虛擬技術論文范文

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第1篇

關鍵詞:虛擬現實(VR);虛擬環境人機交互

一、引言

在信息技術發展的今天,人們的交流越來越多的依靠網絡、廣播、電視等媒體得到相關的信息資料,但是這些媒體提供的信息往往是經過抽象的,在很大程度上人們不能及時有效的進行理解吸收,解決這一問題人們只能借助于實物模型,但隨著計算機技術的迅猛發展,使得人與計算機的交互成為可能,虛擬現實(VR)技術就是借助于這個基礎上實現了人機交互,操作者可以通過鍵盤、鼠標、頭盔、數據手套等工具與計算機間的交互,真正成為虛擬環境中的一員,較真實的感知和操作虛擬世界中的各種對象,達到理解和掌握知識、為生產生活服務的目的。

二、虛擬現實技術簡介

虛擬現實(簡稱VR),又稱靈境技術,是以浸沒感、交互性和構想為基本特征的計算機高級人機界面,是迅速發展的一項綜合性計算機、圖形交互技術。它綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術,模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感官功能,使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中,并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互,創建了一種適人化的多維信息空間。使用者不僅能夠通過虛擬現實系統感受到在客觀物理世界中所經歷的“身臨其境”的逼真性,而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制,感受到在真實世界中無法親身經歷的體驗。計算機技術的迅速發展為我們提供了許多解決問題的新方法。虛擬現實技術的產生與發展也同樣如此,目前虛擬現實系統的研究現狀主要涉及到三個研究領域:依靠計算機圖形方式建立實時的三維視覺效果、構建對虛擬世界的觀察界面和使用虛擬現實技術加強其在現實世界中的應用。

三、虛擬現實技術特征及其系統的關鍵技術

從本質上說,虛擬現實就是一種先進的計算機用戶接口,它通過給用戶同時提供諸如視、聽、觸等各種直觀而又自然的實時感知交互手段、最大限度地方便用戶的操作,從而減輕用戶的負擔、提高整個系統的工作效率。因此虛擬現實技術具有以下四個重要特征。

（一）多感知性。所謂多感知性就是指導包括視覺感知外,還包括聽覺、力覺、觸覺和運動感知、甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。

（二）存在感。又稱臨場感,它是指用戶感到作為主角存在于模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境應該達到使用戶難以分辨真假的程度。

（三）交互性。它是指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度(包括實時性)。我們借助與我們8的感覺器官,在虛擬的環境中體驗真實的環境。

（四）自主性是指虛擬環境中物體依據物理定律進行動作的程度。虛擬現實系統的關鍵技術主要由動態環境建模技術、實時三維圖形生成技術、立體顯示和傳感器技術、應用系統開發工具和系統集成技術等五個方面組成。其中動態環境建模技術的目的是根據應用的需要獲取實際環境的三維數據,并利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。而三維圖形的生成技術關鍵是如何實現“實時”生成。立體顯示和傳感器技術是虛擬現實中實施交互能力的關鍵。

四、當今虛擬現實技術的應用領域

虛擬現實技術的應用前景十分廣闊。目前在娛樂、教育及藝術領域的應用占據主流,其次是軍事與航空、醫學領域,機器人和商業領域都占有一定比例,另外在可視化計算、制造業等領域也有相當的比重。下面簡要介紹其部分應用。

（一）娛樂、藝術與教育領域。豐富的感覺能力與3D顯示環境使得VR成為理想的視頻游戲工具。如Chicago(芝加哥)開放了關于3025年的一場未來戰爭的世界上第一臺大型可供多人使用的VR娛樂系統;1992年的一臺稱為“LegealQust”的系統由于增加了人工智能功能,使計算機具備了自學習功能,大大增強了趣味性及難度,使該系統獲該年度VR產品獎。作為傳輸顯示信息的媒體,VR所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態的藝術轉化為動態的,可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術,提高了藝術表現能力。

