虚拟技术论文范文

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第1篇

关键词:虚拟现实(VR);虚拟环境人机交互

一、引言

在信息技术发展的今天,人们的交流越来越多的依靠网络、广播、电视等媒体得到相关的信息资料,但是这些媒体提供的信息往往是经过抽象的,在很大程度上人们不能及时有效的进行理解吸收,解决这一问题人们只能借助于实物模型,但随着计算机技术的迅猛发展,使得人与计算机的交互成为可能,虚拟现实(VR)技术就是借助于这个基础上实现了人机交互,操作者可以通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等工具与计算机间的交互,真正成为虚拟环境中的一员,较真实的感知和操作虚拟世界中的各种对象,达到理解和掌握知识、为生产生活服务的目的。

二、虚拟现实技术简介

虚拟现实(简称VR),又称灵境技术,是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其他客观限制,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。计算机技术的迅速发展为我们提供了许多解决问题的新方法。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,目前虚拟现实系统的研究现状主要涉及到三个研究领域:依靠计算机图形方式建立实时的三维视觉效果、构建对虚拟世界的观察界面和使用虚拟现实技术加强其在现实世界中的应用。

三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术

从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。

（一）多感知性。所谓多感知性就是指导包括视觉感知外,还包括听觉、力觉、触觉和运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。

（二）存在感。又称临场感,它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。

（三）交互性。它是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。

（四）自主性是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等五个方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据,并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。而三维图形的生成技术关键是如何实现“实时”生成。立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。

四、当今虚拟现实技术的应用领域

虚拟现实技术的应用前景十分广阔。目前在娱乐、教育及艺术领域的应用占据主流,其次是军事与航空、医学领域,机器人和商业领域都占有一定比例,另外在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。

（一）娱乐、艺术与教育领域。丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。如Chicago(芝加哥)开放了关于3025年的一场未来战争的世界上第一台大型可供多人使用的VR娱乐系统;1992年的一台称为“LegealQust”的系统由于增加了人工智能功能,使计算机具备了自学习功能,大大增强了趣味性及难度,使该系统获该年度VR产品奖。作为传输显示信息的媒体,VR所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术,提高了艺术表现能力。

（二）军事与航天工业领域。模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题,这为VR提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统,以提供坦克协同训练,该系统可联结200多台模拟器。另外利用VR技术,可模拟零重力环境,以代替现在非标准的水下训练宇航员的方法。

（三）医学领域。VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中,可以建立虚拟的人体模型,借助于跟踪球、HMD、感觉手套,学员们可以很容易了解人体内部各器官结构,这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器,用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯,虚拟的外科工具(如手术刀、注射器、手术钳等),虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套,使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。另外,在远距离遥控外科手术,复杂手术的计划安排,手术过程的信息指导,手术后果预测及改善残疾人生恬状况,乃至新型药物的研制等方面,VR技术都有十分重要的意义。

（四）管理工程领域。VR在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如设计一新型建筑物时,可以在建筑物动工之前用VR技术显示一下;当财政发生危机时,可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据以寻找对策等等。以上仅列出虚拟现实的部分应用前景,可以预见,在不久的将来,虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯,并将深入到人们的日常工作与生活。:

第2篇

(一)符合电子技术课程教学的特点

中职电子技术的教学理论性较强，波形变化分析复杂，课程教学较为枯燥，一些理解能力较差或者基础较差的学生，可能会无法跟上电子技术课程教学的节奏。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够使学生在一个仿真的情境下，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，将学生的实践操作和理论知识的学习相结合，借助实践活动，不断丰富学生的理论知识体系，借助理论知识的学习，不断提升中职学生的实践操作能力。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，符合中职电子技术教学的特点，是时展和进步的必然要求。

(二)创新中职电子技术教学的模式

电子技术教学中应用仿真虚拟仿真技术，可以使学生将所学习的Windowsxp内容和仿真软件结合起来。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够改善传统的教学方式中单一的教学氛围，更加关注学生的实践体验，在实践中，使学生获得更多的知识，并使中职学生能够通过实践活动，形成一定的思维想法和创新意识，真正展现中职电子技术教学的价值和电子技术教学的意义。

