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摘要：虚拟现实是一项广泛应用于影视娱乐和科研的技术，早期硬件设备的昂贵使得其无法应用于实践教学中来，随着技术的发展，现在通过软件就能简单的实现虚拟现实，为教学实践提供了一种新的辅助手段。
关键词：虚拟现实；教学；应用
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 05-0000-02
高等教育的专业性很强，学矿石的要知道矿石结晶的种类，构造；学化工的要明白分子式的构成；学机械的要了解齿轮如何转动、如何传导力的作用……现有的多媒体辅助教学通过计算机影像、动画、插图从多个方面配合教师向学生传授知识，不过如果学生想身临其境的体验、实践，或者近距离、全方位观察一下世界上最昂贵的钻石、分子级别的化学反应甚至核弹爆炸、火箭发射呢？……这看似天方夜谈。现在虚拟现实技术能帮助学生实现这个梦想。
1什么是虚拟现实
虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR），是由美国VPL Research Inc.公司的J.Lainer在1989年创造的一个名词，通常是指用头盔显示器和传感手套等一系列新型交互设备构造出的一种计算机软硬件环境。
事实上虚拟现实技术已不仅仅是那些戴着头盔显示器和传感手套的技术，而且还应包括一切与之相关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法。它要创建一个酷似客观环境又超越客观时空、能沉浸其中又能驾驭其上的和谐人机环境，也就是一个由多维信息所构成的可操作的空间。它的最重要的目标就是真实的体验和方便自然的人机交互。能够达到或部分达到这样目标的系统统称为虚拟现实系统。
2虚拟现实技术的优势及应用
作为先进的人机交互方式，虚拟现实是我们的好帮手，其沉浸、交互和想象三大特点说明它更善于去具体的描述事物，解决微观、细节上的问题。所以虚拟现实技术通常用于军事仿真和演练、三维展示、设计制造等行业。
除此之外，虚拟现实技术还广泛应用在地理信息系统、影视娱乐、虚拟医学诊断、特殊教育与训练、科学可视化等各个方面，从理论上来说虚拟现实系统可以对人在真实的世界中所做的一切进行仿真，沉浸其中，甚至超越其上。
3将虚拟现实技术应用到多媒体教学中
3.1要解决应用的问题，首先要看一下组建虚拟现实系统所需的硬件支持
按照选用的软硬件设备的不同，虚拟现实系统分為以下几类：
（1）桌面系统
这类系统的特点是只用于普通个人电脑的显示器显示虚拟环境，以鼠标、键盘作为交互设备来控制虚拟环境中的运动，用户能得到有一定层次效果的三维图像，虽然三维空间感较差，但其价格适中，相关技术在个人电脑上即可实现，是当前在娱乐、工程、建筑领域应用最广的虚拟现实系统。
（2）沉浸式系统
这类系统的特点是用封闭的视景和音响系统将用户与外界隔绝，使之完全沉浸在计算机产生的虚拟世界中。它需要头盔显示器、数据手套、跟踪和触觉反馈系统等来共同营造身临其境的高度沉浸感，这是虚拟现实的传统研究方向，但是高昂的造价、沉重的器械负担和技术复杂性使它大部分只存在于大型科研项目和某些大企业的实验室中。
（3）投影式系统
因为沉浸式系统将参与者完全隔绝到虚拟世界中，所以如果他们想和同伴交流讨论就很不方便，加之头盔显示器的技术还不完善，因此科技人员又开发出一种多人同时观看、具有高分辨率，又能获得沉浸效果的CAVE系统，利用先进的投影技术使参与者沉浸由在各个方向上的投影所构成的虚拟世界中，用三维鼠标与之发生交互。这类系统佩带设备轻便、自由度大、沉浸度高，适宜多用户的教学演示，但是技术和成本问题制约了发展，至今未成为研究主流。从国内高校现阶段的资金硬件配备和教学要求来看，能够在教学中实际普遍运用的虚拟现实系统，非桌面系统莫数。