（二）軍事與航天工業領域。模擬與練一直是軍事與航天工業中的一個重要課題,這為VR提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰場系統,以提供坦克協同訓練,該系統可聯結200多臺模擬器。另外利用VR技術,可模擬零重力環境,以代替現在非標準的水下訓練宇航員的方法。

（三）醫學領域。VR在醫學方面的應用具有十分重要的現實意義。在虛擬環境中,可以建立虛擬的人體模型,借助于跟蹤球、HMD、感覺手套,學員們可以很容易了解人體內部各器官結構,這比現有的采用教科書的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術訓練器,用于腿部及腹部外科手術模擬。這個虛擬的環境包括虛擬的手術臺與手術燈,虛擬的外科工具(如手術刀、注射器、手術鉗等),虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺手套,使用者可以對虛擬的人體模型進行手術。另外,在遠距離遙控外科手術,復雜手術的計劃安排,手術過程的信息指導,手術后果預測及改善殘疾人生恬狀況,乃至新型藥物的研制等方面,VR技術都有十分重要的意義。

（四）管理工程領域。VR在管理工程方面也顯示出了無與倫比的優越性。如設計一新型建筑物時,可以在建筑物動工之前用VR技術顯示一下;當財政發生危機時,可以幫助分析大量的股票、債券等方面的數據以尋找對策等等。以上僅列出虛擬現實的部分應用前景,可以預見,在不久的將來,虛擬現實技術將會影響甚至改變我們的觀念與習慣,并將深入到人們的日常工作與生活。:

第2篇

(一)符合電子技術課程教學的特點

中職電子技術的教學理論性較強，波形變化分析復雜，課程教學較為枯燥，一些理解能力較差或者基礎較差的學生，可能會無法跟上電子技術課程教學的節奏。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，能夠使學生在一個仿真的情境下，進行電子電路的實驗和操作，這種模式能夠為中職學生帶來更多的電子技術學習體驗，將學生的實踐操作和理論知識的學習相結合，借助實踐活動，不斷豐富學生的理論知識體系，借助理論知識的學習，不斷提升中職學生的實踐操作能力。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，符合中職電子技術教學的特點，是時展和進步的必然要求。

(二)創新中職電子技術教學的模式

電子技術教學中應用仿真虛擬仿真技術，可以使學生將所學習的Windowsxp內容和仿真軟件結合起來。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，能夠改善傳統的教學方式中單一的教學氛圍，更加關注學生的實踐體驗，在實踐中，使學生獲得更多的知識，并使中職學生能夠通過實踐活動，形成一定的思維想法和創新意識，真正展現中職電子技術教學的價值和電子技術教學的意義。

(三)提升學生的電子技術綜合能力

很多中職院校中的學生，普遍具有文化基礎較差、學習積極性較差等方面的問題，中職學生的動手能力和實踐能力較強，但是他們的學習熱情較差，不愿意積極、主動參與到教學活動當中，無法感受中職電子技術學習的樂趣和電子技術的魅力之處。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，能夠有效改善這一問題，通過有趣的情景創建，快速吸引中職學生的注意力，激發學生的學習興趣和參與實踐活動的熱情，并使中職學生在參與實踐活動的過程中，形成一定的電子技術實踐操作能力和電子技術思維想法，改善傳統電子技術教學中的缺點，更加關注學生思維的發展，為中職學生未來的工作和發展奠定良好的基礎。

二、虛擬仿真技術在中職電子技術教學中應用的具體策略

虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，可以通過將虛擬引進課堂，激發中職學生的學習興趣、創設仿真電子技術教學實驗，增強學生的實踐操作能力與開展虛擬項目合作實驗，提升中職學生的綜合素養等方式來開展教學活動。

