虚拟实验教学系统应用和探究

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1、虚拟实验教学系统应用和探究　　摘要：主要从论述虚拟现实技术出发，首先介绍了当今国内外的发展与研究现状，以及它在国内的主要应用，说明了它的主要优势和未来的发展趋势。针对目前传统教学实践存在的诸多问题，用实例说明了在教学过程中运用虚拟现实系统的优点，并提出了如何提高产品的质量和市场竞争力。关键词：虚拟现实技术；实践教学；应用前景中图分类号：G4文献标识码：A文章编号：16723198（2013）130136020前言虚拟现实，（Virtual9Reality，简称VR），是刚刚出现的高新科技技术。它是利用计算机的三维

2、图形、环境建模、图形绘制、虚拟音效、自然交互与传感技术来模拟虚拟空间并与现实结合，在用户的视觉、听觉、触觉等感官上进行模拟，让使用者身临其境，没有限制地观察三度空间内的任何事物。它主要分为沉浸式和非沉浸式两种。沉浸式虚拟现实技术，是一种实用、高级、典型的虚拟现实系统。它以大幅面的显示方式进行投影，使交互的虚拟三维空间高度逼真的展现在观看者的眼前，并且可以从任何角度、位置，通过外接设备与虚拟空间进行实施漫游和交互。而非沉浸式虚拟现实技术，主要是通过软件技术来实现的。主要对触觉、听觉等感官进行模拟，为用户呈现一个优质

3、的虚拟界面。其特点是价格低廉、使用方便，而且运用广泛。1国内外虚拟现实技术的研究状况简述美国是VR技术的发源地，至今已有60多年的研究历史，代表了国际VR的最先进的技术水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。日本在虚拟现实技术相关领域的研究中，也是一个具有先进技术实力的国家之一。他们主要致力于建立大规模VR知识库的研究。并且，在音乐和游戏方面，他们对虚拟现实技术的应用研究也做了很多贡献。但日本大部分虚拟现实硬件主要是从美国进口的。日本在虚拟现实技术相关领域的研究中，也是一

4、个具有先进技术实力的国家之一。它在建立大规模VR知识库的研究中做出了巨大的贡献。此外，在音乐和游戏方面，他们对虚拟现实技术的应用研究也做了很多工作。但日本大部分虚拟现实硬件主要是从美国进口的。9在欧洲，英国在虚拟现实的分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面是领先的。目前，英国已有六个主要从事VR的研发中心，分别是WIndustries（工业集团公司），BritishAerospace（英国航空公司），DimensionInternational，DivisionLtd，AdvancedRobot

5、icsResearchCenter和VirtualPresenceLtd。其相关产品主要应用于娱乐、军事、建筑、汽车等行业中。还有德国、法国、瑞典等国家也在进行相应的研究。目前，我国的VR技术还处于发展阶段，得到了政府有关部门的支持和专家的高度重视，大力开展了VR技术的开发与研究。例如，“973”计划、国家“863”计划、国家自然科学基金、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了重要科研项目。国内一些重点院校的重点实验室，开展虚拟现实领域的基础研究、应用基础研究和战略高技术研究，为相关行业领域的某些问题的解决提供了

6、有力支撑，其虚拟现实技术目前也成为了越来越热门的热点学科。2虚拟现实技术的主要应用领域目前VR技术的应用除了军事领域外，主要集中在以下几个方面：（1）在产品的开发过程，虚拟现实技术的运用可以便于设计人员对产品和系统建模，同时可以对其进行修改和优化。运用沉浸式虚拟现实技术能够对产品进行检查、动态仿真、性能评估，很好的解决设计中存在的问题，缩短了模型设计、检验、校核的时间，降低了产品研发成本。波音777飞机的设计便是一个虚拟原型机的典型应用实例。9（2）其次是教育行业。虚拟现实技术已经成为了国内的首创专业，它是将力学

7、与计算机两大领域进行结合，主要是对工程中力学问题的数值计算与仿真。培养掌握高新科学技术，勇于创新，精于研究，基础扎实，从事虚拟仿真工程设计，适应国家经济建设需要的新兴应用型人才。学生毕业后的就业面广，能够从事力学分析、产品设计、系统动态仿真、虚拟产品研发技术等方面的理论研究与实际应用。并结合力学学科的专业知识，对虚拟仿真工程中的力学问题的解决提供有力的科学论证。（3）VR还可以应用于高难度和危险环境下的作业训练。例如，对矿井开采进行模拟。由英国诺丁汉大学的人工智能及其矿业应用研究室（简称AIMS）开发研制的房柱式

8、开采模拟VR-MINE系统可以对矿井开采进行动态三维实时模拟，根据模拟矿井结构及相关参数的设计可以达到优化生产系统的目的。其主要特点在于系统的的真实性和人机交互性。比建立任何系统模型所达到的效果还要好。显然，这类系统还可用于矿井开采计算机辅助设计、生产监控、管理和技术培训等方面。可以对煤矿设备进行虚拟制造，节省了对人员技术培训的费用，以及对突发事故进行调查和研究提供相关线