虚拟现实技术在高校实验课堂教学中应用探究

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1、虚拟现实技术在高校实验课堂教学中应用探究　　摘要：随着互联网技术和多媒体技术的不断发展，根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》，教育部决定于2013年启动开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。目前，虚拟现实技术已在高校实验课堂教学中得到初步应用。重庆师范大学计算机学院结合自身实际，建立了相关实验课堂的虚拟仿真实验室。虚拟现实技术可以利用虚拟仿真软件建模，构建虚拟仪器和场景，使用户在虚拟场景进行仿真实验学习和操作。基于虚拟现实技术的虚拟实验室符合教学改革要求，改变了以往的教学模式，提高了实验教学的水平和质量，具有极强的应用价值关键词：虚拟

2、现实；实验教学；虚拟仪器；虚拟实验室中图分类号：TP393；G434文献标识码：A文章编号：2095-1302（2017）03-0-040引言13实验教学[1]是高校实践教学活动中不可缺少的重要组成部分，是培养学生实际动手能力和自主解决问题能力的主要途径[2]，同时在实验过程中可以加深和巩固学生对理论知识的理解。但由于受到实验条件和设备的制约，一些高校的实验不能有效开展。因此，基于虚拟现实技术[3]的虚拟实验室应运而生，并且得到了快速发展。所谓虚拟实验室[4]，即利用虚拟现实技术仿真或虚构某些情景和设备，使用户可以在计算机上进行实验的实验室。虚拟实验室

3、应用多种前沿技术，降低了实验设置投入和管理成本，改变了以往的教学模式，使得远程移动实验教学得以真正实现，突破了时间和地域的限制，具有便捷、安全等多方面的优势1虚拟现实概述虚拟现实（VirtualReality，VR）又�Q为人工现实[5]，即利用计算机生成虚拟环境，并借助输入设备进入虚拟环境进行自主交互操作，使用户产生仿佛在真实场景中的感觉。它包括两种形式，一种是通过佩戴特殊头盔等外部设备，以自然方式（比如头的转动、脚的移动等）与计算机生成的虚拟世界中的对象进行交互操作，产生如同在真实环境中的感受和体验。另一种则直接通过计算机桌面，利用键盘、鼠标等常规

4、输入设备进入虚拟空间，进行实时交互操作[6]13虚拟现实技术[7，8]是计算机领域的最新技术，它利用三维图形生成技术、智能接口技术、多传感器技术等，生成三维逼真虚拟环境，使用户可以感知和操作虚拟世界中的各种对象，产生一种身临其境和沉浸其中的感觉。VR技术可以应用于许多领域，如军事、医疗、教学等。目前，这种技术主要通过计算机桌面的形式应用于实验教学当中，学生不再受实验场地和设备等的制约，能够随时随地进行虚拟仿真实验学习，极大地激发了学生的学习兴趣。类似于真实的实验环境，学生的行为将会影响实验的发展和结果。另一方面，教师在虚拟实验室中可以查看学生的学习动态

5、，部署作业等虚拟实验室是利用虚拟现实技术，构建虚拟实验仪器、设备和场景，以软件形式实现硬件的功能，仿真实际的物理实验过程的应用系统。虚拟实验室由实验课程、虚拟器材库、网上管理系统等组成。由于其可观的应用前景而受到世界各国及各大高校的重视，在国外一些发达国家已经得到普及，我国一些知名高校也相继建立了各具特色的虚拟仿真实验系统。如清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；大连理工大学研发了一套化学虚拟实验系统。北京邮电大学、上海交通大学、浙江大学、重庆大学等一批高校也致力于虚拟实验系统的研究2构建虚拟实验室的方法构建基于虚拟现实技术的虚拟实验室的方法有

6、许多种，大多都通过软件建模模拟真实硬件的功能来构建虚拟实验室。下面介绍几种国内构建虚拟实验室的常用方法2.1基于VRML构建三维虚拟实验室VRML（VirtualRealityModeling13Language，VRML）即虚拟现实建模语言[9]，用类似HTML标记文本语言来描述三维场景，通过Internet和Web超链接在网上营造虚拟环境的技术。VRML的基本工作原理包括文本描述、远程传输、本地计算生成。文本描述就是用标记文本语言描述三维物体和场景，而不利用三维坐标点来描述物体，因为这样会产生很大的数据缓存，不利于传输。远程传输是指访问由虚拟现实建

7、模语言描述的虚拟物体和场景时，需要通过网络将文本数据传送到计算机本地。本地计算生成是指浏览器要对传送到本地的数据进行解释翻译，重现虚拟场景设计VRML虚拟实验场景有以下两种方法：（1）直接使用文本编辑器编写程序代码。该法方便，但不直观，对设计者的空间想象能力和逻辑思维能力要求较高；（2）将可视化组件搭建成自己需要的实验场景，可以直接看到实验效果2.2基于QuickTimeVR建模构建虚拟实验室QuickTimeVR（QuickTimeVirtualReality）是一种基于静态图像处理，即通过连续拍摄的实景照片，形成全景图像，在计算机上建模实现虚拟现实

8、的技术。QuickTimeVR[10]技术可以将在不同角度连续拍摄的实景照片按照其相互关系有机