价和优化。由于它灵活的特性，则可对其进行实时修改和评估，使设计师、工程师、市场营销人员、业主或其他参与者之间的交流更顺畅，从而简化设计流程，提高设计效率，给产品设计带来全新的理念和方式。
2.1工业设计方案展示与评估
在传统的工业设计中，设计师主要用平面的手绘图或者不同角度的三维效果图来表达设计思想、展示设计成果。而基于虚拟现实技术的工业设计则打破了传统的设计模式，在沉浸式的虚拟现实环境下，交互展示设计方案，更关注用户的体验感，而非产品本身。在进行设计评估时，在虚拟环境中利用专业设备（3D眼镜、头盔显示器、交互式手柄、数据手套等）进行交互，从而获得逼真的体验感。全尺寸的车辆外观、内装及司机室的三维立体影像能实时地显示，甚至还可以邀请专家和业主一起参与到设计中来，通过手持控制终端激发预设的参数命令对车辆的造型、色彩、装饰风格等进行直观的选择与搭配，亲自体验产品的最终效果，并对模型提出修改意见，实时观察设计和修改过程。
2.2人机工程分析
产品的舒适性、可操作性是评价设计的重要指标。以往，对于产品的人机工程分析往往是参照相关标准来进行，再结合物理样机进行评估。而在虚拟人机工程系统中，通过产品的三维数据和内置的人体模型数据集成，可以实时进行司乘人员的可视性、可达性、空间适应性、特定姿态的舒适性分析等。同时也可针对人体动作疲劳度的分析来校核并优化设计方案，及时发现设计方案中人机工效方面的不足，避免了设计方案在人机工效方面的“硬伤”。降低返工所带来的时间上和成本上增加的风险，缩短设计周期，使交付评审的设计方案更为准确，更具说服力，并给予设计方案理论以及数据方面的支撑，各种评估参数也可以输出成分析报告，并可以根据模型的修改实时更新。
2.3虚拟装配
在虚拟装配系统中，工作人员可以在虚拟环境下通过专用设备（立体显示系统、头盔显示器、跟踪定位器、三维鼠标、数据服、反馈数据手套）直观地实现人与虚拟产品的交互操作，对设计的机构进行装配检验，实现产品的虚拟装配和调试，并检查可能存在的干涉问题和其他不合理问题。
2.4虚拟试验及制造
车辆交付使用之前，都要进行试验，传统的产品开发模式下，产品的各种性能实验是通过样机和物理模型来实现的。随着VR技术在轨道交通行业的应用，物理试验模型已逐步被数字模型代替，基于数字模型，不仅可以对车辆的造型、结构关系等进行验证和评价，还可以在虚拟场景中，结合分析软件对数字样机进行分析计算，并实时将验证结果展现出来。设计人员即可及时进行调整，而不必等到列车在行驶试验进程中出现问题时再进行设计修改。虚拟现实技术还能模拟产品的制造过程，即产品虚拟制造。就是利用计算机仿真技术、信息处理技术对产品制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，过程是虚拟过程，生产的产品也是虚拟产品。虚拟制造过程包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。它是应用软件或虚拟数控技术对加工工艺及模具成型过程进行仿真，按照设计精度等的要求，通过模拟加工，选择最佳的刀具路径和加工参数。通过产品的虚拟制造，对产品性能和可制造性进行预测和评价，可以在生产之前发现潜在的工艺问题，进而采取相应的措施，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本。
3基于VR技术的工业设计流程
相比现有的工业设计流程，引入虚拟现实技术后，带来的改善主要在以下三个方面：
1）在产品方案设计阶段，应用虚拟现实技术可以实现逼真的、交互式的设计界面，用户可以直接绘制可视化的产品数据模型。
2）在方案评估及验证时，虚拟数字样机让用户可以交互、协同地评审、分析和测试产品数据模型。
3）可以实现虚拟装配与虚拟制造。VR技术的应用实现了新产品开发技术的一个巨大飞跃，三维交互的设计方式给设计师提供一个更直观、更自由的工作环境。虚拟现实技术可以极大地弥补现有的CAD—RP产品开发流程的不足。基于VR技术的设计流程可以由现有的串行向并行的设计方式转变。
4应用VR技术的优势
1）增强工业设计手段：利用VR技术向产品开发决策者、市场营销人员、工程师及客户逼真地进行工业设计方案展示，将未来产品三维立体真实地呈现出来，让参与者身临其境的在车内外漫游，还能实时改变造型、颜色、材质，满足不同业主的个性化需求。
2）提高产品设计质量：在产品设计阶段，利用VR技术模拟产品开发全过程，预测产品性能，产品的可制造性、可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。
3）降低样车试制成本：利用VR技术的逼真展示、人机交互、虚拟装配、事故模拟及虚拟实验等技术进行设计评估，减少物理样机的试制成本。利于有效组织生产制造，缩短产品开发周期、降低成本，提升设计质量与生产效率。
4）利于售后检修维护：利用VR技术真实展现设备的维修过程，制作虚拟样机电子检修维护手册，包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等，以一种新型的方式让操作员工更直观地学习了解针对具体装配维修的检测维修方式。
（1）环境模拟
利用计算机模型产生实时三维图形，根据使用者所需工作环境或实验场所的空间方位及时间参数等数据模型，可以设计出很逼真的模拟图像，同时结合立体显示技术呈现给使用者完美的模拟系统，需要注意的是空间或环境变化时显示刷新频率对于使用者感观的影响。
（2）感观反馈
可以通过立体声效果实现声音方位和远近的改变，通过带有震动触点的道具模拟触觉感应，以此来实现虚拟系统中听觉触觉的反馈效果。
（3）人机互动
通过语音识别系统或者计算机进行语音或命令输入。虚拟现实技术的以上特点完全适用于煤矿安全生产培训系统，通过计算机3D技术模拟出煤矿生产环境，用户以第一视角进入，可以熟悉工作环境、训练各种工作技能，应对突况等。
（4）三维动画效果
场景制作完成后需要使用AdobePremierePro将音效和动画进行合成和剪辑，还需要使用转场效果及特效来达到逼真效果。
2煤矿安全培训系统总体架构
矿井作业模拟系统由计算机控制系统来操控整个系统，用户登陆后通过计算机控制系统连接运动控制接口，可以通过启用采掘模块进行采掘模拟训练；通过启用风险识别模块训练工人判断、识别和处理危险的能力；通过互救、逃生训练锻炼工人自救和相互救助的意识。同时用户还可以通过传感器控制感受第一视觉漫游矿井，熟悉矿井生产环境和生产设备，这对于新员工来说非常必要，可以通过模拟系统尽快熟悉工作环境。
