时间：2023-06-11 08:58:45
导语：在虚拟现实技术综述的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2015）18-0284-01
一、虚拟现实技术的概念及其特点
虚拟现实技术是指在电子计算机技术、多媒体技术以及数字技术等多种技术的基础上，模拟虚构出与真实世界相似的一个虚拟空间，模拟的现实能够检测出周边环境的变化，并能够对这样的变化及时作出反馈。虽然这种模拟现实技术的发展越来越成熟，在很多发达国家的应用很普遍，但就整个世界范围来看，这种技术的应用范围有待进一步地拓展。
首先，这一技术体验的过程具有真实性。虚拟现实技术的开发就是立足于人们真实的感官基础之上的，它能够通过对人体心理特点以及感官的分析，在计算机上绘制出立体的三维图像，所以当真人通过这一设备体验时其真实的情感能够准确被分析，有种身临其境之感，整个体验过程让人具有很强的真实感；其次，虚拟现实技术应用具有很强的互动性。整个虚拟现实技术的应用离不开电脑设备，键盘和鼠标都是体验者进行互动的工具，这些传感设备能够准确感知人体变化；最后，虚拟现实技术具有很强的感知性。反应装置是虚拟现实设备中所必须配套的，而这种感知具有多样性，不仅是视觉上的感知，更能对听觉以及触觉进行感知。
二、虚拟现实技术在商业展示应用中的要求
1.更加注重模型的真实性。在虚拟设计中不能仅仅为了追求经济利益，一味夸大商品的性能。目前有些厂家在运用模拟现实技术推广商品时，忽略注重模型的真实性。由于模拟出来的商品模型与实际商品的差距过大，使得越来越多的消费者对这一类商品失去了信心。因而在今后的模型设计中，需要更加注重商品的真实性和可靠性，对模型进行更加准确的衡量和测绘。
2.建立相应的系统服务平台。要想模拟现实技术更加成熟，就必须支持相关工具开发，并建立相应的系统服务平台，从而提高整个系统开发利用的效率。很多设备的性能较低，虚拟现实系统相配备的计算机难以满足相关用户的需求，因而降低对商品的兴趣。建立相应的服务平台，在用户遇到问题时及时给予解决，提高系统服务效率。
三、虚拟现实技术在商业产品设计中的应用
1.商品外形和包装的设计。为了尽可能地降低企业的生产成本，很多企业在进行商品的设计时，都会预先在计算机上设计好模型或者是通过虚拟现实技术虚拟设计产品的外形和包装，并多次对产品的外形进行升级改造，让专业的设计师分析改进。
2.检测产品的布局和结构。虚拟现实技术不仅仅是进行模拟，还能对整个产品的结构进行直观的观察。很多的产品设计结构复杂多样，很难通过肉眼去观察，通过计算机得出来的数据更为合理可靠。日益成熟的虚拟现实技术已经能够将整个产品的内部构造清晰地表达出来，这对后来的产品生产工作都能起到很好地促进作用，实现生产和布局的科学化以及合理化。
3.商品后期宣传。传统的对虚拟现实技术的应用眼光仅仅停留在产品的设计以及检测中，忽略了其在产品宣传过程中的重要作用。产品的宣传工作直接影响到后期产品的销量以及经济效益的大小。通过运用虚拟现实技术，更好地为社会大众展示某一类商品的功效和用途，使得表达更为具体直观。就拿现在的展馆和楼盘为例，很多的楼盘都会采用虚拟现实技术，对楼盘进行模拟，可以通过模拟售楼等形式提前预测某一楼盘的销售情况。分析销售过程中可能会存在的问题，对楼盘也能进行后期的宣传，从而提高销量。
四、结语
模拟现实技术作为新世纪发展起来的一种新型技术，其在商业展示中发挥了节约成本、提高经济效益等多方面的作用。如今的社会，人们对产品的要求越来越高，商业发展的规模越来越大，其该技术的发展前景十分广阔。我们要清楚地了解到该项技术如何发挥在商业展示中的作用，不断发展创新，实现这一技术的新突破。
参考文献：
[1]费正涛.关于虚拟现实技术在商业产品中运用的研究综述[J].科技资讯，2015（03）.
关键词：虚拟现实技术；工业；设计；应用
在计算机技术模拟的三维立体空间之中，用户可以强烈地感受到视觉、听觉、触觉的模拟，在将虚拟现实技术应用于工业设计领域时，突显出虚拟现实技术不可比拟的应用优势和性能，它可以无障碍、无阻滞地实现对三维立体空间的事物的观察和操作，生动地模拟出实际的工业生产场景，可以良好地应用于制造、装配、安全监测、建筑、室内设计等领域，具有极其重要的现实功能和意义.
1虚拟现实技术的工业设计综述
虚拟现实技术以计算机网络技术、现代信息技术为依托，实现虚拟现实技术与现代先进制造技术的整合，是一种基于高度逼真的模拟化人机界面技术，可以达到基于自然技能和真实体验的人机交互系统.虚拟现实技术的工业设计具有其特殊的性能和特征，具体表现为：（1）网络化.在网络技术为支撑的、并行式的设计结构系统之中，实现了对设计、工程分析、生产制造三者的统一和集成.它可以快速地响应市场需求，在虚拟的制造环境中生成数字样机，并对其进行预测和评估.（2）交互性.在虚拟现实技术的工业设计之中，建构三维立体的虚拟数字模型，给人以真实的体验，在身临其境的感觉中对其加以修改和操作，较好地实现了人机的交互.（3）高效性.在虚拟现实技术的工业设计之中，可以较好地减少对设计的修改，节约了设计成本，也提升了设计精度，由此可见，虚拟现实技术的工业设计可以极大地提升资金使用效能.虚拟现实技术对于工业设计的影响是多方面的，我们可以从不同的角度看待虚拟现实技术在工业设计中的应用优势：（1）变革了工业设计理念.在虚拟现实技术应用于工业设计领域时，工业设计师不仅参与工业的设计阶段，还渗透到企业的生产和销售阶段，需要全程对自己的设计负责，这种理念的转变是前所未有的，虚拟现实技术在工业设计中的应用不仅体现于工业产品的外形设计，还体现于工程设计，这就需要设计师立于更高的、更为全面的角度，生成优良的新产品设计，并使之涵括除了工业设计专业之外更为广泛的领域，更好地实现与其他经营、销售等团队的精诚合作和交流.（2）创新了工业设计方法.传统的二维式的平面图设计方法已经被替代，在虚拟现实技术的应用之下，可以使工业设计方法更为立体化和三维化，可以使人们体验和感受到不同视角的立体效果图，在用户任意旋转、放大、收缩的模型修改过程中，充分体现工业设计方法的多维化转变.
2虚拟现实技术的分类及应用领域
2.1虚拟现实技术的分类
虚拟现实技术又被称为“虚拟生产”、“虚拟贸易”、“虚拟网络”，它基于“人是信息环境的主体”的理念和意识，强调人在虚拟现实系统中的主导作用，它的分类，具体包括以下几种：（1）分布式虚拟现实技术.不同的用户基于计算机网络实现链接，共同参与和体验虚拟经历，这些不同的用户可以对同一个虚拟世界进行互动、操作和交流，以更好地实现网络协同，达到共同体验的工作目标.（2）增强现实性的虚拟现实技术.它是实现对真实世界的模拟和高度仿真，可以极为有效地增强用户在真实场景下所无法感知或不便于感知的体验，如：战斗机飞行员的平视显示器，可以更好地引领飞行员将武器瞄准数据投射到穿透式的屏幕之上，获悉敌机的导航偏差.（3）沉浸式的虚拟现实技术.运用特定的设备隔离用户的视觉和听觉，使用户可以全身心地投入和沉浸于系统之中，利用位置跟踪器、数据手套、手控设备等，实现沉浸式的虚拟现实技术的体验.（4）桌面虚拟现实技术.运用个人计算机和低端工作站，实现对现实世界的高度仿真和模拟，并以计算机屏幕为观察窗口，借助于各种输入设备，全方位、多角度地实现与虚拟仿真世界的交互、操作和修改，在这个系统之中，个体没有与外界相隔离，会受到外界的干扰和影响，因而缺乏真切的现实体验和感受.
2.2虚拟现实技术的应用领域
（1）虚拟设计.虚拟现实技术可以应用于虚拟设计领域，如：虚拟现实汽车设计.（2）教育和娱乐领域.虚拟现实技术可以使用户体验到真切的感官刺激，在三维立体的逼真视景之中，实现用户自主的、个性化的体验.（3）安全训练.在一些高难度和危险的情境之下，可以运用虚拟现实技术进行训练.如：应用于医疗手术训练的虚拟现实技术系统.（4）先进制造领域.在工业设计中的先进制造领域，可以运用虚拟现实技术，完善产品的设计，优化产品的性能，更好地提升设计效能.（5）建筑与艺术设计领域.在工业建筑及艺术设计领域之中，可以运用虚拟现实技术，将抽象思维转化为实体场景，极为有效地增强用户的真实体验.
3虚拟现实技术在不同工业设计中的应用实践分析
3.1虚拟现实技术在灌装制造生产线的应用
3.1.1虚拟灌装生产制造线的框架设计
在将虚拟现实技术应用于制造生产线的架构之中，可以将虚拟生产线建构为以下几大模块内容：（1）仿真管理模块.实现虚拟现实接口的指令数据接收与传递，更好地实现对虚拟环境的协调与维护.（2）工艺布局模块.设计人员基于生产制造线的约束性条件和前提，实现虚拟环境中的布局整体设计.（3）设备模型库模块.在这个模块之中，可以充分体现出虚拟设备的控制属性和几何属性，使用户沉浸于虚拟场景和立体模型之中，实现对物理制造生产线的观察和评价.（4）任务管理模块.通过虚拟制造生产线的任务调度，实现对工件的传送、加工、测量、运输、灌装等操作.（5）分析引擎模块.测定设备及工件的运行状态，并实施虚拟生产线上的系统故障检测.（6）报价模块.这是对虚拟制造生产线的设计的价格评估.（7）虚拟现实接口.借助于虚拟外部设备，可以实现虚拟仿真，建构人与虚拟系统的接口.
3.1.2虚拟灌装生产制造线的可视化设计
依照整体的生产能力和要求，在虚拟制造生产线的可视化设计中，要使输送系统具有充分的存储量和缓冲时间，能够集成工艺流程和调度过程.同时，还要利用对象的继承和封装机制，生成虚拟的制造生产线环境，在三维的模型之下可以极其逼真地反映出制造生产线中的设备及工件.