(一)將虛擬引進課堂，激發中職學生的學習興趣

在傳統的中職電子技術教學過程中，教師較為注重對學生理論知識的傳授，而忽視了實踐技能指導對中職學生電子技術操作能力提升的重要影響。單純的電子技術理論知識講解，多數是一些原理和公式推導，在這種教學模式下，中職學生可能會產生一定的厭學情緒，無法將注意力完全集中在電子技術學習活動當中。虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用，能夠改善傳統的教學方式中單一的教學氛圍，更加關注學生的實踐體驗，在實踐中，使學生獲得更多的知識，并使中職學生能夠通過實踐活動，形成一定的思維想法和創新意識。虛擬仿真技術能夠使學生在一個仿真的情境下，進行電子電路的實驗和操作，這種模式能夠為中職學生帶來更多的電子技術學習體驗，使學生將實踐操作和理論知識的學習結合起來，借助實踐活動，不斷豐富學生的理論知識體系;借助理論知識的學習，不斷提升中職學生的實踐操作能力。中職電子技術理論知識教學需要結合實際展示才能夠加深學生對電子技術理論知識的深入理解，從而為接下來的課堂教學活動和實踐教學活動奠定良好的基礎。但是，如果一味通過實驗操作展現，不僅浪費時間，同時也很浪費材料。虛擬仿真技術能夠完美地解決這一問題，通過將虛擬仿真技術引入到中職電子技術教學中，通過多媒體等信息技術軟件，進行仿真模擬實驗，借助多媒體等信息技術軟件，將抽象化的內容變得更加直觀，使學生對抽象化的理論知識一目了然，深化學生對中職電子技術知識的理解與掌握。

(二)創設仿真電子技術教學實驗，增強學生的實踐操作能力

正所謂“實踐是檢驗真理的唯一標準”，在中職電子技術教學中，教師可以借助虛擬仿真技術，引導學生在模擬的場景中，進行電子電路的實驗和操作，這種模式能夠為中職學生帶來更多的電子技術學習體驗，在電子技術的實驗過程當中，提升學生的實踐操作能力。在中職電子技術教學實驗中，教師可以結合學生的性格特點和中職電子技術教學的特點進行教學實驗活動的創新，將虛擬仿真技術融入中職電子技術的教學活動當中。例如，在指導學生對《彩色電視機原理與維修》這一項內容的學習過程中，教師可以首先借助多媒體等信息技術軟件，為學生展現70年代至今，電視機逐步發展的過程，為學生介紹全球彩電市場的特點。彩色電視機與學生的實際生活密切相關，是學生所熟悉的事物。在課堂教學中，教師可以結合實際生活，提問學生“家中所使用的是什么樣的電視機”等問題，構建互動型的中職電子技術教學模式。在此基礎上，教師可以通過多媒體等信息技術軟件，為學生展現一個立體化的電視機模型，借助模型引導學生認識彩色電視機的整體結構以及具體的元器件。在教學指導完成之后，可以組織學生自行實驗，借助虛擬仿真技術進行完整電視機零件和部件的整合。

(三)開展虛擬項目合作實驗，提升中職學生的綜合素養

一些仿真軟件(例如加拿大IIT公司所開發的Multisim軟件)能夠為中職學生創建一個類似于真實的電子電路實驗工作平臺，學生可以在這個仿真的電子電路實驗工作平臺中，進行各種各樣的電子電路實驗。這些軟件當前被應用于國內外的各大高等院校當中，并取得了較為理想的實踐應用效果。電子技術教學中，教師不僅僅要指導學生學習電子技術，掌握電子技術，更加需要通過一定的電子技術教學活動，提升中職學生的綜合能力和綜合素養。在電子技術教學活動當中，教師可以借助一些虛擬的電子技術合作實驗項目，引導學生通過電子技術實踐活動，增進彼此之間的感情，形成良好的電子技術操作能力和合作意識。例如，在指導學生對《組合邏輯電路的分析與設計》相關內容的學習中，教師可以在完成教學指導的基礎上，組織學生通過小組合作的方式，集中學習組合邏輯電路的分析方法。在共同合作和分析的過程中，增進彼此之間的感情，提升學生的綜合能力和綜合素養。