3模型构建
模型构建主要以创建不规范生产操作、重大生产事故示例和安全事故应急预案演练模型为主，使用户可以通过模拟系统达到亲身体验的目的，培训系统主要采用3DSMAX建模和渲染。其中大型设备采用多边形建模技术，以先精模后简模为原则，建模前需要根据设备的实际尺寸确定模型的比例，根据设备运行参数设置模型运动轨迹和参数；小型设备则使用图片处理软件和贴图技术进行处理，多采用纹理贴图以提高仿真度。井下巷道模型应该按照实际巷道的尺寸、复杂程度和矿井生产图纸来构建三维模型，力求模型比例与实际生产环境相符合，为了保证安全培训系统的可扩展性，按照由简单到复杂递进的顺序依次创建，形成系统的巷道模型库，应对生产环境随时扩展的可能性。场景建模主要是根据实际巷道环境创建包括电缆、机电设备、管道和支架等辅助设备，主要采用贴图技术，使场景模型更加逼真。利用特效编辑器生成烟雾，利用灯光设置达到瓦斯爆炸效果，后续连锁反应会涉及到物理模块及反应堆力学技术。人物模型的建立极为关键，人物造型是否逼真直接反映了模拟系统的仿真质量。在进行人物建模时首先进行外形创建，以实际生产的不同工种为原型进行分角色设计，人物运动效果要注重细节，如对安全事故发生时人物的反应和动作要进行动作采集并进行数据分析，作为突发事故时人物反应的分析资料。人机交互则利用VIrtools实现。
虚拟现实技术有沉浸感、交互性、想象力等3大基本特征。一个典型的VR系统，主要由专业图形处理软件、硬件系统(包括VR和VR软件，数据库)、输入和输出设备等部件组成。交互性是指通过输入和输出设备的用户，在虚拟环境中对象的范围是可操作的以及与自然环境的反馈程度，它的用户和虚拟环境之间接近虚拟环境中的交互方式是自然可取的。身临其境的参与感，也被称为是虚拟现实技术最重要的特征点，用户利用交互设备和自己的知觉系统，接触到虚拟现实环境中的真实程度。园林景观设计中VR技术的运用产生了巨大的影响，虚拟现实技术正在改变传统规划设计方法的许多方面。一方面，为创造景观虚拟现实技术提供了一种新的艺术表现手段：另一方面，它使景观规划设计方法和观念发生改变。计算机网络技术与虚拟现实技术相结合实现网络虚拟化，让更多的市民通过网络可以看到和听到设计师的作品，理解设计意图，参与景观规划设计。
1.2、园林景观设计中VR技术的关键技术
支持图形建模的软件工具有很多，由于3DSMAX对VRML有较好的支持功能，因此对园林景观设计师而言，3DSMAX是较为合适的建模软件。它不仅支持VRML程序的输出，同时还可以在VRML程序中通过选择摄像机在三维场景中进行导航设置，在场景中指定活动控件和感应器，丰富实时浏览的内容。所以，对于熟悉3DSMAX的园林设计师来说，VRML是一个很好的选择。景观设计中视景建模是虚拟现实的基础，也是园林设计的关键，要使参与者有沉浸感，必须创建真实的虚拟世界。园林场景的建立主要由AutoCAD和3DSMAX来完成，场景平面图在AutoCAD中处理完后导入3DSMAX中，进行园林模型的构建，然后将这些元素进行整合，整合后的地形模型上再加入如建筑物、小品、植物等充实虚拟环境，最后得到设计者理想的园林场景。三维图形的生成技术较为成熟，目前关键是如何实现实时生成设计中虚拟场景数据量较大的问题，典型的大规模场景，难以达到实时制的技术要求。为此，需要配置高性能计算机，为达到实时目的，至少要在保证图形质量和复杂程度的前提下提高刷新频率，这是影响该技术发展的瓶颈问题。设计师在园林设计方案过程中，需要有功能强大的交互技术作为支持，方便实时更换移动场景中的要素模型，以便于审视和比较设计方案的合理性；VR技术是交互、系统集成、管理模型识别和合成技术等多个技术的综合运用，如何将这些技术合理地运用，最大化地展示设计作品的功能理念是园林景观设计应用VR技术的关键。
2、园林景观设计中应用VR技术的意义
2.1、VR技术使景观设计意图直观呈现
园林景观设计要求设计师对空间形象思维要有一个整体的把握，既要考虑公众的要求，又要满足场景功能需要，同时达到与周边环境的相互协调，所以设计过程是一系列的创新过程。如何将规划、设计、施工、维护等工作合理地结合起来，即对项目施工前后所要呈现的效果有一个清晰、明确的方案和思路。VR技术应用在园林景观设计中，可减轻设计人员的劳动强度、缩短设计周期、提高设计准确性和工程质量要求。通常情况下，设计者会通过沙盘、三维效果图、漫游动画等方式展示设计效果，供决策者、设计者、工程人员以及公众理解和感受。以上的传统展示方式都各有其不同的优缺点，但有一个缺点是共同的，即不能以人的视点深入其中，得到全方位的观察设计效果，而运用VR技术则可以很好地做到这一点。使用VR技术后，决策者、设计者、工程人员以及公众可从任意角度，实时互动真实地看到设计效果，身临其境地掌握周围环境和理解设计师的设计意图，这是传统手段所不能达到的。
2.2、VR技术辅助激发设计师创作灵感
园林景观设计中，公众有时无法亲临项目现场进行实地考察，可以采用VR技术进行场地环境分析评判，并通过网络平台进入到虚拟项目的场地内部，全面了解项目的周边环境，包括气候条件、地质条件、交通状况、人流分布、水系分布、土壤条件、植物资源等现状特征。在方案设计阶段，设计者需要将一些景观节点定位定量地表达出来，包括植物配置平面图、立面图、剖面图及局部效果图。采用VR技术使设计者能够进入虚拟的环境空间内，直接摆放、移动、组合各种园林植物、小品，反复调整植物种类位置数量，综合对比不同植物组合的景观效果和空间形态，较大程度弥补了传统平面设计中对植物空间与环境无法进行综合感知的缺陷，进一步激发设计师的创作灵感。在该阶段，可采用VR技术对植物种植模式和植物空间组合进行高度仿真，模拟植物的栽植位置、植株大小及材料种类，最终完成植物种植总平面体现高程和剖面的竖向组合图、植物与各种景观要素搭配立面图等，其间反复调整植株数量和树木株行距获取最佳的生态效益和景观效果，可以直观地展示出植物群落的景观特征和空间形态。
2.3、园林景观设计中运用VR技术是必然趋势
