虚拟现实技术论文(收集5篇)
时间：2024-08-24
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【关键词】计算机虚拟仿真技术虚拟现实动画制作
虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法，而且正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项整理性、战略性技术。虚拟现实（VirtualReality）技术，简称VR，是20世纪80年代新崛起的一种综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界（甚至是不存在的）的事物和环境，人投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。
通过研究大学文理科学生通识教育的课程设置，能为我们提供许多宝贵的借鉴，大学教育需要逐步实现科学精神与人文精神的融合。本文论述以虚拟仿真技术的应用，探讨仿真技术在交互性视景三维动画制作中的作者体现，以完善学生知识与智能结构而构建课程内容，根据学生的志趣和特长研究授课方式，并在课程考核方面，体现学生的团队协作精神，分小组完成作业，小组成员进行不同工作的分工协作，共同完成虚拟仿真作品。
1虚拟仿真技术
通识教育实际上是素质教育最有效的实现方式。在通识教育中，贯彻“博学与精专相统一的个性化素质教育”，在课程设置中充分体现这一原则。另一方面，该课程对选修的学生不设任何限制，无论是什么专业，无论有无相关的知识基础，只要对虚拟现实技术感兴趣都可以选修。
1.1学习仿真技术的基础要求
（1）学习计算机图形学与虚拟现实的基本理论与技术，了解计算机图形图像的生成、显示、处理、变换、动画、影视等的基本方法和技能。
（2）学习虚拟现实的基础知识，虚拟现实系统的构成原理，互动性视景三维动画制作工具软件，掌握虚拟现实系统和虚拟现实环境的设计和实现的基本方法和技能。
（3）采用实例进行讲解，使学生能在较短的时间内对虚拟现实应用有所了解，并学会制作视景动画作品。
（4）培养学生具有理论分析和解决实际问题的能力，具有面向高科技的研究能力和基本的面向工业的设计生产能力。
1.2虚拟仿真技术的掌握基本
在课程内容设置上，考虑了学生的接受能力，并能充分学习和了解虚拟现实技术的魅力，调动学生的学习兴趣，提高学生的动手能力。课程内容如表1所示
（1）计算机图形学。介绍计算机用户接口等方面的概况，了解图形用户界面和互动输入方法，掌握三维浏览的浏览线程，浏览坐标系，投影，实体浏览，广义投影变换，剪切，硬件实现等基本知识。
（2）虚拟现实技术概论。学习人机交互，虚拟现实的类型与应用，国内外研究现状等方面的概况。
（3）实现虚拟现实系统的三维交互设备。
学习三维跟踪传感交互设备，立体显示设备，手数字化设备，声音系统，硬件系统集成等理论与技术。
（4）实现虚拟现实系统的相关技术与软件。学习实事显示处理，三维虚拟声音显示，触摸和力量反馈，虚拟环境中的自然交互，三维建模等技术和软件工具。
（5）虚拟现实的建模软件。了解Creator的基础和几何模型的创建理论；掌握二维图形建立和三维模型造型技巧；掌握材质与贴图，灯光与环境的方法；掌握三维动画制作等功能，方法与技巧。
（6）虚拟现实建模语言VRML（VirtualRealityModelingLanguageVRML）。介绍语言概述，编辑器和浏览器，虚拟世界设计，综合编程实例，Creator与VRML等。
（7）虚拟现实开发工具EONReality。学习开发平台，浏览器，世界编辑器和材质库。了解虚拟世界中的对象，虚拟世界建造及www中的应用三维虚拟世界等。
（8）交互式虚拟现实设计实例。通过实例学习交互性视景三维动画制作技巧，主动了解当代科技的发展趋势，从而提高学生的创新能力和实践能力，善于探索未知领域，具有组织管理能力，具有合作精神。
2虚拟仿真技术实践
VRML是一项和多媒通讯、因特网、虚拟现实等领域密切相关的新技术，是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言，它的主要特片有三维性、交互性、动态性和实时性。本文以VRML虚拟现实建模语言授课为例，为充分发挥同学们的创造性，在课堂授课中以实例为导向讲解节点的使用方法。