3.2虚拟现实技术在航空智能制造中的应用
虚拟现实技术与航空智能制造相融合，充分展示出虚拟现实技术的“智能之窗”的地位和功效，基于我国航空制造的实际需求，可以将虚拟现实技术应用于航空制造中的工艺设计、车间执行、管理等方面，具有极其重要的现实意义.航空飞机制造的核心是工艺设计，在这个“看不见的手”之中，可以实现制造工艺的标准化、可控化、可拓展应用.具体应用项目和内容包括有：（1）沉浸式工艺审核.在航空飞机的制造虚拟现实技术应用之中，首先即要实施对航空飞机装配工艺的审核，以飞机设计图样、数据模型、文件等为审核内容，协调各方面的意见和建议，全面做好工艺设计的审核和评定，工艺设计人员可以完全沉浸于虚拟、高度仿真的环境之中，不受任何干扰和影响，实现与虚拟对象的交互.（2）沉浸式工艺仿真.在虚拟现实技术的应用之下，航空飞机制造实现了“基于建模和仿真的科学设计模式”的突破，在多源信息融合的仿真虚拟环境系统之中，实现对航空制造的工艺设计仿真分析，如：航空飞机工艺数字样机模拟、空间分析与漫游、虚拟装配、交互虚拟实验等.
3.3虚拟现实技术在建筑及艺术设计中的应用
在建筑设计领域之中，虚拟现实技术极大地拓展了图形艺术设计创作方式，通过虚拟漫游技术在建筑设计中的应用，可以三维、立体地呈现城市景观、小区景观、室内设计、历史性建筑的仿真模拟，它可以使设计者从多角度、自如地审视和欣赏，极大地拓展了建筑展示空间虚拟现实的漫游技术较好地解决了设计过程中的枯燥而繁琐的沟通性缺陷，可以利用其三维建模的虚拟现实设计和全景虚拟现实展示设计，充分展示出设计者的设计创新思维，灵活地运用于不同的建筑设计项目之中.在室内设计中采用虚拟现实技术，可以虚拟出一个建筑室内空间，直观而形象地表达和传递设计者的设计意图和设计思维，它比传统的沙盘模型具有更大的优势性能，可以实现对设计空间的全尺寸模型设计，用户可以任意在虚拟空间中漫游、修改和调整，使之更具有人性化和逼真化，极大地增强和提升了建筑室内空间的整体操控和设计水平.
3.4虚拟现实技术在汽车制造中的应用
虚拟现实技术可以应用于汽车制造系统之中，预先发现并解决汽车整体或零部件的问题，通过汽车三维立体模型的建构，可以使设计人员更好地体验汽车内部的舒适度、驾驶模拟程度、故障模拟等，提升设计指标的合理性和科学性.并且，在对汽车进行虚拟开发设计的过程中，还可以实现对汽车造型、制模、冲压、焊接、总装等流程的三维化和虚拟化，通过网络数据为支撑和依托，实现虚拟协通实时设计，并实施虚拟实验检测，预测汽车的整体安全性能和动力性能.
4结束语
综上所述，虚拟现实技术以计算机技术和网络信息技术为支撑，通过立体的、三维建模方式，实现对现实世界的虚拟和高度仿真，在将这种全新的技术与工业设计相嫁接时，我们可以看到这个“智能窗口”的现实功能和意义，在网络、信息、数据等方面的集成之下，可以清晰地呈现产品的全方位细节，实现工业设计的网络化、系统化和智能化，增强工业设计的交互性和科学性，充分利用工业设计资源库，更好地缩短工业设计周期，提升工业设计的效能.
参考文献：
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〔4〕王宣淋.在建筑领域中虚拟现实技术的应用分析[J].电脑迷,2016(07).
〔5〕林凤屏,陈必链,张彦定.虚拟现实技术在医学教学中的应用探析[J].实验室科学,2016(06).
[关键词]虚拟技术 参与性 互动性 广告效果
[中图分类号]TP391.9 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）12-0064-02
随着科学技术的发展和媒介数目的增加，广告的形式和数量也在急剧增加，铺天盖地的广告充斥在人们生活的方方面面，但受众对广告的厌烦情绪却在日益增加。同时，由于各类广告之间的相互干扰和竞争，传统媒体的广告效益不断下降，广告主亟需寻求新的广告形式，运用新技术手段增加广告的趣味性和互动性，吸引受众参与其中，能够满足其需求的虚拟现实广告日益频繁地出现在受众眼前。
一、虚拟现实技术
虚拟现实（Virtual Reality）一词最早是在20世纪80年代初提出的，其自诞生之后就被应用于诸多领域，并取得了极大的成功，在90年代开始逐渐引起人们的关注。虚拟现实技术依托计算机技术，并且融合多种相关科学技术，生成一种数字化的环境，这种数字化的环境在一定范围内与真实环境的视觉、听觉、触觉、嗅觉等方面的体验高度相似，人们还可以通过显示器、传感头盔、数据手套等专业的设备进入虚拟空间，与虚拟现实技术所产生的效应上的事件或实体进行互动，让人沉浸其中，并产生与之相互作用的亲临感和参与感，甚至还能够让人们去访问现实世界中无法访问的对象或地点。
1994年，美国科学家Burdea和Coiffet提出了虚拟现实的三个基本特征，即交互性、沉浸感和想象性，又称为3I，Interaction、Immersion、Imagination。由于虚拟现实技术应用的领域有所不同，所以3I的偏重也各有不同。
（一）交互性
指受众对虚拟对象的实时操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度，这决定着受众能否更好地参与其中。
（二）沉浸感
即临场感，指受众作为主角存在于虚拟现实技术所创造的虚拟环境中的真实程度，受众在其心理上和生理上都难以分辨虚拟环境的真假，处于虚拟环境中就如同处于真实环境中一般。
（三）想象性
指虚拟现实技术为受众创造了巨大的可想象空间，可以扩宽受众的认知领域、再现真实的环境，也可以使受众通过逻辑判断、联想等方式，随意地想象和勾勒现实世界中并不存在的环境。
如今，虚拟现实技术在军事、医学、考古、农业、航空航天航海、建筑设计、城市规划、工业制造、文化艺术、房地产、娱乐业等领域都得到了广泛的应用，改变了传统的人机交互模式。尤其是在游戏方面，虚拟现实技术丰富的感觉能力和三维显示使其成为理想的视频游戏工具，游戏玩家可以通过虚拟现实技术得到更加强烈的感官刺激和更加逼真的游戏体验。
二、虚拟现实技术在广告中的应用形式
虚拟现实技术最开始应用在广告中是在各种体育赛事的转播中，但是由于它的投放形式不甚明显，很难被受众所发现，因而并不具备交互性和参与感。随着虚拟现实技术的不断发展和成熟，其广告中的应用形式和数量不断增加，且日益具有交互性。
（一）虚拟现实技术在互联网广告中的应用
随着互联网技术的飞速发展，互联网广告发展蓬勃，呈现出广阔的发展前景。互联网作为一个新兴的媒体，与传统媒体相比具有双向互动传播的特点，因而互联网广告与传统媒体广告相比最大的特点就是其互动性。在虚拟现实技术下，不仅可以让受众根据自己的兴趣和需求来点击广告页面，而且可以针对受众的需求制作和不同的广告信息，吸引受众进行在线交易。
2015年，优衣库为解决网购衣服的合身问题，推出了3D试衣间，消费者在输入自己的性别、身高等个人信息后，可以生成一个和自己体型相似的模特，然后可以通过点击模特的各个部位，就可以“试穿”不同款式的衣服。优衣库的这一虚拟现实技术使受众在接受信息之后能够参与其中，更好地了解品牌和产品。
（二）虚拟现实技术在移动媒体广告中的应用
4G时代的到来使以手机为代表的移动多媒体日益普及，也出现了交互页面设计、APP和专门针对移动终端客户端的相关游戏、广告设计等基于移动多媒体的商业应用设计。而虚拟现实技术的加入则使得移动多媒体的广告更加具有互动性和参与感。
2016年，阿里巴巴为大家带来了一种新的购物理念――淘宝buy+。buy+是一款强大的科技产品，也是一种全新的购物方式，其利用强大的虚拟现实技术，100%还原真实场景，捕捉用户的动作并触发虚拟环境的反馈，突破时间和空间的限制，使衣物试穿、家居体验、生活用品使用等在受众眼前实现。简单来说，buy+就是让现实中的人和虚拟中的人和物进行交互，将现实世界中的场景虚拟化，成为一个可互动的商品来提升受众的参与感。
（三）虚拟现实技术在线下广告中的应用
线下的虚拟现实广告是指一些采用了虚拟现实技术的广告装置，这种装置带有更多的即时性和交互性，能够给人们带来巨大的视觉享受，那些酷似真实的人物和场景，吸引着广大受众的注意力。现在这种广告形式很受欢迎，被应用在地铁站、公交站、大型商场、步行街等人流量大的地方，取得了良好的广告效果。
近日，百事公司在伦敦的一个公交站牌边上安装了一块采用虚拟现实技术的大屏幕，人们可以从这块屏幕上看到迎面而来的飞碟、从下水道窜出来的怪物触手，以及一只休闲散步的老虎等奇特景象。这一广告牌推出后一下吸引了受众的兴趣，人们纷纷在此自拍，与此合影，甚至都不愿离开。
三、虚拟现实技术对广告的影响
广告为取得更好的传播效果，往往采用最新的科技成果。应用虚拟现实技术的广告顺应了信息化社会的发展趋势和时代潮流，是现代科技与艺术的完美结合。虚拟现实技术不仅将受众对广告的参与性、互动性发挥到了最大，而且还为广告增添了新的文化内涵。
（一）使广告信息得到更加有效的传播