园林景观中常用的设计要素，如植物、地形、水体等都是不规则的形体，用计算机的模型表示会非常复杂。例如，一棵树有成千上万片树叶，做成模型后需要用到的面数量庞大，这对于普通民用计算机来说，实现流畅的VR效果是不可能的。因此，VR技术在园林造景中的应用研究仍处于起步阶段。当前，计算机的运行速度不能满足完全建模情况下园林景观的虚拟现实，那么只能使用贴图(MAP)的方式来模拟其中的植物。使用一张处理好的树木照片，就能在VR中用一个面来表现一棵树，虽然在真实度方面会有一定的损失，但相对于完全建模所需的上百万个面来说，这样操作能减少工作强度。随着季节的变化，四季中同一地点的植物也会有完全不同的景观效果，所以，如何编写基于VR技术的程序，体现出植物景观的时效性，也就成为VR技术应用发展的方向。将植物群落四季交替的数据信息输入VR的场景数据库中，当公众需要观察不同季节植物景观特征时，实时改变场景信息即可。从20世纪80年代提出VR技术应用在园林景观设计中的创新理念，到现在虚拟现实技术得到了很大的发展。与传统风景园林设计思维相比，VR技术突破了传统维度限制的虚拟风景园林，应该是一种相对全面的设计表达系统。未来应用VR技术辅助园林景观设计是发展的必然趋势，现代科技能够将风景园林的物质功能与信息功能分别赋以不同的载体，使一些风景园林的存在形式发生质的飞跃。
虚拟现实又称“灵境”，由三维计算机图形学技术、多功能传感器的交互式接口技术以及高清晰度和高更新速度的显示技术构成[1-2]。VR技术就是在计算机中建立一个模拟真实世界效果的特殊环境，通过各种传感器设备，使用户“沉浸”在这个虚拟环境中并进行操作和控制，以达到特殊的目的。VR具有3个特性—3I，即immersion（沉浸性）、interaction（交互性）和imagination（构想性）[3]，它为处在该环境下的用户提供包括视觉、听觉、触觉等多种直观而又自然的实时感知交互。用户在该虚拟环境中能够产生身临其境的感觉，并且可以通过操作来改变或选择可以感受的内容，同时又留给用户可以自由发挥想象的空间进行大胆的尝试，进而扩展其认知的范围，提高用户的探索和创新意识。
2康复医学目前存在的问题
临床经验表明，早期的康复介入，对患者的身心功能恢复、预防二次损伤和废用综合征都起到关键性的作用，因而康复治疗和手术药物等的治疗同等重要。我国幅员辽阔，地形复杂，近年来自然灾害时有发生，给灾区人民的身体和心理都带来巨大的创伤，加之老龄化问题的日益严峻及其带来的疾病谱的变化，康复医学工程正面临着前所未有的挑战。传统的康复治疗通常是医师与患者一对一形式的训练，存在诸多局限性：（1）现有资源不够充足。无论是专业的康复医师还是康复器械都无法满足当前康复人群的需要。（2）训练过程单调而乏味。传统的训练过程通常是对一组训练动作的不断重复，导致整个过程十分枯燥，难以有效调动患者主动参与的积极性，甚至使患者产生厌烦情绪，降低了康复效率。（3）功能定量化测评难以实现。随着康复治疗的不断进行，患者的身体状况发生变化，其承受的活动量强度也在改变，而目前无法对患者在训练中的具体数据进行记录和保存，不利于康复训练计划的制订和调整，也在一定程度上影响了康复进程。
3康复医学结合虚拟现实技术的必要性
VR康复系统可以打破传统训练方式的局限性,它可以针对不同类型功能障碍的患者提供不同的虚拟训练平台，使患者以做游戏或完成趣味性任务的方式进行康复训练，以此调动患者的积极性。系统还能够详细地记录患者的训练数据，康复医生可以远程监控患者的训练情况，进而根据需要实时地调整训练计划和训练强度，推荐康复治疗方案。通过这种方式，一个医生可以同时指导多名患者，提高了医疗人员的工作效率，减轻了其工作强度。VR技术可提供重复练习、效果反馈和动机维持3种关键环节，这正是患者习得某种功能的必要条件。另外，VR康复系统能将心理引导与生理治疗结合起来，在患者进行“游戏式”康复训练的过程中，通过音乐、画面、文字和语音提示等形式给患者以正面的激励反馈，提高患者的信心和主动性[4]。因此，将康复训练与VR技术相结合具有重要的应用价值。
4VR技术在康复医学中的应用与进展
4.1VR在运动康复中的应用
运动障碍是指以运动异常为特征的各种障碍，包括运动不能、震颤、舞蹈症、扭转痉挛、斜颈、张力障碍、颤搐、抽动和肌阵挛等症状[5]。当前，在运动障碍康复领域，对患者受损的运动功能进行康复性训练是VR技术最重要的用途。
4.1.1平衡和协调训练
许多中风患者存在姿态和平衡方面的问题，例如身体摇摆和不对称的质量分布降低了其灵动性，影响了他们的日常生活。DINGQi-cheng等[7]结合CIMT原理对NintendoWiiFit游戏系统进行改造，构建了一款基于VR的下肢平衡康复训练系统。该系统使患者的双脚分别站立在2块平衡板上，通过双脚用力动态地控制压力中心，进而操控虚拟人的运动状态。通过这种方法能成功地迫使患者增加患侧肢体的使用，使其体质量分布更加均匀，对称性能力得到大幅改善。RLloréns等[8]开发的BioTrakVR系统涵盖一系列的平衡康复活动，包括端坐时头部和躯干姿势控制的恢复和站立时的动态平衡练习等多个管理项目，同时允许用户通过选择不同的练习和规划自己的持续时间、休息时间和重复次数进行个性化训练。然而，我国对平衡功能障碍的研究起步较晚，应用VR技术的研究成果尚鲜见报道，有待于进一步探索。
4.1.2行走及步态训练
与正常人相比，脑卒中偏瘫患者往往具有运动发起难、步速慢、步态周期延长、患侧支撑时间短等特点[9]。集中的特定任务式的训练可以提高脚踝的推力、髋部的拉力和行走的速度。AnatMirelman等[10]用Rutgers踝关节康复系统对18名中风后的轻偏瘫患者进行试验，受试者只能使用踝背屈、跖屈、反转、外翻以及这些动作的组合来驾驶虚拟环境中的飞机或船。实验结果表明，患者脚踝的推力、踝关节活动度（rangeofmotion，ROM）均有明显改善，膝关节ROM及站立和摆动情况也有大幅提高。可见，VR技术对患者步态康复有一定作用。目前，国内对步态康复的研究主要以简单重复性训练的康复机器人为主，对结合VR技术的研究较少。张磊杰等[11]提出了一种基于VR的步态康复机器人系统，可以快速提取患者的步态速度、心跳等生理信息并恰当地体现在游戏中，使枯燥的训练变得有趣，也提高了患者的注意力集中程度。因此，结合VR技术的步态康复机器人系统将逐渐引起众多学者和医疗器械产业的关注。
4.1.3上下肢康复训练