(三)提升学生的电子技术综合能力

很多中职院校中的学生，普遍具有文化基础较差、学习积极性较差等方面的问题，中职学生的动手能力和实践能力较强，但是他们的学习热情较差，不愿意积极、主动参与到教学活动当中，无法感受中职电子技术学习的乐趣和电子技术的魅力之处。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够有效改善这一问题，通过有趣的情景创建，快速吸引中职学生的注意力，激发学生的学习兴趣和参与实践活动的热情，并使中职学生在参与实践活动的过程中，形成一定的电子技术实践操作能力和电子技术思维想法，改善传统电子技术教学中的缺点，更加关注学生思维的发展，为中职学生未来的工作和发展奠定良好的基础。

二、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中应用的具体策略

虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，可以通过将虚拟引进课堂，激发中职学生的学习兴趣、创设仿真电子技术教学实验，增强学生的实践操作能力与开展虚拟项目合作实验，提升中职学生的综合素养等方式来开展教学活动。

(一)将虚拟引进课堂，激发中职学生的学习兴趣

在传统的中职电子技术教学过程中，教师较为注重对学生理论知识的传授，而忽视了实践技能指导对中职学生电子技术操作能力提升的重要影响。单纯的电子技术理论知识讲解，多数是一些原理和公式推导，在这种教学模式下，中职学生可能会产生一定的厌学情绪，无法将注意力完全集中在电子技术学习活动当中。虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用，能够改善传统的教学方式中单一的教学氛围，更加关注学生的实践体验，在实践中，使学生获得更多的知识，并使中职学生能够通过实践活动，形成一定的思维想法和创新意识。虚拟仿真技术能够使学生在一个仿真的情境下，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，使学生将实践操作和理论知识的学习结合起来，借助实践活动，不断丰富学生的理论知识体系;借助理论知识的学习，不断提升中职学生的实践操作能力。中职电子技术理论知识教学需要结合实际展示才能够加深学生对电子技术理论知识的深入理解，从而为接下来的课堂教学活动和实践教学活动奠定良好的基础。但是，如果一味通过实验操作展现，不仅浪费时间，同时也很浪费材料。虚拟仿真技术能够完美地解决这一问题，通过将虚拟仿真技术引入到中职电子技术教学中，通过多媒体等信息技术软件，进行仿真模拟实验，借助多媒体等信息技术软件，将抽象化的内容变得更加直观，使学生对抽象化的理论知识一目了然，深化学生对中职电子技术知识的理解与掌握。

(二)创设仿真电子技术教学实验，增强学生的实践操作能力

正所谓“实践是检验真理的唯一标准”，在中职电子技术教学中，教师可以借助虚拟仿真技术，引导学生在模拟的场景中，进行电子电路的实验和操作，这种模式能够为中职学生带来更多的电子技术学习体验，在电子技术的实验过程当中，提升学生的实践操作能力。在中职电子技术教学实验中，教师可以结合学生的性格特点和中职电子技术教学的特点进行教学实验活动的创新，将虚拟仿真技术融入中职电子技术的教学活动当中。例如，在指导学生对《彩色电视机原理与维修》这一项内容的学习过程中，教师可以首先借助多媒体等信息技术软件，为学生展现70年代至今，电视机逐步发展的过程，为学生介绍全球彩电市场的特点。彩色电视机与学生的实际生活密切相关，是学生所熟悉的事物。在课堂教学中，教师可以结合实际生活，提问学生“家中所使用的是什么样的电视机”等问题，构建互动型的中职电子技术教学模式。在此基础上，教师可以通过多媒体等信息技术软件，为学生展现一个立体化的电视机模型，借助模型引导学生认识彩色电视机的整体结构以及具体的元器件。在教学指导完成之后，可以组织学生自行实验，借助虚拟仿真技术进行完整电视机零件和部件的整合。