现代传统的广告大多都是单向告知式的，不注重与受众的互动，就如同橱窗广告一般，以展示为主，不能达到很好的广告信息传播效果。为了使广告在海量的信息中得到更多受众的主动关注，需要在广告中融入虚拟现实技术、交互艺术等新兴的科技手段，激发受众主动接触、参与广告的好奇心。虚拟现实的广告有效地把握和巧妙地利用了受众的好奇心理，使受众能够在不同的时间或地点参与到广告的互动中来，加强了与受众的交流互动，变被动为主动，让受众以体验的方式来接受并记忆广告信息，更加有效地传播广告信息。
（二）使受众更加主动地参与到广告中
虽然传统大众媒体广告的覆盖面比较广，但广告形式以单向式的告知为主，受众被动地接受广告信息，缺乏主动关注和参与的兴趣。一则广告要想使广告信息得到更加广泛的传播，就要找到受众的兴趣点和痛点，进而抓住受众的心，使受众能够全身心地投入广告之中并与广告产生情感共鸣。虚拟现实广告以参与互动为核心，极大地提升了广告的互动表现力，激发了受众对广告及品牌的好奇心，让受众主动与广告进行积极地参与互动，使其在与广告所传达的信息产生情感共鸣的过程中主动接受广告信息，由“心动”变为“行动”。
（三）使广告在受众中的投放更加精准
传统大众媒体广告主要投放于电视、广播、杂志、网络等常见的大众媒体上，面向的也是某一群体的受众，其内容和形式具有明显的大众性，缺乏对单一受众的针对性，虽然广告的受众面比较广，但并非所有人都是广告的目标消费者，受众感觉广告信息与自身需求无关，因而缺少关注广告的兴趣和动机。虚拟现实广告通过受众与广告的参与互动，可以精准地识别个体受众的兴趣点和关注点，根据单个受众的需求、兴趣取向等设计有针对性的广告形式和内容，有目的性、有节奏地进行广告投放，并且通过受众的实时反馈调整广告内容，以适当的、充满个性化的内容触动受众的神经，建立品牌与受众之间的紧密联系。
（四）使受众对广告有更加真实的体验
虚拟现实广告区别于传统大众媒体广告最大的特征就是体验性，这也是虚拟现实技术的核心。其能够综合地调动受众的视觉、听觉、嗅觉等多种感官，利用多样化的媒介，为受众创造出愈加逼真和美轮美奂的虚拟环境，使受众产生真切而又强烈的情感体验，给予受众“亲临”的感受，将受众的自我感受与广告内容相融合，使其在直观、全面地了解产品之后加深对产品及品牌的认知，迅速地作出消费行为。受众通过对产品功能的虚拟体验能够更加全面、直观地加深对品牌的认知，体味广告的深刻内涵，感受到品牌所传达的价值观，在获得广告信息的同时也得到更加真实的视觉及情感体验。
（五）使商业广告更具娱乐性和艺术性
虚拟现实广告的娱乐性基于其游戏性。互动性的游戏是虚拟现实广告一个重要的载体，有趣、好玩、富有创造力的游戏可以激发受众对广告的主动关注和参与，进而促使其积极地了解产品及品牌的相关信息，与品牌产生直接的情感共鸣。如同游戏一般的虚拟现实广告融合了音乐、动画、影视等多种传统或现代的艺术形式，使受众摆脱现实生活中的种种限制和束缚，释放自我、寻找快乐，受众不仅不会对广告信息产生抵触和厌烦情绪，反而能够全身心地融入其中，在与游戏互动的过程中不断加深对品牌的印象，在娱乐的同时得到愉悦的心灵体验。
四、结语
当今社会，广告充斥在我们生活的每一个角落，一些传统的“侵入式广告”正在严重地影响着人们的正常生活，引起人们对广告的厌烦情绪。广告需要采用更加新颖、更具互动性和参与性的形式来吸引受众的注意力并使其主动参与其中。虚拟现实技术与广告的融合，让受众通过与广告投放终端的实时互动，给予其更加真实的用户体验，使得广告主能够更好地展现其产品，使产品及其品牌在被受众选择时能够被直观地了解和接受，增加其产品的影响力。随着科技的发展，虚拟现实广告将以越来越多样的形式出现在我们的生活之中，以其全新的受众体验、高度的参与互动、巨大的市场影响引发广告业的新变革。
【参考文献】
[1]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学（F辑：信息科学），2009（01）.
[2]路玲娟.交互广告设计研究[J].美术教育研究，2011（12）.
[3]谭旭红.广告设计之互动创意[J].艺术与设计，2007（02）.
【关键词】 虚拟现实 三维空间 Unity 3D技术 虚拟医院漫游系统
一、引言
虚拟现实是近几年来出现的高新技术，利用电脑虚拟出一个比较真实的三维空间，使用者能利用自身的感官系统，通过对交互式设备，对虚拟世界进行浏览、体验和观察，并能够实时、无制约地观察三维空间中的信息，产生一种身临其境的感觉。如今随着新医改启动以来，中国医疗卫生行业信息化的需求和发展潜力巨大，医院规模发展的同时，“预约挂号难、对医生不了解、找不到诊室”等问题日益凸显，因此采用虚拟现实技术设计出集导航、信息查询为一体的虚拟系统有利于解决用户看病的难题。
二、功能模块设计
2.1导航
相比于平面地图来说，虚拟医院漫游系统采用3D地图，用户可以对虚拟3D医院进行浏览，方向感更强，从而更方面、直观地浏览医院的全景、各个建筑具置以及各个诊室的分布，快速找到看病科室的具置。同时还能为用户选择最优路径，减少时间浪费等不必要的麻烦。
2.2预约挂号
挂号难、排队慢等一直是看病的一大难题。虚拟医院漫游系统为用户提供挂号的功能。用户只需在该系统中根据提示，找到对应的科室，即可选择医生进行挂号。同时，系统还会根据排队人数告知用户到达医院的合适时间。
2.3医生信息查询
虚拟医院漫游系统提供医生信息查询的功能。用户根据提示在系统中找到对应的科室，即可查看该科室医生的所有信息，如医生职称、学历、擅长、坐诊时间以及评价等，帮助用户选择合适的医生。
2.4价格查询
用户在去医院看病之前，可在系统中查看各个诊室所涉及的检查治疗的价格，为用户提供参考。这样有利于用户提前在就诊卡中充值足够的钱，较少不必要的麻烦。
2.5展现医院特点
虚拟医院漫游系统不仅有利于解决用户看病的难题，也有利于医院对自身的宣传。例如，展现医院良好的就诊环境、先进的医疗设备以及知名专家等，有利于医院的不断发展。
三、系统设计技术
3.1 Unity 3D
Unity 3D技术是一个跨平台的开发工具，可至Mac、Windows、Android等多个平台，具有跨平台性好的优点；兼容多种操作系统，让别的开源项目可以借鉴；支持各种插件可提高代码重复使用率。因此，Unity3D软件对于虚拟仿真的设计和开发有着广阔的易用性，为虚拟医院漫游系统的建设提供了技术性支持。
3.2 建模技术
虚拟环境的建模是整个虚拟医院漫游系统开发的基础，主要包括三维视觉建模和三维听觉建模，通过几何建模、形象建模（物理建模）和具体程序实现来构建和控制虚拟场景。
3.3 场景交互技术
在虚拟医院漫游系统中，JavaScript可实现简单交互，虚拟人物的行走功能；另一重要交互是GUI界面交互，用户可选择进入不同场景，实现相应的漫游模式。
3.4 碰撞检测技术
碰撞检测技术是组成虚拟医院漫游系统的重要部分，碰撞检测的主要任务是检测模型是否发生碰撞、报告碰撞物体和位置、报告碰撞体之间的距离。若没有此技术，则可能发生“穿墙而入”等不符合真实世界物理规则的现象。
四、系统创新点
（1）采用虚拟现实技术，增加系统的趣味性。
（2）打破了传统平面地图的限制，用户可以更直观、方便地浏览医院各个建筑、各个诊室的分布情况。
（3）集预约挂号、信息查询为一体，解决看病的难题，有助于用户更便捷地查询信息。
（4）为医院树立全方位的形象，推动医院数字化管理，有利于医院更好地宣传和发展。
五、结语
该系统集导航、挂号、信息查询等功能为一体，有利于解决当前普遍存在的就诊难题。目前的虚拟现实技术发展迅速且越来越成熟，该系统具有良好的应用前景。
参 考 文 献
[1] 赵沁平，《虚拟现实综述》
历史发展
其实上述两种技术早在上世纪就崭露头角了。以虚拟现实技术产品为例，已知的世界上的第一台虚拟现实产品诞生于1956年，是摄影师Morton Heilig发明的设备Sensorama（如图1），这是一款集成体感装置的3D互动终端，它集3D显示器、立体声音箱、气味发生器以及振动座椅于一身，用户坐在上面能够体验到6部炫酷的短片，内容包括《萨宾娜的日期》《我是一个可乐瓶》等，这一领先当代科技的设备带来了新潮的体验。当然，它看上去巨大而且笨重，更像是一台医疗设备，同时也不是所有人都有勇气享受这种刺激的，因此很快它就销声匿迹，淡出了人们的视线。
后期的虚拟现实设备又经过了多次改进，1984年，Jaron Lanier公司推出了世界上第一款商业虚拟现实设备――RB2（如图2）。这款30多年前的设备不仅与现在主流的虚拟现实设备的外观相近，甚至还配有体感追踪手套，可以实现一定的交互操作。
2009年，得到众筹资金的Oculus Rift项目重启了当今虚拟现实项目的研发，尤其是在2014年该项目被Facebook以20亿美金收购后其软硬件开发的速度也越来越快，终于在2016年初将产品正式投入市场。同年，HTC Vive、PS VR等重磅设备纷纷发售，由此衍生的各种应用铺天盖地而来，关于虚拟现实的新闻一时间充斥着各大媒体，让人真切地感受到VR真的来到了我们身边！
由只能看视频的冰箱大小的设备到能够戴在头上进行各种互动的头盔，虚拟现实技术的发展不是一朝一夕完成的，而是几代人共同智慧的结晶。