三、結語

第3篇

隨著社會的進步和學科的發展，市場對學生綜合實踐能力和動手創新能力的培養提出了更高的要求，然而目前大部分高校學習的內容仍停留在理論知識階段，不經過實驗或者實際應用，學生很難學以致用。現有高校硬件和軟件的局限性使實驗教學的開展還存在著較多的問題，這主要體現在以下幾個方面：

（1）實驗課程的實驗內容比較陳舊，缺乏創新性和時代性，實驗課程與實際需求相脫節，限制了學生實踐能力和創新能力的養成。現有實驗教學多采用由教師講授相關理論知識，然后由學生驗證知識的先理論后實踐的教學方法。這種教學方法缺乏對學生綜合能力和創新能力的鍛煉，很難激發學生的學習興趣。

（2）農業物聯網專業的教學不但要求教師具備專業相關理論和知識，而且要求教師具備較強的實踐動手能力，特別是對傳感器部件、通信部件和射頻部件等焊接、控制和使用。可是現有高校師資隊伍中從事實驗教學的教師人員稀少，從事實驗的教師更是缺少參加培訓和國內外深造訪學的機會。因此，師資力量薄弱嚴重影響了實驗教學的開展。

（3）在課程的考核中對實踐動手能力未制定統一的考核標準，僅僅單方面考查學生的理論知識掌握情況，上述教學安排和考核制度使學生普遍認為學習理論知識要遠比實踐動手能力的培養更加重要，對實驗教學給予的重視程度嚴重不足。

雖然有些高校嘗試用一些教學課件，比如圖片、動畫、影像資料等，但與實際項目聯系不密切，學習效果不理想，很難達到提高實際動手能力的目的。

利用虛擬現實技術，建設以農業物聯網項目為載體的虛擬項目環境，可以改變傳統的教學方法和教學模式，有效解決農業物聯網專業在教學中存在的一些難題。

2.虛擬現實技術在農業物聯網專業教學中的應用

通過對學習者的特征分析，我們設計了“基于VR”的教學模式，讓學習者通過虛擬現實技術真實模擬農業物聯網所應用的傳感器及控制系統、傳輸系統、應用系統，在虛擬的農業物聯網場景中，通過學習者的探究，全方位了解這一新興行業，更好地掌握農業物聯網相關的知識。

（1）自主學習：學生根據教師布置的任務，參考教材和網絡，進行自主學習。

（2）課堂教學：教師根據學生自主學習的效果，分析教學內容，明確教學目標和實驗任務。

（3）知識學習：學生利用虛擬現實系統學習各種知識。主要有兩個方面的應用：一是再現在課堂上無法觀察到的農業生產基地或事物的變化過程，為學生提供生動、逼真的感性學習材料，幫助學生解決學習中的知識難點。例如，在學習傳感器的知識時，通過虛擬現實系統，將學生帶到農業智能大棚里，監控大棚內的溫度、濕度、光照和土壤濕度、土壤溫度、濃度等影響農作物生長的環境參數，通過信息化無線傳輸網絡把數據傳輸到系統進行智能化分析，同時利用虛擬現實技術控制大棚內的水閥、加熱、補濕、滴灌、噴灌、補光等設備；另一個應用是使抽象的概念、理論直觀化、形象化，方便學生對抽象概念的理解。例如，學習開放式通信系統互聯參考模型時，通過虛擬演示，讓學生觀察七層協議模型中數據的傳輸過程，使學生加深對知識的理解。

（4）探索學習：虛擬現實技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設進行虛擬，通過虛擬系統便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。

（5）虛擬實驗：利用虛擬現實技術，還可以建立各種虛擬實驗室。

（6）技能訓練：虛擬現實的交互性和沉浸性，使學生在虛擬的學習環境中扮演一個客觀角色，融入性更強，更有利于學生的技能訓練。