VRML节点集包括基本几何节点、复杂群节点、VRML场景效果节点、动画节点及动态感知节点等，本例为一乒乓球台，并实现双方打乒乓球的交互过程，使用以下几个相关节点：
Shape节点，定义乒乓球台、乒乓球和文字。
PositionInterpolator内插器节点，定义乒乓球的运动规律，所有的内插器节点都需要与和时间传感器TimeSensor相配合使用，把给定的时间规一化。TouchSensor触摸传感器则可用来让程序接收鼠标点击与触摸传感器同在一个局部坐标系的物体时点击动作，并将点击的时间等内容通过路由语句ROUTE传给其他节点或程序，进而进行相应的操作，本例点击乒乓球，乒乓球开始设定的运动，如图1所示。根据本实例的节点使用方法，同学发挥自已的创造力，设计相类似的球场运动，如图2所示学生设计的篮球球场。
3三维动画作品展示
应用虚拟现实建模软件MultigenCreator创建建筑模型，学生题材的选取、素材的采集、模型比例设置、建模、贴图都凝聚的每组成员的力量，在整个项目的进展过程中，同学们体验到了美学的熏陶，计算机软件的魅力，团队合作的乐趣。如图3所示，是学生们在学习虚拟仿真技术之后，应用于三维动画制作的三维建筑模型的作品展示。
4结束语
通识教育选修课对拓宽学生知识面、培养能力、提高素质起着十分重要的作用。培养完整的人、通达有识见之人，从而增强学生学习主动性全面提高素质。通过视景三维动画的制作，学生们有了全新的体验，开拓通达的知识取径，陶冶美感和情操，拥有多元文化的思维，培养沟通与领导统御能力。
参考文献
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作者简介
卢桂萍（1976-），女，硕士研究生，副教授。研究方向：机械电子、虚拟现实与网络化制造。
作者单位
【关键词】虚拟现实技术；整理技术；深度融合
【中图分类号】G434【文献标识码】B
【论文编号】1671-7384（2017）06-0056-03
教育部在2003年首次颁布了《普通高中技术课程标准（实验）》，技术教育正式被纳入普通高中教育范畴。整理技术课程作为一门全新的、高度综合的技术课程，定位于培养孩子善于观察、动手实践，并从生活中捕捉和发现实用型新技术应用于生产生活的学科。2016年9月，教育部提出了全面发展学生的核心素养。其中明确指出整理技术学科的核心素养为：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。要求学生通过该课程的学习，能够学会或掌握整理技术的基础知识和基本技能，掌握技术及其设计的一般思想方法；具有一定的技术探究、运用技术原理解决实际问题以及终身进行技术学习的能力；形成和保持对技术学习的兴趣和学习愿望，具有正确的技术观和较强的技术创新意识；养成积极、负责、安全地使用技术的行为习惯，发展初步的技术能力和一定的职业规划能力，为迎接未来社会挑战、提高生活质量、实现终身发展奠定基础。
随着科技的进步，教育教学的技术和手段也在不断发展和丰富。传统的教学方式和手段已经无法满足整理技术课程核心素养和课程目标的要求，因此，适时引入新的教育技术手段是十分必要的。本文将虚拟现实技术与整理技术课程内容相结合，以实际教学中对我国古代经典结构的赏析为例，讨论如何实现两者的深度融合，以解决传统教学方式的弊端。
虚拟现实的定义与功能
1.虚拟现实的定义
虚拟现实的英文名称为Virtualreality（简称VR）。Virtual意味着用户感知到的世界并非真实的，而是由计算机技术虚拟生成的；reality一词的含义是现实，泛指存在于真实世界中的各种事物。两个单词合起来称为虚拟现实，也叫灵境技术。美国是最早进行虚拟现实理论和应用研究的国家。80年代中期，我国开始引进VR技术，并作为国家重点研究项目进行研究。北京航空航天大学计算机系是对VR技术进行研究的权威单位之一，在虚拟环境中物理特性的表示和处理、虚拟环境网络设计等多个领域取得良好发展。
目前，虚拟现实系统主要分为4种，即桌面式、增强式、沉浸式和网络分布式虚拟现实系y。篇幅所限，本文主要介绍的是沉浸式虚拟现实系统，是将图形工作站和交互设备连接，通过声音、力与触觉等方式，利用2面投影墙，有效地屏蔽周围现实环境，使得学生完全沉浸在虚拟世界中。