增强现实技术同样也是科技逐步发展的结果，这一技术于1990年被提出，1998年第一次应用于实时直播（Sportvision开发的1st&Ten系统）。而1999年ARToolKit开源增强现实开发工具的出现（奈良先端科学技术学院的加藤弘开发）使得增强现实技术开始广泛应用。其最初的应用还是局限于广播电视行业，如各大电视台引进的虚拟演播室系统，各电视台的气象播报节目等，往往是将虚拟的环境与真实主持人进行场景融合。2013年央视春节联欢晚会的舞台则将这种应用方式发挥到了极致。
技术关联
从原理上讲，虚拟现实技术是利用先进的软硬件技术，用虚假的信息欺骗使用者的视觉、听觉、运动甚至触觉、嗅觉等感知，使人产生身临其境感觉的技术。增强现实技术则是在可确定的真实环境中叠加计算机生成的虚拟信息，从而混淆观众感知的技术。
我们可以发现，这两种科技有一定的关联性：有人认为虚拟现实技术是增强现实技术的极致，因为它将所有的真实环境全部叠加、替换成了虚拟信息（如图3）；还有些人认为增强现实技术是虚拟现实技术的分支，因其在虚拟环境中混入了部分真实信息（如图4）。
无论认同哪种观点，不可否认的是，虚拟现实技术与增强现实技术二者之间具有较多共通性，我们可以通过它们的技术特征（如表1）来继续确认这点。
如果将虚拟定义为“假”，将现实定义为“真”，我们可将虚拟现实理解为“以假乱真”，将增强现实理解为“真假难辨”。
应用前景
“读万卷书，行万里路”是古人对知识获取和应用的概括，意思就是以阅读增长才识，以体会增长见识，学以致用。在当今的课堂教学中，教师通过使用多媒体技术，将视频、图像、交互性课件等资源展示给学生，使学生对知识产生更深刻的理解，在课堂上就能够增长见识。虚拟现实和增强现实技术的出现，能更深入课堂教学，带给学生更加“真实”的体验。课堂教学中有了这两种技术的支持，不仅能够“行万里路”，甚至可以跨越时间与空间，体验过去与未来，置身于微观世界、宇宙洪荒。
让我们想象一下：在一堂关于问路的英语口语练习课上，当学生戴上设备，进入真正的纽约街头，并在熙熙攘攘的异国环境中真正地体验一次问路过程的时候，这一切对学生尤其是对偏远地区的学生来说，将会是一次多么难忘的经历（虚拟现实技术）。又如，语文课上，当老师带领学生朗读《鸟的天堂》时，教室中间生长出一棵榕树，并在短短的时间独木成林，学生们坐在树林中亲眼看到地板变成水面，屋顶化为天空，还有遮天蔽日的千万只鸟在身边飞舞……置身于鸟的天堂，又有哪位学生体会不到巴金先生当年的感受呢（增强现实技术）？
硬件配备
就在课堂上实现虚拟现实和增强现实技术教学而言，我们首先需要考虑的是硬件设备的使用。当前这两种技术都处于起步阶段，各种硬件设备的规格也参差不齐，表2是笔者整理的可用于课堂教学的部分硬件设备列表。
表格中的入门级代表实现这一技术应用的基础硬件标准，同时也是最容易在课堂普及的设备。标准级别是增强了体验的常见设备，具有一般的性能和R场体验感。高端设备都是基于谷歌公司新技术标准的设备，具有更多的功能和互动性。其中Tango技术原先被称为Project Tango，是包含了能够实现即时定位与地图构建技术（SLAM）的软硬件技术。Daydream则是为集成了虚拟现实的Android N系统打造的软硬件标准。顶尖级别是当今最顶级的民用技术产品，拥有最多的功能、强大的互动和最佳的体验，其中VR系列产品无一例外地采用了头戴显示器与高性能主机通过线缆连接的方式，一方面解决了拥有强大运算能力的主机与头盔轻量化之间的平衡，但另一方面高效率低延迟的无线连接技术还不成熟导致了线缆的存在，而延迟则是影响使用者体验的重大因素，超过20毫秒的延迟不仅会导致体验变差，还会让使用者产生头晕等不适症状。顶尖的AR设备则是微软产品HoloLens一家独大，相比谷歌眼镜项目的退出和Magic Leap那过于科幻的产品难产，HoloLens已经推出了产品商用套装并将所有的功能集成到了售价5000美金的头盔中（其开发者版本售价为3000美金）。至于理想级别的设备，是笔者针对顶尖级别产品缺陷而臆想的完美配置，其中部分内容受限于当前科技水平还未实现，如无介质全息投影技术。
无论如何，精简指令集的出现和纳米工艺的提升已经将奔腾级别的运算效能浓缩到了手机大小的设备上。未来VR设备的发展趋势应当是使用越来越轻的便携设备去欣赏越来越真实的虚拟世界；AR设备则会向无需携带设备就能看到全息画面的立体投影方向发展。
软件开发
21世纪是信息化的时代，也是信息科技急速发展的时代。作为走在时代前沿的信息技术教学，不仅要让学生掌握教材中的知识和技能，还要让学生了解最新的信息技术动态，扩大知识层面，并在实践探究中发展创造性思维。
2015年初，笔者在一堂城乡交流课上首次应用了增强现实技术并取得了很好的课堂效果（所使用课件荣获第十三届NOC活动数字化学习工具评优赛项的恩欧希教育信息化发明创新奖）。当时考虑到农村地区的硬件设备不发达，从而采用了入门级别的设备解决方案，其优缺点都同样明显：采用台式机加USBz像头的硬件组合使得增强现实技术可在低配置电脑上使用，避免了新技术受限于设备无法使用的尴尬局面；但同时它带来的开发技术壁垒也使得教师必须具有相应的专业技术才能完成课件的制作。以笔者为例，那时无论是增强现实技术还是虚拟现实技术其开发都处于起步阶段，所有的技术文档和资料都没有中文版本，再加上自己尚没有Windows平台开发经验，也没有C++编程基础，所以前期大约有一个月的时间都是在自学、摸索，抱着词典翻译和消化研究，之后在制作动画、三维模型、软件开发、程序排错等方面又耗费了一个多月的时间才最终完成（如上页图5）。
有了这次的开发经验，再加上自己不断地研究和国际国内开发环境的改善，2016年初，笔者同时应用增强现实和虚拟现实技术，结合电子书包做了一次新的课堂尝试（所使用课件荣获第十四届NOC活动数字化学习工具评优赛项的恩欧希教育信息化发明创新奖）。国际、国内的开发环境改善是指在这一年中，国内开始涌现出一批增强现实技术开发团队，如太虚、视辰、亮风台等，国外的Wikitude、Vuforia等也在技术上有了长足的进步，增添了更多功能。虚拟现实方面，Unreal、Unity、CRYENGINE等游戏引擎也纷纷宣布原生支持VR技术应用的开发。笔者此次所用的开发平台从Visual C++转换为Unity+C#，应用平台也从Windows转到了Android系统。并在AR应用中增添了扫描课本播放视频（如图6）、触摸按钮改变三维模型纹理等交互（如图7），既简化了学生的操作，又提高了趣味性。再加上漫游环节中虚拟现实技术的使用（如图8），使课堂气氛达到了。得益于三维引擎的强大功能，它在增添了粒子、大气等大量新特性的同时又大大降低了制作难度，其硬件体验级别也由2015年的入门级上升到了标准级。
现阶段比较尴尬的情况是，从高端级别的体验开始，技术对硬件设备的要求越来越高。到时2016年末为止，符合Daydream标准的智能设备只有谷歌Pixel以及华为Mate9、ZTE Axon7等几款，包含Tango技术的手机目前更是只有联想Phab 2 Pro一款。因其设备的特殊性（新的硬件或者技术规范），无意中增添了课件开发的成本。好在谷歌免费提供了Google VR SDK的GitHub下载，为应用开发提供了很多便利，并有简单的实例代码可供研究。同时，谷歌应用商店内置了丰富的VR/AR应用，老师们可以在课堂上依据授课内容使用（如上页图9）。
顶尖设备目前还比较小众，设备拥有量很少，同时设备中采用了大量特殊硬件，如深度摄像头、红外基站等，导致无法成为开发主流。为改善这一情况，制造商们纷纷推出了自家设备的应用开发包并宣称与主流三维引擎兼容，这些SDK我们都可在其官方网站上找到并下载。甚至微软在将HoloLens的开发功能整合到Visual Studio 2015 Update 1之余，还额外提供了HoloLens虚拟机，让没有设备的开发人员一样能够制作出顶级的增强现实应用。HTC Vive还借助Steam 平台打造了众多VR资源，微软同样致力于将HoloLens融入仍在不断升级的Windows 10中。
结束语
在1945年7月出版的《大西洋月刊》上，Vannevar Bush描绘了他的一个构想：一部可连接在普通眼镜上的头戴式照相机，可记录评论、照片以及科学实验数据。他这样写道：“想象一下未来实验室里的研究者，他的双手是自由的，他是不被束缚的……他的照相机比核桃还要小，附在普通眼镜上……这远不是普通的构想。”
Vannevar Bush预测，半个世纪之后，可能真的“世界已经到达一个设备具有超高可靠性并且便宜而又复杂的时代，这些东西一定会到来”。
现在，它真的来了，而且不仅仅是拍照摄像，甚至已经发展成了一套复杂的交互式设备，并将很快进入到我们的课堂教学中。无论是HTC的VIVE、微软的HOLOLENS还是其他设备，都会在各方面改变我们的生活和学习。这是硬件的革命，也是软件的创新，更是科技的进步！
参考文献：
[1]Jon Axworthy.The origins of virtual reality[EB/OL].http：///wearable-tech/origins-of-virtual-reality-2535.