如今计算机硬件的发展十分迅速，普通个人电脑CPU的工作频率已经上到4G，更发展出了多核心技术，显卡的图形运算核心（GPU）的速度更是超越了CPU，加之硬盘内存容量的不断扩大和总线传输速率的提高，现在普通计算机性能早以超出早先工作站数倍。当前高校计算机配置应达到双核 CPU 1GB内存，足以应付桌面虚拟现实系统对硬件的需求。
3.2除了强力硬件的支持，还需要软件进行具体的虚拟空间及目标物体的建立。
建模软件首推3DS MAX，它是一个多平台的成熟3D建模软件，从DOS时代的3D STUDIO R1已经发展到了现在的3DS MAX 2009 64bit，广泛的应用于影视、游戏、广告、艺术、科研等领域，它广泛的平台支持、众多功能强大的插件配合自身的强大功能，使其拥有广泛的用户群，也是世界上使用者最多的3D软件。它将过去需要通过复杂编程才能实现的3D图形功能简化成简单的按扭。我们只要通过对球体、立方体、锥体等几何体进行简单的堆砌、修改、装饰，就可以在无限的虚拟空间中，像搭积木一样随心所欲的建造自己的世界。
例如需要向学生演示铁矿石单晶体，那么首先要在虚拟世界中建立这个晶体的模型，先建立一个多面体，简单的一个命令，多面体建成，就利用多边形修改工具，编辑点、线、面，将之修改为正确的样子，模型建成，由于这仅仅是一个模型，还达不到虚拟现实的效果，接下来利用软件的参数化工具按照晶体应有的质地、颜色、折射率、反射率、光泽度、密度等编辑一个材质附到模型上，再建立背景、灯光等环境，虚拟世界中的晶体就完成了，在软件的虚拟空间中可以任意的拖动、旋转、缩放，从各个角度，不同的光线下观察研究。就好像在切实观察实物一样，所有要做的仅仅只是平静的坐着，点下鼠标而已。
但是，3DSMAX作为一个开发平台，其操作的复杂性、专业性和对显示硬件的要求之高使其并不能广泛的应用到普通的教学系统中来。
3.3为了实现所需演示文件的通用性，还得综合利用相关软件进行封包制作
制作过程由VRPlatform软件实现，这是国人开发的有自主知识产权的一款虚拟现实仿真软件，适用性强、操作简单、功能强大，与3DSMAX配合可以将以往需几百兆大小的动画所表现的内容集合到一个几兆大小的EXE客户端文件中来，对硬件要求不高，平台通用性强，便于网上传播，完全满足了现有多媒体辅助教学的软硬件要求。
将3DS MAX建成的模型通过软件自带的工具导入VRPlatform，在软件中调整好所需的材质，角度，从菜单上选择编译成独立客户端。教学时只需在桌面执行该文件，就可以在虚拟空间中全方位的展示。
4结论
将虚拟现实技术现阶段完全可以应用的教学实践中来，在今后的教学中，首先由电教中心或专业教师将需演示实物的用3DSMAX建模，然后通过VRPlatform转换成为通用的EXE格式的课件，最后由授课教师在课堂演示，或建立成库由互联网发布供学生自由下载学习。效果自然非一般教学所用的图片，视频所能比。
虚拟现实技术充分利用了高校多媒体教学的优势，在有限的资源利用下实现了教学资源的合理配置，解决了多专业教学辅助资源的不足，不仅能展示实物的状态、质地也能模拟某些特殊条件下如：分子碰撞、化学反应、精密构造等利用一般方法无法实现的甚至危险状态的模拟，使学生对专业知识有更直观的理解，加速知识的积累、沉淀和掌握，大提高教学的质量和效率，是一种先进的教学辅助手段。
参考文献：
[1]吴启迪.系统仿真与虚拟现实[M].化学工业出版社,2002.
[2]张茂军.虚拟现实系统[M].科学出版社,2001.
[3]洪炳镕,蔡则苏,唐好选.虚拟现实及其应用[M].国防工业出版社,2005.
[4]胡小强.虚拟现实技术[M].北京邮电大学出版社,2005.