2.虚拟现实的功能
虚拟现实系统的功能非常丰富，本文中所涉及的功能主要包括展示介绍功能、部件拆装功能和轨迹动画功能。
（1）展示介绍
虚拟现实系统的主要功能就是为观察者提供身临其境的真实体验。系统中的古建筑与结构案例向学生展示了我国古代的经典结构设计的过程，介绍了榫卯和斗拱等结构的部件名称和使用方法。让学生有极为直观的感受。
（2）部件拆装
虚拟现实系统可以对案例中模型的不同零部件进行拆卸和组装。这一功能可以让学生了解和体验结构设计和搭建的方式，有针对性地观察经典结构不同组成部分的位置和比例，从而帮助学生从技术角度欣赏到结构的强度和稳定性。
（3）轨迹动画
轨迹动画是虚拟现实系统的独特之处，古代建筑案例中的建筑可以将建筑的整个建造流程以动画的形式展现在学生眼前。特别是椽和柱的搭建顺序、榫和卯的契合方式以及斗和拱的承重分配。
虚拟现实与整理技术课程设计
1.课程目标
《经典结构的欣赏》是高中整理技术必修2第一单元结构与设计第四节的内容。学生经过之前的学习对于结构的定义、类型、方向与稳定性已经有了很好的理解，并实际动手设计过简单的结构。本节课的课程目标是学会观察结果的实用性和美，以及能够从技术和文化角度欣赏并评价典型结构设计的案例。要求学生能够从结构的功能、强度、稳定性、创新、成本和工艺等角度，对结构设计的优缺点进行评析。还应该具备从历史、民俗和审美等角度欣赏典型结构设计的能力。重点需要观察结构是如何在实现基本功能的同时兼顾其他功能，欣赏独特结构的材料运用，以及经典结构所传递的文化信息、时代特征和民族特征。
2.课程设计
通常情况下，《经典结构的欣赏》传统教学方式包括展示经典结构的图片资料或视频资料，介绍经典结构的历史背景和建造过程，有些老师还会根据自身掌握的专业知识向学生拓展一些建筑的基础理论。让学生对于我国古代的经典建筑进行思考、讨论和评价。
借助虚拟现实技术，教师可通过现有的建筑结构案例带领学生进入虚拟建筑的内部，了解整个建筑的结构。也可以通过虚拟现实系统的部件拆装和轨迹动画功能模拟结构设计和搭建的整个过程，给学生带来身临其境的体验，从而激发学生的学习积极性与探究欲望。课程设计流程如图1所示。
首先，用虚拟现实系统中的“永城殿”案例来引入课程，带领学生体验经典结构的魅力。使用虚拟现实系统向学生展示保留最完整的古代殿堂，由外而内地介绍每一个部分，包括结构的构成与装饰花纹的寓意。让学生对于整个建筑的结构进行整体的欣赏。在欣赏的过程中，教师适时提出问题，要求学生记住该案例最吸引你的地方。
然后，学生就老师提出的问题进行分组讨论，记录并汇总答案。学生带着问题的欣赏是非常有针对性的，不仅可以激发学生的学习兴趣，同时还可以对自己印象深刻的内容进行描述和思考。教师对于分组讨论的结果进行归纳，并引导学生提出评价建筑的角度。
接下来，打开虚拟现实系统中的“结构建筑”案例，展示“大木作”“转角斗拱”“柱间斗拱”和“柱头斗拱”，如图2所示。在进行虚拟展示的过程中向学生介绍榫卯结构和不同类型斗拱结构的理论知识与历史背景，帮助学生切实体会斗拱的构成方法和受力方式、认识榫卯结构的使用功能和不同种类。使用部件拆装功能将整体结构进行分解，让学生直观地了解“什么是斗，哪个是拱”，充分体验“何为榫卯，怎样连接”。与此同时，可以使用轨道动画的功能向学生展示古代建筑结构的虚拟搭建过程，帮助学生了解结构搭建的顺序。体验完毕后，学生从技术和文化两个角度，针对之前归纳的经典建筑评价体系做出讨论和修改，并在教师的帮助下形成最终的评价标准。
最后，学生欣赏“故宫全景”案例，根据经典结构评价标准对故宫内的宫殿和凉亭等经典建筑结构进行评价。教师对学生的评价做出点评，同时总结本节课的知识点，强调经典结构评价标准的使用方法。
3.技术手段
沉浸式虚拟现实系统最大的特点是可以为40名学生提供同步的教学讲解和展示，且由于使用洞穴式的屏幕布局，能够有效避免其他真实环境的干扰，现实感极其强烈。在展示的过程中，教操作手柄和主视角眼镜介绍和展示案例中的知识点。在动手实践环节，学生可以轮流进行操作体验，观看结构组成部件、练习拆卸和装配、实现轨道动画的虚拟过程。虚拟现实技术作为本节课的技术支撑为学生带来了身临其境的真实体验。通过三个虚拟案例，将经典结构的组成部分和搭建过程展示给学生。
