國(guó)內(nèi)外虛擬實(shí)驗(yàn)室發(fā)展建設(shè)的比較
發(fā)布日期：2018-12-14 發(fā)布人： 原創(chuàng) 瀏覽次數(shù)：3488
虛擬實(shí)驗(yàn)室是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)（Web）、建構(gòu)的開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)化虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，將現(xiàn)有的多種教學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)字化和虛擬化。本文將對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及國(guó)內(nèi)外虛擬實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展建設(shè)進(jìn)行闡述和比較。
一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將視覺(jué)反饋技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、力覺(jué)反饋技術(shù)以及廣角立體顯示等技術(shù)融合一起，對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行虛擬化和數(shù)字化處理，給人身臨其境的感受。該技術(shù)可以將人在自然條件下的觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)感受近乎真實(shí)地體現(xiàn)出來(lái)，并做出相應(yīng)的交互行為。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有以下幾個(gè)主要特征。
1.交互性。用戶(hù)進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境后，所有感受靠傳感器傳遞給系統(tǒng)，系統(tǒng)又將檢測(cè)到的信號(hào)反饋給用戶(hù)，從而產(chǎn)生非常真實(shí)的體驗(yàn)。例如，用戶(hù)揮動(dòng)手臂用虛擬環(huán)境中的球拍擊打網(wǎng)球，在擊打的過(guò)程中，用戶(hù)手臂不同的揮動(dòng)速度和角度，可以產(chǎn)生不同的擊球力量和感受。
2.浸入性。人在虛擬環(huán)境中的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感受將取代現(xiàn)實(shí)中的感覺(jué)，虛擬設(shè)備能檢測(cè)到人的反應(yīng)，從而產(chǎn)生一種新的完全真實(shí)的感受。
二、國(guó)內(nèi)外虛擬實(shí)驗(yàn)室的比較
國(guó)外虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用較多的技術(shù)手段主要包括以下十種：人機(jī)交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、可視化技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬世界、3D打印技術(shù)和遙現(xiàn)技術(shù)。
國(guó)外高校的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以下表所示的形式進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。
美國(guó)耶魯大學(xué)則注重發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)室的可移動(dòng)性和即時(shí)性。該校在分子生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等專(zhuān)業(yè)上利用PAD產(chǎn)品完成實(shí)驗(yàn)。教師和學(xué)生通過(guò)PAD上的移動(dòng)應(yīng)用程序?qū)?shí)驗(yàn)室的數(shù)字顯微鏡進(jìn)行記錄和分析，同時(shí)還可以將獲得的圖像和資料存檔。
英國(guó)OpenUniversity的開(kāi)放科學(xué)實(shí)驗(yàn)室可以開(kāi)放所有在線實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)功能，還可以通過(guò)遙控儀器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)。而且，該實(shí)驗(yàn)室還架設(shè)了一批集網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和虛擬現(xiàn)實(shí)為一體的實(shí)驗(yàn)室，可以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器設(shè)備的在線共享等功能。例如，地球科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的虛擬顯微鏡，可以提供現(xiàn)今世界各地博物館和研究機(jī)構(gòu)存放的地質(zhì)標(biāo)本，避免了購(gòu)買(mǎi)昂貴顯微鏡的費(fèi)用和切片標(biāo)本制作費(fèi)用，還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的共享。
西班牙IE學(xué)院注重發(fā)展教育游戲類(lèi)軟件。該校研究教育游戲類(lèi)軟件，學(xué)生在該軟件中可以擔(dān)任英國(guó)各重要部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)，甚至是英國(guó)首相，虛擬制定和國(guó)家經(jīng)濟(jì)、政治相關(guān)的重要議題，甚至可以組成“議會(huì)”討論政策的制定。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及虛擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)這一教育資源也逐漸受到了我國(guó)教育界人士的青睞。但是，目前國(guó)內(nèi)投入運(yùn)營(yíng)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)屈指可數(shù)。
以西南交通大學(xué)龍緒明教授為例，其率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的SMT虛擬實(shí)踐平臺(tái)已于2015年初完成，目前被西南交通大學(xué)、北京理工學(xué)院等使用。
北京化工大學(xué)成立了化工安全與裝備中心，中心主要為面向化工安全過(guò)程以及材料加工過(guò)程方向的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。中心在虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)上開(kāi)設(shè)了超過(guò)一百個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，惠及二十多個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生。
杭州電子科技大學(xué)則成立了物聯(lián)網(wǎng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)從物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)人才需求著手，設(shè)計(jì)了無(wú)線通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)、無(wú)線串口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信實(shí)驗(yàn)以及物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)驗(yàn)。
結(jié)論
總之，不論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，以上這些虛擬教學(xué)手段的使用在教學(xué)中都改善了教學(xué)效果，但在具體的應(yīng)用過(guò)程中也出現(xiàn)一些問(wèn)題。具體問(wèn)題如部分學(xué)校計(jì)算機(jī)設(shè)備老舊，網(wǎng)絡(luò)資源匱乏，虛擬平臺(tái)運(yùn)行速度較慢；推廣速度、覆蓋院校范圍不盡如人意；虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)使用頻率較低，平臺(tái)資源沒(méi)有得到充分利用。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用還處在起步階段，還需要繼續(xù)探索一條充分發(fā)揮其作用的道路。
湖南正海實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司是從事實(shí)驗(yàn)室系列設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工程配套服務(wù)的廠家。
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