由于力量减弱和利用反馈能力的下降，脑卒中偏瘫患者难以进行精确的运动控制，SangwooCho等[12]基于VR技术开发出一种新型上肢康复系统，用本体感觉反馈取代视觉反馈来提高患者的运动控制能力。系统采用模拟起居室的虚拟环境，患者需要依靠自己本体感受的反馈信息，将患侧手握的虚拟半透明柱体移动到不透明柱体所在的目标位置，用这种方法亦能提高患者的日常生活能力。Burdea等[13]开发了康复训练系统“RutgerArmII”，系统由运动跟踪、重力和虚拟现实游戏3个模块组成，利用红外技术跟踪到患者的运动数据，使其能在虚拟场景中进行游戏式训练，并能得到相关的触觉反馈。国内众多学者对上下肢康复也作了很多研究。王瑞利等[14]设计了结合主动、被动和助力训练的踝关节康复系统，并添加了功能评价机制，为患者制订治疗方案提供可靠的证据。柯福全等[15]借助Kinect设备开发了一款基于视频运动跟踪的虚拟现实系统用来辅助患者的上肢康复。张金龙[16]设计了一款手指康复系统，包含了手势变换、坦克射击和赛车竞速3种游戏，非常具有趣味性。华南理工、中南大学附属第三医院与广州一康医疗设备有限公司三方联合研发的虚拟厨房训练系统[17]，患者通过在其中漫游并完成烧开水、摆餐具、盛水果等一系列的厨房操作来训练偏瘫上肢的运动功能，将该系统应用到33例上肢功能障碍患者身上，结果显示比传统训练方式的康复效果更为显著。
4.2VR在认知康复中的应用
认知是指人脑接受外界信息，经过加工处理转换成内在的心理活动，从而获取知识或应用知识的过程，它包括记忆、语言、视空间、执行、计算和理解判断等方面。认知功能障碍对患者日常生活的影响有时甚至超过了躯体功能障碍，因此也成为医学界面临的重要课题之一。将VR技术应用于认知康复，可以在虚拟环境中为患者提供安全可控的刺激进行治疗，并能监测多种重要指标，表现出传统方法无法比拟的优势。Godehard等[18]利用VR系统治疗有空间认知和记忆缺陷的轻度认知功能障碍患者，让他们在虚拟的公园和迷宫里根据地标（房子、汽车、高山等）寻找宝藏，加强患者以自我和非自我为中心记忆的能力。Caglio等[19]利用3D电子游戏进行记忆康复的研究，发现虚拟航行训练可以激活记忆区域，改善成人脑损伤患者的记忆功能。王文春等[20]设计的虚拟认知康复训练系统，包括注意力、记忆力、思维操作能力等七大训练模块，每个模块又设计了高、中、低3种级别的题目。将该系统应用到38例有认知功能障碍的患者身上，结果表明，虚拟认知康复系统在注意力和空间知觉的改善方面优于传统的康复训练模式，且更具趣味性，适用于临床推广。戚淮兵等[21]设计了基于Agent的虚拟认知康复系统，能为患者提供感官上的刺激，纠正认知偏差，具有开放、自主、可移植的特点。尽管如此，在我国内陆地区，VR技术辅助认知康复治疗的研究仍处于初级阶段，能够真正进行临床应用的系统较少，还需要不断的探索和研究。
4.3VR在远程康复中的应用
目前，我国经济发展均衡度还较低，各地的医疗设施建设也存在很大差异，康复医疗机构集中在大中城市，许多地区缺乏必要的康复服务，给广大群众带来不便。虚拟现实技术结合网络通讯技术可以将一流的医疗资源传送到较落后的地区，为康复医学带来革命性的变化。MJJohnson等[22]利用网络通讯技术使中风的患者可以在家中进行康复训练。李军强等[23]设计了一套远程监控系统，用虚拟人的运动再现患者手臂的运动，实现监控功能，从而使医生掌握患者手臂的运动情况。王月姣等[24]设计了基于力反馈的远程康复训练虚拟驾驶系统，治疗师端的计算机能实时显示患者训练视频、相关训练数据及当前训练方案，并能据此实时修改训练方案。可见，VR技术有利于提高落后地区的医疗水平，优化医学资源分配，推动我国社区康复的建设进程。
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)31-
Explore the Training System Development Model Based on Virtual Reality Technology
GAO Ben-cai, LIU Guang-ran
(Tianjin University of Technology and Education, School of Information Technology and Engineering, Tianjin 300222, China)
Abstract: Compared to formerly any time,Nowadays,China all needs the high quality technical worker who grasps each skill. Compared with the developed country The Chinese mechanic population as well as the intermediate and senior mechanic's proportion has already a very big disparity, this does not tally extremely with the Chinese high speed development financial circumstance, The traditional mechanic education has not been able to complete the such huge education project. This article will discusses the new training pattern based on the virtual reality technology --- Virtual Training, Analyzes the sole superiority which the virtual reality technology has and pour it into the mechanic development as formidable propelling force, elaborated the virtual training system performance history and attempts to summarize the development pattern. Hoping this article can provide the model for the correlation personnel, provide the powerful talented person safeguard to maintains the high speed development for the Chinese economy.