【关键词】 虚拟现实技术；远程教育；技术接受模型；学习行为
【中图分类号】 G420 【文献标识码】 A 【文章编号】 1009―458x（2016）08―0013―08
一、研究背景
随着信息技术的不断进步，远程教育已经成为打破时空界限、推动终身教育发展和社会进步的重要教育形式。同时，21世纪的远程教育已经不仅仅是教学资源的静态展示和远程传播，学习者更希望可以远距离进行仿真训练、互动交流，体会现场学习的真实感，这就对远程教育提出了更高的要求。面对挑战，人们开始着眼于将虚拟现实技术融入远程教育。虚拟现实技术是运用计算机创造三维虚拟环境，并与使用者进行互动，从而让使用者在生理和心理上获得身临其境感受的技术（Gutiérrez， Vexo， & Thalmann， 2008； 卢政营， 2009），最早由美国虚拟编程语言研究中心（VPL Research）于1989年提出，随即引起公众重视（赵建华， 1998）。20世纪90年代初，虚拟现实技术被引入教育领域，随后广泛应用于工程、语言、医学和商业等学科教育中（McLellan， 1994； Helsel， 1992）。虚拟现实与远程教育的结合被认为是远程教育发展中的一个里程碑（Dede， 1994），它推动了远程教育从二维静态学习到三维沉浸体验的转变并实现了多用户交互，有助于促进远程教育在思想和方式上的根本性变革（Monahan， McArdle， & Bertolotto， 2008）。然而，国内远程教育对虚拟现实技术的应用仍处于起步阶段，主要存在两个局限：一是研究成果不够丰富，根据吴长帅等（2011）的分析，远程教育应用仅占教育领域相关论文的13%，郭文斌和俞树文（2014）研究发现虚拟现实在我国远程教育研究热点图谱中仅排在第25位。二是技术应用效果不明，对虚拟现实技术的教学应用效果关注较少（吴长帅，等，2011），偏重于对应用前景和价值的描述，而对技术条件下的学习行为和学习效果研究不足。胡林（2004）认为使用现代教育技术并不是为了摆花架子，而是为了有利于学生学习和教学质量提高。信息技术只有被接受和持续使用，其价值才能真正发挥出来，所以本研究重点探讨虚拟现实环境中的远程学习行为影响因素，希望以教学实证研究引导教育技术的完善与发展。
二、理论基础与研究假设
（一）理论基础
使用者对信息技术的接受情况是信息技术应用能否成功的关键。为此，Davis（1989）提出了技术接受模型（Technology Acceptance Model， TAM）（图1）用以研究信息技术接受行为的影响因素。在模型中，假设使用行为（Use Behavior）是由行为意愿（Behavioral Intention）决定的，而行为意愿与使用者的感知有用性（Perceived Usefulness）和技术使用态度（Attitude toward Using）有关。TAM模型的两个核心变量感知有用性和感知易用性（Perceived Ease of Use）都对使用态度有影响，同时感知易用性还会影响感知有用性。外部变量（External Variables）包括系统特性、使用者介入等因素对模型中的两个核心变量起间接作用。随后，历经学者们的多次修改完善（Davis & Venkatesh， 1996； Venkatesh & Davis， 2000； Venkatesh & Bala， 2008），增加外部要素变量和主观调节变量，并在不同实证研究中形成丰富的TAM扩展模型。目前，TAM模型及其扩展模型在信息技术研究中具有较强的影响力，采用该模型进行研究的论文数量超过其它理论模型（孙建军，等，2007）。
（二）研究假设
为了实现研究目标，研究以TAM模型为基础，兼顾各类TAM扩展模型的要素，同时充分考虑虚拟现实技术应用于远程教育这一特定研究情境，构建了研究模型（图2）。
1. 使用行为的影响因素
TAM模型提出信息技术的使用行为由使用者的行为意愿决定。但对于虚拟现实技术应用于远程教育来说，硬件条件（Hardware Condition）也可能直接影响实际使用行为。一方面，学习者对网络教育硬件系统的安全性、快速性和可靠性的感知是其对网络远程教学满意的关键因素（李峰，等，2009），而且会直接影响学习行为能否实现（刘志红，等，2005）。另一方面，虚拟场景和模型可能涉及多路实时视频流，大量数据对计算机硬件设备和网络动态几何模型的压缩与传输技术要求较高（周忠，等， 2015），所以更需要硬件和网络的支持才能有效发挥作用。基于以上考虑，本研究提出如下假设：
H1：行为意愿对使用行为有正向影响。
H2：硬件条件对使用行为有正向影响。
2. 行为意愿的影响因素
行为意愿的影响因素沿用了TAM模型的两个经典变量“感知有用性”和“感知易用性”。同时，虚拟现实技术区别于其他信息技术的重要特点是其沉浸性和交互性，可以让使用者体会身临其境的效果并随之感受到使用的乐趣（Gutiérrez， et al.， 2008），所以感知愉悦性对于虚拟现实技术的接纳意愿相当重要。Wojciechowski和Cellary（2013）对于虚拟现实技术的应用研究也证实了这种正向关系的存在。为此，本研究采纳Davis等的TAM扩展模型将“感知愉悦性”纳入核心变量（Davis， Bagozzi， & Warshaw， 1992）。基于以上考虑，本研究提出如下假设：
H3：感知有用性对行为意愿有正向影响。
H4：感知易用性对行为意愿有正向影响。
H5：感知愉悦性对行为意愿有正向影响。
3. 感知易用性的影响因素
虚拟现实技术应用于远程教育的外部变量主要可以分为主客观两类。首先是主观上的自我效能感（Self Efficacy），即对自己完成任务并达到预期目标能力的判断（Bandura， 1986），对于远程学习来说，主要指对运用计算机和虚拟现实学习平台能力的主观判断。其次，虚拟现实远程学习平台的软件设计和硬件条件从客观上也影响使用体验。不难发现，人机互动良好的操作系统和稳定高速的硬件与网络设备可能会让学习更加便捷简单，而熟练运用网络和计算机的学习者可能会觉得学习更加轻松。基于以上考虑，本研究提出如下假设：
H6：硬件条件对感知易用性有正向影响。
H7：软件设计对感知易用性有正向影响。
H8：自我效能感对感知易用性有正向影响。
4. 感知有用性的影响因素
根据TAM模型，感知有用性受到感知易用性和外部变量的影响。除了感知易用性之外，使用者判断虚拟现实技术是否对远程学习有帮助，首先取决于学习内容和学习资源的展现形式，而这些有赖于软件功能和界面设计。王昭君（2007）研究发现远程学习内容及其呈现方式是影响学习成绩的首要因素。其次，学习者的信息化水平和技术操作能力是有差异的，这种差异可能会影响他们对技术有用性的评判。胡勇和赵凤梅（2015）研究表明学习者自我效能感与学习满意度显著相关。基于以上考虑，本研究提出如下假设：
H9：感知易用性对感知有用性有正向影响。
H10：软件设计对感知有用性有正向影响。
H11：自我效能感对感知有用性有正向影响。
5. 感知愉悦性的影响因素
虚拟现实系统直观易用的特点给学习者提供了与现实生活较为相似的真实体验，这种体验有别于传统学习，而类似于电脑游戏，容易引起学习兴趣，而学习者的自我效能感越强，则可能越容易感知到虚拟现实技术所带来的乐趣。同时，Wojciechowski和Cellary（2013）研究证实了虚拟现实系统的软件界面设计对学习者兴趣的激发有积极影响。基于以上考虑，本研究提出如下假设：
H12：感知易用性对感知愉悦性有正向影响。
H13：自我效能感对感知愉悦性有正向影响。
H14：软件设计对感知愉悦性有正向影响。
三、模型验证与分析
（一）量表制作与问卷调查
本研究问卷的测试题项主要参考了技术接受模型（TAM）的有关经典论著（Davis， 1989； Venkatesh， et al.， 2000； Moore & Benbasat， 1991； Ajzen， 1991），对于该模型扩展而产生的“感知愉悦性”和“自我效能感”两个变量量表主要借鉴了Venkatesh和Bala（2008）、胡晓（2015）的研究模型与量表，并参考了Wojciechowski和Cellary（2013）对虚拟现实技术在教育应用中的实证研究。对于“硬件条件”和“软件设计”两个变量量表，则主要参考了李峰等（2009）、Haven和Botterill（2003）、叶步伟和马德俊（2011）对于虚拟现实技术应用和远程教育评价等方面的研究。变量的定义、测度项个数和来源在表1中列出，以上所有变量的测量均采用Likert5级量表进行测试，其中5表示非常赞同，1表示非常不赞同。
虚拟博物馆是展现虚拟现实技术情境化特色的一个代表平台，其远程教育功能已被国内外研究所重视（Craig， Sherman， & Will， 2009； Guttentag， 2010； 杨建杰， 等， 2015）。Young，Huang和Jang（2000），Castle（2004），Jones和Christal（2002）分别对中国台湾清华科技馆虚拟馆、加拿大博物馆虚拟馆“My Personal Museum”和美国国立博物馆虚拟馆“Virtual Smithsonian”应用远程教学的情况进行了实证调研，并获得了积极反馈。Jones和Christal（2002）预言未来的虚拟博物馆是虚拟现实与互联网技术的产物，可以有效推动合作学习与探索学习，将被广泛应用于各年龄段学生的远程教育中。由此可见，虚拟博物馆是虚拟现实技术与远程教育结合的典型案例。本研究选取南京博物院数字虚拟馆作为远程学习平台，该虚拟馆利用虚拟现实技术建成了国内先进的全景高仿真漫游数字馆，学习者可以利用该馆学习博物馆设计手法、历史文物知识并练习导游讲解，不再受时空条件限制。该系统作为“博物馆经营管理”课程的远程学习平台正被尝试应用于教学。本研究以参与远程学习的旅游管理专业大二学生作为实证研究对象，让学生利用南京博物院数字虚拟馆进行博物馆展示设计学习和讲解训练，随后通过博物馆布局图绘制、陈列方案设计与讲解汇报等方法考察其远程学习效果。本研究首先选取20名参与学生进行学习感受的预调查，对问卷的题目表达、顺序格式等进行修改与完善。随后，正式通过邮件发放问卷进行大范围的数据搜集。最终回收问卷237份，其中有效问卷213份，有效率89.9%。
（二）测量模型分析