4.评价与反思
将虚拟现实技术应用到整理技术课前后对比，教学效果反差十分明显。笔者作为整理技术一线教师感觉非常强烈。传统教学过程中，教师使用多媒体技术激发学生学习兴趣的有效性越来越差。在信息过载的现代社会，学生每天接触各种形式的多媒体信息多如牛毛，且大多数以娱乐为主。因此，以介绍知识为主要内容的多媒体信息很难吸引学生的眼球。
使用虚拟现实技术三个内容不同却又主题相关的案例进行教学，能够最大程度地确保学生有持续的课堂关注度。在引入环节使用“永城殿”案例，能够激发学生的学习兴趣和探究欲望，从技术角度和文化角度让学生有非常感性的认识。教师提出如何对经典结构进行评价的问题，让学生思考。“结构搭建”案例让学生持续关注结构搭建，并细致了解我国经典结构搭建的技术过程和历史文化，实践动手进行虚拟搭建。通过小组讨论的形式尝试建立经典结构评价体系。“故宫”案例让学生根据自己提出的评价体系对我国经典建筑进行评价，巩固所学知识。整个过程以学生探究式学习为主，教师引导式教学为辅，真正实现探究式学习。
讨论与展望
虚拟现实技术作为新兴技术能够最大限度地激发学生的兴趣、引发他们的关注。虚拟现实系统提供的3D效果和真实感能够抓住学生的兴奋点，从而保证他们对所学内容的持续关注。让学生在不知不觉的真实体验中了解知识，理解和掌握所学内容。与此同时，虚拟现实系统还能够为学生提供现场虚拟实践的机会，让学生能够学有所用、融会贯通。
整理技术学科作为技术类学科，强调的是学生的实际动手能力。整理技术课程的基本目标是促进学生全面而富有个性的发展，进一步提高学生的技术素养。因此，整理技术教材中的许多内容都可以借助虚拟现实技术带给学生全新的学习体验，让学生在体验中实践、在体验中创新。虽然在现阶段，由于各种原因虚拟现实技术尚未在学校实现普及，虚拟现实与学科教学的融合也仅仅停留在探索和讨论阶段，距离全方面覆盖尚有一段距离，但是，随着科技的不断发展和教育改革的不断深入，虚拟现实技术在教育教学中的应用必将更加广泛。技术实践类课程作为先行者，需要努力探索，寻找虚拟现实技术与教育教学的融合点，为虚拟现实技术的学科全覆盖贡献出自己的力量。
（作者单位：北京市第六十五中学）
参考文献
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结合虚拟技术的特征和它在产品展示中的一些应用实例，从中我们可以了解到，基于虚拟技术的家电产品展示设计是将家电产品设计成虚拟的模型，并整合声音、视频、图像、动画等新媒体元素，营造具有沉浸性、交互性、构想性的虚拟的展示环境，在这样的环境中消费者可以对虚拟展示的家电产品进行放大、缩小、旋转等全方位的观察，还可以完成改变颜色、造型及材质等一系列的设计动作，结合必要的一些设备实现家电产品工作原理、工作过程等功能。。由此可见基于虚拟现实技术的家电产品展示不仅仅是一个动画演示媒体，还是一个开放、互动且具有一定展示设计功能的虚拟场景。
二、虚拟现实技术在家电产品展示设计中的应用优势与价值
随着社会经济的发展科技的进步，在高速发展的经济时代的今天，人们对目前生活具有极大的便利性追求，网络信息充斥着各个角落，带给了我们极大的便利性，传统的静态的产品展示极大阻碍了人们的视线。传统的展示方式，已经让人们产生了审美的疲劳，已经不能够满足当代产品展示的基本需求，不能够体现产品的展示独特性、创新性和艺术性。使得人们只有亲自去购买现场才能够了解和体验产品属性。产品虚拟展示设计可以利用计算机技术营造出一个仿真的虚幻的坏境，设计者可以通过漫游动画、三维效果图等方法来展示产品设计效果，让决策者、设计者以及消费者来感受、认识、理解和评价。传统展示方法有一个类似的缺点，就是不能以人的视角深入其中，得不到全方面的设计效果和观察，而应用虚拟现实可以很好的做到这些。消费者可以从不同角度，实时真实互动地看到产品设计效果，虚拟展示是一种交互体验性、便利性相结合的新型展示手段，极大的满足了经济信息时代人们的需求。
（一）虚拟现实技术可以自由、人性化的互动式体验