Key words: virtual Reality; skills training; virtual training; mechanic
在当今中国,技工教育受到全社会的高度重视,知识、技能和创造得到了充分的尊重和发挥,一个有利于技工教育发展的良好氛围正在形成。
随着经济全球化进程的加快,21世纪的中国已经成为全世界的制造中心,我国要想扮演好这个世界制造中心的角色,一大批高素质技术工人必不可少。现代产品的更新换代的周期已经完全的颠覆了一些人所能够承受时间概念高科技产品更是源源不断的推陈出新。传统的技工培训模式已经不能挑起这么艰巨的任务,亟待开发新的培训模式。
诸多难题阻碍着现代技工教育的发展,至今技工学校还没有走出一条适合中国国情的发展道路。我想基于虚拟现实技术的虚拟培训或许可以解决难题实现破冰,推动技工教育的良好的发展。
1 虚拟现实概念及特征
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是1989年美国的J.Lanier(后来曾是专做VR产品的VPL公司董事长)提出的,国内也有人译为“灵境”,国外与虚拟现实同类的术语,还有虚拟环境、人工现实及电脑空间等。
虚拟现实有三个突出的特征:沉浸性、交互性、构想性。
2 桌面虚拟现实与虚拟培训
桌面虚拟现实(Desktop Virtual Reality,DVR)主要是在个人计算机和低级别的工作站上进行环境仿真,依靠计算机的屏幕提供给用户一个虚拟的平台,运用虚拟现实的输入设备实现与虚拟世界场景之间的交互。
虚拟现实技术是利用计算机生成极为逼真的环境,通过生动的视觉、听觉、触觉等效果以及随参与者的动作而变化的场景使人获得身临其境的感觉。现阶段由于完全的虚拟现实系统价格昂贵目前只用于科学研究,其中基于虚拟现实技术的培训(简称虚拟培训)采用增强现实的虚拟现实系统(也称桌面虚拟现实)改变了原有的培训方式,为用户提供一个直观、友好的图形化培训环境,适应社会需求。使得用户在计算机提供的逼真的三维虚拟环境中熟练掌握某一装置或某一系统的操作使用方法。大大减少了技工培训中的各种资源的消耗提高了培训质量和培训效率,有助于实现对于危险作业或不具备试验条件的高级培训。
3 职业技能培训
职业技能培训是现代经济增长的不竭动力。著名经济学家舒尔茨在考察经济增长的主要原因时指出:对人力资本的投资是最重要的生产性投资,也是经济增长不竭的动力。根据人力资本理论,人力资本比物质、货币等资本要素具有更大的增值空间,因为作为“活资本”的人力资本,具有创新性、创造性,具有有效配置资源、调整企业发展战略等市场应变能力。因此,职业技能培训是人力资本投资的一个组成部分,而且职业技能培训是实现终身教育,建设学习型组织的主要教育形式,其良性发展能满足社会经济发展对高素质、技能型人才的需要,必然对GDP增长带来更高的贡献率。
4 虚拟培训系统的开发过程模式探究与设计实例
虚拟培训系统是利用虚拟现实技术生成的一类适于进行教育培训的虚拟环境,它可以是某一现实世界培训基地或设施的真实再现,也可以是虚拟构想的世界。受训人员通过与虚拟环境进行交互获得经验达到学习和培训的目的。
4.1 虚拟培训系统的开发模式
在中国知网上以虚拟培训系统开发模式为检索词分别以题名和全文项进行精确查找,查找结果都是没有相关的文献资料,通过阅读虚拟培训系统的相关论文资料后也没有发现关于虚拟培训系统开发模式的有关论述。通过阅读虚拟培训系统的相关文献,比较各种虚拟培训系统的开发过程,结合本人实际的设计经验总结归纳出虚拟培训系统开发模式。如图1所示。
虚拟培训系统的开发过程大致分为四个阶段:首先,对将要开发的课程进行系统分析,其中包括对学习内容的分析判断虚拟培训系统是不是内容表现的最佳选择。如果可行就要继续将学习内容进行必要的分解分成若干的模块和单元,这样有利于将复杂的任务简单化使整个任务比较容易的得以实现;另外要对学习任务进行分析即通过培训要求学习者掌握的知识经验的总和并为接下来的教学策略的选择提供支持,在这项工作中还需要明确学习者要掌握预期的知识经验需要学习的各种理论知识、动作要领、技能流程以及必须完成的操作练习。其次,同时进行3D图像建模与交互的设计与实现两个阶段的工作。这两个阶段也是系统开发的两条主线,在3D图像建模阶段依据前期的素材的准备运用3D建模工具开发虚拟学习环境。这个阶段是整个开发过程中工作量最繁重的一个阶段,需要开发人员熟练掌握3D建模工具,通过反复细致的设计修改才能开发出逼真的虚拟环境。要根据学习者的特征(不同群体适应不同的交互方式)依据相关的交互理论运用恰当的交互工具科学合理的进行设计与实现。交互的设计与实现阶段要特别的引起重视,因为大部分学习任务的完成都有赖于系统的交互功能,交互设计的好坏与最终的学习效果有着直接的联系。最后,是系统的合成与调试,这一阶段能够保证系统顺利的得以实现并应用在教学中。在该阶段中包括了将必要的教学策略、理论知识以及一些必要的文字说明嵌入到系统中使它真正成为一个用于教学的工具。在调试是比较繁杂的工作,需要我们有足够的耐心和精益求精的精神通过不断的发现问题解决问题使系统不断的得到完善保证系统发挥最大的作用。
4.2 虚拟现实系统的设计实例
4.2.1 案例简介
数控机床是技工培训中的重要课程,由于数控技术较为复杂所以学习难度比较大,学员往往要用很长的时间来了解数控机床的工作原理之后才能够进入现场实际操练或是根本找不到相应的设备操练。我们设想开发这样一个虚拟训练系统使学员能够利用电脑实现理论与实践相结合,通过使用这么一个系统学员能够掌握数控技术的基本理论知识、数控机床的组成及工作原理、基本的操作练习。让学员在进入实训现场之前形成必要的知识经验的准备,增强训练的针对性提高培训效率。
4.2.2 设计构想
该虚拟训练系统首先呈现出的是数控技术的基础知识和数控机床的工作原理,此处用带有碰撞的行走动画来表现。围绕数控机床的工作程序来设计活动和交互,在给出零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后学员被要求编制出零件加工的数控程序单。对于形状复杂的零件,学员可以在计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计;编好的数控程序学员会被要求输入到数控装置的一种存储载体上,用动画形式抽象表现数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理,输出各种控制信息和指令给驱动装置,经功率放大后按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件;再用动画显示位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动;学员在呈现的辅助控制操纵界面中按下按钮后随之会发生相应的变化比如刀具的转换、指令交换工件和机床部件的松开、夹紧等动作。在以上几个步骤中适时现实必要的文字补充材料以便于学员理解。
4.2.3 技术实现
本系统的开发工作主要集中在虚拟场景建模、虚拟动画的制作以及交互的设计与实现三个环节。
在建模方面,3DSMAX的建模功能是非常强大的完全能够满足桌面虚拟现实系统的建模需求。在虚拟动画的制作方面,可以用普通的动画制作软件如flash等。但是这样就存在一个不同格式文件相融合的问题,如果直接用3DSMAX制作的话相对来说会比较容易。在交互方面,较为简单的交互可以将MAX格式转换成VRML格式通过VRML内部的交互传感器来实现。在一些较为复杂的交互实现上编程语言更具优势,但是难度也是很大的。有很多交互我们根据学习任务要进行设计的但是实现起来难度很大,我们就要灵活掌握通过对能够实现的交互功能进行有限的组合达到预期的效果。在交互的设计实现过程中还要重点关注的一个问题就是有效的教学设计的使用。
5 结束语
全文主要探讨了虚拟现实技术应用于技工技能培训的新模式,介绍了虚拟培训系统的开发过程,至于具体的应用于技工教育的虚拟培训系统(软件)的设计和开发我们正在进行进一步的研究。
参考文献:
[1] 宋达.虚拟现实技术在教育领域中的应用与设计[硕士学位论文].长春:东北师范大学,2005.