测量模型分析的目的是检验模型中变量的信度和效度。信度是指量表的稳定性和一致性。效度包括收敛效度和区别效度，收敛效度反映了同一因子在不同测量项测定中的相似程度，区别效度反映了不同因子的测量项之间的区别性。本研究参考了结构方程理论与相关计算方法（Fornell & Larcker， 1981； Anderson & Gerbing， 1988； 吴明隆， 2008），以克朗巴哈系数（Cronbach alpha）作为信度检验指标，当测试结果大于0.70时，认为各变量信度可以接受。以变量的因子载荷、组合信度（CR）和平均萃取变差（AVE）指标检验变量的收敛效度，当因子载荷值高于0.70时，测度项具有较好的可靠性，当CR大于0.70时，表明各测度项具有较好的内部一致性，而AVE的可接受范围为大于0.50。同时，当每一个变量AVE值的平方根大于各成对变量间的相关系数时，表示测量模型具有较好的区别效度。通过各研究变量的因子载荷、Cronbach alpha、CR和AVE分析结果（表2）可以看出变量因子的各项测量指标均符合要求，表明测量模型具有较好的信度和聚合效度；而区别效度矩阵中（表3）所有变量AVE值的平方根均大于矩阵内其他变量间相关系数，表示测量模型的区别效度也令人满意。
（三）假设验证
本研究采用逐步回归法对模型进行验证，由自变量与因变量的相关程度来决定每一个自变量是否进入回归模型，最后得到最佳回归模型（表4），选入回归模型的自变量对因变量的预测力均显著，反之则没有显著的预测力，由此可以判断理论模型假设成立情况（表5）。这些回归模型的F值显著性水平均小于0.05，故拒绝F检验的零假设，认为各项目的均值总体上存在显著差异。回归模型的调整R2范围为0.346至0.671，说明自变量对5个因变量的解释度达34.6%至67.1%。回归分析结果表中包含非标准化回归系数（B）与标准化回归系数（β），由于非标准化回归系数包含常量，无法比较自变量的相对重要性，故采用标准化系数进行自变量重要性比较。
四、研究结论
（一）行为意愿和硬件条件影响远程学习行为
行为意愿和硬件条件均进入模型1回归方程，说明对虚拟现实环境中的远程学习行为有正向影响。通过对标准化回归系数（β）的比较发现，硬件条件的影响程度（0.524）略大于行为意愿（0.461），这一结果与研究假设一致。虽然一般的技术接纳模型只考虑行为意愿对使用行为的影响（Davis， 1989；Ajzen， 1991），但对于计算机设备和网络条件依赖性很强的虚拟现实远程学习平台来说，硬件条件直接决定了该远程学习行为能否发生，影响程度甚至高于主观的行为意愿。同时，这一结论说明随着信息技术的发展，计算机设备的优劣对于远程教育的应用与发展有着越来越重要的作用。
（二）感知有用性、感知易用性和感知愉悦性对学习行为意愿有积极影响
模型2中，感知有用性、感知易用性和感知愉悦性对行为意愿的正向影响均被证实。感知有用性和感知易用性与行为意愿的关系与现有TAM模型的研究结论相符，感知愉悦性的正向影响也与Wojciechowski和Cellary（2013）对于虚拟现实教育的实证研究结论一致。结合β系数研究发现，感知愉悦性对虚拟现实环境中的远程学习意愿影响程度最高（0.495），感知有用性（0.329）和感知易用性（0.249）次之。感知愉悦性的作用超过TAM模型的两个经典变量，这一结果看似意外，实则不然。网络教学的表现形式与电脑游戏的戏剧化策略具有异曲同工之妙（楚学娟，等，2006），基于虚拟现实技术构筑的高仿真漫游场景更是与电脑游戏如出一辙，由此可见虚拟现实环境中远程学习的一个主要特点就是愉悦性。而愉悦感对远程学习者的激励作用也已经被许多研究所证实（杨培燕，2008；陈江鸿，等，2011），被认为可以更好地保证学习者的学习动力，激发其主动探索的积极性。
（三）硬件条件、软件设计和自我效能感影响感知易用性
模型3回归方程证实了学习者对于虚拟现实环境中远程学习的易用性感知受到硬件条件、软件设计和自我效能感的显著正向影响，影响程度由大到小依次为硬件条件（0.479）、自我效能感（0.395）和软件设计（0.267）。该结论与任秀华等（2011）和谢爱平（2013）对于远程学习工具的研究基本相符，但是就影响程度而言，本研究中的自我效能感对感知易用性的影响更大。按照Taylor（2003）对远程教育发展阶段的划分，虚拟现实环境中的远程学习属于第五代智能灵活学习模式，在对硬件设备要求大幅提高的同时，对使用者的操作水平与互动学习能力亦有更高的要求，所以自我效能感对感知易用性的影响程度与远程学习技术和形式的发展具有密切联系。
（四）感知易用性和软件设计影响对远程学习有用性的感知
模型4中，自我效能感未能进入回归方程，对感知有用性的正向影响不明显，而软件设计和感知易用性对感知有用性的影响系数分别为0.474和0.317。感知易用性对感知有用性的影响与TAM模型的结论一致，虚拟现实软件系统设计与远程学习效果的关系也被许多研究所证实（Barron & Henderson， 2002； Hsu， 2012），但自我效能感与远程学习感知有用性的关系目前还存在争议。同样是关于网络学习影响因素的研究，刘莉莉（2013）、胡勇和赵凤梅（2015）认为自我效能感能有效促进远程学习的感知有用性，胡晓（2015）研究却得出相反的结论，而许亚锋等（2013）则未将自我效能感与感知有用性建立假设联系。本研究认为对感知有用性的判断远不如感知易用性那么直观，一些调查对象虽然对自我效能感评价较低，但依然承认虚拟现实环境中的远程学习是一种有效的方法。
（五）感知愉悦性主要依赖于虚拟现实学习平台的软件设计
模型5中，只有软件设计的正向影响被证实（0.471），虚拟现实环境中远程学习有趣性主要取决于系统软件的设计，这与陈江鸿等（2011）认为网络课程交互界面的艺术性与丰富性是激发学习者兴趣的前提条件的论断一致。同时，感知易用性和自我效能感均未能进入回归方程。关于感知易用性对感知愉悦性影响不大的结论与Wojciechowski和Cellary（2013）的研究不一致。虽然都是对于虚拟现实技术的教育应用研究，但是前人研究的调查对象是初中生，而本研究的对象是大学生，因为技术运用能力的差别，年龄较小的测试者可能会认为简单的学习活动比较有趣，而大学生则可能认为有挑战性的学习才更有趣，对特别简单的学习反而提不起兴趣。自我效能感对感知愉悦性影响同样有限，研究发现基于虚拟现实技术的特点，即便计算机运用能力较弱的学习者无法达成远程学习目的，但他们依然对虚拟平台所展现出的趣味性表示认同。
五、建议与展望
（一）重视硬件设施建设，保障远程学习效果
通过对研究结论的梳理，不难发现硬件设施对于远程教育的保障作用日益显著，尤其是虚拟现实系统对于硬件设施的要求尤其高，其远程呈现、远程沉浸效果的表达均有赖于网络传输技术（周忠，等，2015）。以本次测试使用的南京博物院数字虚拟馆为例，该系统要求客户端网络带宽大于10M，计算机内存超过4G，对于建设开发平台的硬件要求则更高，往往需要数十万甚至上百万的投资。而刘志红和何青（2005）对68所开办现代远程教育的院校进行的调查表明，我国远程教育整体存在带宽瓶颈、地址壁垒、安全性与服务质量等网络问题。硬件与网络条件的落后容易造成虚拟现实系统运行不流畅、仿真效果缺失、数据无法及时更新，甚至导致远程学习无法实现。在未来的教学改革中，研发机构应该认识到虚拟现实技术在远程教育中应用的广阔前景，加强虚拟现实技术的研发，提高技术的易用性与普适性。各类院校应重视硬件设施对远程教育的保障作用，加大对计算机和网络建设的投入，建立虚拟学习实训室和高性能计算机服务器，以满足虚拟现实技术对显示设备和数据存储设备的高要求。同时，院校、研发公司和企业应加强合作，将教学需求、行业动态与硬件技术开发结合起来，实现虚拟现实技术与远程教育联动发展和与时俱进。
（二）优化软件系统，提升学习愉悦性
本研究发现软件设计影响学习者感知愉悦性，并对感知易用性和感知有用性有积极影响，而感知愉悦性对虚拟现实环境中的远程学习意愿影响程度最高。这一结论充分说明了软件设计与感知愉悦性的关系和其对调动学习积极性的重要性。目前，虚拟现实技术在远程教育中应用广泛，但也体现出交互界面单一、缺乏趣味性、缺乏交互途径、缺乏过程性评价等共性问题（陈江鸿，等，2011），而这些问题主要依赖于软件系统开发来解决。本研究认为未来的虚拟现实系统设计应建立风格统一、交互性强、美观生动的界面，能有效吸引学习者的注意力。同时，应在目前以远程呈现为主的基本功能之上，丰富教学资源库嵌入、真实与虚拟场景切换、同步测试等功能，便于学生互动交流，举一反三，进一步提升学生知识理解与操作运用能力。另外，应重视趣味性的植入，这方面可以借鉴电脑游戏的设计方法，因为游戏化能提高学习动力和学习投入程度（Lee & Hammer， 2011），而远程学习与电脑游戏本来就有相似之处（楚学娟，等，2006）。引入任务激励、角色扮演、社区互动等游戏机制可以在发挥虚拟现实技术沉浸性优势的同时，实现学习者对所学知识积极主动的建构。
（三）注重技术研发与教育研究的结合
虚拟现实技术为远程教育发展提供了强大的技术支持，但有了新技术并不等于有了新的教育形式，也不等于可以顺理成章实现良好的教学效果。本研究重点分析了软硬件环境对远程学习行为的影响，证实了学习者的易用性、有用性和愉悦性感知对行为意愿有积极的影响。要发挥学习者的主体作用，除了技术改进之外，还应该配合相应的教育理论与方法。海伦・法利（2015）认为最大的挑战是虚拟世界中教师仍然按照传统方法进行教学，从而导致虚拟现实技术的巨大潜力无法发挥。除此之外，虚拟现实技术在教学应用中可能存在条件、生理、适应、社会（史铁军， 2008），部分研究对虚拟现实技术的远程应用效果持怀疑态度（Huang， Backman， Chang， Backman， & Mcguire， 2013），这些问题都值得重视。未来应更加全面地研究教育理论与虚拟现实技术的契合性，不仅应了解技术的优势所在，还应掌握相应的教育方法以及学生和教师在学习过程中的作用。远程教育是大众教育发展的时代趋势，虚拟现实技术是信息技术进步的重要成果，本研究希望看到虚拟现实技术与远程教育结合带来的光明前景，然而也应清醒地认识到，虚拟现实技术在远程教育中的应用还远远没有成熟，包括技术设备、教学方法、应用条件和教学效果等都有待于进一步研究和探索。