目前，在市场销售活动中，家电产品的展示比较广泛的应用展示方式仍然是实物展示。但家电产品不同于其他的产品，促成消费者购买家电的众多要素中品牌口碑、技术领先、产品功能、安全性能、外观设计、产品质量、绿色环保、节能效果前8项指标使其无法全面的开放式的展示，一般消费者在观察及选购的时候自由度较低，不能够获得最佳的体验感。而基于虚拟现实技术的小家电产品虚拟展示方式更注重消费者体验，更关注提升用户的自由感知。在虚拟家电产品展示中，虚拟现实技术引入家电产品展示效果更加逼真，消费者可以根据需要放大细节，变换视角，实时修改颜色、造型、材质，从而挑选自己喜欢的款式进行交互式体验等，同时还可以通过网络与其他在线的消费者交流经验，从而可以在愉快轻松的体验中产生购买的欲望、坚定购买信心。消费者还可以及时与设计者进行沟通、探讨设计中存在的问题，进行协同化、协作化交流，这也是传统的实物展示和网络静态的图片展示无法比拟的，这也是较多消费者较喜爱的演示方式。基于虚拟现实技术的展示设计带来新奇、人性化且自由的互动式体验方法也有助于发掘潜在消费者。
（二）连续、直观的视觉效果
在目前较为常见的家电产品实物展示方式中，消费者受外在的条件影响很大程度上受到限制，以图片、文字或Flash多媒体技术往往只能提供家电产品的平面图，给消费者的信息量有限，与实物相比也有一定的差距，而且缺乏互动性。家电产品展示中应用虚拟技术，以虚拟的三维模型为家电展示的表现形式，不仅仅能全方位地展现家电产品，而且还能对它任意缩小、旋转，、放大获得多角度、多方位、连续性的展示。虚拟现实技术对产品可以进行实时渲染，具有传统的静态的展示不可比拟的优势，互动性体验的浏览方法使其比多媒体的展示方式更为先进。应用虚拟现实展示形式，不仅能够展示出家电产品外形的各个面面，再加上消费者通过人性化的互动性操作，对家电产品进行深入观察，能够有更全面的了解，使购买机率增加，从而为商家带来更多利润。
（三）提升家电产品的营销性能
为了争得消费市场份额，销售商竞争非常激烈。他们不断探讨最新的零售手段，以寻求销售额增加的新办法。最有效的销售方式就是展示。从有销售业开始，销售者怎样向消费者展示家电产品就是一件非常值得探究的事情。可以说家电产品虚拟展示是最目的最直接的提升家电产品的销售量。
三、结语
【摘要】随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在实训教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势，从而研究它的价值和市场经济效益，并探析了虚拟仿真实训系统开发的技术在实训教学中的应用。
【关键词】虚拟仿真技术/平台；虚拟仿真训练系统；实训教学
一、虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究
虚拟仿真系统的功能主要体现在它可以让使用者借助于专用的视、听、触觉等具有感知功能的设备，进入仿真系统制造的虚拟空间，并且还能够与虚拟环境中的人和物体进行实时交互，从而感知和操作虚拟环境中的各种对象，最终达到身临其境的效果。它的组成主要是把计算机作为主要的部分，其次综合利用三维图形、多媒体、仿真等技术构建起一个逼真的虚拟系统。从它的组成部分和应用程序来看，虚拟仿真实训系统对三维图形的利用还是十分频繁的，因此我们应当对其进行重点研究。虚拟仿真实训系统在工业机器人上的应用设计主要是利用三维建模软件，通过虚拟现实标准语言建立虚拟环境中的实体模型表现出来，最后通过描述它们之间的结构关系，快速、真实地显示三维虚拟工业机器人，并为工业机器人控制系统提供一个研究观察平台。本段主要通过对虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究，来发现虚拟仿真技术的优点和研究其未来的发展方向。
Maya软件是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，通过对Maya软件的运用，能够使虚拟仿真实训系统在一定程度上提高制作三维动画的效率和品质，调节出仿真的角色动画，使其得出更加真实的效果。这是因为Maya软件不仅仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还能够和世界上最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合，使得虚拟仿真实训系统所创造出的画面更加真实有立体感。