[2] 薛瑞华.腹腔镜手术虚拟现实训练软件开发研究[硕士学位论文].济南:山东大学,,2005.
[3] 历俊丰.数控切割机虚拟训练系统研究[硕士学位论文].哈尔滨:东北林业大学,2007.
[4] 徐颖.新公共管理背景下的职业技能培训体系改进的研究:[硕士学位论文].上海:上海交通大学,2007.6
[5] Andies van Dam,Andrew S.forsberg et.al. Immersive VR for Scientific Visualization:A Progress Peport[R].IEEE Computer Graphics and Applications 2000.11.27
[6] 尹晓.虚拟培训技术在石油工业中的应用研究:[硕士学位论文].大庆:大庆石油学院,2006.
[7] 段新昱.虚拟现实基础与VRML编程[M].高等教育出版社,2004:1-2,53-59.
1.1核心课程
软件工程专业数字媒体技术方以软件工程专业为主线构成专业基础和专业主干课程。其中，计算机与软件基础课程有：计算机导论、程序设计入门、面向对象程序设计、数据结构与算法、Java程序设计、计算机组成原理、数据库原理、计算机网络、操作系统、编译原理、信息安全技术、计算机体系结构以及J2EE与中间件技术；软件工程专业课程有：软件工程导论、软件测试技术、需求分析与UML设计、软件项目管理与过程控制；数字媒体技术专业课程有：数字媒体技术导论、计算机图形学、数字图像处理、网络流媒体技术、用户界面设计、视频音频制作与处理、数字影视特技应用、高级游戏特性与游戏引擎、人机交互技术、虚拟现实技术与应用、高级脚本与插件技术等。对于实践性较强的课程开始单独的实验课程和配套的课程设计。
1.2特色课程
计算机网络游戏由计算机技术、艺术设计学和计算机动画以及计算机图形图像技术高度交叉结合，目的是培养具有扎实的游戏编程功底和良好的逻辑思维习惯，具备较强的审美能力和一定的艺术素养，熟悉游戏产品开发流程，具有一定的策划能力，能在游戏公司、门户网站、手机运营企业、动画公司等单位从事游戏设计、游戏开发、游戏制作、游戏策划、游戏运营等方面工作的富于竞争力与创新精神的高级复合型人才。计算机游戏程序设计。课程目标：本课程主要学习普及游戏开发理念，培养游戏开发氛围，挑选有潜力的学生组成开发团队；传授游戏开发中的程序设计要素，特别是游戏引擎开发的基本知识。通过本课程的学习，学生能够掌握游戏开发的基本理念，熟悉游戏开发的基本技巧和流程，并具备从事游戏程序设计工作的基本技能。虚拟现实与数字娱乐。课程目标：本课程主要介绍虚拟现实的基本概念及其系统组成、相关的软件技术及虚拟现实的应用，并介绍了当前数字娱乐的现状，发展和一些关键技术。内容包括：虚拟现实的定义、特性和组成，虚拟世界的创建和管理，虚拟现实中的视觉计算，虚拟现实中的交互技术，虚拟现实中的声觉计算，增强现实，分布式虚拟现实，虚拟现实应用，与虚拟现实相关的数字娱乐技术。
2实践教学体系
培养符合时代需要的创新性人才，就要强化实验教学的开放性和多层次化。基于创新性原则和以生为本原则，结合培养目标和自身教学特点，数字媒体技术方向实践教学体系分为课程实验，专业实训、毕业实习和毕业设计三个方面，各实践环节之问相互协调、相互衔接、循序渐进。
2.1课程实验
依照实践能力培养循序渐进的原则，根据实现数字媒体技术专业基本能力培养的系列课程，并按照系列课程的复杂度和规模设计实践环节，开展了多层次课程实验教学，根据学生的需要和实践能力培养的渐进规则，将实验课安排大学四年的各个环节。多层次实验教学是指在实验大纲与目标的规范基础上，将实验项目设计成基础型、综合设计型、研究创新型不同层次的实验。同一学生从基础规范一综合设计一研究创新这样难度递增的实验项目中逐渐进行训练，实现系统培养学生综合实践能力。课程实验主要包括：手绘训练、视频特技与非线性编辑、多媒体网页设计、移动娱乐软件开发、网络娱乐软件开发、界面设计课程设计、虚拟现实开发课程设计等。
2.2专业实训
专业实训作为知识、能力、综合素质教育的结合点，成为数字媒体技术专业实践教学的重点之一。专业实训是对课堂教学具有延伸作用，是学生培训职业能力、熟悉职业环境、了解实际知识的重要渠道。通过专业实训，学生不仅可以把所学转化为所用，还能使学生在学习操作过程中通过不断调整自己的知识结构来慢慢适应相应职业岗位，锻炼职业的能力，为实习以及今后走向社会积累经验、打下基础。我校软件工程专业是校级专业综合改革试点专业，以争建微软IT学院、HP软件学院为契机，与知名IT企业开展深度合作，联合培养具有国际视野的软件开发、软件测试和服务外包人才。与中软国际、Tarena（达内）科技等十多家IT企业联合建立了实习实训基地、就业基地。
2.3毕业实习和毕业设计
毕业实习是学生将前期学习到的知识运用到生产实践中，真正了解、感受未来的工作，锻炼自己各方面的综合能力。真正实现与行业需求的专业实践能力对接。能胜任相应岗位的工作，从而积累工作经验，为就业做准备。为了增强学生和指导老师对毕业设计(论文)及毕业实习的重视，提高毕业设计(论文)的质量和提高学生在毕业设计(论文)及毕业实习实践环节获得的实践能力，也为缓解毕业设计时间(论文)不足，笔者将毕业实习与毕业设计(论文)有机结合，实行“毕业实习+毕业设计”相结合的模式，学生毕业设计的内容来自于毕业实习，并且毕业设计的内容要将毕业实习的内容进行一定的升华，除体现学生四年来所学知识综合之外，还要体现出学生的创新能力与科研能力，达到培养创新型、复合型人才的标准。
1、论文研究背景及意义
近多年来，由于计算机及网络相关技术的迅猛发展，世界经济发展的必然趋势就是数字化，数字城市也逐渐引起了人们的注意。那么怎样应用计算机技术来构建数字城市，近而实现城市的数字化已经引起城市规划及管理人员和城市居民的共同关注。城市仿真技术在构造数字城市过程中发挥着非常重要的作用，因此成为当前一个新的研究热点。仿真(Simulation)技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真体验中获得直接参与和探索仿真技术对象在所处环境中的作用和变化。城市仿真(Urban Simulation)技术就是仿真技术在城市规划、建筑设计等领域中的应用，表现为人机交互、真实建筑空间感与大面积三维地形仿真，即交互式实时三维(Interactive Realtime 3D)。采用虚拟现实技术构造出来的城市视景仿真系统是数字地球的重要组成部分和支撑手段，已经被广泛应用在城市的规划、建设以及管理当中，对于城市发展规划的各个方面都具有相当重要的意义。
2、国内、外的视景仿真工具
MultiGen-Paradigm公司的MultiGen Creator的各版本三维建模软件是世界上流行的实时三维数据库生成系统的软件环境，在仿真系统中得到广泛的应用。Vega Prime是MultiGen-Paradigm公司应用于实时视景仿真、声音仿真和虚拟现实等领域的世界领先的软件环境。Urbansim是基于城市交通需求模拟分析和城市土地综合分析的新型城市发展仿真软件。MagicCity属于WinTel架构基础上的虚拟现实和视景仿真系统。我国在视景仿真系统开发的同时，也在进行仿真系统软件平台的开发。TrueSim v2.0 三维实时仿真软件平台是深圳市创想科技发展有限公司在综合了国内外多项最新三维仿真技术的研究成果以及多年来从事三维仿真研究所积累的多种经验的基础之上推出的具有自主知识产权的仿真平台。神州视景信息技术有限公司自主研发了“基于普通PC和Internet的大规模场景实时漫游引擎系统――SCVR”。 Virtools是一个实时三维虚拟现实编辑软件，可将多种常用文件格式（三维模型、二维图表、声音等）整合到一起，并具备交互功能，能够开发出电脑游戏、建筑仿真、交互娱乐等多种3D产品。
3、本文的研究目的及重要内容
本文通过研究虚拟现实视景仿真技术的相关知识，实现以我们学院校园为虚拟环境的视景漫游系统。通过对虚拟场景的构建，能够实现视景漫游中的自动漫游和交互漫游等效果。本系统应用建筑草图大师Sketchup和MultiGen Creator软件工具来构建虚拟场景中地形及建筑物的三维模型，并建立道路、树木、路灯等虚拟景物，借助Vega Prime软件平台和工具集对校园虚拟场景进行仿真，在VC++开发平台下实现三维景观及模型的交互式（以鼠标、键盘等交互方式）控制，实现了虚拟校园景观的视景仿真漫游系统。
本文主要研究内容和所做工作总结如下：
(1)了解视景漫游技术以及虚拟现实的发展，对国内外虚拟现实技术应用现状进行调研。
(2)对黑龙江农垦科技职业学院的视景环境数据进行搜集和整理，包括地形数据的获取、建筑物数据的获取、纹理数据的获取等等。
(3)研究用虚拟现实建模软件Sketchup、Creator以及三维建模技术、模型真实感技术以及模型优化技术等对地形、道路、教学楼和图书馆等建筑以及校园之中的花草树木等进行建模，构建出虚拟场景模型库，然后用视景漫游软件Vega Prime和VC++对虚拟场景进行漫游和交互控制。
(4)研究模型数据库建模和优化技术问题，模型数据库的建构、调整和优化对提高实时仿真系统中运行的速度和流畅性起着至关重要的作用，成为目前重要的研究课题。
(5)碰撞检测技术。开发虚拟现实仿真系统有一个主要目标就是能够让用户以尽可能接近自然的方式与构建的虚拟场景中的物体直接进行交互。要实现自然的、精确的人机交互功能首先要解决的是碰撞检测的问题。碰撞检测是虚拟场景中动态物体与静态物体之间或动态物体与动态物体之间进行交互的基础。在碰撞检测中有两个问题需要解决，一是检测到碰撞的发生和碰撞的位置，二是计算碰撞后的反应。而碰撞检测是计算碰撞反应的先决条件，因此，碰撞检测是虚拟环境中一个必不可少的部分。
(6)为保证虚拟场景的真实性、生动性及其对用户的感染力，对基于粒子系统的虚拟场景环境特效技术进行研究。
校园视景仿真就是在计算机环境中对真实校园的景观进行虚拟再现，采用虚拟现实相关技术，生成一个实时的、能给用户各种真实感受的三维虚拟环境。利用计算机软硬件及其相关输入输出设备，使用户可以在虚拟的校园场景中进行浏览和交互漫游，感受校园中的风景。利用这种方法可以让更多的人来了解我们的学校，对本校园的环境及交通现状等方面有更深刻的认识。
1.虚拟现实技术