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收稿日期：2016-01-14
关键词：优化；多细节层次；遮挡属性
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）20-0184-02
目前虚拟仿真技术的应用越来越广泛，比如虚拟仿真技术在煤矿安全培训中的应用、虚拟仿真技术在医学教育领域的应用等。在这些应用中，高品质画面效果与系统流畅地运行总是两个相悖的需求。要做到画面精细美观，就很难做到数据量很小，数据量庞大又会导致系统运行不流畅。这时候就需要考虑优化的问题，只有对系统进行优化才能很好地调和这两个矛盾。在实际开发中，不但要在虚拟仿真环节使用优化技术还要对模型进行优化处理。由于篇幅所限，在此主要阐述虚拟仿真环节的优化。
一、LOD技术应用
1.LOD技术综述。虚拟现实技术作为一种新型的人机交互技术具有沉浸、交互、构想三个基本特性，其中沉浸性是指使用户投入到计算机生成的虚拟环境中的能力，是虚拟现实系统的核心。为了使用户在使用虚拟现实系统时拥有沉浸感，必须实现图形的实时绘制。实时绘制就是要求图形显示速度必须跟上视点移动速度，消除迟滞现象。当场景很简单，例如仅有几百个多边形，要实现实时绘制并不困难，但是，为了得到逼真的显示效果，场景中往往有上万个多边形，有时多达几百万个多边形，这就对图形实时绘制提出了很高的要求[1]。虚拟现实和交互式可视化等交互式图形应用系统要求图形生成速度达到实时，而计算机所提供的计算能力往往不能满足复杂三维场景的实时绘制要求，因而研究人员提出多种图形生成加速方法，LOD模型则是其中一种主要方法。1976年，Clark提出了细节层次（Levels of Detail，简称LOD）模型的概念，认为当物体覆盖屏幕较小区域时，可以使用该物体描述较粗的模型，并给出了一个用于可见面判定算法的几何层次模型，以便对复杂场景进行快速绘制。LOD技术在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂性，从而提高绘制算法的效率。由于LOD的诸多优点和它很好地解决了虚拟仿真技术中流畅运行和界面精美的矛盾，成为虚拟仿真领域的研究热门，并且取得了不少的成果。而Virtools中LOD属性添加就是应用之一。
2.LOD优化系统的实现。首先在3D MAX中，将所建模型转化为可编辑面片。Virtools中，在Level Manager下的三维物体上右键，选择右键菜单命令Add Attributes（添加属性），弹出Add Attribute Type的设置窗口，选择该窗口中的LOD Object，然后单击Add Selected按钮即可添加LOD属性。第二步则是设置LOD属性面板的参数。给物体添加LOD属性需要设置其参数，参数面板如图1所示主要包括所选用的算法和LOD模型的选择标准。通过LOD参数可以设置物体根据所占画面比例进行面数增减，通俗地说就是越近越精细，越远越粗糙。在Level Manager（层管理器）下的三维物体上双击打开3D Object Setup面板，双击Value参数的值，弹出如图1所示的参数设置窗口。设置当对象在屏幕中的显示占总面积的80%以上时完整显示，随着所占面积的缩小，剔除的面数逐渐增加，直到对象在屏幕中显示面积为1%时，将剔除面数的98%，仅保留2%，这将极大优化系统。
二、其他优化技术
1.减少渲染数量。虚拟漫游系统的实时渲染，被遮挡的物体也会被渲染，如果将被遮挡物隐藏，当视角发生改变后，物体又不能正常显示；在Virtools中解决这一问题的方案是给遮挡物增加遮挡属性，那么被遮挡的物体就不会被渲染，当视角发生改变后，被遮挡的物体也能正常显示出来。具体操作和增加LOD属性相似，在添加属性窗口选择Optimizations（优化）/Ocdluder（遮挡），然后单击Add Selected按钮即可添加遮挡属性。
2.减少渲染范围。影响渲染进程的除了场景中对象的复杂程度和数量等因素，视域范围和深度也会对渲染有所影响。如果漫游的每一帧都显示和处理所有场景数据是效率很低而且不必要的。将场景进行分块处理，在漫游中，只渲染摄像机能观察到的场景分块，对没有进入视角的场景分块不做调用和处理，这样可以极大地加快系统的渲染效率。其中的优化包括了两个方面：一方面是在建模阶段对场景进行分块处理，另一方面是在交互设计阶段对不同的场景进行调用及摄像机的视野范围进行设置即视锥体裁剪技术的运用，通过缩小渲染深度，达到减少渲染对象的数量，从而实现系统的优化。视锥体裁剪技术来优化系统的原理如图2所示，摄像机的视野范围可以看作是一个四棱锥，为了方便理解作者把立体空间平面化为实线所包围的区域，渲染的范围就是实线三角形，将摄像机的Far clip（远裁切）参数减小，将下边线推进到虚线的位置，渲染的范围就缩小了，从而实现了系统的优化。如果能配合雾效，将远景模糊处理，效果更自然。
虚拟仿真系统的优化途径有很多，具体的系统开发中一般不会都用。根据系统开发的规模常用的有LOD技术，再结合遮挡属性设置，如果还要进一步优化则通过减少渲染范围配合雾效的障眼法来处理了。
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【关键词】虚拟现实;协同训练;多用户;网络环境
【中图分类号】G434【文献标识码】B【论文编号】1009―8097(2010)04―0120―03
引言
在国际上,VR与仿真技术非常普遍与成熟。在远程协作的分布式VR与仿真系统方面,他们制定了一系列标准、协议和算法。在国外虚拟环境中的协同式训练系统也有研究,比较有代表性的是SecuReVi系统,它是利用MASCARET模型设计的虚拟环境中多人协同灭火的消防员训练系统,还有些远程医疗手术协作训练系统,这些系统多数是在研究阶段,成型产品极为少数。和一些发达国家相比,我国协同VR与仿真技术还有一定的差距,其应用也主要集中在军事院校和研究所,也取得了一定研究成果[1][2],特别是在分布式VR与仿真领域里,国内在这方面的研究也有所开展[3][4]。
由于教育培训软件的应用长期局限于平面的文字及图像表述,即使近年来动态图形图像表现形式大大提高了内容的表现效果,但仍无法真正满足人类视觉、听觉……甚至是感觉上的认同效应。因此,当前传统的CBT(计算机支持的教育培训体系,Computer Based Training)训练方式已在一定程度上无法满足高科技培训的需要,基于计算机虚拟现实仿真技术的协同式训练系统将视景仿真和协同工作的概念引入CBT中,它抛弃了传统的训练必须在真实的环境和场地下进行的观念;同时也克服了传统训练无法模拟某些现场环境的缺陷,如飞机上、地铁中、商厦里等,它使受训人员不用再冒着一定的危险、不用再在投入巨额的设备购买和场地布置的情况下就能参加训练。通过应用现代化的虚拟现实技术进行协同式训练系统的研发,将克服实际场地演练的诸多不足,不仅花费小,对环境没有污染,而且没有危险,是未来技能培训的主要手段之一[5][6]。系统在各种高危领域和应急处理场合有着广泛的应用,可应用于工厂企业、航空、地铁公司、社区、商店等大型场所的应急训练;还可用于部队演习;学校、研究所大型实验;网络游戏;远程医疗等。该系统的研究将推动计算机虚拟现实仿真技术的发展,促进了计算机科学在现实生活中的应用。本文以航空客舱乘务员应急处理训练为例,介绍基于虚拟现实的协同训练系统的设计过程、原理及关键技术的实现。
一 系统描述
基于虚拟现实的协同训练系统是一个综合应用虚拟现实技术、网络通信技术、三维图形图像技术和数据库技术设计和开发的一个虚拟仿真训练软件,具有在虚拟仿真环境中进行多用户协同操作和基于知识库的智能评判功能特点。系统利用三维技术构建各种虚拟训练场景(如飞机、地铁等),多个用户在这样的虚拟仿真环境中,通过网络进行文字和语音的通信、相互合作完成一个训练任务。同时,系统提供任务的知识库进行操作过程的正确性判断和提示,并详细记录各个用户操作过程,提供专家进行评判(如图1所示)。系统采用了视景仿真、多用户协同、知识库与匹配策略的技术,并在训练过程中具有多感知性、实时性、互操作性以及真实临场性的特征,可广泛应用于特定环境下一个团队通过相互配合,相互协作来有效地完成训练任务
在此系统基础上,加入具体应用的环境(3D场景),利用系统接口和核心功能设计具体应用的驱动模块,形成具体应用的系统。如进行飞机客舱火灾应急处理训练,系统将装入一个飞机机舱的场景和训练角色,多人通过网络、视景等多种交互方式协同地进行飞机客舱火灾应急处理,形成了某一特定应用的协同式训练的应用系统。
基于虚拟现实的协同训练系统主要有如下应用特点:
1 基于虚拟现实的协同式训练系统,通过模拟现场的实际情况,从而提高实际操作人员对各种实际环境的协同处理能力。系统尤其适合于模拟高危领域的操作训练,如火灾、地震、防恐等;
2 克服了传统训练中实景再现困难、场地特殊、人员调度复杂等环境因素,适合机、地铁、闹市、商住大厦等情况较复杂地区的训练模拟;
3 降低对人员财物等的安全威胁,也便于人员时间上的安排与调度,减少人力、财力等各方开支,并且间接性地减少了对周围环境的污染。适合于要求团队组员同时在现场进行协同训练的场合,如远程医疗专家合诊、网络游戏;
4 利用计算机手段,实现训练模拟,运用多媒体的实现方式,提高人员训练热情和整体训练效果,因而也适用于原理或操作较枯燥的训练内容,如学校、研究所等实验仿真。
二 系统实现原理
整个系统实现由三层结构组成(如图2所示)。底层是操作系统与开发API组成的支撑环境,中间层是由核心程序与接口组成的系统平台,顶层是三维场景模型与系统功能驱动组成的应用程序。
系统平台主要由三维场景子系统、协同通信子系统和训练管理子系统组成。其主要特点:将多用户协同处理计算机模拟的理念,具体应用到行业技能训练的领域中,并在训练过程中,采用了视景仿真、协同、知识库的技术。
(1) 三维场景子系统
三维场景子系统是用三维造型来模拟现实训练环境的一种实时渲染图形系统。系统完成的主要模块有模型导入、运动仿真、场景设置、碰撞检测等。
