虛擬現實在仿真實驗教學中的應用

摘 要隨著科技的高速進步，大量新型技術問世，對社會發展產生了深遠的影響。虛擬現實技術是一門應用范圍廣闊、應用效果卓越的新型技術，在仿真實驗教學等工作中發揮了不可或缺的作用。在仿真實驗及教學過程中應用先進的虛擬現實技術，有利于顯現模擬那些客觀存在，而在課堂教學環境中難以實現的事物，從而大幅縮減仿真實驗教學的成本，保障仿真實驗教學的質量。本文主要研究了虛擬現實在仿真實驗教學中的應用，供讀者參考借鑒。

【關鍵詞】虛擬現實 仿真實驗教學 應用

實驗教學工作在理工科教學活動中扮演了重要的角色，有利于鞏固學生的理論知識學習成果、深化學生掌握及理解知識的能力，培養并強化學生分析及解決問題的能力。現階段，受實驗室條件的限制，在實際的理工科實驗教學活動中，學生們往往借助虛擬現實技術在相關模型上開展實驗研究工作。目前，虛擬現實技術在仿真實驗教學中廣泛應用，收到了顯著的成效，極大地推動了仿真實驗教學的進步。

1 虛擬現實技術的內涵及主要語言

虛擬現實技術簡稱VR，其是一類可以體驗及創建虛擬世界的計算機仿真系統，借助計算機生成相應的模擬環境并使用戶沉浸至該環境之中。虛擬現實技術是仿真技術研究與發展的一個重要方向，其是計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人機接口技術及網絡技術的高度融合，是一門復雜程度極高、應用空間廣闊的新型技術。

就目前狀況而言，VBML語言是虛擬環境構建工作所使用的主要語言，其能夠有效靈活地將二維圖形、三維圖形、視頻及音頻等效果調和于一起，從而創造出一個綜合性極強的虛擬場景，并為虛擬場景賦予較強的實時感及空間感。用戶可以在虛擬場景中隨意巡行，而且能夠對場景中的相關對象進行交互式的操作。

2 虛擬倒立擺三維場景的構造

VRML是重要的虛擬現實建模語言，人們利用VBML語言能夠快捷、有效地建立虛擬三維場景。作為虛擬空間的文本性描述，VBML文件可以由任意一個記事本生成，而“.wrl”是VBML文件的擴展名。經驗表明，在建模工作中運用VBML較為困難，需要經歷大量的必要程序，不僅無法實現所見即所得，還要編寫大量的程序代碼，工作量極大。

MATLAB中自帶了一個三維物體構造軟件包，軟件包的名稱為V-Realm Builder，該軟件包的功能十分強大，其能夠提供一個優質的集成開發環境，支持VBML的瀏覽器能夠看到該軟件包所生成的虛擬世界及三維物體。V-Realm Builder既能夠簡化三維物體的創造工作，同時還可以提供極為強大的三維物體編輯功能。使用者能夠直接對界面中的每一個域及節點進行開展編輯工作，而且相應的場景立刻得到顯示與修改。使用者能夠輕松、便捷地進行節點修改、編輯與增加操作，絕大部分編輯功借助鼠標即可完成。V-Realm Builder的VBML的構造能力極其強大，基于此，可以在仿真實驗教學中構建虛擬的三維倒立式擺模型。

3 虛擬現實技術在仿真實驗教學中的應用

3.1 分布式開發

在仿真實驗教學中應用相應的虛擬現實技術而得到分布式虛擬環境系統，該系統不僅可以最大化地滿足分布式仿真對共享虛擬環境的各類要求，同時還能夠適應復雜虛擬實驗環境對計算工作的需要。互聯網技術是分布式虛擬現實系統的重要核心，隨著互聯網技術的不斷進步，分布式虛擬現實系統的先進性與完善性逐漸增強，該系統能夠促使不同的實驗者在不同區域，同一時間內進入分布式虛擬環境中，為異地實驗者提供了共同學習理論知識、分享實驗經驗的機會。

3.2 虛擬現實實驗教學中的集成技術

軟件系統集成是虛擬現實技術集成的前提條件及重要基礎，而系統的集成被視作虛擬現實系統集成的關鍵表現。由虛擬現實技術建立的實驗系統中軟件的高度集成能夠確保系統集成的靈活性，這種靈活性往往表現在不同層面之上，能夠促進仿真實驗教學的進步。虛擬現實實驗環境中囊括了大量易被系統感知的信息，也含納了三維立體模型，因此，虛擬實驗系統的集成技術能夠在縮減實驗成本的基礎上提升實驗教學的質量。數據識別、實驗對象的同步、實驗模型的標識及數據形態轉換技術是虛擬現實系統集成技術的主要組成成分。

3.3 生成實時三維圖形

現階段，虛擬現實技術中的三維立體圖形生成技術已較為成熟，對實驗效果的同步技術是三維圖形生成技術的核心技術之一。通常情況下，若要實現實時生成實驗效果的目標，則需要保證三維立體圖形的刷新速率不低于16幀每秒。在一定的范圍內，三維立體圖形刷新速率越快越好，一般認為最佳的三維立體圖形刷新速率應不低30幀每秒。虛擬現實技術在仿真實驗教學的應用過程中，應當在不降低三維立體圖形的質量及數量的基礎上適當地提升圖形的刷新速率。

3.4 動態環境建模

在應用虛擬現實技術的過程中應當做好動態建模工作。應用動態建模技術的主要目的是構建與仿真實驗教學相對應的環境模擬模型，借助來源于現實實驗環境中的建模數據，緊密結合實際仿真實驗教學的具體需要來建立合適的模型。在三維數據信息采集過程中，需要用到計算機輔助設計技術等技術。在實際的動態環境建模工作中，應當考慮到相關實驗設備及實驗流程的復雜程度，遴選最合適的建模軟件來開展實物三維造型的構造工作。

4 結語

得益于科學技術的高速發展，虛擬現實技術逐漸成熟并在諸多行業中成功應用。新的發展形勢下做好虛擬現實技術在仿真實驗教學中的應用工作具有重要的現實意義，有利于縮減實驗成本、提升實驗質量。在實際的虛擬環境構建過程中要注意相關技術要點、遴選最恰當、先進的建模軟件開展建模工作，廣大教師要不斷地提升自身的綜合素質，善于總結借鑒優秀的建模經驗，從而最大程度地強化虛擬現實技術在仿真實驗教學中的應用質量。

參考文獻

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作者簡介

董艷雯（1970-），女，河南省鄭州市人。碩士學位。現為鄭州市技師學院講師。主要研究方向為電子、教育。

作者單位

鄭州市技師學院 河南省鄭州市 450000