虚拟现实VR( Virtual Reality) 是近几年来信息技术迅速发展的产物， 毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境， 即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。
虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性， 是指观察者对虚拟世界的情感反映， 这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界， 这是虚拟现实的首要特征。交互性， 是指虚拟现实是一个开放的环境， 能对用户的输入作出响应， 并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性， 是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面， 还是一个应用系统， 它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同， 可以分为三种类型: 沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中，桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景， 用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互， 它的特点是结构简单、成本较低， 易于推广。
2.网络虚拟实验室
所谓网络虚拟实验室， 是指利用区域网或互联网， 由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统， 包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现， 也可以是虚拟构想的实验室， 虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中， 实验者有逼真的感觉， 有身临其境的感受， 好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中， 没有一个有形的实验室， 也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象， 实验过程主要是对虚拟物的操作。
3.计算机专业虚拟实验室的创建
构建专业虚拟实验室， 其实就是搭建一个网络平台系统， 包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上，
目前各校都建立了校园网络并接入了互联网， 这些基础设施基本可以满足需求， 不需要太多的投入。在软件方面， 一个是实验室平台软件系统的开发， 它与网站建设相联系; 另一个是网站的内容( 实验内容) 建设， 这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑， 不然软件平台就是一个空架子， 形同虚设。同时， 该平台上还应有实验管理的支持， 对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理， 并对虚拟实验室进行监控， 计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。
( 1) 实验管理模块， 由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。硕士论文在学生管理方面， 学生通过浏览器进行注册登录， 登陆成功后可浏览实验项目， 查看实验的详细资料， 预约实验项目及做实验的时间， 在线发送和接受消息， 进行问题讨论， 进行实验登记， 实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面， 可对实验内容添加、修改、整理、删除， 对学生提交的实验报告列表， 批改实验报告， 填写评语和成绩， 提交批改结果， 与学生进行讨论。仪器管理方面， 对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理， 以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况( 实验次数、实验报告及完成情况) 给出成绩， 并进行统计分析及提供查询等。
( 2) 仪器展示模块， 对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理， 以图形的方式直观呈现出来， 供学生在实验时进行选择。
( 3) 实验指导模块， 包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。
( 4) 实验报告模块， 主要对学生完成实验后， 提供相关的实验报告模板， 供学生下载， 由学生填写相关内容以及实验的结果， 完成后上传电子版实验报告， 由教师进行批阅， 并进行记载。
( 5) 实验答疑模块， 由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答， 帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度， 并及时反馈、调整教学。
( 6) 论坛交流模块， 教师和学生可以通过论坛进行充分的交流， 学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上， 教师可以将一些典型的问题提出来， 供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解， 教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息， 以便整改。
( 7) 虚拟实验模块， 是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验， 医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件， 可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设， 可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单， 容易实现， 见效较快。但需要投入较多的软件购置费用，同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整， 有一个磨合期。另一种是因地制宜， 自主开发。根据本校的实际教学和实验情况， 结合学生的实际水平， 由任课教师或聘请部分专家组成开发小组， 进行一系列的虚拟实验项目的开发研究， 并将研究的成果连接到虚拟实验室中， 逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活， 能充分发挥教师的积极性， 能有针对性地进行设计开发， 适合学生的实际情况， 学生容易接受， 并且经费投入较少。缺点是开发周期较长， 系统性不够， 水平有限。也可以将上述两种方式结合起来， 一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目， 二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目， 如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。
二、加强网络虚拟实验室的管理
1.加强用户管理， 为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室， 使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室， 在上面提出问题、发表见解， 做好实验， 努力提高虚拟实验室的人气。
2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验， 自己设计实验方案， 动手完成实验， 整理和总结实验数据， 职称论文提交实验报告， 培养学生的分析能力和创新能力， 逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。
3.组织专业教师网上指导与答疑， 参与论坛讨论交流， 及时批改实验报告， 为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中， 教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答， 并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点， 提出问题让学生思考， 使师生在虚拟实验室中有较强的互动性， 教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。
4. 对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行
评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况， 给学生一个成绩和评价， 反馈给学生， 英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时， 征求学生对虚拟实验室的意见， 对学生反馈的信息进行整改。
计算机网络虚拟实验室的建立， 可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题， 对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系， 不能一味地强调虚拟实验， 要“虚实”结合， 既相互补充， 又各有侧重， 这样才能取得很好的实验教学效果。同时， 在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。 参考文献