模型导入利用功能强大的三维造型软件,如3DS Max,MAYA制作三维模型,纹理以及动画等,然后输入至训练场景中,具体包括:3D对象导入、角色导入、动画导入、材质和纹理的设置、坐标设置、比例变换等等。运动仿真是对场景中人和物体运动的一种数学物理描述以及控制,它包括各种运动类型,如走、跑、转身、站立、蹲下、取物等等。场景设置主要是提供改变某些场景的参数,改善视觉效果,便于观察和响应不同的训练要求,具体包括:灯光设置、视角设置、环境设置、特殊效果设置(如火,烟雾)、声音设置、纹理材质设置、动态对象的位置、方向和比例设置、坐标设置等等。碰撞检测主要是防止物体间的相互干涉以及作为某些事件的触发器,由检测类型和检测算法二大部分组成。检测类型主要有视线范围检测(LOS line-of-sight)、三脚架法(TRIPOD)、凸块检测方法(BUMP)。LOS、TRIPOD、BUMP的算法主要是加入按一定规则分布的线段矢量,计算与干涉物体的交点,距离,方向以及设置回调函数。
(2) 同步通信子系统
协作通信系统完成的功能由语音通信、场景同步通信二大部分组成。
语音通信主要提供学员之间相互协调联络的通信平台,也是协同训练中对讲、交谈等的语音工具。
这里语音通信部分主要采用点对点(也可组播)的语音通信,是针对一个点实现话音的实时采集、处理、播放,同时可与其它点进行可靠的网络语音数据传送和接收。对于前者,采用Windows MDK的低层音频服务,因为低层音频服务中的回调机制为我们提供了音频数据,设备驱动程序控制音频设备在后成录音和放音的具体操作,通过回调机制,我们又可以检测到什么时候用完一个数据块,并及时传送下一个数据块,从而保证了声音的连续,有了这种单机上的实时采集、回放功能后,接下来的工作就是在网络上传送语音数据。在点对点网络传输方面,选择基于无连接的UDP协议,UDP用户数据报协议能够向若干台目标计算机发送数据,接收发自若干个源计算机的数据。在采集话音回放之前,一方面将自己的语音传给网络,另一方面接收网络传来的语音,具体是利用Windows Socket API实现的。
场景同步通信主要提供多用户之间场景一致的功能,它由服务器、会话、用户、网络消息和分布式对象组成。
多用户服务器是基于客户/服务器技术,所有用户之间的通信必须通过服务器。一个用户与其他用户交互必须连接到一个会话上,一个用户同时只能连接一个会话,并且只能与连接到同一会话的用户通信。用户有二个参数,一是用户名,二是用户ID,一个客户在连接或产生会话前必须设置用户名。网络消息是用户之间通信的主要方法,这个消息类似窗口消息,可以在消息中附带数据。分布式对象是另一个用户间传送信息的机制,它相关于场景中某一个实体,且按照一定规则分布到所有用户机上,分布式对象是类的一个实例,它有自己的属性,需要时可以通过网络通信来更新。同步通信技术借鉴了国外的DIS(分布式交互系统)和HLA(高层架构)等技术。
(3) 训练管理子系统
训练管理系统主要是用于处理训练相关的信息,它完成的功能有训练知识库、实时跟踪记录、冲突解决机制等。
训练知识库主要包括训练数据库、训练规则和匹配策略。训练数据库主要有学员信息、课程信息、训练信息等等。训练规则主要有角色定义与分配规则、评判规则、记分规则,其中评判规则包括动作执行者、动作间的关系、施加对象以及次数等等。匹配策略主要是有序无序的匹配、规则树的遍历。
实时跟踪记录实际上是对学员的操作流进行管理的一个模块,它主要有触发事件、操作信息收集、发送与接收(操作信息)和记录器组成。
冲突解决机制主要是多学员在协同训练中发生操作冲突时的一种消除机制。其中简单的方法是加锁解锁、延时的方法,比较高级的有优先级和拥有权的处理。
三 系统应用示例
客舱火灾应急处理训练是利用协同训练平台开发的一个应用实例,主要是在模拟飞机机舱内协作完成灭火训练任务。这个训练任务描述如下:
客机平稳而正常地行驶着,乘客们安静地享受着舒适的空中之旅,舱内的乘务员出现在各自的位置上,此时,公共信息广播:此次航班由上海飞往北京,祝各位旅客旅途愉快。30秒后,前工作区的学员看到属于她的信息窗显示:附近有怪异的烟味,请速核查。并且她看到丝丝烟雾飘散。该学员先去查核哪里发生火情,确定是在壁橱的衣帽间,用手试探门的凉热,其信息窗口显示两级温度信息:门是凉的/门很烫手;该学员使用话机通知乘务长,并请求附近的乘务员速带灭火器材来协助,本人去驾驶舱拿应急斧,取来应急斧,在门上开一个小洞,来支援的乘务员拿海伦灭火器来了,对着洞口喷灭火剂,直至火灭,开门检查燃烧物,防止死灰复燃。最后把火灾的处理结果报告乘务长,由乘务长报告给机长。
该应用实例包括一个三维实例场景和一个实例驱动模型。三维实例场景就是飞机机舱、火、烟雾、角色及其他设施,驱动模型是具体应用的情节脚本,由灭火操作、协作规则、评判规则等许多事件构成的。应用实例系统主要界面如图3所示。
四 结束语
在网络环境和多用户视景交互的支持下,人们可以通过交互设备,利用听觉、视觉、触觉在虚拟的环境中协作完成训练任务,从而形成一套具有“视景”和“协同”特色的训练软件。本文主要描述了一个基于虚拟现实的多用户协同训练系统的结构设计、技术架构、网络通信和应用示例。随着基于虚拟现实技术的CBT系统正在逐步取代过去单机、单一任务的CBT系统,将给计算机培训提供一种崭新的系统训练方式,能使许多特殊场合的训练变得非常方便,同时极大提高培训的效果。本系统中设计的技术和方法希望对于其他分布式训练系统的开发具有借鉴作用。
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关键词：CATIA;VTRTOOLS;虚拟维修训练
0引言
新装备的操作难度大、技术含量高，又有使用寿命上的限制，特别是复杂装备的维修人员的训练成为影响装备效能发挥的重要因素。传统的训练方法已很难满足装备的维修需要，特别是新装备结构功能复杂，造价昂贵，难以及时全面装备，造成了训练工作的严重滞后。虚拟维修仿真是近年来出现的一种新的采用计算机动画、虚拟现实等技术，进行维修性设计和维修训练等的方法，基本思路是建立设备的虚拟样机，在虚拟环境中模拟特定的维修活动，如产品或部件的拆卸分解、更换、装配等，是替代传统维修的最有效方法。
1系统总体框架
1.1CATIA和VIRTOOLS简介
CATIA和VIRTOOLS同属于法国达索公司，其中CATIA是一款具有强大造型功能和分析功能的CAD/CAE/CAM软件，具有界面好、功能强大、易于操作等优点。VIRTOOLS是一款具有强大三维交互功能的虚拟现实软件，提供了当今业界最为全面、集成和协同的数字制造解决方案，尤其两款软件同属达索公司，可以遵循达索公司的工业标准格式实现无缝连接，因此2个软件之间可以方便的实现数据的导出及导入。
1.2系统框架的构建
新装备种类繁多，且结构复杂、技术含量高，针对这一特点及维修训练任务的需求，在充分发挥软件功能和利用软件之间接口的基础上，本文构建了虚拟维修训练系统的框架，如图1所示。
2系统关键技术
2.1维修对象建模
维修对象模型是运用三维实体建模技术创建的维修对象的实际尺寸模型，亦称为数字样机，实体指的是在空间具有有限体积的物体，既具有几何特性，如面积、形状和中心等特点，又有物理特性，如质量、重心等。实体模型可通过CATIA机械设计模块的三维实体建模技术进行构建，从而实现与VIRTOOLS平台的无缝连接。
2.2碰撞检测技术
由于新装备结构复杂、零部件多且形状不规则，故无法应用空间分解法进行碰撞检测，而只能应用层次包围盒法。由于Virtools 4.0软件自带的一些碰撞处理函数基于层次包围盒法，这就为解决碰撞检测问题提供了极大的方便。
针对装备虚拟维修的特点，结合Virtools自带函数，并根据碰撞检测实现方法的不同，可把碰撞分为4类：①虚拟人与地板之间的碰撞；②虚拟人与工具台、零件台之间的碰撞，以及虚拟人与墙壁之间的碰撞；③工具与零部件，以及零部件与零部件之间的碰撞；④摄像机与虚拟场景中的物体之间的碰撞。采用分类实现的方法既可以降低问题的复杂度，又可以充分利用Virtools自带的函数以减少自编代码的工作量。
2.3交互操作的实现
在完成模型的导入后，首先需要在VIRTOOLS环境下对模型进行调整，包括光线、材质、显示比例、坐标等模型属性。同时利用VIRTOOLS强大的交互功能实现对模型的交互操作，在Virtools中实现对模型的控制，可以通过直接调用行为模块库中的内置BBs（Behavior Blocks )，Virtools本身提供了500多个BB供调用，每个BB都是封装了的行为控制函数，并提供了行为输入、行为输出、参数输入、参数输出4个接口，因此可以在BB资源库方便的调用BB并利用BB对模型进行相应的控制。在实现模型的虚拟维修交互操作之后，需要将模型成VMO文件供系统集成平台调用。
2.4基于ACCESS的系统数据库
基于ACCESS的系统数据库存储系统运行过程中所需要的所有数据，其中主要包括设备的维修模型、设备结构树、模型的拆装说明、部件的检测修复等内容，供用户在进行虚拟维修训练的过程中调用。
2.5基于.Net的系统集成
经过对设备零部件的CAD建模、转换及在Virtools软件内的维修交互开发，形成了可供用户进行操作的VMO文件。这些文件可以直接在IE浏览器内进行浏览和操作（在系统已经安装Virtools Web Player控件的前提下）。但这样只能实现对单个文件的交互操作，而设备零部件的层次关系、拆卸和装配说明、维修指导等内容无法直接在IE内与零部件的VMO文件同时显示，不能形成一个完整的系统，因此需要进一步进行系统的集成。而Virtools Web Player为Windows环境下的标准COM控件，可以通过在.Net环境下调用该控件实现对虚拟维修交互模型的集成。
3结论
本文在充分利用先进CAD技术、虚拟现实技术的基础上，构建了虚拟维修训练系统框架，为虚拟维修训练系统提供一定的参考，该系统能满足日常维修训练任务的需要，具有非常重要的现实意义和广泛的应用前景。虚拟维修可应用于武器装备论证、研制、使用过程中对产品的维修工作进行分析与评价，并可为维修性、保障性分析提供支持。其应用可大幅度减少利用实物进行维修工作试验、演示与评价的费用，提高维修工作分析和评价的效率，节省研制经费和时间。同时，通过研制阶段早期对装备维修性设计过程和结果的控制与验证，可以确保装备交付部队使用后具备满足使用要求的维修性水平，确保尽快形成战斗力，提高装备的完好性水平，充分发挥装备的作战效能。
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