二、虚拟仿真技术在各领域内的作用
随着科技的发展，虚拟仿真技术在一些高科技等高端领域的地位越来越凸显出来，地位与作用也逐渐提升。尤其是在移动互联网的应用与开发、手机游戏设计及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的价值更为突出。
Maya软件是虚拟仿真技术的一种，它应用的对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。它能够在工作的过程中展现的比较灵活，易学易用，制作出动画的效率非常高，渲染出画面的真实效果比较强，它对画面中角色动作的捕捉尤为清晰，与画面角色的绑定的联系性也十分紧密，是虚拟仿真实训系统中一个比较不错的系统软件。MAX软件它最开始的应用是在电脑游戏中的动画制作，后来又进一步的开始参与影视片的特效制作，MAX软件还被广泛地应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域，也就是虚拟仿真实训系统当中。它强大的立体三维功能被新媒体、影视动画、游戏动画等领域广泛运用。
三、虚拟仿真技术为机器智能实验课带来的好处
虚拟仿真技术的应用为现代化的社会带来了许多的方便，让机器实验课、项目实训的智能科学与技术专业实验教学越来越丰富化。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。通过对虚拟仿真技术的应用，使得上级和下级、老师和学生的客户信息以及实训项目、实训指导、模拟操作、技能测评等等的信息存储在管理信息库中，与此同时，上级和下级或是老师和学生之间就可以通过客户机对下级或者学生之间的实训进行远程的指导与管理。
随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在在现代职业技能教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的不断完善和发展，将为机器智能实验课等实训课程带来更多的方便和益处。由于它能够为人们提供一种高级的人机接口，具备交互性、想象性、沉浸性等特点，所以它主要的应用领域在政府、企业、学校等这些需要实训学习环境的地方。
四、虚拟仿真实训系统的应用领域和发展趋势
作为一项新兴的科学技术，虚拟仿真技术还处在一个不断探索前进与不断完善的阶段当中，其发展趋势呈一个不断上升的大幅增长的趋势。从目前来看，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决，因此虚拟仿真技术正在与教育、培训等领域不断地相适应和匹配。
其次，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。虽然目前政府、教育部门、学校、教师都认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。例如：虚拟仿真技术对计算机及相关硬件的要求比较高，但是这些方面的发展不能够满足人们对虚拟仿真技术的需要，虚拟仿真软件数据是一个庞大的数据库，三维立体仿真软件的应用对显卡和显示器等也有很高的要求，也就是说，虚拟仿真系统对硬件的要求较高。因此需要对计算机及相关硬件的发展有一个更高的要求。最后，教学类虚拟仿真软件的质量还有待提高、对虚拟仿真技术的研发标准也不统一和对虚拟仿真技术应用不够广泛等等，这些都是需要发展改善的地方，也是未来虚拟仿真技术发展的一个大的趋势。
五、虚拟仿真实训系统的价值和市场经济效益
虚拟仿真实训系统作为一个高端的科技系统，对政府、企业、学校等的发展，起到了至关重要的作用，并为其创造了更大的价值。同时虚拟仿真技术的不断发展，也在打开了市场，扩大了市场份额的同时为市场创造了更多的经济利益。
在市场经济为主导的今天，虚拟仿真实训系统也为市场经济的发展做了一定的贡献，为市场经济的发展添砖加瓦，在自己发展得同时也促进了市场经济的发展。因此，我们应当不断地发展虚拟仿真实训系统，使其深入到更多的地方，让更多的地方和人们体会到虚拟仿真实训系统为人们带来的价值。
总结