[ 1] 王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报， 2005( 4) .
[ 2] 蒋光明.基于互联网的开放式虚拟实验模型研究.西南师范大学学报( 自然科学版) ， 2002( 3) .
1.虚拟现实技术
虚拟现实VR(VirtualReality)是近几年来信息技术迅速发展的产物,毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。
虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性,是指观察者对虚拟世界的情感反映,这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界,这是虚拟现实的首要特征。交互性,是指虚拟现实是一个开放的环境,能对用户的输入作出响应,并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性,是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面,还是一个应用系统,它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同,可以分为三种类型:沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景,用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互,它的特点是结构简单、成本较低,易于推广。
2.网络虚拟实验室
所谓网络虚拟实验室,是指利用区域网或互联网,由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现,也可以是虚拟构想的实验室,虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中,实验者有逼真的感觉,有身临其境的感受,好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中,没有一个有形的实验室,也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟物的操作。
3.计算机专业虚拟实验室的创建
构建专业虚拟实验室,其实就是搭建一个网络平台系统,包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,
目前各校都建立了校园网络并接入了互联网,这些基础设施基本可以满足需求,不需要太多的投入。在软件方面,一个是实验室平台软件系统的开发,它与网站建设相联系;另一个是网站的内容(实验内容)建设,这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑,不然软件平台就是一个空架子,形同虚设。同时,该平台上还应有实验管理的支持,对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理,并对虚拟实验室进行监控,计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。
(1)实验管理模块,由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。硕士论文在学生管理方面,学生通过浏览器进行注册登录,登陆成功后可浏览实验项目,查看实验的详细资料,预约实验项目及做实验的时间,在线发送和接受消息,进行问题讨论,进行实验登记,实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面,可对实验内容添加、修改、整理、删除,对学生提交的实验报告列表,批改实验报告,填写评语和成绩,提交批改结果,与学生进行讨论。仪器管理方面,对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理,以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况(实验次数、实验报告及完成情况)给出成绩,并进行统计分析及提供查询等。
(2)仪器展示模块,对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理,以图形的方式直观呈现出来,供学生在实验时进行选择。
(3)实验指导模块,包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。
(4)实验报告模块,主要对学生完成实验后,提供相关的实验报告模板,供学生下载,由学生填写相关内容以及实验的结果,完成后上传电子版实验报告,由教师进行批阅,并进行记载。
(5)实验答疑模块,由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答,帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度,并及时反馈、调整教学。
(6)论坛交流模块,教师和学生可以通过论坛进行充分的交流,学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上,教师可以将一些典型的问题提出来,供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解,教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息,以便整改7)虚拟实验模块,是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验,医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件,可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设,可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单,容易实现,见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整,有一个磨合期。另一种是因地制宜,自主开发。根据本校的实际教学和实验情况,结合学生的实际水平,由任课教师或聘请部分专家组成开发小组,进行一系列的虚拟实验项目的开发研究,并将研究的成果连接到虚拟实验室中,逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活,能充分发挥教师的积极性,能有针对性地进行设计开发,适合学生的实际情况,学生容易接受,并且经费投入较少。缺点是开发周期较长,系统性不够,水平有限。也可以将上述两种方式结合起来,一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目,二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目,如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。
二、加强网络虚拟实验室的管理
1.加强用户管理,为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室,使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室,在上面提出问题、发表见解,做好实验,努力提高虚拟实验室的人气。
2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验,自己设计实验方案,动手完成实验,整理和总结实验数据,职称论文提交实验报告,培养学生的分析能力和创新能力,逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。
3.组织专业教师网上指导与答疑,参与论坛讨论交流,及时批改实验报告,为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中,教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答,并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点,提出问题让学生思考,使师生在虚拟实验室中有较强的互动性,教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。
4.对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行
评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况,给学生一个成绩和评价,反馈给学生,英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时,征求学生对虚拟实验室的意见,对学生反馈的信息进行整改。
计算机网络虚拟实验室的建立,可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题,对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系,不能一味地强调虚拟实验,要“虚实”结合,既相互补充,又各有侧重,这样才能取得很好的实验教学效果。同时,在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。
参考文献
[1]王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报,2005(4).