[作者简介]刘翀（1979.6-），男，河北联合大学现代技术教育中心电教中心，硕士研究生，实验师，研究方向：计算机图形图像。
关键词：虚拟现实；教学；应用
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 05-0000-02
高等教育的专业性很强，学矿石的要知道矿石结晶的种类，构造；学化工的要明白分子式的构成；学机械的要了解齿轮如何转动、如何传导力的作用……现有的多媒体辅助教学通过计算机影像、动画、插图从多个方面配合教师向学生传授知识，不过如果学生想身临其境的体验、实践，或者近距离、全方位观察一下世界上最昂贵的钻石、分子级别的化学反应甚至核弹爆炸、火箭发射呢？……这看似天方夜谈。现在虚拟现实技术能帮助学生实现这个梦想。
1什么是虚拟现实
虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR），是由美国VPL Research Inc.公司的J.Lainer在1989年创造的一个名词，通常是指用头盔显示器和传感手套等一系列新型交互设备构造出的一种计算机软硬件环境。
事实上虚拟现实技术已不仅仅是那些戴着头盔显示器和传感手套的技术，而且还应包括一切与之相关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法。它要创建一个酷似客观环境又超越客观时空、能沉浸其中又能驾驭其上的和谐人机环境，也就是一个由多维信息所构成的可操作的空间。它的最重要的目标就是真实的体验和方便自然的人机交互。能够达到或部分达到这样目标的系统统称为虚拟现实系统。
2虚拟现实技术的优势及应用
作为先进的人机交互方式，虚拟现实是我们的好帮手，其沉浸、交互和想象三大特点说明它更善于去具体的描述事物，解决微观、细节上的问题。所以虚拟现实技术通常用于军事仿真和演练、三维展示、设计制造等行业。
除此之外，虚拟现实技术还广泛应用在地理信息系统、影视娱乐、虚拟医学诊断、特殊教育与训练、科学可视化等各个方面，从理论上来说虚拟现实系统可以对人在真实的世界中所做的一切进行仿真，沉浸其中，甚至超越其上。
3将虚拟现实技术应用到多媒体教学中
3.1要解决应用的问题，首先要看一下组建虚拟现实系统所需的硬件支持
按照选用的软硬件设备的不同，虚拟现实系统分為以下几类：
（1）桌面系统
这类系统的特点是只用于普通个人电脑的显示器显示虚拟环境，以鼠标、键盘作为交互设备来控制虚拟环境中的运动，用户能得到有一定层次效果的三维图像，虽然三维空间感较差，但其价格适中，相关技术在个人电脑上即可实现，是当前在娱乐、工程、建筑领域应用最广的虚拟现实系统。
（2）沉浸式系统
这类系统的特点是用封闭的视景和音响系统将用户与外界隔绝，使之完全沉浸在计算机产生的虚拟世界中。它需要头盔显示器、数据手套、跟踪和触觉反馈系统等来共同营造身临其境的高度沉浸感，这是虚拟现实的传统研究方向，但是高昂的造价、沉重的器械负担和技术复杂性使它大部分只存在于大型科研项目和某些大企业的实验室中。
（3）投影式系统
因为沉浸式系统将参与者完全隔绝到虚拟世界中，所以如果他们想和同伴交流讨论就很不方便，加之头盔显示器的技术还不完善，因此科技人员又开发出一种多人同时观看、具有高分辨率，又能获得沉浸效果的CAVE系统，利用先进的投影技术使参与者沉浸由在各个方向上的投影所构成的虚拟世界中，用三维鼠标与之发生交互。这类系统佩带设备轻便、自由度大、沉浸度高，适宜多用户的教学演示，但是技术和成本问题制约了发展，至今未成为研究主流。从国内高校现阶段的资金硬件配备和教学要求来看，能够在教学中实际普遍运用的虚拟现实系统，非桌面系统莫数。