(三)开展虚拟项目合作实验，提升中职学生的综合素养

一些仿真软件(例如加拿大IIT公司所开发的Multisim软件)能够为中职学生创建一个类似于真实的电子电路实验工作平台，学生可以在这个仿真的电子电路实验工作平台中，进行各种各样的电子电路实验。这些软件当前被应用于国内外的各大高等院校当中，并取得了较为理想的实践应用效果。电子技术教学中，教师不仅仅要指导学生学习电子技术，掌握电子技术，更加需要通过一定的电子技术教学活动，提升中职学生的综合能力和综合素养。在电子技术教学活动当中，教师可以借助一些虚拟的电子技术合作实验项目，引导学生通过电子技术实践活动，增进彼此之间的感情，形成良好的电子技术操作能力和合作意识。例如，在指导学生对《组合逻辑电路的分析与设计》相关内容的学习中，教师可以在完成教学指导的基础上，组织学生通过小组合作的方式，集中学习组合逻辑电路的分析方法。在共同合作和分析的过程中，增进彼此之间的感情，提升学生的综合能力和综合素养。

三、结语

第3篇

随着社会的进步和学科的发展，市场对学生综合实践能力和动手创新能力的培养提出了更高的要求，然而目前大部分高校学习的内容仍停留在理论知识阶段，不经过实验或者实际应用，学生很难学以致用。现有高校硬件和软件的局限性使实验教学的开展还存在着较多的问题，这主要体现在以下几个方面：

（1）实验课程的实验内容比较陈旧，缺乏创新性和时代性，实验课程与实际需求相脱节，限制了学生实践能力和创新能力的养成。现有实验教学多采用由教师讲授相关理论知识，然后由学生验证知识的先理论后实践的教学方法。这种教学方法缺乏对学生综合能力和创新能力的锻炼，很难激发学生的学习兴趣。

（2）农业物联网专业的教学不但要求教师具备专业相关理论和知识，而且要求教师具备较强的实践动手能力，特别是对传感器部件、通信部件和射频部件等焊接、控制和使用。可是现有高校师资队伍中从事实验教学的教师人员稀少，从事实验的教师更是缺少参加培训和国内外深造访学的机会。因此，师资力量薄弱严重影响了实验教学的开展。

（3）在课程的考核中对实践动手能力未制定统一的考核标准，仅仅单方面考查学生的理论知识掌握情况，上述教学安排和考核制度使学生普遍认为学习理论知识要远比实践动手能力的培养更加重要，对实验教学给予的重视程度严重不足。

虽然有些高校尝试用一些教学课件，比如图片、动画、影像资料等，但与实际项目联系不密切，学习效果不理想，很难达到提高实际动手能力的目的。

利用虚拟现实技术，建设以农业物联网项目为载体的虚拟项目环境，可以改变传统的教学方法和教学模式，有效解决农业物联网专业在教学中存在的一些难题。

2.虚拟现实技术在农业物联网专业教学中的应用

通过对学习者的特征分析，我们设计了“基于VR”的教学模式，让学习者通过虚拟现实技术真实模拟农业物联网所应用的传感器及控制系统、传输系统、应用系统，在虚拟的农业物联网场景中，通过学习者的探究，全方位了解这一新兴行业，更好地掌握农业物联网相关的知识。

（1）自主学习：学生根据教师布置的任务，参考教材和网络，进行自主学习。

（2）课堂教学：教师根据学生自主学习的效果，分析教学内容，明确教学目标和实验任务。

（3）知识学习：学生利用虚拟现实系统学习各种知识。主要有两个方面的应用：一是再现在课堂上无法观察到的农业生产基地或事物的变化过程，为学生提供生动、逼真的感性学习材料，帮助学生解决学习中的知识难点。例如，在学习传感器的知识时，通过虚拟现实系统，将学生带到农业智能大棚里，监控大棚内的温度、湿度、光照和土壤湿度、土壤温度、浓度等影响农作物生长的环境参数，通过信息化无线传输网络把数据传输到系统进行智能化分析，同时利用虚拟现实技术控制大棚内的水阀、加热、补湿、滴灌、喷灌、补光等设备；另一个应用是使抽象的概念、理论直观化、形象化，方便学生对抽象概念的理解。例如，学习开放式通信系统互联参考模型时，通过虚拟演示，让学生观察七层协议模型中数据的传输过程，使学生加深对知识的理解。

（4）探索学习：虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设进行虚拟，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。

（5）虚拟实验：利用虚拟现实技术，还可以建立各种虚拟实验室。

（6）技能训练：虚拟现实的交互性和沉浸性，使学生在虚拟的学习环境中扮演一个客观角色，融入性更强，更有利于学生的技能训练。