2021-4-9 | 学科教育
本文作者：王兴灿 单位：厦门航空有限公司
1虚拟技术及其特征
虚拟现实（VirtualReality）即将本来不存在的事物和环境，通过各种技术虚拟为沉浸式交互环境，使人感觉如同处在真实世界一样，又称为灵境技术或临境技术。沉浸性、交互性、想象性是虚拟技术的三个突出特征，三者就像三个顶点，构成了虚拟技术的三角形，使参与者能够沉浸于虚拟世界之中并直观而自然地实时感知和交互。1）沉浸性：是指使用户感觉到好像完全置身于虚拟世界中一样，被虚拟世界所包围。虚拟技术的主要技术特征就是让用户由被动的观察者变成主动的参与者，觉得自己是计算机系统所创建的虚拟世界的一部分，沉浸于其中并参与虚拟世界的各种活动。视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸、嗅觉沉浸的感知技术目前己较为成熟，身体感觉沉浸、味觉沉浸还有待进一步开发。2）交互性：是指用户从过去只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息发生交互作用，到能用多种传感器，借助于虚拟现实系统中特殊的硬件设备，以自然的方式与多维化信息的虚拟世界进行交互，实时产生在真实世界中一样的感知，甚至连用户本人都意识不到计算机的存在。3）想象性：是指虚拟环境是人想象出来的，同时这种想象体现出设计者相应的思想，可用来实现一定的目标，如从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，进而使人能深化概念、产生新意和构想，主动地寻求探索接收信息，而不是被动地接收等，更有创意。
2虚拟技术在学科教育领域中的关键技术
VRML（VirtualRealityModelingLanguage）虚拟现实建模语言是在Internet上广泛流行的一种图形建模语言，用它可以在Inter-net上创建三维的虚拟场景。许多互联网上创建的具有可导航、超链接等功能的三维虚拟现实空间都是用这种技术创建的，其中网上虚拟大学用的主要技术就是虚拟现实建模语言技术，它已经成为在互联网上创建三维虚拟场景的事实上的标准。
2.1虚拟现实建模语言的场景描述
在虚拟场景建模的时候，一般把整个场景进行适当的分割，对分割的小场景再进行渲染。虚拟现实建模语言定义的三维场景由一个节点树表示，场景中的每个对象由一个或多个节点描述。从理论上来说，节点可以包括任何东西———3D几何体、MIDI数据、JPEG图像。虚拟现实建模语言标准节点集中定义了许多不同类型的节点，多数节点分为以下几类：1）外形类节点（shapenode），唯一一类能被绘制的节点。2）属性类节点（propertiesnode），这类节点的处理通过影响外形类节点进行。3）组节点（groupnode），组节点把其它节点收集在一起，允许把节点的集合当作一个节点来处理。其他的节点诸如材质节点（material）节点、纹理（Textual）节点、灯光节点（分为DirectionalLight节点和SpotLight节点）、背景（background）节点。每个小场景都可以形成虚拟现实建模语言文件，由多个小场景构成的多个虚拟现实建模语言文件用内联节点（Inline）之间的嵌套技术合并成一个虚拟现实建模语言文件，这个虚拟现实建模语言文件完成了整个场景的建模。这种场景的建模基本有两点好处：1）虚拟现实建模语言的小场景文件可以有机的整合，不会因为每个小场景的文件太大而不利于调试、检查。2）用户浏览的时候不用把整个场景文件都读入本地客户机中，这样就适应了网络带宽的限制，提高了在虚拟空间中浏览的速度。
2.2虚拟现实建模语言的文件组成
虚拟现实建模语言文件主要包括四个主要成分：虚拟现实建模语言文件头、原型、造型节点和脚本、路由。在这四个要素中，只有文件头部分是必须的，它用来告诉浏览器虚拟现实建模语言文件符合的规范、标准以及使用的字符集等信息。原型定义了创建带有指定名称、接口和整体的新节点类型，一旦成功地定义了原型，它就可以在虚拟现实建模语言文件的其他地方随意使用。造型节点是虚拟现实建模语言中的基本建造模块，它构成了虚拟现实建模语言文件的主体部分，正是由于造型节点的定义而产生了虚拟的虚拟现实建模语言空间。脚本可以看作是一个节点的外壳，它有域值、eventIn事件、eventOut事件。事件本身不能产生任何动作，但它可以通过程序脚本来赋予脚本节点值来产生各种动作。这里的程序脚本是一种简化了的应用程序，一个典型的脚本是由JAVA或JavaScript编程语言写成的程序。路由（Route）是一种文本描述消息，一旦在两个节点之间创建了一个路由，第一个节点可以顺着路由传递消息给第二个节点，这样的消息被称为事件。虚拟现实建模语言还可以包含下列条目：注释、节点和域值、定义的节点名、使用的节点名等。
2.3虚拟现实建模语言语言的编译
设计虚拟现实建模语言虚拟场景时，最简单的方法是直接使用文本编辑器来编辑描述文本。这种方法类似于程序设计，它简单方便，但不是很直观，对设计者的空间想象能力要求较高，设计的效率也不高。现在有很多可视化的虚拟现实建模语言设计工具，如CosmoWorld和HomeSpace等，这些工具将虚拟现实建模语言的标准节点都做成可视的组件，用户设计时，只需要将这些组件组合成自己需要的虚拟场景就可以了，而且设计的效果在设计时就可以看到。设计完毕后，系统自动将这个可视的虚拟场景生成标准的虚拟现实建模语言描述文本，这样，这些文本传送到用户的浏览器后，便会在用户的屏幕上重现这个虚拟场景。虚拟现实建模语言在各方面都展现出强大的应用潜力，蕴藏了无限生机。
3虚拟现实在教育领域中的应用
虚拟技术能够为参加教育的学生提供生动、逼真的学习坏境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。虚拟技术在远程教学中的应用主要有以下四个方面：
3.1探索学习
虚拟技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟，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。如在虚拟化学系统中，学生可以按照自己的假设将不同的分子组合在一起，虚拟出组合的物质来。真正对虚拟现实学习环境的研究是对分布式真实虚拟现实感的教学环境的开发与应用进行研究，通过人体模型或者化合物等分子结构演示的虚拟体验，教育者和学习者之间，或者学习者和同伴之间可以在一个虚拟的现实空间中，进行虚拟人之间的面对面的情感交流。