虚拟仿真实训系统的日渐完善，使得人们的生活也不断的丰富活跃起来，政府、企业、学校等地方对其的应用，也促进了虚拟仿真实训系统的发展。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势的研究，探讨了虚拟仿真实训系统的价值和市场经济价值，同时也为虚拟仿真实训系统的发展奠定了理论基础。
参考文献：
[1]刘仲波李瑞涛《拟仿真技术在城市轨道交通工程实训中的应用》吉林大学交通学院、吉林交通职业技术学院2012年第12期
关键词教育信息化；虚拟现实；教学方法；电气类课程
中图分类号：TP391.9文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）27-0038-02
在教育信息化大背景下，为了达到应用现代化的信息资源与技术手段来提高人才培养质量的目的，许多高校努力探究各种教学改革途径，进而产生出许多以教育信息化为指导的教学方法，最有代表性的有多媒体技术的应用、互联网资源共享平台的应用、构建主义学习理论在教学中的应用等，但这些都没有克服电气类课程专业性强、理论抽象、教学与现实相分离等特点给课堂教学带来的困难，如教学过程不够灵活、不够生动形象，学生学习兴趣不够强烈，理论无法联系实际等。建构主义认为“情境”的体验对学习者构建知识是非常必要的，而传统教学很难或者根本无法提供给学生这种真实的“情境”[1]。虚拟现实技术恰恰可以提供这种“情境”。
将虚拟现实技术应用于高校电气类课堂教学中，能够形象生动地表现教学内容，有效营造一个能够跟随技术发展的教学环境，提高学生掌握知识技能的效率，实现课堂教学的情景化、兴趣化，达到优化教学过程、提高教学质量的目的。
1虚拟现实技术
虚拟现实（VirtualReality，简称VR），原来是美国军方开发出来的一项计算机技术，主要用于军事上的仿真[2]，直到20世纪80年代末才作为一个较完整的体系被正式提出，90年代后其内容逐步成熟与发展。目前已在许多领域得到广泛应用，如机械、化工、医药、军事、汽车等领域，主要用于模拟现实生产过程、动作原理等，帮助相关人员进一步了解其工作原理，进而对系统做出优化设计，达到节约成本、提高工作效率的目的。
虚拟现实技术充分利用计算机硬件与软件资源的集成技术，提供一种实时的、三维的虚拟环境，这个虚拟世界是人工建造的，存在于计算机内部[3]。在这个虚拟环境中，能实时产生与真实环境相同的感觉，人们可以直接观察虚拟环境中物体的变化，并与虚拟环境中的物体之间进行自然的交互，这也就大大改进了人机交互的效果，同时体现了人机交互的一个发展要求。
虚拟现实技术的主要特征可概括为：1）实时交互性，即参与者可以对模拟环境进行一定程度的考察与操作；2）多感知性，即对于参与者的各种操作，虚拟系统可以产生相应的反应，供参与者观察或感知；3）存在感，指参与者感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度；4）自主性，指虚拟环境中物质动作的程度服从于自然规律或者遵循设计者想象的规律。这些特点总体上体现了虚拟现实技术能够真实地模拟现实情境的独特优越性，也是其得到快速推广应用的主要原因。
虚拟现实技术是多媒体技术发展的高级阶段，其人机交互方式得到重大改进，即人可以进入由计算机生成的虚拟环境中，与虚拟环境中的物体、事件进行交互作用，这种变革对使用者产生的影响是深远的。21世纪将是虚拟现实技术广泛应用的时代，教育教学领域应充分利用虚拟现实技术的优越性，为提高教学质量与效率服务。
2传统教学模式分析
创新人才的培养离不开教育的创新，除了教育观念创新和教学内容创新外，还包括教学方法、手段与模式的创新。随着信息技术、计算机技术以及教育教学理论的不断发展，在传统教育模式的基础上，不断涌现出多种现代化的教学模式。1）传统教学模式：形式死板，不足以激发学习兴趣，陈述知识面窄，授课效率低，理论不能联系实际。2）多媒体教学模式：文字表述过多，知识呈现抽象，不足以激发学习兴趣，授课普遍稍快，不利于消化，理论不能联系实际。3）网络教学模式：涉及知识面广，呈现形式多样化；对学生自主学习性要求较高，缺少教师指导，学习积极性不高；学习效率低、理论不能很好地联系实际。4）构建主义教学模式：是一种基于“情境”体验的知识构建的学习方法，而现实教学中很难提供这种真实的“情境”。5）基于虚拟现实技术的教学模式：脱开文字与静态原理图，动态地呈现整个工作过程，视觉感受强烈，有助于抽象知识的理解，激发学习兴趣。