如今计算机硬件的发展十分迅速，普通个人电脑CPU的工作频率已经上到4G，更发展出了多核心技术，显卡的图形运算核心（GPU）的速度更是超越了CPU，加之硬盘内存容量的不断扩大和总线传输速率的提高，现在普通计算机性能早以超出早先工作站数倍。当前高校计算机配置应达到双核 CPU 1GB内存，足以应付桌面虚拟现实系统对硬件的需求。
3.2除了强力硬件的支持，还需要软件进行具体的虚拟空间及目标物体的建立。
建模软件首推3DS MAX，它是一个多平台的成熟3D建模软件，从DOS时代的3D STUDIO R1已经发展到了现在的3DS MAX 2009 64bit，广泛的应用于影视、游戏、广告、艺术、科研等领域，它广泛的平台支持、众多功能强大的插件配合自身的强大功能，使其拥有广泛的用户群，也是世界上使用者最多的3D软件。它将过去需要通过复杂编程才能实现的3D图形功能简化成简单的按扭。我们只要通过对球体、立方体、锥体等几何体进行简单的堆砌、修改、装饰，就可以在无限的虚拟空间中，像搭积木一样随心所欲的建造自己的世界。
例如需要向学生演示铁矿石单晶体，那么首先要在虚拟世界中建立这个晶体的模型，先建立一个多面体，简单的一个命令，多面体建成，就利用多边形修改工具，编辑点、线、面，将之修改为正确的样子，模型建成，由于这仅仅是一个模型，还达不到虚拟现实的效果，接下来利用软件的参数化工具按照晶体应有的质地、颜色、折射率、反射率、光泽度、密度等编辑一个材质附到模型上，再建立背景、灯光等环境，虚拟世界中的晶体就完成了，在软件的虚拟空间中可以任意的拖动、旋转、缩放，从各个角度，不同的光线下观察研究。就好像在切实观察实物一样，所有要做的仅仅只是平静的坐着，点下鼠标而已。
但是，3DSMAX作为一个开发平台，其操作的复杂性、专业性和对显示硬件的要求之高使其并不能广泛的应用到普通的教学系统中来。
3.3为了实现所需演示文件的通用性，还得综合利用相关软件进行封包制作
制作过程由VRPlatform软件实现，这是国人开发的有自主知识产权的一款虚拟现实仿真软件，适用性强、操作简单、功能强大，与3DSMAX配合可以将以往需几百兆大小的动画所表现的内容集合到一个几兆大小的EXE客户端文件中来，对硬件要求不高，平台通用性强，便于网上传播，完全满足了现有多媒体辅助教学的软硬件要求。
将3DS MAX建成的模型通过软件自带的工具导入VRPlatform，在软件中调整好所需的材质，角度，从菜单上选择编译成独立客户端。教学时只需在桌面执行该文件，就可以在虚拟空间中全方位的展示。
4结论
将虚拟现实技术现阶段完全可以应用的教学实践中来，在今后的教学中，首先由电教中心或专业教师将需演示实物的用3DSMAX建模，然后通过VRPlatform转换成为通用的EXE格式的课件，最后由授课教师在课堂演示，或建立成库由互联网发布供学生自由下载学习。效果自然非一般教学所用的图片，视频所能比。
虚拟现实技术充分利用了高校多媒体教学的优势，在有限的资源利用下实现了教学资源的合理配置，解决了多专业教学辅助资源的不足，不仅能展示实物的状态、质地也能模拟某些特殊条件下如：分子碰撞、化学反应、精密构造等利用一般方法无法实现的甚至危险状态的模拟，使学生对专业知识有更直观的理解，加速知识的积累、沉淀和掌握，大提高教学的质量和效率，是一种先进的教学辅助手段。
参考文献：
[1]吴启迪.系统仿真与虚拟现实[M].化学工业出版社,2002.
[2]张茂军.虚拟现实系统[M].科学出版社,2001.
[3]洪炳镕,蔡则苏,唐好选.虚拟现实及其应用[M].国防工业出版社,2005.
[4]胡小强.虚拟现实技术[M].北京邮电大学出版社,2005.
[作者简介]刘翀（1979.6-），男，河北联合大学现代技术教育中心电教中心，硕士研究生，实验师，研究方向：计算机图形图像。