可见，相比于传统教学模式，现代化的教学方式在内容、形式、手段上有了很大的突破，克服了传统教学的一些弊端，但普遍存在一个问题就是不能够提供一个“真实情境”来帮助学生进一步理解问题，理论难以联系实际。同时也带来另外一些问题，如对学生自主学习性要求较高，对教学条件的依赖性强等。虚拟现实技术正好能够解决“真实情境”的问题，同时由于在教师的指导下学习，便于管理学生，学习效率高，教学成本低。
3虚拟现实技术在教学中的应用
电气类课程课堂教学过程中，尤其需要改变传统的教育观念，摒弃那种“满堂灌”的教育观，给学生创造一个生动、有效的自主学习环境，才有助于理解抽象的理论性和专业性强的知识，进一步提高掌握实际技能的效率。这在很大程度上离不开技术的支持，而虚拟现实技术则可以满足这种需求，为学生提供很好的自主学习环境。可以说虚拟现实技术给教育领域注入新的生机和活力，由于它的诸多特点，为教育界开展教育创新提供了有益的帮助。
鉴于电气类专业的实际教学情况与自身的教学感受，结合学生对于传统课堂教学模式的反应，总结出目前急需进行教学改革的两个基本问题：1）对于理论性强的课程，文字表述过于繁琐且不利于理解，所配静态插图（原理图）不能说明整个动态的工作工程，不够形象直观；2）试验设备有限且较为单一化，大多数为验证性实验，对于理论知识的实际应用接触较少。上述问题也是目前普通高等院校工科类专业教学中普遍存在的，因而虚拟现实技术的应用将是非常必要的。下面以电气控制与PLC教学为例，说明具体的应用方法。
3.1虚拟动画演示
针对课堂教学内容的抽象性，可以利用虚拟现实技术制作模拟动画，实现对重点内容的工作原理、工作过程甚至整个系统的动作过程的动态模拟。相比于单一的文字陈述与静态的工作原理框图，模拟动画具有缤纷清晰的动态画面，人机交互的动态参数修改操作的特点，它能够帮助学生进一步理解某一内容或系统的工作原理、性能特点，进而牢固掌握所涉及的知识。此外，这种脱离单一文字的动态画面式教学模式还有助于激发学生的学习兴趣，树立良好的整体学风。在实际教学过程中这种虚拟动画可以重复播放、不断改进，达到节约成本、多次使用、轻松教学的效果。此方法在电气控制与PLC课程教学中已有使用，教学效果良好。图1为干簧式水位开关工作原理动画演示过程截图。
3.2虚拟实验系统的建立
在电气类人才培养过程中，实验实训设备多少与先进程度很大程度上决定了人才培养的质量。在实验设备有限的情况下，可以建立虚拟实验系统，来模拟真实的实验室环境与设备，供学生操作与使用。这种虚拟实验系统的建立有几大优点。首先，能够代替实际的实验设备，节约教学成本。其次，它完全存在于计算机中，可以方便地使用，不必受时间空间的限制，能够更好地理论联系实际，加强对所学知识的及时消化。如在讲授完理论知识需要配合实验时，教师可以在课堂上进行虚拟实验，达到一个现场巩固知识的目的。再次，虚拟实验系统的建立还具有丰富实验资源、简化实验管理、全面向学生开放等特点。
电气控制与PLC课程教学中，PLC的编程思想是靠大量的实验项目训练出来的，在实验资源较少的情况下，建立虚拟实验室供学生练习是非常必要的。虚拟实验其近乎真实的实验环境比纯粹的软件仿真更为真实，便于学生理解。图2为混合溶液PLC自动控制虚拟实验界面。
4总结
随着信息时代的到来，虚拟现实技术具有广阔的应用前景，特别是在教育领域中的应用更是处于起步阶段，具有较大的挖掘潜力。本文初步探究了虚拟现实技术在独立院校电气类课程教学改革中的应用，以电气控制与PLC课程为例，提出几点具体的应用措施，其方法也在实践教学过程中初步实施，取得良好的效果。但由于所掌握的技术的不成熟与实际条件的限制，所提出的方案没有得到全方位的开发，所取得的效果不是非常突出，还需要以后进一步的研究与完善。
参考文献
[1]李建华.基于构建主义的教育模式探究与实践[J].西南民族大学学报：人文社科版，2005（10）：351-354.
[2]邹湘军，孙健，何汉武等.虚拟现实技术的演变发展与展望[J].系统仿真学报，2004（9）：1905-1909.
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